Технические эндоскопы - Гибкие оптоволоконные эндоскопы

     С конструкторской точки зрения  эндоскоп как оптический прибор представляет собой устройство, содержащее две оптических системы (канала) – наблюдательную (визуальную) и осветительную.   Наблюдательная  система эндоскопа - часть эндоскопа, предназначенная для формирования и передачи изображения объекта к наблюдателю.  Осветительная система эндоскопа - часть эндоскопа, предназначенная для  передачи светового излучения от осветителя к исследуемому объекту.

       Отраженный исследуемым объектом свет поступает в наблюдательную систему эндоскопа, которая строит изображение исследуемого объекта на сетчатке глаза оператора или на электронном приемнике изображения  вспомогательных блоков - телевизионной системы, фотографической системы.

        Для конкретного применения эндоскопа  особое значение имеет исполнение (жесткое или гибкое) его рабочей части, то есть той части  эндоскопа, которая предназначена для введения в исследуемую полость и имеет форму и размеры, соответствующие тому  каналу, по которому вводится эндоскоп.

       Жесткие эндоскопы относятся к группе эндоскопов, геометрическая и оптическая ось которых остается неизменной в процессе эндоскопического исследования.

        Гибкие эндоскопы относятся к группе эндоскопов, геометрическая и оптическая ось которых меняет свою конфигурацию  в процессе эндоскопического исследования.

     Гибкий  волоконный эндоскоп имеет более сложную конструкцию, чем жесткий эндоскоп. Она состоит из наблюдательной, осветительной и управляющей механической  систем. Характеристики каждой системы влияют друг на друга. Вот почему при разработке гибкого эндоскопа необходимо рассмотреть параметры каждой системы и оптимизировать их с целью повышения эффективности работы прибора в целом.

         На рис. 1 показано схематическое  устройство гибкого эндоскопа.

                                      Рис. 1  -  Схематическое устройство гибкого эндоскопа.

       Принципиальная схема наблюдательной системы гибкого волоконного  эндоскопа содержит следующие оптические элементы, имеющие самостоятельное значение: объектив  волоконного эндоскопа, регулярный волоконный световод  для передачи изображения и окуляр.

    Объектив  волоконного эндоскопа формирует уменьшенное изоб­ражение объекта в плоскости входного торца волоконного световода  для передачи изображения. Это изображение переносится волоконным световодом  в переднюю фокальную плоскость окуляра, совмещенную с плоскостью выходного торца волоконного световода. Окуляр позволяет рассматривать изображение под увеличением.

     Осветительная система эндоскопа служит для освещения наблюдаемого объек­та и состоит из проложенного внутри  эндоскопа нерегулярного световодного жгута, окан­чивающегося специальным разъемом для подключения к осветителю. 

        Механическая система служит для обеспечения управления всеми элементами и узлами эндоскопа.

        В механическую систему входят: дистальная управляемая трубка, гибкая неуправляемая трубка (тубус) и механизм управления изгибом дистального конца (управляемой трубки). Дистальная управляемая трубка и тубус образуют рабочую часть (конец)  эндоскопа.

    Термин «дистальный» означает рабочую, наиболее удаленную от наблюдателя  часть прибора (distalis — удалённый), а термин «проксимальный» означает наиболее приближенную к  наблюдателю  часть прибора (proximalis  - приближенный). Эти термины пришли  из медицинской эндоскопии.

     Механическая система имеет большое значение для работоспособности эндоскопов. От параметров этой системы зависит вообще возможность работы с прибором. Так, например, жесткость тубуса влияет на возможность введения эндоскопа в исследуемую протяженную полость. Величина и равномерность изгиба дистальной управляемой трубки влияет на возможность осмотра узких полостей. Например, при прохождении сложных  участков  могут  образовываться петли тубуса, которые затрудняют манипуляции  эндоскопом и которые необходимо «развязывать» в ходе этих манипуляций.

        Рассмотрим основные элементы механической системы.

        В большинстве гибких эндоскопах используется дистальная управляемая трубка в виде  тонкостенных (толщина стенки порядка 0,3 мм) колец, изготовленных  из  нержавеющей стали, скошенных по краям под углом и склепанных друг с другом. В заклепках имеются отверстия, через которые пропущены канаты механизма управления изгибом дистального конца. При натяжении канатов в одном из направлений кольца поворачиваются вокруг заклепок до соприкосновения скошенными краями колец. Заклепки установлены в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что позволяет осуществлять изгиб в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

     Радиус изгиба дистальной управляемой трубки определяется количеством колец и углом скоса их краев. Угол изгиба дистальной управляемой трубки обычно составляет 120⁰-180⁰, и может достигать в отдельных случаях  210° (рис. 2).

                                            Рис. 2 -  Изгиб дистальной управляемой трубки.

       Механизм управления изгибом дистального управляемого конца состоит из  двух или четырех канатов и устройства натяжения канатов, расположенного в корпусе эндоскопа. С помощью двух канатов изгиб дистального конца происходит в одной плоскости, с помощью четырех канатов – в двух плоскостях.   

      Устройство натяжения канатов приводится в действие  рукоятками поворота дистального конца. При вращении рукояток в одну из сторон натягивается соответствующий канат,  и дистальный конец изгибается в определенную сторону.

      Гибкая оболочка тубуса гибкого эндоскопа обычно пред­ставляет собой композиционную конструкцию и состоит из внутренней витой пружины из стальной ленты 1, резинового покрытия 2 и бронирован­ной металлической оболочки 3 (рис. 3).

       Такая конструкция тубуса обеспечивает защиту от внешних прямых механических воздействий  уложенных  внутри него волоконно-оптических световодов  передачи изображения и подсветки наблюдаемого объекта,  канатов, управляющих изгибаемым концом, а также позволяет исключить его  деформацию при многократных рабочих изгибах.

       Конструкция тубуса  позволяет противостоять проникновению внутрь оболочки влаги и масел (герметичный эндоскоп). Технические эндоскопы не всегда делаются с герметичным рабочим концом. Как правило, герметизируется узел объектива.  Рабочая часть медицинских эндоскопов герметична всегда.

      При проведении эндоскопии  жесткость тубусов гибких эндоскопов имеет большое значение, так как от нее зависит в какой-то степени возможность проведения эндоскопического исследования. Так, например, малая жесткость на изгиб тубуса эндоскопа не позволяет провести исследование, так как эндоскоп будет плохо управляем в исследуемой полости,  и может даже складываться в ней. Малая жесткость тубуса на кручение не позволяет ввести эндоскоп в узкие полости (так называемый ротационный метод введения)  или вращать его вдоль продольной оси для кругового осмотра.

        Тубус эндоскопа может иметь также полужесткую конструк­цию. Полужесткая конструкция обладает свойствами самоторможения, то есть фиксации формы после изгиба. Эндоскопы с такой рабочей ча­стью называют полужесткими.