ВИДЕОЭНДОСКОП И КОМПЛЕКТ ВИДЕОЭНДОСКОПОВ
VIDEO ENDOSCOPE AND VIDEO ENDOSCOPE SET

Группа изобретений относится к области жестких видеоэндоскопов и может быть использована для внутриполостной диагностики в медицине и различных областях техники. Изобретения направлены на создание такой конструкции видеоэндоскопа, которая обеспечила бы снижение затрат как на изготовление прибора, так и на уменьшение расходов при его эксплуатации.
Жесткие эндоскопы, в частности видеоэндоскопы, используемые в клинической практике, а также известные из опубликованных источников информации, весьма разнообразны по своей конструкции. Это объясняется, прежде всего, различием конкретных областей применения. К числу жестких эндоскопов относятся отоларингоскопы, лапароскопы, артроскопы и др.
Несмотря на то что эти устройства применяются в медицине не первый десяток лет и производятся множеством фирм, в том числе такими мировыми лидерами в этой отрасли как Olympus, Karl Storz, Richard Wolf и др., задача уменьшения себестоимости эндоскопов и снижения эксплуатационных расходов остается актуальной.
К числу факторов, вносящих существенный вклад в дороговизну использования жестких эндоскопов (видеоэндоскопов), относится потребность обеспечения врача возможностью качественного обзора исследуемой полости в широком диапазоне углов наблюдения.
Известен прием использования в жестких эндоскопах оптических систем, содержащих на дистальном конце объективы, имеющие различные углы направления наблюдения, например 30°, 45° и др. Следовательно, при необходимости обследования полости внутри большого телесного угла, врачу требуется несколько видеоэндоскопов, имеющих различные углы направления наблюдения.
Для изменения направления наблюдения эндоскопа используют качающиеся или вращающиеся призмы, расположенные в передней части эндоскопа. Этот вариант описан, например, в патенте США 6638216 и в заявке на изобретение США 20100125166.
Видеоэндоскоп по заявке США 20100125166 представляет собой жесткую трубу, на дистальном конце которой размещена оптическая система, включающая призму, определяющую угол направления наблюдения, и последовательно расположенные за нею объектив и телевизионную матрицу. Для обеспечения возможности кругового обзора в торцевой части эндоскопа предусмотрен сложный механизм вращения изображения с тем, чтобы направление изображения совпадало с действительным положением объекта наблюдения. При необходимости изменить угол направления наблюдения врач вынужден сменить данный эндоскоп на аналогичный, но с иным направлением наблюдения. Таким образом к неоправданной дороговизне изготовления такого видеоэндоскопа добавляется дороговизна его эксплуатации.
К числу упомянутых приборов относится также видеолапароскоп Olympus Visera модель А50003А (PAL). В состав видеолапароскопа входит ПЗС-матрица, вмонтированная на дистальном конце прибора за объективом с углом направления наблюдения 30°, светопроводящее волокно, расположенное по внутренней поверхности наружной трубки, система фокусировки, состоящая из устройств, перемещающих ПЗС-матрицу, и систему кругового обзора, при которой обеспечивается рассмотрение объектов операционного поля в конусе с углом при вершине 60°.
Описанная модель видеоэндоскопа также, как и устройство по заявке США 20100125166, обеспечивает только одно определенное выбором призмы направление наблюдения и требует замены одного эндоскопа на другой при необходимости изменить упомянутое направление.
Еще один недостаток описанной конструкции состоит в том, что телевизионная матрица, размещена в погружаемой в обследуемую область трубке. Следовательно, телевизионная матрица наряду с другими элементами оптической системы должна быть подвергнута серьезной тепловой обработке или стерилизации перед повторным использованием прибора. При этом известно, что телевизионные матрицы плохо переносят такие процедуры, как автоклавирование.
По своему составу видеоэндоскоп Olympus Visera модели А50003А (PAL) близок предлагаемой группе изобретений, в связи с чем он принят в качестве прототипа.
Настоящая группа изобретений направлена на создание такой конструкции жесткого видеоэндоскопа, которая обеспечила бы снижение затрат на его изготовление и эксплуатацию при обеспечении пользователя возможностью осуществления исследования в широком диапазоне углов направления наблюдения и углов поля зрения.
Решение указанной задачи достигается тем, что жесткий видеоэндоскоп включает соосно установленные внешнюю съемную часть, выполненную в виде полой тонкостенной трубки, включающей осветительное волокно и содержащей на дистальном конце оптическую систему или, по меньшей мере, часть оптической системы, и закрепленную в корпусе видеоэндоскопа несущую часть, выполненную в виде полой толстостенной трубки, в дистальной части которой установлена телевизионная матрица, при этом съемная часть выполнена с возможностью продольного перемещения и кругового вращения относительно несущей части видеоэндоскопа.
Расположенная в съемной части видеоэндоскопа оптическая система или часть оптической системы может включать призму, определяющую направление наблюдения.
При этом осветительный жгут, обеспечивающий освещение обследуемой полости, может быть выполнен из стекловолокна или из полимерного волокна в случае, когда съемная часть видеоэндоскопа выполняется для одноразового использования.
Для обеспечения фокусировки корпус несущей части снабжен винтовой втулкой, обеспечивающей продольное перемещение съемной части видеоэндоскопа относительно несущей части. При этом винтовая втулка закреплена в корпусе несущей части с возможностью ее свободного вращения.
При этом длины трубок в съемной части видеоэндоскопа и в его несущей части выбраны так, чтобы в собранном состоянии видеоэндоскопа матрица была расположена непосредственно за оптической системой.
Для обеспечения взаимного сцепления съемной внешней части и несущей части видеоэндоскопа в его конструкции предусмотрено разъемное соединение, которое может быть выполнено, например, в виде замкового соединения.
Описанная конструкция видеоэндоскопа позволяет производить и использовать комплект видеоэндоскопического оборудования или, иными словами, комплект видеоэндоскопов. В состав такого комплекта входят одна закрепленная в корпусе несущая часть видеоэндоскопа и набор внешних съемных частей. При этом на дистальном конце несущей части видеоэндоскопа расположена телевизионная матрица или задняя часть объектива и матрица.
Каждая внешняя съемная часть видеоэндоскопа выполнена с возможностью установки на несущей части соосно с ней и содержит светопроводящее волокно и оптическую систему или, по меньшей мере, часть оптической системы. При этом съемные части видеоэндоскопа характеризуются тем, что имеют оптические системы различного направления наблюдения и/или различных углов поля зрения.
Для обеспечения дополнительного снижения себестоимости комплекта видеоэндоскопов, по меньшей мере, одна съемная часть видеоэндоскопа может быть выполнена в варианте одноразового использования.
В варианте одноразового использования в качестве светопроводящего волокна может быть использовано полимерное волокно. Корпус внешней трубки может быть выполнен из пластмассы. Линзы объектива, расположенные в съемной части могут быть выполнены из полимерного материала.
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими чертежами.
На Фиг.1 показан общий вид видеоэндоскопа в собранном виде с углом направления наблюдения 30°.
На Фиг.2 представлено схематическое изображение съемной части видеоэндоскопа в разрезе с углом направления наблюдения 0°.
На Фиг.3 представлен пример выполнения несущей части видеоэндоскопа в разрезе.
Представленный на Фиг.1 видеоэндоскоп 1 содержит несущую часть 2 и съемную внешнюю часть 3, традиционно называемую рабочей частью, поскольку ее вводят в исследуемую полость. Несущая часть 2 и рабочая часть 3 представляют собой автономно изготавливаемые и порознь хранимые изделия, при этом обе упомянутые части эндоскопа выполнены с возможностью их соосной установки с зазором. Сборку видеоэндоскопа 1 осуществляют непосредственно перед началом эндоскопической процедуры.
Внешняя съемная часть 3 видеоэндоскопа 1 выполнена в виде полой тонкостенной трубки 4, закрепленной в корпусе 5.
Несущая часть 2 видеоэндоскопа 1 (показана на Фиг.3) выполнена в виде полой толстостенной трубки 6, закрепленной в корпусе 7 эндоскопа.
Между стенками трубки 4 заведено осветительное волокно 8 (Фиг.2). На дистальном конце трубки 4 размещена оптическая система 9. Оптическая система 9 может быть выполнена в различных вариантах. В общем случае она представляет собой объектив, предназначенный для формирования изображения исследуемой полости и состоящий из ряда линз. В частном случае оптическая система 9 может содержать объектив, включающий призму, определяющую угол направления наблюдения.
Возможен и третий вариант, когда оптическая система 9 включает только переднюю часть объектива с призмой или без нее, а его задняя часть 10 (Фиг.3) размещена в дистальной части несущей части 2.
На Фиг.3 представлен вид несущей части 2 видеоэндоскопа 1 в разрезе.
В дистальной части трубки 6 установлена телевизионная матрица 11 или, как показано на укрупненном изображении дистального конца трубки 6, задняя часть 10 объектива и за нею матрица 11. Длины трубок 4 и 6 выбирают таких размеров, чтобы после сборки видеоэндоскопа 1 матрица 11 располагалась непосредственно за задней частью 10 объектива.
Видеоэндоскоп 1 содержит также разъем, обеспечивающий закрепление съемной части 3 эндоскопа на его несущей части 2. В качестве разъема может быть использовано любое известное средство. Например, разъем может быть выполнен в виде замкового соединения, состоящего из закрепленного в корпусе 5 элемента 12 (Фиг.2), снабженного в торце выступом определенного профиля, и ответной части, размещенной на дистальном конце корпуса 7 несущей части 2 эндоскопа (Фиг.3). При этом упомянутая ответная часть разъемного соединения выполнена в виде лапок захвата 13, имеющих профиль, соответствующий профилю выступа на элементе 12. Такая форма выполнения разъема обеспечивает не только взаимное крепление частей видеоэндоскопа 1, но и свободное вращение съемной части 3 относительно несущей.
Несущая часть 2 (Фиг.3) снабжена также механизмом, предназначенным для продольного перемещения рабочей части 3 эндоскопа с целью фокусировки эндоскопа. Упомянутый механизм может быть выполнен любым известным способом, обеспечивающим продольное перемещение соосно установленных труб относительно друг друга. Например, механизм может быть выполнен в виде винтовой втулки 14.
Сборку видеоэндоскопа 1 осуществляет пользователь, вставляя несущую часть 2, в полость съемной рабочей части 3. Затем пользователь подсоединяет эндоскопический источник света (любой известный) к осветительном коннектору 15 (Фиг.2), установленному в корпусе 5.
В процессе работы с видеоэндоскопом 1 пользователь удерживает его в руке, располагая руку на корпусе 7 так, чтобы было удобно осуществлять фокусировку прибора, вращая упомянутую винтовую втулку 14 и, тем самым, перемещая рабочую часть 3 видеоэндоскопа в продольном направлении.
Вторым объектом группы изобретений является комплект видеоэндоскопов. Неотъемлемой частью комплекта является несущая часть 2 эндоскопа. Кроме того, в комплект входит набор внешних съемных рабочих частей 3, в которых трубки 4 выполнены в соответствии с приведенным выше описанием и отличаются друг от друга только тем, что они имеют оптические системы 9 различного направления наблюдения и различных углов поля зрения.
В комплект может входить, по меньшей мере, одна съемная трубка, выполненная одноразовой.
С этой целью в трубку может быть заведено полимерное волокно, которое на порядок дешевле стеклянного. При этом корпус может быть выполнен пластмассовым, что при массовом производстве очень дешево. Линзы части объектива могут быть выполнены полимерными, что означает, что они изготовлены самым дешевым способом - штамповкой.
При изготовлении одноразовой съемной рабочей части 3 видеоэндоскопа существенно снижаются затраты на сборочные процедуры за счет использования полимерного волокна и других клеящих материалов.
В качестве опытного образца, реализующего заявленную группу изобретений, был изготовлен видеолапароскоп в соответствии с представленной на Фиг.1 компоновкой его элементов.
Наружный диаметр вводимой в полость трубки 4 составлял 10 мм, длина рабочей части - 340 мм. Диаметр полости трубки 4 составлял 7,1 мм. Заведенное в рабочую съемную часть 3 оптическое осветительное волокно имело приведенный диаметр 5 мм.
Корпус 5 съемной части 3 выполнен из нержавеющей стали. В корпусе жестко закреплена трубка 4, осветительный коннектор 15 и элемент 12 замкового соединения.
Были изготовлены два образца съемной части 3 (с углами направления наблюдения 0° и 30°). В обоих случаях угол поля зрения видеоэндоскопа составлял 70°.
Корпус 7 несущей части 2 опытного образца был выполнен из алюминия с антикоррозийным покрытием. В корпусе 7 была закреплена стальная трубка 6, имеющая наружный диаметр 7 мм. В дистальной части трубки 6 были установлены последовательно задняя часть 10 объектива, телевизионная CCD-матрица 11 (1/6") и электрические провода, соединяющие матрицу 11 с коннектором (не показан), который обеспечивает передачу сигнала от матрицы 11 к блоку управления видеокамеры (не показан). Для размещения упомянутых электрических проводов в проксимальной части эндоскопа выполнен амортизатор 16.
Механизм фокусировки, выполненный в виде винтовой втулки 14, был закреплен на корпусе 7 с возможностью ее свободного вращения. Винтовая втулка 14 была изготовлена из алюминия с защитным покрытием.
Разъемное соединение несущей части 2 эндоскопа и съемной части 3 было выполнено в виде замка - защелки. С этой целью в торцевом элементе 12 корпуса 5 был выполнен выступ определенного профиля для сцепления с двумя лапками 13 захвата разъемного соединения, имеющими соответствующий профиль.
При вращении пользователем винтовой втулки 14 происходит перемещение двух лапок 13, сцепленных с элементом 12 съемной части 3 видеоэндоскопа, а следовательно, и продольное перемещение съемной части 3 относительно несущей части 2. Таким образом осуществляется фокусировка видеоэндоскопа 1.
Для передачи сигнала от ТВ-матрицы 11 к блоку управления видеокамерой был изготовлен электрический жгут, заключенный в защитную силиконовую трубку диаметром 7 мм и длиной 250 см, заканчивающийся электрическим разъемом.
Изготовленный опытный образец прошел заводские испытания, которые подтвердили не только его промышленную реализуемость, но и достижение поставленной перед изобретателем задачи - снижены затраты на его изготовление и обслуживание.
Основные преимущества описанной конструкции видеоэндоскопа связаны с формой выполнения оптической системы.
Принципиальным новшеством является размещение телевизионной матрицы вне рабочей зоны прибора, т.е. вне погружаемой съемной части эндоскопа. Иными словами телевизионная матрица остается вне зоны возможного заражения бактериями, вирусами и прочими переносчиками инфекции, следовательно, она не нуждается в жестких методах стерилизации, таких как автоклавирование как автоклавирование. Таким образом, в данной конструкции видеоэндоскопа только съемная рабочая часть нуждается в серьезной «реабилитации» перед повторным использованием. Поэтому лишь несколько линз и призма (если она входит в состав устройства) подвергаются существенному нагреву при автоклавировании. Таким образом, снижение эксплуатационных расходов не вызывает никаких сомнений.