Модульное мультимодальное устройство для дерматоскопии и видеокапилляроскопии: расчет объектива фронтальной части и оценка качества изображения опытного образца

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Марченко М.О., Крюков А.В., Быков А.А. Модульное мультимодальное устройство для дерматоскопии и видеокапилляроскопии: расчет объектива фронтальной части и оценка качества изображения опытного образца // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 9. С. 92–105. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-09-92-105

Marchenko M.O., Kryukov A.V., Bykov A.A. Modular multimodal device for dermatoscopy and video capillaroscopy: Front lens design and evaluation of the image quality of the prototype [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 9. P. 92–105. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-09-92-105

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Оптические системы объективов с вынесенным входным зрачком и оптические системы окуляров в обратном ходе лучей. Цель работы. Разработка оптической системы объектива модульного мультимодального устройства, работающего в режимах визуальной дерматоскопии, цифровой дерматоскопии и видеокапилляроскопии, и методики синтеза его оптической схемы. Метод. Синтез трехкомпонентных базовых схем объектива мультимодального дерматоскопа, построенных на основе изопланатических поверхностей методом композиции оптических систем. При синтезе также использован алгебраический метод расчета оптических систем, основанный на теории аберраций 3-го порядка. Основные результаты. Предложена улучшенная модульная компоновка устройства. Сформированы требования к оптической системе объектива дерматоскопа, выполнен его синтез. Описана методика синтеза базовых схем объектива с вынесенным входным зрачком и получены новые варианты схем, расширяющие возможности синтеза. По результатам расчета изготовлен опытный образец объектива. Практическая значимость. Оценка качества изображения рассчитанного объектива мультимодального устройства и его опытного образца подтвердила способность его работы в режиме визуальной дерматоскопии в определенном диапазоне положений глаза врача, в режимах цифровой дерматоскопии совместно с камерой мобильного телефона и видеокапилляроскпии совместно со специальным дополнительным модулем. Определена общая структура макета устройства.

Ключевые слова:

дерматоскопия, видеокапилляроскопия, изопланатические поверхности, композиционный синтез, базовые и коррекционные линзы

Благодарность:

исследование выполнено в рамках Государственного задания НТЦ УП РАН (проект FFNS-2025-0008).

Коды OCIS: 120.3890, 170.1470, 170.1870, 170.0110, 110.0180

Список источников:

1. Sung H., Ferlay J., Siegel R.L., et al. Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries // A Cancer J. Clinicians. 2021. V. 71. № 3. P. 209–249.

2. Yélamos O., Braun R.P., Liopyris K., et al. Usefulness of dermoscopy to improve the clinical and histopathologic diagnosis of skin cancers // J. American Academy of Dermatology. 2019. V. 80. № 2. P. 365–377.

3. Reiter O., Mimouni I., Dusza S., et al. Dermoscopic features of basal cell carcinoma and its subtypes: A systematic review // J. American Academy of Dermatology. 2021. V. 85. № 3. P. 653–664.

4. Lupu M., Caruntu C., Popa M.I., et al. Vascular patterns in basal cell carcinoma: Dermoscopic, confocal and histopathological perspectives // Oncology Lett. 2019. V. 17. № 5. P. 4112.

5. Guryleva A.V., Machikhin A.S., Orlova E.V., et al. Photoplethysmography-based angiography of skin tumors in arbitrary areas of human body // J. Biophotonics. 2024. https://doi.org/10.1002/jbio.202400242

6. Rocha L.K.F.L., Vilain R.E., Scolyer R.A., et al. Confocal microscopy, dermoscopy, and histopathology features of atypical intraepidermal melanocytic proliferations associated with evolution to melanoma in situ // Intern. J. Dermatology. 2022. V. 61. № 2. P. 167–174. http://doi.org/10.1111/ijd.15815

7. Волков М.В., Маргарянц Н.Б., Потемкин А.В. и др. Метод визуализации кровеносных сосудов в коже человека на основе видеорегистрации кровотока с использованием лапароскопа // Радиотехника и электроника. 2020. Т. 65. № 7.

Volkov M.V., Margaryants N.B., Potemkin A.V., et al. Blood vessel visualization method in human skin based on video recording of blood flow using a laparoscope // J. Commun. Technol. and Electronics. 2020. V. 65. № 7. P. 806–814. https://doi.org/10.1134/S1064226920070141

8. Guryleva A.V., Machikhin A.S., Khokhlov D.D., et al. Feasibility of videocapillaroscopy for characterization of microvascular patterns in skin lesions // Proc. SPIE. The Intern. Soc. Opt. Eng. 2022. P. 12147. https://colab.ws/articles/10.1117%2F12.2621479?ysclid=mbqpm8ir5h453236033#

9. Батшев В.И., Букова В.И., Крюков А.В. и др. Оптическая система компактного дерматоскопа с каналом для видеокапилляроскопии // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 11. С. 124–132. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-11-124-132

Batshev V.I., Bukova V.I., Kryukov A.V., et al. Optical system of a compact dermatoscope with a videocapillaroscopy channel // J. Opt. Technol. 2023. V. 90. № 11. P. 713–718. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000713

10. Крюков А.В., Марченко М.О. Модульное мультимодальное устройство для дерматоскопаии и видеокапилляроскопии // Труды XVII междунар. конф. Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации — ARMIMP 2024. Суздаль, Россия. 23–26 сентября 2024. С. 308–312.

Kryukov A.V., Marchenko M.O. Modular multimodal device for dermatoscopy and videocapillaroscopy [in Russian] // XVII Intern. Conf. Acoustooptic and Radar Methods for Information Measurements and Processing — ARMIMP 2024 (Reports). Suzdal, Russia. September 23–26, 2024. P. 308–312.

11. Mullani N., Trotzenberg T., Lozano-Buhl G.P. Medical illuminator with variable polarization // US Patent № US11395714B2. 2022. Publ. July 27, 2022.

12. Heine O., Hager T. Dermatoscope // US Patent № USD940312S. 2022. Publ. Jan. 4, 2022.

13. Togawa Y., Yamamoto Y., Matsue H. Comparison of images obtained using four dermoscope imaging devices: An observational study // JEADV Clinical Practice 2. 2023. № 4. P. 888–892.

14. Панов В.А., Андреев Л.Н. Оптика микроскопов. Расчет и проектирование: уч. пособ. Л.: Машиностроение, 1976. 432 с.

Panov V.A., Andreev L.N. Optics of microscopes. Calculation and design: Tutorial [in Russian]. Leningrad: ''Mashinostroenie'' Publ., 1976. 432 p.

15. Ровенская Т.С., Фролов А.В. Синтез широкоугольного реверсивного телеобъектива // Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение. 1997. № 3. С. 115–120.

Rovenskaya T.S., Frolov A.V. Synthesis of a wide-angle reversible telephoto lens [in Russian] // Vestnik BMSTU. 1997. № 3. P. 115–120.

16. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем: уч. пособ. Л.: Машиностроение, 1969. 672 с.

Slusarev G.G. Methods for calculating optical systems: Tutorial [in Russian]. Leningrad: ''Mashinostroenie'' Publ., 1969. 672 p.

17. Русинов М.М. Техническая оптика: уч. пособ. Л.: Машиностроение, 1979. 488 с.

Rusinov M.M. Technical optics: Tutorial [in Russian]. Leningrad: "Mashinostroenie" Publ., 1979. 488 p.

18. Чербаев В.А., Хацевич Т.Н. Специализированный проекционный объектив // «Интерэкспо Гео-Сибирь» 2015. Т. 5. № 2. С. 111–116.

Cherbaev V.A., Khatsevich T.N. Dedicated projection lens [in Russian] // Interexpo Geo Sibir. 2015. V. 5. № 2. P. 111–116.

19. Батшев В.И., Крюков А.В. Расчет миниатюрного реверсивного телеобъектива тепловизионного диапазона // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 7. С. 89–98. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-89-98

Batshev V.I., Krioukov A.V. Design of a compact long-wave infrared inverse telephoto lens // J. Opt. Technol. 2024. V. 91. № 7. P. 490–495. https://doi.org/10.1364/JOT.91.000490

20. Андреев Л.Н., Цыганок Е.А., Ежова В.В. и др. Апланатический компенсатор кривизны поверхности изображения // Патент РФ № RU212877U1. Бюл. 2022. № 23.

Andreev L.N., Tsiganok E.A., Ezhova V.V., et al. Aplanatic image surface curvature compensator [in Russian] // RF Patent № RU212877U1. Bull. 2022. № 23.

21. Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем: уч. пособ., 4-е изд. СПб.: Лань, 2022. 448 с.

Zakaznov N.P., Kiryushin S.I., Kuzichev V.I. Theory of optical systems: Tutorial [in Russian]. St. Petersburg: "Lan’" Publ., 2022. 448 p.

22. Liou H. and Brennan N.A. Anatomically accurate, finite model eye for optical modeling // JOSA A. 1997. V. 14. № 8. P. 1684–1695. https://doi.org/10.1364/JOSAA.14.001684

23. Электронный ресурс URL: https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/tech‑tools/1951‑usaf‑resolution/?srsltid=AfmBOopgCFfhuJWYcnjPtQPzGnW6rLdsL73JAEhFHAGVZ3h4HmXbKFAg (1951 USAF Resolution Calculator. Edmund Optics).

Electronic resource URL: https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/tech tools/1951–usaf–resolution/?srsltid=AfmBOopgCFfhuJWYcnjPtQPzGnW6rLdsL73JAEhFHAGVZ3h4HmXbKFAg (1951 USAF Resolution Calculator. Edmund Optics).

24. Электронный ресурс URL: https://sourceforge.net/p/mtfmapper/home/Home/ (MTF Mapper).

Electronic resource URL: https://sourceforge.net/p/mtfmapper/home/Home/ (MTF Mapper).