Принцип работы эндоскопов: основные принципы и принципы работы

В основу работы эндоскопов положен принцип передачи изображения с помощью оптических систем. Благодаря этому инструменту врачи могут осмотреть внутренние органы человека без необходимости проводить хирургическое вмешательство.

В следующих разделах статьи мы поговорим о том, как работает эндоскоп, какие виды этого медицинского оборудования существуют, какие преимущества оно имеет перед другими методами диагностики, а также об особенностях использования эндоскопов в различных отраслях медицины. Готовы узнать больше о важном инструменте современной медицины? Присоединяйтесь к чтению!

Приципы работы эндоскопов

Эндоскопы — это сложные устройства, которые используются для диагностических и лечебных манипуляций во внутренних органах и полостях человеческого тела. Их основными составляющими являются система передачи света, обеспечивающая освещение исследуемого объекта, система передачи изображения, которая отображает объект на экране, и механическая система, необходимая для проведения прибора по каналу и для осуществления различных манипуляций.

Эзофагоскопы и ректоскопы — это простые металлические трубочки, позволяющие осмотреть полость организма. Они оснащены лупой на конце, где находится глаз наблюдателя. Благодаря этому устройству можно рассмотреть объект под небольшим увеличением, достигающим 1,5-2 крат.

В настоящее время оптические системы эндоскопов с линзовой оптикой выполнены в виде отдельного блока оптической трубки, которая представляет собой узкую металлическую трубку с множеством оптических элементов, передающих изображение от объекта к глазу наблюдателя. Для повышения эффективности работы таких систем используются оптоволоконные устройства, состоящие из стержневых линз. Такой тип оптической системы оборудован более совершенной многосоставной системой объектива и передачи изображения.

Для передачи света в жестких тубусных эндоскопах используется световод, который либо встроен непосредственно в тубус между двумя жесткими металлическими трубками, либо размещается в отдельной жесткой металлической трубке, вводимой в просвет тубуса. Гибкий кабель световода выполнен из пучка элементарных волокон, покрытых специальной пленкой, обеспечивающей изгиб кабеля без излома волокон, и передает свет от осветителя к световоду жесткого эндоскопа. Кабель световода имеет стандартные размеры, позволяющие эндоскопам работать с различными световыми проекторами. Механическая система жестких эндоскопов зависит от их функционального назначения.

Гибкие эндоскопы с оптическими волокнами отличаются от жестких тем, что их рабочая часть гибкая. Позволяет проводить исследование по сложным каналам и глубоким полостям. В использовании применяется оптический жгут с неравномерным расположением световодов, который также находится в жестких эндоскопах.

Кроме того, благодаря оптическому волокну существует возможность создания тонких и длинных эндоскопов. Однако, они не имеют высокой разрешающей способности и некоторое изображение может быть мозаичным.

Градиентные системы передачи изображения. Гибкие эндоскопы.

Жесткие эндоскопы

Гибкие фиброэндоскопы

Системы передачи изображения с градиентным распределением показателя преломления в стекле были разработаны в 60-80-х годах прошлого века. Тогда они отличались от однородности распределения показателей преломления. Сегодня же оптимальным решением является использование градантов с радиальным распределением.

Радиальные граданты представляют собой длинные цилиндрические стержни с плоскими полированными торцами, изготовленными из особых сортов стекла. Они проходят специальную физико-химическую обработку. Таким образом создается градиент показателя преломления, который плавно убывает от оси граданта к его наружной поверхности.

Этот градант является эквивалентом линзы. Два граданта заменяют несколько десятков микролинз, которые присутствуют в жестких эндоскопах. Эта разработка значительно повысила разрешающую способность жестких эндоскопов.

Свет для освещения операционного поля поступает от источника и проходит через эндоскоп до его конца. Изображение, получаемое при использовании жестких эндоскопов, является более четким, чем при использовании гибких. Жесткий эндоскоп оснащен телескопом, находящимся внутри специальной защитной трубки, в которой находятся рабочие каналы, через которые проводятся манипуляции (такие как моно- и биполярная коагуляция, биопсия и рассечение тканей) специальными инструментами.

Определенное строение гибкого эндоскопа, состоит из: 1 — окуляра; 2 — кольца, для настройки диоптрий; 3 — клапана, регулирующего рабочие инструменты; 4 — клапана, отвечающего за аспирацию; 5 — клапана, для подачи воздуха и воды; 6 — рукоятки, позволяющей двигаться вправо и влево; 7 — фиксатора, для фиксации рукоятки в одном положении; 8 — рукоятки, котрая позволяет двигаться вверх и вниз; 9 — фиксатора, для фиксации рукоятки вверх или вниз.

Чаще всего ригидные эндоскопы имеют систему ирригации и аспирации внутри тубуса. В некоторых моделях данной системы есть специальный канал для лазерного световода. Эндоскопический набор также содержит разнообразные телескопы, позволяющие получать изображение под различными углами. Обычно представлены следующие типы оптических систем: • прямое видение (0); • переднее видение (30°); • широкоугольное вертикальное видение (70°); • боковое видение (90°); • ретроспективное видение.

Разные телескопы одной системы могут заменять друг друга в процессе операции, чтобы изменить угол обзора. При этом инструменты, находящиеся в рабочих каналах, остаются в тубусе на своих местах.

Кроме использования базовых манипуляционных инструментов, доступных через рабочие каналы с помощью однопортальной эндоскопии, возможно альтернативная техника введения дополнительных инструментов к месту операции с помощью вспомогательных портов, которые устанавливаются отдельно от основного порта (бипортальная или трипортальная эндоскопия).

Гибкие эндоскопы

Еще одним типом эндоскопа, применяемым в хирургии, являются гибкие эндоскопы, их гибкость достигается благодаря применению оптических волоконных систем.

Механизм передачи светового потока по волокнам имеет очень маленький диаметр (меньший, чем у волоса человека) и использует полное внутреннее отражение. Каждый световод покрыт специальным слоем стекла, который имеет низкий показатель преломления. Свет, проникающий в волокно с одной стороны, множественно отражается от его стенок и выходит на другой конец почти без потерь.

Следует отметить, что передача света возможно при любом изгибе волокон, что обеспечивает подвижность эндоскопа. Каждое отдельное волокно передает изображение конкретной точки объекта, а волоконный жгут складывается из 70000-100000 волокон, что позволяет передавать "холодный" свет и изображение.

Гибкий эндоскоп имеет два основных канала — один для передачи света и другой для передачи изображения. Волоконный жгут, который отвечает за передачу изображения, суммирует все точки на проксимальном конце, что позволяет рассматриваемому объекту иметь мозаичную структуру, которую можно увидеть через окуляр. Все волокна в жгуте располагаются в строгой последовательности, основанной на принципе когерентности. Нарушение этой последовательности может исказить эндоскопическую картину.

Гибкий эндоскоп состоит из управляемой дистальной головки и гибкой средней части. Вы можете вернуться в оглавление раздела "Неотложная хирургия", где найдете информацию о медицинских оптических приборах, таких как эндоскопы и офтальмологические приборы.

Эндоскопия является одним из главных методов диагностики и лечения многих заболеваний. С помощью этой техники производится визуальный осмотр внутренних полостей организма человека, биопсия, хирургическое и терапевтическое воздействие на биологические ткани при помощи лазерного излучения, а также промывание и наполнение полости воздухом или жидкостью, введение лекарственных растворов, удаление новообразований, инородных тел и другие медицинские процедуры.

Основой эндоскопического оборудования является оптическая система, которая позволяет получать изображение биологических объектов, недоступных для невооруженного глаза в силу анатомических особенностей человека. Разработчик должен стремиться получить высококачественное изображение образца при помощи оптической системы медицинского эндоскопа. Для оценки качества изображения фотометрическое, геометрическое и колориметрическое подобие должны быть точными для воспроизведения формы, распределения яркости и цветовой структуры объекта.

Современные эндоскопы представляют собой сложные оптико-механические и оптико-электронные системы.

Создание эндоскопических приборов в XIX веке имеет свои истоки в истории. Они были придуманы в Германии, благодаря работам Филиппа Боццини, врача из Франкфурта-на-Майне, в 1773-1809 гг. Это стало основой для развития эндоскопии в современном мире.

В общем случае, эндоскоп — это устройство, которое имеет осветительную и наблюдательную системы, а также соответствующие приспособления. Оно используется для проведения различных манипуляций и осмотра внутренних полостей тела человека, за исключением введения машин и механизмов. Эндоскопы делятся на две большие категории: медицинские и технические. Медицинский эндоскоп вводится внутрь тела человека естественными каналами или через хирургический путь. Для дальнейшего обсуждения мы рассмотрим только медицинские эндоскопы.

Каждый эндоскоп включает в себя осветительную и наблюдательную системы:

— Устройство освещения эндоскопа — это компонент эндоскопа, который включает источник света и другие элементы конструкции, предназначенные для освещения объекта наблюдения. В зависимости от типа световодной системы эндоскоп может быть жестким или гибким. Световодный кабель эндоскопа, который состоит из волоконного световода в эластичной оболочке и присоединительных элементов, передает свет от внешнего источника к системе светопроводов эндоскопа;

— Система наблюдения эндоскопа — это часть эндоскопа, которая формирует и передает изображение объекта наблюдения к наблюдателю (в жестком или гибком исполнении).

Эндоскопы классифицируются по способу передачи изображения на следующие подгруппы:

Гибкие эндоскопы с волоконной оптикой — это эндоскопы, где для передачи изображения в оптической схеме используются гибкие волоконные световоды. Они не должны путаться с эндоскопами с волоконным световодом, где световой поток, передаваемый по волоконному световоду от источника света, установленного вне исследуемой области, создает освещение наблюдаемого объекта.

Эндоскопы с линзовой оптикой используют линзы в своей оптической системе для наблюдения.

Тубусные эндоскопы представляют собой простую полую трубку, которая, при необходимости, может быть оснащена лупой.

Исполнение рабочей части эндоскопа играет ключевую роль в его использовании в медицине. Рабочая часть представляет собой часть эндоскопа, которая вводится в область исследования и должна соответствовать форме и размеру анатомического канала, в который он будет введен.

Существуют различные типы эндоскопов в зависимости от конструкции их рабочей части:

• Гибкие эндоскопы – медицинские инструменты, которые могут плавно изгибаться в пределах определенных ориентиров.
• Жесткие эндоскопы – медицинские инструменты, чья рабочая часть выполнена в жестком исполнении.

Кроме того, эндоскопы с волоконной оптикой могут быть как гибкими, так и жесткими.

Эндоскопы также можно классифицировать по способу регистрации изображений:

Фотоэндоскоп представляет собой специальное устройство, предназначенное для регистрации изображения выбранного объекта на фотопленку. Это осуществляется с помощью фотографического устройства, расположенного на проксимальном конце эндоскопа.

Киноэндоскоп же осуществляет запись изображения наблюдаемого объекта на кинопленку.

Телевизионный эндоскоп, в свою очередь, предназначен для передачи изображения выбранного объекта на телевизионный экран.

И, наконец, проекционный эндоскоп создан для проецирования изображения выбранного объекта на экран.

Комбинированный медицинский инструмент, называемый эндоскопической аппаратурой, объединяет в себе механические, светотехнические, электронные и оптические системы. В устройстве эндоскопа (см. рисунок 1) элементы осветительной системы включают источник света 1, конденсор 2, волоконный световод 3, переходное устройство 4, светопроводящую систему 5 и систему формирования пучка подсветки 6. При этом элементы наблюдательной системы, включая объектив эндоскопа 7, систему передачи изображения 8, окуляр 9, фотографический объектив 10, фотопленку 11, телевизионный объектив 12, телевизионную камеру 13 и монитор 14, объединяются воедино. На рисунке также отображается биологическая ткань, изучаемая при помощи эндоскопа (позиция 16), а также глаз наблюдателя (позиция 15). Элементы 1-6 формируют осветительную систему, а элементы 7-14 – наблюдательную систему эндоскопа.

На рис. 1 представлена блок-схема оптической системы эндоскопа, однако в конкретной конструкции могут отсутствовать отдельные блоки и элементы могут отличаться.

Наблюдательная система эндоскопа состоит из трех основных частей: объектива 1, системы передачи изображения 2 и окуляра 3 (рис. 2). Эта система формально может быть отнесена к микроскопам, так как исследуемый объект находится перед объективом.

Однако следует учитывать, что размер числовой апертуры в пространстве предметов невелик, фокусное расстояние объектива мало и изменение расстояния до исследуемой поверхности значительно, что превышает фокусное расстояние объектива. Кроме того, фокусировка на различные расстояния до объекта отсутствует. Поэтому эндоскоп можно рассматривать как телескопическую систему небольшого увеличения с оборачивающей системой.

Рисунок 2. В данной схеме показан принцип работы системы эндоскопа в оптическом отношении.

При создании оптической системы эндоскопа следует задать основные параметры, которые можно разделить на три группы: габаритные размеры, оптические характеристики и качество изображения.

К ключевым оптическим характеристикам эндоскопа относятся: расстояние от первого стекла до объекта наблюдения s, угловое поле 2ωв в пространстве предметов, видимое увеличение Г, разрешающая способность N и диаметр D’ выходного зрачка.

Наблюдение биологического объекта с помощью эндоскопа зависит от осветительной системы, так как внешнее освещение отсутствует. Таким образом, главной задачей осветительной системы эндоскопа является обеспечение высокой освещенности поля зрения и создание колориметрического подобия изображения.

Для оценки необходимой величины освещенности наблюдаемого объекта в поле зрения эндоскопа, используются формулы для расчета освещенности изображения, построенного оптической системой. Эти формулы могут быть записаны в виде, применительно к оптической системе эндоскопа.

(1)

Здесь мы говорим о E’ — уровне освещенности на оси изображения, находящейся в предметной плоскости окуляра эндоскопа, а также о Lоб — яркости объекта, который наблюдается.

Уникальность фотографического изображения зависит от двух коэффициентов: пропускания объектива и системы переноса изображения (включая оборачивающую систему).

Апертурный угол в пространстве изображений, который определяется объективом;

Существует улучшение в передаче изображения – линейное развитие системы.

Согласно закону Ламберта, для поверхностей, распространяющих свет равномерно, степень яркости объекта Lоб и его освещенности Eоб определяется коэффициентом диффузного отражения:

Одной из формул оптики является закон синусов. Если использовать его и учитывать линейное увеличение объектива, то можно получить выражение для числовой апертуры в пространстве изображений объектива. При этом при светотехническом расчете можно принять отрезки s и z за равные.

Учитывая вышеизложенное, при увеличении разовой переносимой системы, выражение (1) изменится следующим образом:

Величина освещенности объекта, наблюдаемого через эндоскоп, должна быть в три раза выше желаемой величины освещенности изображения в предметной плоскости окуляра, которая зависит от диафрагменного числа объектива. Для обеспечения определенной глубины резко изображаемого пространства диафрагменное число не может быть малым, поэтому важно повысить коэффициенты пропускания объектива и системы переноса изображения в оптических системах эндоскопов.

Современные эндоскопы оснащены осветительными системами, которые обеспечивают яркость наблюдаемого биологического объекта на уровне от нескольких тысяч до десятков тысяч люкс.

В 1980-х годах появилась миниатюрная цветная видеокамера с высоким разрешением, которая использовалась для создания съемного узла, закрепленного на окуляре эндоскопа. Такой узел передавал изображение наблюдаемого объекта на экран монитора (см. рис.3).

Рис.3. Видеосистема OTV-F3 OES

Эндовидеокамера OTV-F3 OES оснащена ПЗС-матрицей, содержащей множество фоточувствительных элементов, которые могут преобразовывать оптическое изображение в электрический сигнал. В матрицах ПЗС располагается фоточувствительные элементы по строкам и столбцам.

Для создания эндоскопов с гибким дистальным концом используются гибкие жгуты из тонких стеклянных нитей, которые позволяют передавать свет по изогнутым каналам. Это стало возможным благодаря появлению волоконной оптики.

Большинство гибких медицинских эндоскопов имеют типовую схему, которая включает компоненты оптического канала передачи изображения (4, 5, 6) и осветительного канала (2, 3). Рисунок 4 демонстрирует данную схему.

Как показано на Рис.4, дана типовая схема гибкого медицинского эндоскопа:

1 – объект, который исследуют; 2 – источник света; 3 – осветительный гибкий волоконный световод;

4 – объектив эндоскопа; 5 – гибкий волоконный световод для передачи изображения;

Исследуемый объект 1 освещается источником света 2 с помощью гибкого осветительного световода 3. Объектив 4 эндоскопа создает изображение объекта на входном торце волоконного жгута, где регулярно располагаются волокна 5, которые переносят изображение на выходной торец. Изображение можно просмотреть через окуляр 6.

Врема 18. Атрибути оптико-електронних сигналів та їх властивості. Властивості поля випромінювання, яскравість джерела випромінювання. Аналітичне подання оптичних сигналів, параметри, характеристики. Спектральне подання одновимірних і багатовимірних оптичних сигналів, поняття просторової частоти, просторово-частотні та фазо-частотні характеристики.

Стандартні сигнали та їх властивості (одиничний стрибок, дельта-функція, одиночний імпульс). Випадковий процес, його опис, поняття випадкового оптичного сигналу. Поняття дисперсії і кореляційної функції сигналу, методи їх оцінювання.

Стандартні оптичні сигнали

У кожному випадку використання ОЕП існує своє розподіл яскравості в просторі предметів. Найчастіше зустрічаються на практиці розподілі, при цьому розглядається тільки інтегральна яскравість.

В точке (x0, y0) расположен идеальный точечный источник, для которого характерно сосредоточение всей энергии излучения в одной геометрической точке. Такоеизлучение может быть описано с помощью дельта-функции, которая точно определит распределение яркости.

Равным Спектру Фурье является:

Взглянем на амплитудные и фазовые характеристики спектра следующим образом:

Можно сделать вывод, что вся область пространственных частот имеет одинаковое значение амплитуды, которое равно L0.

Иллюстрация 1. Описание идеального точечного источника и его спектра

Определить количество информации, которое можно получить от точечного источника, можно, проанализировав следующее направление:

Поскольку для определения яркостного профиля источника требуется лишь одна точка, то таким образом можно идентифицировать форму профиля.

,

Значение ρ представляет собой отношение квадрата потока Ф на единичном входном зрачке к дисперсии фотонных флуктуаций. Приблизительно оно равно среднему числу фотонов N, попадающих на входной зрачок в единицу времени.

Если W(x,y) — это функция плотности вероятности нахождения точечного источника в точке с координатами (x,y), то

Определить координаты источника с минимально возможными ошибками можно по критерию Рэлея. Этот способ измерения позволяет определить координаты с максимальной точностью.

ρ0 – это граничное расстояние, при котором два точечных источника могут быть различены благодаря дифракции.

В случае, если функция W(x,y) подчиняется правилам нормального распределения,

Объясним это еще раз:

Общее количество информации:

Эндоскопические устройства используются для исследования внутренних органов человека, при этом им нет необходимости проводить операцию. Они вводятся через естественные отверстия и предоставляют возможность предварительно изучить зону операции. Операционные эндоскопы имеют специальную конструкцию, что обеспечивает их удобный ввод через хирургические разрезы во время проведения хирургического вмешательства. Биопсийные трубки играют важную роль в процедуре, они не только предоставляют визуальную информацию на объективе, но и дают возможность взять образцы тканей исследуемого органа, исследовать сосуды и делать надрезы

Эндоскопы могут классифицироваться в зависимости от возраста пациентов на два типа: для детей и для взрослых. Детские устройства обладают более тонкой рабочей частью, поэтому маленькие пациенты испытывают меньше дискомфорта. Кроме того, длина детских эндоскопов меньше, чем у взрослых.

Методы сохранения изображения

Эндоскопы позволяют не только передавать изображение на окуляр, но и запечатывать его для последующего использования.

Существует четыре типа сохранения медицинских изображений:

1. Фотоэндоскопы.
2. Телеэндоскопы.
3. Киноэндоскопы.
4. Проекционные.

Фотоэндоскопы были одним из первых устройств, которые начали использоваться для фиксации изображений. Они были подключены к фотоаппарату и использовались для фотографирования, чтобы изучать изображения в дальнейшем. Но в настоящее время устройства для фотофиксации отошли на второй план, поскольку их начали вытеснять оборудования для передачи видеоизображения.

Телефонные эндоскопы, киноэндоскопы и проекционные приборы являются более совершенными конструкциями. Они позволяют передавать изображение в реальном времени на монитор. Благодаря этому, движение головки видят не только доктор, но и его ассистенты. Такое оборудование помогает заметить мелкие отклонения в состоянии органов человека.

В настоящее время телеэндоскопы и киноэндоскопы считаются устаревшими технологиями и используются крайне редко. Их место заняли более современные проекционные системы, которые были адаптированы к работе с современным компьютерным оборудованием, используемым в медицинских учреждениях.

Виды зондов с учетом их жесткости

Эндоскопы классифицируются на жесткие и гибкие. Жесткие зонды также известны как оптические трубки и состоят из системы освещения и линз, которые позволяют получать увеличенное изображение, передаваемое на окуляр. Диаметр подобных приборов варьируется от 3 до 10 мм, а длина редко превышает 1 м. Конструкция зондов обеспечивает разные углы обзора.

Использование жесткой конструкции эндоскопа гарантирует высокую точность изображения.

Для проведения медицинских исследований обычно используют гибкие эндоскопы, которые могут изменять свою форму в зависимости от канала, по которому они вводятся в полость. Данные передаются через волоконную оптику. Гибкий эндоскоп более тонкий и короткий, чем его технический аналог, его диаметр может достигать до 2 мм.

Виды технических эндоскопов и сферы их применения

Технические эндоскопы используются для различных целей и могут иметь значительно большую длину, чем медицинский аналог. Некоторые устройства могут иметь длину в 30 метров. Они предназначены для визуального исследования труднодоступных мест, и применяются в широком спектре промышленности, такой как:

— Электроэнергетика

• — Водоснабжение
• Область металлургии.
• Промышленность авиации и космоса.
• Сфера машиностроения.

Эндоскопическое оборудование позволяет осуществлять быстрое и точное визуальное сканирование различных механизмов без полной их разборки. Такие устройства с легкостью работают с определением точной локации засора или утечки в трубопроводах. С помощью экспертов можно также оценить состояние скрытой части автомобиля, выявився такие участки, которые подверглись коррозии. Конечный результат — эндоскоп способен значительно расширить технические возможности и обеспечивает более эффективное проведение диагностики и ремонтных работ. Подобное оборудование доступно в каждом автосервисе и используется специалистами многих производственных сфер.

Индикаторы эндоскопов

Эндоскоп — это трубка с оптической системой для передачи изображения, используемая для исследования темных полостей. Однако без освещения головки прибора, оператор не сможет оценить полость, в которой работает. В связи с этим на эндоскопе есть технический провод для подключения к осветителю, который устанавливается рядом с объектом и передает свет через специальный канал на головку, освещая место исследования.

Существуют три вида осветителей:

1. Галогенные.
2. Металлогалогенные.
3. Ксеноновые.

Осветительные системы типа галогенных имеют небольшую стоимость, однако обладают рядом минусов. Главным недостатком является то, что они оснащены лампочкой с небольшим сроком службы, всего порядка 50 часов, а также испускают желтый световой спектр, который исказит правильное восприятие цветов при анализе внутренних органов. Кроме того, такие системы тратят больше энергии в сравнении с другими.

По сравнению с галогенными осветителями, металлогалогенные имеют более высокую цену, но и оснащены более слабой лампой на 24 Вт. Все же, у такого осветительного соединения есть одно преимущество: мощный свет, который эквивалентен примерно 200 Вт галогенной лампе. Время работы металлогалогенной системы составляет около 800 часов. Таким образом, данный тип освещения является более эффективным и долговечным.

Механизмы металлогалогенных осветителей являются очень полезными, так как они создают белое свечение, которое позволяет передавать естественные цвета и изображения исследуемой полости. Данный тип оборудования широко применяется в медицинских и технических эндоскопах.

Самыми мощными осветителями являются ксеноновые. Они нашли широкое применение в медицине и в отраслях промышленности, где используется технический эндоскоп. Но эта техника довольно дорогостоящая и недоступна для большинства. Такие осветители создают естественный спектр, который практически полностью идентичен дневному свету.

Многие технические эндоскопы большого диаметра не могут быть подключены к осветителю и, вместо этого, оснащены светодиодами, расположенными вокруг объектива на головке. Такие конструкции, несмотря на их массивность и невысокий уровень яркости, существенно дешевле, чем приборы с отдельным осветителем.

Оптическая система эндоскопа

Для передачи изображения со рабочей части эндоскопа используются две основные технологии — оптоволоконная и линзовая. Линзовая оптика, используемая в устройстве, считается лучшей по качеству передачи изображения. Внутри трубы эндоскопа располагаются оптические линзы, аналогичные тем, что используются в микроскопах, биноклях, подзорных трубах и телескопах.

Такой тип оборудования может работать только в случае, если линзы закреплены в ровной и неподвижной трубе. Такая система чаще всего встречается на жестких эндоскопах, которые не могут гибнуться. Однако, данный вид оборудования не настолько распространен, как оптоволоконный эндоскоп, так как его применение относительно ограничено.

В гибких эндоскопах используется волоконная оптика для передачи информации о съемке объекта по извилистому пути. Однако, эффективность передачи изображения при помощи такой системы значительно ниже, чем у линзовой оптики. Производители эндоскопов вынуждены использовать волоконную технологию, чтобы сделать эндоскопы гибкими.

Другие темы:

• Тепловизоры: виды, принцип работы, области применения и выбор устройства.

Эндоскопические исследования в медицине

Одним из наиболее важных методов диагностики и лечения ряда заболеваний является применение эндоскопической техники. С ее помощью возможно осуществлять визуальный осмотр внутренних полостей организма человека, беременность, хирургическое и терапевтическое лечение с использованием лазерных технологий, промывание полости и ее заполнение воздухом либо жидкостью, а также проведение инъекций лекарственных растворов, удаление новообразований и иностранных объектов из организма и так далее. Кроме того, возможно проводить фото- и ТВ-документирование различных этапов эндоскопии.

Введение и история развития эндоскопических приборов, их назначение и классификация, принцип построения и устройство эндоскопа с линзовой оптикой, принцип действия эндоскопа с волоконной оптикой, задачи эндоскопического исследования, показания и противопоказания к эндоскопическим исследованиям, визуальные исследования, осложнения при эндоскопических манипуляциях и их профилактика, токи высокой частоты, ультразвук и лазерное излучение в эндоскопии, заключение.

Содержимое работы — 1 файл

— 192.62 Кб (Скачать файл)

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный медицинский университет»

Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации.

Тема: «Эндоскопические исследования в медицине»

Выполнил студент 1-го курса

Юрий Николаевич Зырянов

1. Введение
2. Развитие эндоскопических инструментов
3. Назначение и классификация медицинских эндоскопов
4. Принципы построения эндоскопа
5. Линзовая оптика в эндоскопах
6. Принцип работы и устройство эндоскопа с волоконной оптикой
7. Цели эндоскопического исследования
8. Показания и противопоказания к эндоскопическим исследованиям
9. Осложнения и профилактика при эндоскопических процедурах
10. Применение высокочастотных токов, ультразвука и лазерного излучения в эндоскопии
11. Заключение

Один из главных способов диагностики и лечения различных заболеваний — эндоскопия. Эндоскопическая техника используется для визуального исследования различных полостей и тканей организма человека, в том числе биопсии, хирургического и терапевтического лечения с помощью лазерного излучения, промывания полостей и заполнения их воздухом или жидкостью, а Введения лекарственных растворов и удаления новообразований и чужеродных тел. Кроме визуального наблюдения, проводится фото- и ТВ-документирование отдельных этапов процедуры эндоскопии.

Медицинский эндоскоп опирается на оптическую систему, позволяющую получить изображение биологического объекта, не доступного для невооруженного глаза ввиду особенностей его строения. Создание разработчиком оптической системы медицинского эндоскопа заключается в производстве качественного изображения биологического объекта. Эффективность работы определяется геометрическим, фотометрическим и колориметрическим сходством изображения, которое правильно передаёт форму, распределение яркости и цветовую структуру объекта.

Современные устройства для эндоскопии являются сложными приборами, объединяющими оптику и механику, а также электронные компоненты. Создание этих устройств требует тщательного изучения принципиальной схемы, учета конструктивных особенностей и высококачественного выбора комплектующих, чтобы обеспечить высокие эксплуатационные параметры при ограниченных размерах. Изготовление эндоскопов требует особой квалификации и использования специальных технологических процессов.

История развития эндоскопических приборов

В XIX веке началось создание эндоскопических приборов, история которых началась еще в 1805 году. Филипп Боццини, немецкий врач из Франкфурта-на-Майне, создал в том году свой первый светопроводный инструмент для исследования каналов и полостей человеческого тела, используя в качестве источника света свечу. К сожалению, его устройство не получило практического применения и не использовалось для исследования на людях. В то время его значимость не была оценена, и изобретатель был наказан медицинским факультетом города Вены за свое "любопытство".

Первый эндоскоп

В дальнейшем эндоскопическая техника прошла несколько основных этапов развития.

В 1825 году Пьер Сегалас изготовил уникальное уретропузырное зеркало. Это изделие состояло из длинной серебряной трубки, полированной внутри, и конического зеркала на внешнем конце. Еще одна короткая серебряная трубка, зачерненная внутри, проходила через центр круглого зеркала, которое выполняло роль окуляра.

Для освещения использовались две маленькие свечи, которые помещались между круглым и коническим зеркалами. В 1853 году Дезормо демонстрировал свой цистоскоп в Парижской медицинской академии. На рисунке изображен Цистоскоп Дезормо.

В данное время Российский научник Дезормо изобрел эндоскоп — высоко ценимый диагностический инструмент. Он состоял из ряда трубок с разным диаметром, с помощью которых инструмент вводился в полость. Свет был обеспечен спиртовой лампой. Короткая трубка была прикреплена к стержню, установленному на уровне горящей лампы.

Между ней и второй трубкой, несущей отражатель, был угол, который позволял изменять угол отображения в зависимости от целей исследования. Верхняя трубка с окуляром направляла свет в линзу-конденсор, отразив его от поверхности исследуемого объекта.

Вы можете также увидеть на рисунке спиртовую лампу.

В 1867 году, немецкий стоматолог Юлиус Брук предложил новый источник освещения для медицинских процедур — платиновую петлю, которая светится при прохождении через нее электрического тока. Чтобы избежать повреждения тканей, которое может быть вызвано высокой температурой, светящаяся платиновая петля была окружена цилиндром, через который протекал постоянный поток холодной воды.

На следующий год, в 1868 году, метод гастроскопии был введён в практику Куссмаулем. Он использовал металлическую трубку с гибким обтуратором, которую вводили в желудок, а затем вводилась полая трубка. Этот метод мог быть использован только в том случае, если верхние зубы находились на одной линии с пищеводом. Позже этот метод был основой для всех методов с использованием жестких и полужестких гастроскопов.

В 1868 году Беван создал жесткий эзофагоскоп длиной 10 см. Этот новый прибор был предназначен для определения наличия инородных тел и опухолей пищевода.

Август Хакен из Риги предложил использовать проводники, покрытые снаружи чернильной пастой для распространения света от лобного зеркала в 1872 году. Груэнфельд предложил использовать пузырное зеркало, созданное из трубок, покрытых стеклянными окнами, закрывающими их смежную сторону — мочевой пузырь, с рабочим каналом для проведения инструмента в 1874 году. В 1876 году врач из Вены Руттенберг воспользовался воздухом для наполнения полости, подвергаемой исследованию. Кроме того, Макс Нитце разработал устройство с возможностью внедрения светового источника на металлический катетер с загнутым концом в полость мочевого пузыря в 1876 году. Осветитель внутри тубуса состоял из платиновой петли, окруженной гусиным пером, и охлаждался постоянным потоком воды.

Бенеке из Вены разработал систему линз, которая была установлена в трубке, что заметно расширило поле зрения устройства. Дрезденский мастер Диэке первым изготовил этот тип инструмента, но затем работу продолжил известный венский инструментальщик Лейтер, благодаря которому были созданы цистоскопы Нитце – Лейтера.

В 1880 году Томас Эдисон изобрел лампу накаливания.

В 1881 году Микулич провел тщательные анатомические исследования, разработав конструкцию аппарата с изогнутой в дистальной трети трубки под углом 30 градусов. Его идея была сложной для реализации на техническом уровне, но эта идея была использована в будущем для создания аппаратов для исследования желудка.

В 1883 году Ньюман представил первый эндоскоп с использованием лампы накаливания.

В 1885 году Буассо де Рошэр представил свой цистоскоп, оснащенный лампой накаливания и оптической системой для изучения стенок мочевого пузыря.

В 1887 году Нитце и Лейтер создали инструменты для осмотра стенок мочевого пузыря, имеющие систему линз и лампу накаливания.

Рис. Цистоскоп Нитце

В 1889 году Буассо де Рошэр предложил инструмент, который лег в основу современных цистоскопов. Он предусмотрел вынесение источника освещения из полости мочевого пузыря, а также разделение систем освещения и наблюдения с помощью линз.

В 1898 году Келлинг разработал управляемый гастроскоп.

В этот же год Ф. Ланге и Д. Мельтсинг придумали гастрокамеру, которая позволяла фотографировать желудок без его визуального исследования.

В период с 1901 по 1910 год Лео Буэргер усовершенствовал линзовую систему цистоскопа, что позволило получить прямое изображение и улучшило его качество. В свою очередь, Маккарти предложил панорамный панэндоскоп с использованием передней наклонной линзы.

В 1907 году был создан эзофагоскоп с электрическим освещением, который сконструировал В. Бруннингс и использовался в медицинской практике до 1970-х годов XX века.

Ганс Христиан Якобеус в 1910 году предложил термины "лапароскопия" и "торакоскопия". А врач из Чикаго Ондорфф в 1920 году разработал троакар с автоматическим клапаном для введения лапароскопических инструментов и предотвращения утечки газа, а также описал преимущества пирамидального стилета. В том же году Хайниц Кальк из Берлина создал троакар с дополнительным рабочим каналом для инструментов.

В 1932 году Р. Шиндлер изобрел полугибкий линзовый гастроскоп, который состоял из трубки длиной 78 см и гибкой части длиной 24 см, содержащей большое количество короткофокусных линз диаметром 12 мм.

В 1956 году была создана система, использующая электронную вспышку, что позволило делать качественные снимки эндоскопических изображений.

В период с 1958 по 1960 годы в СССР был создан электрогидравлический цистолитотриптор "Урат-1", первый в мире аппарат для контактного разрушения камней, авторами которого стали Ю.Г. Единый, О.Г. Балаев и Н.А. Король.

В 1960 году был изобретен автономный источник холодного света.

К 1966 году в жестких эндоскопах стали использовать стержневидные линзы, предложенные британским физиком Хопкинсом, что существенно улучшило яркость и разрешение изображения.

В 1969 году компания Bell Laboratories создала прибор с зарядовой связью (ПЗС), который позволяет преобразовывать оптические сигналы в электрические импульсы. В 1986 году появились видеоэндоскопы.

Медицинские эндоскопы представляют собой устройства с осветительной и наблюдательной системами, приспособленные для введения машин и механизмов во внутренние полости тела человека с целью проведения осмотров и различных манипуляций. Эти устройства могут вводиться как через естественные каналы, так и хирургически. Все эндоскопы можно разделить на технические и медицинские, причем в данном контексте под эндоскопом мы будем понимать медицинский эндоскоп.

Принцип работы медицинского эндоскопа

Принцип работы автомобильного эндоскопа, содержащего камеру эндоскопа в трубе, заключается в проекции сцены на поверхность датчика изображения через объектив (LENS), а затем в преобразовании ее в цифровой сигнал изображения с помощью аналого-цифрового преобразования (A/D). Полученный сигнал проходит дальнейшую обработку цифровой обработки сигналов (DSP) и затем передается на компьютер для отображения изображения на мониторе через USB-интерфейс.

Wopson Technology Co., Ltd. сфокусировалась на разработке и выпуске серии эндоскопов для обнаружения газовых баллонов, а также на выпуске серии эндоскопов для инспекции трубопроводов с момента ее создания.

Представляем вам серию эндоскопов, которые предназначены для осмотра контейнеров и обхода труб. Они отличаются легким и удобным использованием, обеспечивают четкое, понятное, простое и эффективное функционирование, а также имеют высокую долговечность. В нашем ассортименте вы найдете такие продукты, как эндоскоп эндоскопа, эндоскоп для осмотра контейнеров, эндоскоп для обхода труб, автомобильный эндоскоп, промышленный эндоскопический эндоскоп, портативный эндоскоп и настольный эндоскоп.

Общая структура гибкого видео эндоскопа

В большинстве гибких эндоскопов можно выделить основные элементы конструкции: тубус световода, рукоятки управления, вводимую часть (тубус) с внутренними каналами и изгибаемую секцию, в которой располагаются несколько важных компонентов.

Используя разъем световода, гибкий эндоскоп подключается к видеопроцессору или источнику света. Это дает возможность передачи светового потока через жгут световода до дистальной части эндоскопа, а также подачи или отсасывания жидкости через канал аспирации и канал подачи воздуха и воды. Кнопки, рукоятки поворотов углов наклона дистального конца, всасывающие и воздушные/водяные клапаны расположены на корпусе управления и могут быть программированы. Вводимый тубус имеет изгибаемую раковую шейку на дистальном конце, а внутри — один или несколько инструментальных каналов для всасывания, накачивания, орошения и выполнения других процедур.

В конце эндоскопа размещены несколько элементов, необходимых для обеспечения диагностических процедур. Эти элементы могут быть представлены одним или несколькими компонентами, включающими биопсийный канал, сопло для подачи воздуха или воды, объектив, дополнительный канал для направления мощной струи воды, светопроводные линзы и торцевой колпачок на дистальном конце.

При ручной очистке эндоскопа следует обращать особое внимание на дистальный конец и проводить тщательный осмотр на предмет возможных повреждений. Необходимо обнаружить любые трещины или сколы на линзах, повреждения сопла воздуха/воды и поломку торцевой крышки.

Бронхоскоп — один из наиболее распространенных гибких эндоскопов, которые используются в процедуре обследования внутренних дыхательных путей для визуализации внутренней части бронхов. Этот тип эндоскопа представляет собой корпус (рукоятку) управления, который содержит разъем для подключения источника света, тубус световода и вводимый тубус. Бронхоскопы, как правило, имеют только один инструментальный канал и содержат меньшее количество элементов управления, чем другие гибкие эндоскопы.

Отметим, что бронхоскоп — один из наиболее ремонтопригодных эндоскопов, благодаря своей конструкции, которая более хрупка из-за малого диаметра. Гибкие эндоскопы, включая бронхоскопы, часто повреждаются при невольном нахождении пациентов на них или при избыточном изгибании трубок.

Для проверки бронхоскопа необходимо провести пальцами вдоль всей длины рабочей части, включая гибкую резиновую оболочку на конце, чтобы определить любые повреждения в виде вмятин или проколов.

Специальные эндоскопы: особенности конструкции

Имеются эндоскопы с более продвинутой технологией, предназначенной для проведения конкретных процедур. К примеру, дуоденоскоп отличается наличием лифта для управления инструментами и позиционированием объектива на боковой части дистального конца. Однако за последние несколько лет имели место случаи, связанные с трудностями очистки дуоденоскопов вблизи лифта, что привело к заражению пациентов. В ответ на это производители увеличили инструкции по очистке и отредактировали конструкцию новых эндоскопов. Важно тщательно осмотреть лифт и следовать инструкциям при повторной обработке дуоденоскопа.

Кроме традиционных гибких эндоскопов в медицинских целях используются также линейные и радиальные эхоэндоскопы и ультразвуковые гибкие эндоскопы, которые обладают особенной конструкцией. Указанные типы эндоскопов оборудованы ультразвуковым преобразователем на дистальном конце, что позволяет обнаруживать дефекты в стенках или около желудочно-кишечного тракта. При работе с линейными и радиальными эхоэндоскопами необходимо проявлять осторожность, ведь они сочетают в себе ценность и хрупкость: в случае поломки возобновление работы обойдется дорого, а ультразвуковой преобразователь на дистальном конце – чрезвычайно уязвим. Кроме ультразвуковых блоков, линейные ультразвуковые эндоскопы оснащены механическим подъемником на дистальном конце.

Нельзя не учесть, что гибкие эндоскопы, будь то бронхоскоп или колоноскоп, имеют сложную конструкцию и по этой причине подвержены ломкости. Любое неаккуратное или ошибочное обращение может привести к серьезным поломкам. Ремонт данных приборов крайне дорогостоящ и связан не только с оплатой ремонта, но и с убытками медицинских учреждений в связи с невозможностью работы на данном оборудовании.

В этом материале мы рассмотрели состав гибкого видеоэндоскопа и пришли к выводу о его хрупкости и сложности. Всем пользователям рекомендуется проявлять бережность и внимательность при эксплуатации данного оборудования.

Особенности строения гибких эндоскопов

Для проведения различных медицинских процедур, таких как осмотр внутренних органов, удаление инородных объектов, введение лекарств и многие другие, используется эндоскопическое оборудование, которое позволяет проводить исследование внутренних органов человека. Специальное устройство — гибкий эндоскоп — вводят через естественные отверстия, что делает процесс более комфортным для пациента.

Для осмотра различных органов применяются эндоскопы, которые оснащены оптическими системами и светомузыкальными устройствами. Это позволяет не только проводить визуальный осмотр, но также промывать полость, удалять инородные предметы, вводить лекарства и брать биопсии. Современные эндоскопы бывают жесткие и гибкие и оснащены миниатюрными камерами, что делает процесс ещё более эффективным и точным.

Эндоскопическое оборудование – это специальная техника, которая позволяет проводить неинвазивные методы лечения и исследования внутренних органов человека. Благодаря использованию такого оборудования, возможно быстрая и эффективная диагностика и лечение пациентов.

Благодаря знанию устройства эндоскопа, специалист сможет без труда использовать его и получить нужные результаты диагностики, что поможет пациенту более ясно понять процедуру обследования и избежать неопределенности.

Каково устройство гибкого эндоскопа?

Оптическая система является базой любого эндоскопа и позволяет получать визуальное изображение объекта. Фиброскопы воспроизводят изображение через фиброволокно, а видеоэндоскопы используют матрицу CCD для вывода на монитор. Использование волоконной оптики, которая способна передавать свет через изогнутые каналы, существенно повлияло на создание эндоскопов с гибким дистальным концом, способным изгибаться в широком диапазоне. Эти устройства получили широкое распространение в медицинской практике для исследования малодоступных органов, таких как дыхательные пути и пищеварительный тракт.

Все волоконные эндоскопы, несмотря на разнообразие, построены по единому принципу.

Схема гибкого эндоскопа включает в себя несколько составных частей (детали изображены на рисунке):

Буква B обозначает рукоятку управления эндоскопом;

Буква C обозначает инструментальный канал;

Буква D соответствует защитнику рубашки коннекторной;

Буква F обозначает разъем осветителя;

Буква G обозначает трубку вводимую (тубус);

Буква H обозначает сегмент, который управляет дистальным концом;

Буква M соответствует коннекторной рубашке;

Буква К обозначает клапан проверки герметичности эндоскопа;

Буква N соответствует дистальной головке.

Светопровод — это технология передачи светового потока по волокнам, толщина которых составляет несколько микрон (что тоньше обычного человеческого волоса). Её сущность заключается в эффекте полного внутреннего отражения, за счёт которого каждое волоконное поле покрыто специальным стеклянным слоем с низким показателем преломления. Таким образом, луч света, попавший в волокно с одной стороны, последовательно отражается от стенок, достигая противоположного конца с минимальными потерями. Такая технология позволяет передавать свет и изображения из объекта, сохраняя подвижность и гибкость эндоскопа. Набор из 70000-100000 волокон, объединенных в световой кабель, позволяет передавать изображение одной точки объекта, при этом сохраняя "холодный" свет.

Волоконный жгут, используемый для передачи изображения, обеспечивает объединение всех точек на ближнем конце исследуемого объекта. Благодаря этому через окуляр мы можем увидеть мозаичную структуру объекта. Кроме того, все волокна в жгуте располагаются в определенной строгой последовательности, что обеспечивает принцип когерентности. Несоблюдение этого принципа может исказить эндоскопическую картину.

Изгиб дистального конца достигается благодаря изгибанию сегмента гибкого эндоскопа.

Клапан A используется для подачи воды или воздуха, а клапан В – для аспирации.

• Обработка гибких эндоскопов в соответствии с CанПин осуществляется здесь.
• Кроме того, продукция для Pentax также представлена в нашем ассортименте →