НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА КАФЕДРА ФОТОНІКИ Магістерська кваліфікаційна робота на тему: РОЗРОБКА АВТОМАТИЧНОГО ОФТАЛЬМОСКОПА Керівник: Татарин В.Я. Виконав: Фрищин Д.В. Львів – 2011 р.

Обєкт дослідження – розробка автоматичного контактного монокулярного відеоофтальмоскопа. Мета роботи – дослідити можливості розробки автоматичного офтальмоскопа, та провести дослідження сітківки штучного ока людини і ока кроля. Метод дослідження – моделювання ока людини, та розрахунок за моделлю ока системи підсвіту і оптичної системи офтальмоскопа в програмному забезпеченні Zemax, офтальмологічне дослідження сітківки моделі штучного ока та ока кроля. Запропоновано новий вид автоматичного контактного монокулярного відеоофтальмоскопа. Проведено розрахунок та порівняння моделі ока Луї і Бренона з моделлю Гульстрандта. Розраховано та спроектовано систему підсвіту офтальмоскопа, оптичну систему відображення інформації, і електронний блок керування офтальмоскопом. Отримано зображення сітківки штучного ока ОЕМІ-7 фірми Edmund optics та ока кроля за допомогою автоматичного офтальмоскопа.

Офтальмоскоп це оптичний прилад призначений для розгляду та дослідження сітківки ока людини. Офтальмоскоп, або очне дзеркало винайшов Генріх Фон Гельмгольц в 1851-му році для освітлення і дослідження очного дна. Він представляє важливий медичний прилад, оскільки дає лікареві можливість встановити об'єктивні дані для діагнозу багатьох захворювань: мозку і його оболонок, нирок, серця, а також безпосередньо ока. Офтальмоскоп складається з двох частин: освітлювальної частини та частина формування зображення сітківки. Офтальмоскопи поділяються на види: 1.За способом отримання зображення сітківки: прямий та зворотній (не прямий); 2.За типом зображення: стереоскопічне та плоске однорідне; 3.За способом дослідження очного дна: контактним та безконтактним; 4.За видом оптичної системи: монокулярна та бінокулярна; 5.За способом реєстрації зображення: фотоплівка, ПЗЗ камера, око спостерігача.

В результаті проведених попередньо пошуково-інформаційних та обчислювальних робіт було обрано дві моделі ока людини, які задовільняють наші вимоги: модель Луї і Бренона та модель Гюльстранда. Модель ока Liou & BrennanМодель ока Гюльстранда Порівняльна характеристика моделей відтворених в серидовищі Zemax Дифракційні характеристики моделей

Модель ока Liou & BrennanМодель ока Гюльстранда Порівняльна характеристика моделей відтворених в серидовищі Zemax Графіки кривизни поля зору та дисторсії Графіки середньо квадратичної освітленість по полю зору моделі

Розробка системи підсвіту офтальмоскопа Система підсвіту повинна включати: 1. Світлодіоди білого свічення, які повинні забезпечувати відповідну інтенсивність та енергію освітлення сітківки; 2. Оптоволокно, відповідного діаметру і довжини, яке використовується для передачі освітлення від світлодіодів через бімшейпер до зіниці ока; 3. Кільцевий бімшейпер, що вклеєний навколо контактної лінзи, або перший сегмент контактної лінзи, до якої пристиковані волокна для освітлення зіниці ока. Контактна лінза спеціально розділяється на два компоненти. Зображення системи підсвіту офтальмоскопа

Розрахунок системи підсвіту офтальмоскопа Враховуючи вибрану модель ока Луї та Бренона, специфіку системи підсвіту в контактних монокулярних відеофтальмоскопах, а також конструктивні особливості та оптичну схему обєктива можна сказати, що метою системи підсвіту є: створення на поверхні сітківки однорідного освітлення достатньої яскравості, доставляючи світло через зіницю ока. Проводимо розрахунок системи підсвіту в програмному серидовищі Zemax: Поширення світлових променів системи підсвіту через контактну лінзу та бімшейпер Графік інтенсивності по поверхні сітківки моделі ока Луї та Бренона Діаграма зони освітлення сітківки ока моделі Луї та Бренона

Будова контактної лінзи офтальмоскопа Характеристики системи підсвіту офтальмоскопа: 1. Коефіцієнт передачі світла дорівнює 21% на вході від 1 світлодіода і зменшується до 10,5% на сітківці ока; 2. Канал підсвіту можливо доповнювати світлодіодами різних кольорів (окрім білого), наприклад для створення ангіографічного режиму спостереження; 3. При використанні 2 світлодіодів Luxeon Rebel White LED, кожен з яких може давати світловий потік 100 люмен, отримаємо на поверхні сітківки результуючий світловий потік Р = 21лм; 4. При такому максимальному світловому потоці можемо отримати освітленість сітківки Еmax = Р/Sсітк = 21лм/ м2 = 284 клм, де Sсітк - це площа сітківки; 5. Така максимальна освітленість на кілька порядків є більшою ніж треба для стаціонарного підсвіту і, по техніці безпеки не може застосовуватись при обстеженні. Але така світлосила потрібна при режимі імпульсного підсвіту в режимі зйомки, для отримання гранично малої тривалості підсвіту. В такому випадку зменшуються артефакти зображення, повязані з постійним хаотичним рухом ока людини. У відео режимі, світловий потік світлодіодів треба зменшувати до безпечного рівня.

Розробка системи відображення інформації офтальмоскопа Для розробки системи відображення інформації потрібно: 1. - провести розрахунок оптичної системи офтальмоскопа на основі створеної моделі Луї та Бренона, яка використовувалась для розрахунку каналу підсвіту; 2. - підібрати ПЗЗ камеру відповідного розміру, та з заданими характеристиками для відображення інформації офтальмоскопа; 3. - вибрати відповідний механізм фокусування. ПЗЗ камера моделі EO-5012 фірми «Edmund optics» має сенсор на 5Мп, і зєднується з ПК з допомогою USB 2.0 кабелю, від якого до того ж отримує живлення. Вигляд механізму фокусування M3-F фірми «New Scale Technologies» ХарактеристикаЗначення Довжина ходу механізму до 1,5 мм Геометричні розміри20×22×16 мм Швидкість переміщення 5 мм/с Крок переміщення0,5 мкм Вхідна напруга3,1 – 3,6 В Характеристики ПЗЗ камери Модель EO-5012 фірми «Едмунд оптікс» 1/2" Sensor TypeProgressive Scan CMOS Sensor (Micron)MT9P031 Pixels (H x V)2560 x 1920 Pixel Size (H x V)2.2um x 2.2um Sensing Area (H x V)5.6mm x 4.2mm Shutter TypeGlobal Start Rolling Frame Rate6 fps Lens MountM12 x 0.5mm

Розрахунок оптичної системи офтальмоскопа Розрахунок системи зображення офтальмоскопа в середовищі Zemax: 1.Задаємо відповідні технічні вимоги до системи зображення; 2.Створюємо модель ока Луї та Бренона 1997 року; 3.Будуємо оптичну систему офтальмоскопа; 4.Досліджуємо, оптимізуємо та знімаємо характеристики оптичної системи офтальмоскопа ; Зображення оптичної системи офтальмоскопа та моделі ока Луї та Бренона Геометричні розміри оптичної системи офтальмоскопа

ХарактеристикаВеличина Поверхні33 Кількість лінз14 Склейки5ё Оптична сила4,5 Каталог склаГОСТ Ефективна фокусна відстань (в просторі зображення) -3, мм Задня фокусна відстань- 0, мм Довжина оптичної системи147,3726 мм Світлосила, F/#4,5 Світлосила в параксіальній області4, Робоча величина світлосили 4, Числова апертура (в просторі зображення) 0, Числова апертура (в просторі обєкта) 0, Параксіальна висота зображення2, Параксіальне збільшення0, Діаметр вхідної зіниці0, Позиція вхідної зіниці2, Діаметр вихідної зіниці20,43958 Позиція вихідної зіниці89,0581 Максимальне радіальне поле8,6 Основна довжина хвилі0, µm Кутове збільшення0, Характеристики оптичної системи офтальмоскопа Графік модуляційної передавальної функції (залежність контрасту зображення від просторової частоти) оптичної системи офтальмоскопа.

Графіки аберацій оптичної системи офтальмоскопа в залежності від положення обєкта (ока) Характеристичні графіки оптичної системи офтальмоскопа Графіки кривизни поля зору та дисторсії оптичної системи офтальмоскопа Діаграми плями розсіяння в фокусі оптичної системи офтальмоскопа

ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТЕЙ РОЗРОБКИ АВТОМАТИЧНОГО ОФТАЛЬМОСКОПА Будова непрямого контактного монокулярного відеоофтальмоскопа (вигляд в розрізі) Зовнішній вигляд офтальмоскопа та характеристики оптичної системи

Дослідження сітківки штучного ока за допомогою офтальмоскопа Мета роботи: дослідження можливостей офтальмоскопа, розробленого з використанням теоретичної моделі ока Луї та Бренона, з штучним оком дорослої людини OEMI-7 від фірмиEdmund optics. Модель ока ОЕМІ-7 (Ocular Imaging Eye Model and Bracket) Схема установки дослідження сітківки штучного ока Дослідження сітківки штучного ока ОЕМІ-7 в лабораторії ТзОВ «ЛАДІС»

Результати дослідження штучного ока ОЕМІ-7 фірми Edmund optics Фотознімки сітківки штучного ока OEMI-7 за допомогою офтальмоскопа Висновки: 1.будова штучного ока не відповідає повністю моделям Луї та Бренона і Гюльстранда, а займає проміжне положення; 2.реальне поле зору (з доброю роздільною здатністю) дитячого офтальмоскопа з штучним оком OEMI-7 в межах 65°; 3.повне поле зору офтальмоскопа 105°. Проте периферія поля зору не має доброго зображення внаслідок невідповідності моделі ока і можливо відсутності там же малюнків на сітківці.

Дослідження сітківки ока кроля за допомогою офтальмоскопа Мета : перевірити оптичні параметри прототипу розробленого офтальмоскопа на оці кролика, а саме: роздільної здатності, величини поля зору, яскравості і однорідності освітлення та поля зору. Дослідження в лабораторії анатомії Львівського національного університету ветеринарної медицини та біотехнологій ім. С. Ж. Гжицького 1.Перед початком тестування кролю дали внутрішньомязовий наркоз. 2.На око кроля капнули каплю дистильованої води. 3.Підключили офтальмоскоп до блоку керування. 4.Блок керування через USB 2.0 вихід підключили до ПК та запустили програмне забезпечення офтальмоскопа. 5.За допомогою клавіш на офтальмоскопі виставили освітленість та фокус зображення. 6. Проводимо дослідження сітківки ока. Хід виконання роботи:

Результати дослідження сітківки ока кроля Аналізуючи фотознімки сітківки ока кроля, робимо висновки: 1. Зникли артефакти підсвіту у вигляді намиста з світлових плям від оптичних волокон; 2. Добре видно зображення по всьому полю зору; 3. Роздільна здатність є доброю по всьому полю зору; 4. Під час користування офтальмоскопом переконались в його зручності та надійності роботи. Фотознімки сітківки ока кроля зняті за допомогою непрямого контактного монокулярного офтальмоскопа

Дякую за увагу!!!!!!