Оглавление Введение…………………………………………………………………………...3

1. Назначение прибора и принцип действия прибора. 10

2. Оптическая схема прибора. 12

3. Функциональная схема прибора. 13

4. Электрическая схема прибора. 20

5. Область применения. 23

7. Используемая литература 27

Введение

Одним из важнейших методов диагностики и лечения различных заболеваний является эндоскопия. С помощью эндоскопической техники проводятся визуальный осмотр внутренних полостей организма человека, биопсия, хирургическое и терапевтическое воздействие на биологические ткани лазерным излучением, промывание полости и наполнение ее воздухом или жидкостью, введение лекарственных растворов, удаление новообразований и инородных тел и т.д. Кроме визуального наблюдения, может проводиться фото- и ТВ-документирование отдельных этапов эндоскопии.

Основой медицинского эндоскопа является оптическая система, позволяющая получить изображение биологического объекта, наблюдение которого невооруженным глазом невозможно в силу особенностей строения организма человека. Задачей, стоящей перед разработчиком оптической системы медицинского эндоскопа, является получение изображения биологического объекта высокого качества. Это качество оценивается геометрическим, фотометрическим и колориметрическим подобием изображения объекта, т.е. правильным воспроизведением формы, распределением яркости и цветовой структуры объекта.

Современные эндоскопы представляют собой сложные оптико-механические и оптико-электронные приборы. При их разработке требуются тщательная проработка принципиальной схемы прибора, конструктивная увязка всех систем внутри него при ограниченных поперечных размерах, использование комплектующих высокого качества. Для обеспечения высоких эксплуатационных параметров необходимы специальные технологические процессы и высокое профессиональное мастерство при изготовлении. Очевидно, что успешное развитие этой области медицинской техники и обеспечение высокого технического уровня и качества зависят от системного, комплексного подхода к решению следующих вопросов:

определение номенклатуры эндоскопов, необходимых для оснащения медицинских учреждений и подлежащих разработке, и разработка оптимальных технических параметров эндоскопов и их комплектующих;

создание номенклатуры типовых комплектующих элементов и разработка конструкций типовых узлов эндоскопов, позволяющих на основе модульного принципа конструирования эффективно осуществлять разработку и модернизацию эндоскопов;

• разработка критериев оценки качества эндоскопов;

• разработка и освоение специальных технологических процессов

производства эндоскопов и их узлов и специальной технологической оснастки;

• разработка методик и специальных стендов и установок для испытаний эндоскопов и их узлов.

Исторические корни создания эндоскопических приборов уходят в XIX в. Родоначальницей этого класса медицинских приборов стала Германия, где работы врача из Франкфурта-на-Майне Филиппа Боццини (1773 – 1809 г.)

заложили основу современной эндоскопии. Он назвал свой инструмент, созданный в 1805 г. для исследования каналов и полостей человеческого тела, светопроводником (Lichtleiter) , применив в нем в качестве источника света свечу. Однако, сконструированный им аппарат не нашел практического применения и никогда не использовался для исследования на людях. В то время не понимали значения этого изобретения, а сам изобретатель был наказан медицинским факультетом города Вены за «любопытство».

Дальнейшее развитие эндоскопической техники прошло следующие основные этапы:

• 1825 г. Пьером Сегаласом из Страсбурга изготовлено уретро-пузырное зеркало, состоящее из длинной, полированной внутри серебряной трубки, у внешнего конца которой помещалось коническое зеркало. Короткая серебряная трубка, зачерненная внутри, проходила через центр круглого зеркала, выполняющего роль окуляра. Источником света служили две маленькие свечи, которые помещались между круглым и коническим зеркалами.

• 1853 г. Дезормо продемонстрировал свой инструмент в Парижской медицинской

• академии. В это время эндоскоп был признан повсеместно как полезный диагностический инструмент. Инструмент Дезормо состоял из набора трубок различного диаметра, которые вводились в полость. Источником света была спиртовая лампа. Короткая трубка прикреплялась в месте установки лампы на уровне пламени. К этой трубке под прямым углом прикреплялась вторая трубка, несущая отражатель. Лампу устанавливали в вертикальном положении, а система трубок и отражатель могли поворачиваться до горизонтального положения в зависимости от цели исследования. Конец трубки, несущий окуляр, принимал лучи света, которые направлялись через линзу-конденсор и отражались от исследуемой поверхности.

• 1867 г. Немецкий стоматолог Юлиус Брук

• предложил в качестве источника освещения использовать платиновую петлю, светящуюся при прохождении через нее электрического тока. Для предохранения ткани от термического повреждения через цилиндр, окружающий светящуюся платиновую петлю, протекал постоянный поток холодной воды.

• 1868 г. Куссмауль ввел в практику методику гастроскопии. С помощью металлической трубки с гибким обтуратором, вводимым в желудок, далее вводилась полая трубка. Введение такой трубки было возможно при условии, что верхние зубы находились на одной прямой с осью пищевода. В дальнейшем принцип Куссмауля был положен в основу всех методик с использованием жестких и полужестких гастроскопов.

• 1868 г. Беван разработал жесткий эзофагоскоп длиной 10 см, который был предназначен для извлечения инородных тел и осмотра опухолей пищевода.

• 1872 г. Август Хакен из Риги предложил использовать черненые

• изнутри проводники, свет по которым распространялся от лобного зеркала.

• 1874 г. Груэнфельд предложил так называемое пузырное зеркало, состоящее из системы трубок, закрытых со стороны мочевого пузыря стеклянным окном. Наличие рабочего канала позволяло проводить по нему инструмент.

• 1876 г. Руттенберг,

• врач из Вены, впервые использовал воздух для наполнения исследуемой полости.

• 1876 г. Макс Нитце предложил прибор с источником света, который мог быть введен в полость мочевого пузыря. Инструмент представлял собой металлический катетер с загнутым концом. Осветитель проводился внутри тубуса и состоял из платиновой петли, заключенной в тонко обработанное гусиное перо. Нагреваемая петля охлаждалась постоянным потоком воды. С помощью Бенеке, оптика из Вены, была изготовлена система линз, смонтированная в трубке. С по-мощью этой системы было зна-чительно увеличено поле зрения прибора. Первый инструмент этого типа был изготовлен дрезденским мастером Диэке. Впоследствии работа была про-должена известным венским инструментальщиком Лейте-ром. В результате этой работы созданы инструменты, назван-ные цистоскопами Нитце – Лейтера.

• 1880 г. Изобретение лампы накаливания Томасом Эдисоном.

• 1881 г. Микулич на основании тщательных анатомических исследований разработал конструкцию аппарата, изогнутого в дистальной трети

• под углом 30. Его идея в то время была трудно осуществима технически. Однако этот принцип был использован при дальнейшей разработке аппаратов для осмотра желудка.

• 1883 г. Ньюман представил первый эндоскоп с использованием лампы накаливания.

• 1885 г. Буассо де Рошэр представил цистоскоп с лампой накаливания и непрямой оптической системой, позволявшей исследовать стенку мочевого пузыря.

• 1887 г. Нитце и Лейтер создали инструменты с системой линз и лампой накаливания для осмотра стенок мочевого пузыря .

• 1889 г. Буассо де Рошэр предложил инструмент, принцип которого положен в основу современных цистоскопов. Источник света был вынесен из полости мочевого пузыря, системы линз для освещения и наблюдения стали раздельными.

• 1898 г. Келлинг изобрел управляемый гастроскоп.

• 1898 г. Ф. Ланге и Д. Мельтсинг изобрели гастрокамеру для

• фотографирования желудка без визуального осмотра.

• 1901 – 1910 гг. Лео Буэргер модифицировал линзовую систему цистоскопа, обеспечив прямое изображение и улучшив его качество. Маккарти предложил пан-эндоскоп с панорамным обзором, снабдив его передней наклонной линзой.

• 1907 г. В. Бруннингс сконструировал эзофагоскоп с

• электрическим освещением, применявшийся в практике до 70-х гг. XX столетия.

• 1910 г. Шведский врач Ганс Христиан Якобеус ввел термины «лапароскопия» и «торакоскопия» .

• 1920 г. Врач из Чикаго Ондорфф разработал троакар с автоматическим клапаном для введения лапароскопических инструментов и

предотвращения утечки газа. Он же описал преимущества пирамидального стилета.

• 1929 г. Врач из Берлина Хайниц Кальк разработал троакар с дополнительным рабочим каналом для инструмента.

• 1932 г. Р. Шиндлер разработал конструкцию полугибкого линзового гастроскопа, который представлял собой трубку длиной 78 см, с гибкой частью длиной 24 см, 12 мм в диаметре, содержащую большое число короткофокусных линз.

• 1956 г. Разработана система, включающая в себя электронную вспышку, позволившую делать снимки эндоскопических изображений высокого качества.

• 1958 – 1960 гг. В СССР создан первый в мире аппарат для контактного разрушения камней – электрогидравлический цистолитотриптор «Урат-1» (авторы – Ю.Г. Единый, О.Г. Балаев и Н.А. Король).

• 1960 г. Создан автономный источник холодного света.

• 1966 г. В жестких эндоскопах применены стержневидные линзы, предложенные британским физиком Хопкинсом, заметно повысившие разрешение и яркость изображения.

• 1969 г. Воул и Смит (Bell Laboratories) создали прибор с зарядовой связью (ПЗС), преобразующий оптические сигналы в электрические импульсы.

• 1986 г. Появление видеоэндоскопов.

Приоритет в создании и выпуске эндоскопических приборов в нашей стране принадлежит научно-производственному объединению «Красногвардеец» (Санкт-Петербург). На рубеже 1980-х гг. в процесс создания новых высоконадежных приборов включилось оптико-механическое объединение ЛОМО. Было развернуто производство гастродуоденоскопа «Пучок МТ-11» с осветителем МТО-225 на ксеноновой лампе. С этого момента началось соперничество двух производителей оптико-механической продукции в области производства эндоскопов. В советский период более сильный рывок осуществило ЛОМО, закупив японскую технологическую линию по производству тубусов гибких эндоскопических приборов, что позволило значительно увеличить выпуск современных и относительно недорогих приборов. «Красногвардеец», в свою очередь, не только увеличивал ассортимент жестких эндоскопов, в частности, цистоуретроскопов, но и не сдавал позиции в части производства гибких эндоскопов. С началом экономических реформ эти предприятия преобразуются в открытые акционерные общества, при этом второе производство НПО «Красногвардеец», где выпускалась вся оптика, получило название «Оптимед».

С целью разработки и серийного производства современных сверхтонких жестких медицинских сдавал позиции в части производства гибких эндоскопов. С началом экономических реформ эти предприятия преобразуются в открытые акционерные общества, при этом второе производство НПО «Красногвардеец», где выпускалась вся оптика, получило название «Оптимед».

С целью разработки и серийного производства современных сверхтонких жестких медицинских эндоскопов в 1992 г. было создано объединение, включающее три предприятия: ТОО «ВНИИМП-ОПТИМЕД», организованное на базе ВНИИ медицинского приборостроения (Москва), Научно-производственное предприятие «ЭКОМП», организованное на базе Могилевского машиностроительного института (Белоруссия), ЗАО «ГРИНЕКСТ» (Санкт-Петербург) [6].

ТОО «ВНИИМП-ОПТИМЕД» проводит теоретическую разработку медицинской техники, организует изготовление сложных деталей микрооптики и проведение технических и медицинских испытаний на территории России, осуществляет связь с Минздравом РФ и другими государственными структурами.

НПП «ЭКОМП» осуществляет серийное производство основных комплектующих изделий для эндоскопических комплексов, организует проведение технических и медицинских испытаний на территории Белоруссии.

ЗАО «ГРИНЕКСТ» разрабатывает и серийно производит широкую номенклатуру градиентных оптических элементов, служащих основой оптической системы ряда жестких эндоскопов.

В настоящее время разработкой, изготовлением и поставкой эндоскопического оборудования занимаются организации, информацию о которых можно получить из публикаций.

1. Назначение прибора и принцип действия прибора.

Эндоскопическое оборудование применяется для исследования и лечения. В общем случае эндоскопом называется устройство, имеющее осветительную, наблюдательную системы и приспособления. Это устройство предназначено для введения во внутренние полости тела человека машин и механизмов с целью осмотра и проведения различных манипуляций. Все эндоскопы делятся на два больших класса: технические и медицинские. Медицинским эндоскопом называется эндоскоп, вводимый во внутренние полости и органы человека через естественные каналы или хирургическим путем. Далее, говоря об эндоскопах, мы будем иметь в виду только медицинские эндоскопы.

В зависимости от назначения, медицинские эндоскопы делятся на следующие типы:

• смотровой – медицинский эндоскоп, предназначенный для исследования внутренних полостей и органов человека путем осмотра;

• биопсийный – медицинский эндоскоп, предназначенный для взятия пробы ткани с требуемого участка под визуальным контролем с целью последующего гистологического анализа;

• операционный – медицинский эндоскоп, предназначенный для проведения диагностических, лечебных и хирургических манипуляций путем введения инструментов под визуальным контролем.

Эндоскопическая аппаратура – это совокупность оптических, механических, электронных и светотехнических систем, объединенных в единый медицинский прибор. Блок-схема эндоскопа (рисунок 1) в общем случае включает в себя следующие элементы: источник света 1, конденсор 2, волоконный световод 3, переходное устройство 4, светопроводящую систему 5, включая систему формирования пучка подсветки 6, объектив эндоскопа 7, систему передачи изображения 8, окуляр 9, фотографический объектив 10, фотопленку 11, телевизионный объектив 12, телевизионную камеру 13, монитор 14. При этом позицией 16 отмечена изучаемая биологическая ткань, а 15 – глаз наблюдателя. Элементы 1 – 6 образуют осветительное устройство, а 7 – 14 – наблюдательную систему эндоскопа [1]

Рисунок 1- Блок-схема оптической системы эндоскопа

2. Оптическая схема прибора.

Наблюдательная система эндоскопа состоит из трех основных частей: объектива 1, системы передачи изображения 2 и окуляра 3 (рисунок 2). Так как исследуемый объект расположен перед объективом на конечном расстоянии, то формально данная система может быть отнесена к группе микроскопов. Однако, исходя из особенности конструкции и работы эндоскопа, необходимо отметить, что, во-первых, наблюдательная система имеет малую величину числовой апертуры в пространстве предметов; во-вторых, объектив имеет небольшую величину фокусного расстояния (от 1 до 20 мм) и малое относительное отверстие (от 1: 8 до 1:15); в-третьих, расстояние до исследуемой поверхности изменяется в пределах от 10 до 100 мм, что в несколько раз превышает величину фокусного расстояния объектива; в-четвертых, отсутствует фокусировка на различные расстояния до объекта. Поэтому эндоскоп целесообразнее рассматривать как телескопическую систему небольшого увеличения, снабженную оборачивающей системой. [1]

Рисунок 2- Принципиальная оптическая схема наблюдательной системы эндоскопа