Введение
Эндоскопический адаптер
Камера эндоскопа
Блок управления камерой
Мониторы
Документация эндоскопического фото и видео для собак и кошек
Заключение

Введение

По сути, с фиброскопом и жестким эндоскопом можно работать, непосредственно наблюдая за действиями в окуляр. Но, современная эндоскопическая система обычно включает в себя видеокамеру, которая через адаптер присоединяется к окуляру фиброскопа или жесткого эндоскопа, или же уже встроена в видео-фиброскоп, и через блок управления выводит изображение на монитор. Использование видеокамер дает следующие преимущества для эндоскописта: повышение уровня комфорта работы; возможность делиться получаемой информацией с любым количеством людей и производить запись проводимых манипуляций (информирование владельца, документация процедуры, создание медицинских записей). Основу эндоскопической системы визуализации на сегодня составляет эндоскопический адаптер, головка камеры, блок управления камерой и монитор.

Эндоскопический адаптер

Эндоскопический адаптер позволяет соединять камеру эндоскопа с жестким эндоскопом или с фиброэндоскопом. В гибком видео-эндоскопе отпадает необходимость в отдельной камере, т.к. она уже встроена в дистальный кончик эндоскопа (чип CCD), и сразу же передает сигнал в блок управления камерой (CCU – camera control unit).

Адаптер для окуляра жесткого эндоскопа чаще уже встроен в корпус видеокамеры, для гибкого фиброскопа выпускаются отдельные коннекторы, которые преобразуют окуляр гибкого фиброскопа в окуляр жесткого эндоскопа и уже к нему присоединяется корпус камеры.

Эндоскопический адаптер на головке камеры соединяет окуляр жесткого эндоскопа и фиброскопа, что ведет к фокусировке и увеличению эндоскопического изображения на сенсоре головки камеры. Значение увеличения зависит от локальной длины адаптера, и большая длина обычно означает большее увеличение. Линзы с различными фокальными зонами (12-38 мм) доступны для использования в различных ситуациях. При необходимости работать с различными фокальными длинами, должна приобретаться камера с настраиваемой фокальной длиной или приобретаться отдельный адаптер. Данный зум адаптер дает возможность хирургу варьировать увеличение и, соответственно, размер изображения в любой точке процедуры без неподходящей смены линз. Особенности оптического зума не должны путаться с дигитальным зумом, который просто повышает размер пикселов без увеличения их количества. Результат увеличения изображения при дигитальном зуме не тот который отмечается при оптическом зуме, ввиду снижения в разрешении.

Фото 1. Эндоскопический переходник (адаптер) для подключения видеокамеры к окуляру гибкого эндоскопа.
Источник. Просторы интернета.

Камера эндоскопа

Видеокамеры, созданные для фиброскопов и жестких эндоскопов и минимально инвазивных операций, должны обладать малыми размерами и весом, обычно они содержат лишь чип CCD, который передает электронную информацию в блок управления камерой. Головка камеры присоединяется непосредственно к окуляру жесткого или гибкого эндоскопа для создания единой системы. Современный тренд в выборе камеры – это камера высокого разрешения с соответствующим монитором, но чаще используются камеры с одним или тремя чипами CCD, которых вполне достаточно для рутинной эндоскопической работы ветеринарного врача-эндоскописта.

Головка камеры содержит полупроводник (чип CCD), который трансформирует оптическое изображения в электронный сигнал, который затем может быть передан в блок управления камерой. Оптическое изображения проектируется на поверхность чипа CCD, которая подразделяет изображения на множество индивидуальных пикселов. Продолжающееся оптическое изображение должно производится как можно точнее, это может быть проведено посредством максимизации количество пикселов. Чем больше количество пикселов, тем вышел разрешения чипа CCD.

На данный момент широко доступны два основных типа эндоскопических видеокамер: камера с единственным чипом (использует один чип CCD); камера на три чипа (использует одновременно три чипа CCD). Типы камер различаются в их горизонтальном разрешении, факторе воздействующим на детальное распознавание, цвет и цену. Кроме этого, в последнее время могут использоваться камеры с высоким разрешением.

Хорошего качества камеры с одним чипом CCD более чем достаточно для эндоскопии и минимально инвазивной хирургии кошек и собак. Данные камеры обладают малым весом, отличаются компактностью, подсоединяются непосредственно к эндоскопу и дают изображение отличного камера. Камера на три чипа CCD и камера с высоким разрешением дают лучшее разрешение и лучшее разделение цвета, но необходимы только для получения только качественных изображений, используемых в публикациях и презентациях (т.е. используются по большей части в научных целях).

Далее пойдет чуть более подробное описание эндоскопических камер с одним чипом, с тремя чипами и камер с высоким разрешением.

Эндоскопическая видеокамера с одним чипом CCD

Большинство камер с одним чипом для воспроизведения цвета используют мозаичный паттерн фильтров. Один из четырех фильтров разного цвета располагаются над каждым пикселом. Данное построение фильтра требует электронных процессов для реконструкции цвета и деталей оригинального изображения. По причине того, что каждый цвет недоступен в каждом пикселе, реконструктивный процесс не полностью покрывает все цвета и детали, которые представлены в оригинальном оптическом изображении. Поэтому, камера с одним чипом в теории дает более низкое и менее аккуратное разрешение цвета по сравнению с камерой, содержащей три чипа. Однако, современные камеры с одним чипом производят изображение, которое очень близко к тому, что получается камерой с тремя чипами.

Эндоскопическая видеокамера с тремя чипами CCD

Камера с тремя чипами использует призму для разделения света в три основные цвета: красный, зеленый и голубой (RGB). Каждый из этих трех сенсоров передает один цвет на монитор. Ввиду того, что не требует электронных процессов для преобразования цвета, его передача более аккуратная. В дополнение, вся доступная информация доступная для разрешения использования применяется единственно для данных целей.

Электронная информация об изображении передается камерой через кабель на блок управления камерой, который декодирует информацию от сенсора и конвертирует информацию об изображении в стандартный видеосигнал. Данный сигнал может затем распространяться на монитор, принтер, и дигитальную систему захвата изображения.

Эндоскопическая видеокамера высокого разрешения

Многие люди знакомы с ТВ высокого разрешения (HDTV) через свой опыт потребителя. Простое применения широкополосного стандарта HDTV базируется на установках стандарта, предлагающего высокое разрешение и четкость изображения. На сегодня, технология высокого разрешения начинает применяться в эндоскопии, посредством комбинации современных камер и современных систем визуализации для повышения возможности хирурга проводить минимально инвазивные процедуры. Для отображения эндоскопического изображения в высоком разрешении, каждый компонент цепи визуализации должен быть совместим с HD, от головки камеры через кабель, блок управления камерой и монитор.

При использовании технологий высокого разрешения при эндоскопии кошек и собак достигаются следующие преимущества:
• Натуральный, панорамный вид;
• Улучшение глубины восприятия;
• Улучшение распознавания анатомических ориентиров и патологических особенностей.
• Раннее появления лапароскопических инструментов, достигающих хирургическое место.

Значимым недостатком систем эндоскопии высокого разрешения является цена оборудования.

Одним из важных показателей эндоскопической видеокамеры является возможность ее автоклавирования, что появилось только на последних инструментах. Автоклавирование значительно ускоряет стерилизацию и оборот камер, в противном случае камера подлежит стерилизации при помощи газа или плазмы.

Фото 2. Эндоскопическая камера, присоединенная к блоку управления и жесткому эндоскопу. Адаптер камеры встроен в ее ручку и предназначен для подключения к окуляру жесткого эндоскопа.

Блок управления камерой

Блоки управления камерой (CCU – camera control unit) во многих случаях создаются отдельно для видео-эндоскопов, жестких эндоскопов и фиброскопов, некоторые новые модели совместимы со всеми тремя типами эндоскопов. Данные новые, более всесторонние системы рассматриваются как спасительные для ветеринара, желающего, чтобы его эндоскопический сервис имел минимальную цену, они также сохраняют пространство в ветеринарной практике. Блок управления камерой содержит электронику для настройки таких показателей как баланс белого цвета и регулировка автоматической экспозиции.

Балансировка белого цвета – процесс, при котором камера подстраивает цвет света (температуру света) источника освещения (пр. пожелтение света при использовании галогеновых ламп). В отличие от глаз людей, видеокамера не компенсирует вариации цвета света. До проведения баланса, все компоненты оптической системы (эндоскопический адаптер, эндоскоп, кабель передающий свет, источник света) должны быть присоединены к камере. Оператор затем направляет эндоскоп на белый объект (кусок марли, или чистая белая лабораторная одежда) и нажимает кнопку баланса белого на контрольном блоке головки камеры. После балансировки камеры по белому цвету, все цвета должны быть представлены аккуратно.

При автоматическом контроле экспозиции, патентованной особенности некоторых камер, автоматически подбирается корректное положение диафрагмы, так чтобы блок управления камерой выбрал лучшее воздействие, несмотря на исходное освещение.

После обработки электронного сигнала в блоке управления камерой, изображение передается на монитор, как конечный пункт видео цепи. Изображение, представленное на видео мониторе представляет все предшествующие трансформации от источника света, кабеля, передающего свет, эндоскопа, головки камеры и блока управления камерой. Аналоговый видеосигнал передается на монитор в трех общих форматах: составном или смешанном (BNC), Y/C (или S-video), и RGB. Формат сигнала отличается в пути части видеосигнала, передаваемого к монитору. Видео сигнал включает в себя цвет, яркость и синхронность.

Составное видео (BNC) комбинирует элементы цвета, яркости и синхронизации в один сигнал. Комбинированный сигнал снижает количество полос пропускания доступного для каждого индивидуального элемента. Монитор также имеет отдельные три элемента, и декодирование процесса часто ведет к формированию артефактов. Как результат, елочная пушистость развивается на границе между различными цветами. Составное видео предлагает меньше деталей и более низкую цену.

Формат Y/C или S-video разделяют информацию о яркости и цвете на два различных сигнала. Этот форма дает большее разрешение чем составное видео (BNC) ввиду более широкого диапазона (bandwidth) доступного на каждый канал. Белая яркость и цвет всегда находят на различных полосах, сигнал не разделяется на мониторе; поэтому артефакты избегаются, и цвет лучше, чем при использовании составного сигнала. В дополнение, синхронизированный сигнал кодируется с сигналом яркости, что дает большую полосу цвета. Формат S-video высоко рекомендован для получения полных выгод от высококачественной камеры с одним чипом при аналоговом выходе.

Стандарт RGB отделяет информацию о синхронности, освещенности и цветности в четыре канала: красный, зеленый, голубой и синхронизации. Исход – истинный цвет и высокое разрешение. Формат RGB строго рекомендуется для использования с камерой на три чипа CCD.

Для камер с дигитальным выходом развито несколько стандартов, ввиду постоянного совершенствования электронной индустрии. Обычно используется стандарт интерфейса SDI, который использует те же составные кабеля (BNC), упомянутые ранее для передачи несжатого сигнала видео, оптимизированного для отражения на плоском экране для дигитальной записи. Другой часто используемый стандарт – интерфейс IEEE 1394, также известный как DV. Данный сингла обычно именуется как FireWire, полезен для соединения дигитальных записываемых устройства с DV входом.

После доступности высоких стандартов для передачи дигитального видео стал применим интерфейс DVI, обычно сохраняемый для использования с камерами высокого разрешения.

Фото 3. Вид задней панели блока управления камерой с двумя типами выходов: два коннектора для подключения составного видео (BNC, два крайних справа) и два коннектора для подключения кабеля S-video (3-й и 4-й справа).

Мониторы

Мониторы значительно варьируют в размере и разрешении. Существует вопрос личного предпочтения, но чаще используется монитор с диагональю 13-20 дюймов. Ввиду размера и веса, плоские мониторы быстро заместили стандартные мониторы на электронных трубках, используемые в прошлом. Для обеспечения оптимального изображения, монитор должен сочетаться или превосходить горизонтальное разрешения видеокамеры. Сегодняшние стандарты призывают использовать разрешение монитор в 500 линий для камеры с одним чипом и 750 линий для камеры с тремя чипами. Монитор также должен получать корректный сигнал от процессора камеры для получения видео высокого качества.

Для современных практик, экзаменационная комната, или просто для экономии пространства, новые «все в одном» блоки от некоторых производителей теперь набирают все большую популярность. Данные блоки обычно включают процессор камеры, источник света и плоский монитор в одном корпусе. Некоторые также могут включать интегрированные помпы для воздуха, клавиатуру для ввода текста, или способности дигитальной камеры.

Фото 4. Два типа мониторов. Внизу устаревший монитор на электронно-лучевой трубке, предназначенный именно для эндоскопии, вверху плоский монитор, который в последнее время используется значительно чаще.

Документация эндоскопического фото и видео для собак и кошек

До недавнего бума в дигитальных технологиях, эндоскопист присоединял различные аналоговые камеры, принтеры и записывающие устройства к выходу камеры или даже напрямую к окуляру эндоскопа. Однако, на сегодня документация эндоскопических процедур при помощи SLR камер и видеомагнитофонов (VCR) опирается на дигитальный захват как неподвижного изображения, так и потокового видео.

Возможности дигитального захвата эндоскопического изображения ограничена только выходом процессора камер и входом используемых дигитального записывающего устройства или компьютера. При доступности множества опций, занятый ветеринарный врач рассматривается «легкость использования» в качестве критического фактора, следующего только за качеством изображения. Часть врачей знакомых с компьютером выбирают оснастку допустимого самодельного соединения между системой визуализации и компьютером для достижения дигитального захвата изображения по минимальной цене, другие предпочитают более полное решение, предназначенное для обработки медицинских изображений, способных захватывать, укорачивать и архивировать изображения в предназначенный блок. В таком блоке, данные становятся частью базы данных с возможностью записи, что может включать захват неподвижного изображения и видеоклипов, а также информации специфической для случая и пациента, которая может быть добавлена в виде текста или аудио.

Некоторые дигитальные захватывающие устройства также могут быть подключены к сети госпиталя посредством кабеля, который вносит данные в центральную записывающую систему.

Хранение неподвижных изображений и видеоклипов имеет ряд преимуществ, включая следующие:
• Качество изображения не ухудшается со временем;
• Не требуется физического пространства для хранения.
• Данные могут быть скопированы или распечатаны для предоставления владельцу или коллегам.
• Данные могут быть пересланы по почте, размещены на вебсайте или включены в электронную презентацию.
• Данные могут перемещаться на CD и DVD диски, USB-приспособления для безопасного хранения.
• Стоимость хранения данных, их копирования и передачи – минимальная.

Заключение

Если требуемое изображения не производится эндоскопической системой, оператор должен начать с начала цепи визуализации (источник света) и проверить каждый прибор по ее пути. Со временем, лампы теряют свою интенсивность, передающие свет волокна могут ломаться, и поверхность линз может окрашиваться. Т.к. эндоскоп является сложным оптическим приспособлением, он может повреждаться при нарушении способов обращения. Видеокамера иногда дает сбои и видеомонитор может потребоваться заново настраивать. Всегда помните, что оптическая и электронная цепь собираются совместно, и помнить, что качество финального изображения может быть настолько хорошим, насколько слаба связь в цепи или отдельное приспособление.