tom_lab6.pdf

(359 KB) Pobierz
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
SKRYPT DO LABORATORIUM
TECHNIKI OBRAZOWANIA MEDYCZNEGO
ĆWICZENIE 6: Wideoendoskopia
autor:
mgr inż. Tomasz Kocejko
Gdańsk, 2010
Projekt
„Przygotowanie i realizacja kierunku inżynieria biomedyczna – studia międzywydziałowe”
współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
1. Wymagania wstępne
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z różnymi technikami obserwacji w miejscach trudno
dostępnych. W trakcie trwania ćwiczenia studenci zapoznają się z zasadą działania wideoendoskopu
oraz z możliwościami jego zastosowań.
Wykaz przyrządów, materiałów i aparatury niezbędnej do przeprowadzenia ćwiczenia:
•
•
•
•
•
wideoendoskop MC-VE,
wziernik 5mm z oświetleniem LED,
wziernik 9mm z oświetleniem LED,
zestaw luster do montażu na wziernik 5mm,
instrukcja.
Spodziewane efekty kształcenia - umiejętności i kompetencje:
Nabycie wiedzy w dziedzinie obserwacji z wykorzystaniem wideoendoskopu, umiejętność
wykorzystania zdobytej wiedzy w praktyce.
Zasady oceniania/warunek zaliczenia ćwiczenia
Ocena pracy studenta odbywa się na podstawie oddawanego pod koniec zajęć sprawozdania z
uwzględnieniem odpowiedzi udzielonych na zajęciach.
2. Przebieg ćwiczenia
L.p.
1.
2.
3.
4.
Zadanie
Zapoznać się z aparaturą laboratoryjną
Obserwacja z wykorzystaniem wziernika 5mm
Obserwacja z wykorzystaniem wziernika 9mm
Obserwacja z wykorzystaniem luster
2
Techniki Obrazowania Medycznego – T. Kocejko
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
3. Wprowadzenie do wideoendoskopii
Endoskop – rodzaj wziernika z własnym źródłem światła, służący do wykonywania zabiegów
endoskopowych, w medycynie używany do oglądania wewnętrznych ścian narządów. Endoskopy mają
swoje zastosowanie również w innych dziedzinach takich jak mechanika, gdzie wykorzystywane są do
oglądania obszarów trudno dostępnych miejsc.
Endoskopia (med.) to badania polegające na oglądaniu wewnętrznej strony poszczególnych organów.
Pozwala na zlokalizowanie ognisk chorobowych, co przekłada się na wcześniejszą diagnozę i większe
szanse wyleczenia. Badanie wykonuje się przy użyciu endoskopów. Przed wprowadzeniem endoskopii
praktykowane były chirurgiczne operacje diagnostyczne tzw. zwiadowcze, które dawały możliwość
obejrzenia wnętrza ciała. Pierwszy endoskop stanowiła metalowa rura zawierająca układ optyczny.
Pole widzenia oświetlała ulokowana na końcu żarówka. Z czasem w endoskopach pojawił się specjalny
kanał, przez który można było wprowadzić kleszcze czy zaciski, umożliwiające pobieranie tkanki do
oceny histologicznej (tzw. biopsja). Do tej pory używane są tego typu endoskopy do badania krtani
(laryngoskop), oskrzeli (bronchoskop), końcowej części jelita grubego (rektoskop) i wnętrza stawu
(artroskop).
Pod koniec lat 60-tych opracowano technologię przewodzenia obrazu przez włókna szklane. Pozwoliło
to na konstruowanie nowych endoskopów (tzw. fibroskopów), w których obraz wnętrza uzyskiwano
dzięki zastosowaniu obrazowodów. Obrazowód to połączona wiązka wielu światłowodów. Aby obraz
mógł być poprawnie przesłany, konieczne jest spełnienie kilku warunków. Każdy z pojedynczych
światłowodów w obrazowodzie przekazuje informacje dotyczącą koloru i jasności jednego punktu
obrazu. Konieczne jest zatem zachowanie odpowiedniości punktów ścianki wyjściowej z punktami
ścianki wejściowej, dzięki czemu obraz utrzymuje swoją prawidłową strukturę. Ponieważ obrazowód
przesyła informacje o kolorze i jasności pewnego obszaru, naturalne wydaje się, że im więcej
obszarów wydzielimy w obrazie, tym większą uzyskamy jego dokładność. Jakość uzyskanego obrazu
zależy od rozdzielczości obrazowodu, ta z kolei związana jest z ilością światłowodów przypadającą na
jednostkę powierzchni jego przekroju. Obrazowód należy wytarzać z materiałów o dużej
przezroczystości w zakresie światła widzialnego, inaczej zanieczyszczenia mogą zmienić informacje
niesione przez włókno (zmiana koloru, jasności). Ważne jest, aby każde z włókien miało bardzo
zbliżoną strukturę, inaczej może dojść do powstania obszarów o różnej jasności (co wpływa na
pogorszenie jakości). Aby obraz mógł być dokładnie odebrany i odczytany, końce obrazowodu muszą
być bardzo precyzyjnie oszlifowane i wypolerowane, pozbawione wszelkich nierówności, które
mogłyby zniekształcić obraz padający na ściankę wejściową.
3
Techniki Obrazowania Medycznego – T. Kocejko
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
Zasada działania obrazowodu:
Obraz z układu soczewek tworzących obiektyw pada na równiutko zeszlifowany pęk włókienek (rys. 1),
zostaje więc automatycznie rozbity na wiele punkcików o różnej barwie i o różnym natężeniu jasności.
Dzięki zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia każdy z tych maleńkich punkcików zostaje
przeniesiony na drugi koniec wiązki, tworząc obraz wtórny. Obraz ten jest następnie powiększany
przez zespół soczewek okularu, przez który dokonuje się obserwacji.
Rys. 1 Zasada działania obrazowodu
Endoskopy znajdują swoje zastosowanie również w dziedzinach przemysłowych. Posiadają możliwość
rejestracji i zapisu obrazu wideo (wideoendoskopy). Główną część wideoendoskopu stanowi wałek
(sonda inspekcyjna) zakończony kamerą oraz diodami oświetlającymi oglądaną powierzchnię. W celu
zwiększenia konta obserwacji stosowane są lustra montowane na końcu sondy inspekcyjnej.
Wideooendoskop może być wyposażony w wyświetlacz LCD.
Matryca CCD to układ wielu elementów światłoczułych, z których każdy rejestruje, a następnie
pozwala odczytać sygnał elektryczny proporcjonalny do ilości padającego na niego światła.
Podstawową zasadą działania matrycy CCD jest zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne, czyli
przeniesienie nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi, w wyniku
naświetlania promieniowaniem elektromagnetycznym (np. światłem widzialnym) o odpowiedniej
częstotliwości. W efekcie fotoelektrycznym wewnętrznym energia fotonu jest całkowicie pochłaniana
przez elektron, ale elektron nie jest uwalniany (jak w zjawisku fotoelektrycznym zewnętrznym) i
przenosi się do pasma przewodnictwa, zmieniając tym samym własności elektryczne materiału.
Podczas oświetlania powierzchni matrycy CCD, uwolnione nośniki gromadzą się w kondensatorach.
Obwód, który wyłapuje nośniki z każdego elementu światłoczułego, przekazuje je do kondensatorów,
4
Techniki Obrazowania Medycznego – T. Kocejko
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
mierzy, wzmacnia napięcie i ponownie opróżnia kondensatory, przelicza przesunięte w miarowych
impulsach elektrycznych nośniki. Ilość nośników zebranych w ten sposób w pewnym przedziale czasu
zależy od natężenia światła. W efekcie zostaje uzyskana informacja, dla każdego elementu
światłoczułego, o wartości natężenia padającego na nie światła.
Rys. 2 a) Uproszczony schemat matrycy CCD
b) Matryca CCD
Matryca CMOS działa na tej samej zasadzie co matryca CCD. Światło padające na kryształ krzemu
tworzący piksele generuje w nich ładunki elektryczne. Wybrany piksel w matrycach CCD i CMOS jest
praktycznie taki sam. W matrycach CMOS jednak każdy piksel ma swój przetwornik ładunku na
napięcie, a jego zawartość może być odczytana w dowolnej kolejności. Jednak obwody elektryczne
zintegrowane z każdym pikselem zajmują miejsce na matrycy. Ma to negatywny wpływ na
współczynnik wypełnienia (stosunek sumy powierzchni wszystkich pikseli do powierzchni całej
matrycy) oraz czułość matrycy CMOS.
Rys. 3 a) Uproszczony schemat matrycy CMOS
b) Sensor CMOS
5
Techniki Obrazowania Medycznego – T. Kocejko

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin