УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТЕКУЧИМИ СРЕДАМИ В ЭНДОСКОПЕ

Полезная модель относится к области медицинского приборостроения, в частности к эндоскопическим приборам, используемым для диагностики или для хирургического лечения.
Классическое конструктивное исполнение известных гибких эндоскопов подразумевает наличие многоканальной трубки, включающей канал передачи освещения, канал передачи изображения, аспирационно/инструментальный канал, вдоль которого проходят продувочный и промывочный каналы. При этом каналы подачи воды и воздуха, а также аспирационно/инструментальный канал имеют свои выходы наружу на дистальном торце эндоскопа. В процессе эксплуатации элементы эндоскопа соприкасаются с агрессивной средой исследуемой полости и неминуемо загрязняются. Перед повторным применением эндоскопа проводится длительная и дорогостоящая процедура чистки, мытья и дезинфекции его элементов, некоторые из которых подвергаются стерилизации. В связи с этим в последние годы основной технической проблемой, решаемой многочисленными изобретениями в области эндоскопии, является проблема сокращение сроков возвращения использованного эндоскопа в рабочее состояние после каждого его использования.
Известны попытки частичного решения проблемы путем размещения рабочей части эндоскопа в защитную оболочку. Такие устройства описаны, например, в патентах США 6110104 (Olympus Optical Corporation), 6852077 (Pentax Corporation) и в патенте РФ 2353286. В частности эндоскоп, описанный в патенте РФ 2353286, содержит гибкую проксимальную и гибкую рабочую части, соединенные между собой жесткой частью. В месте перехода гибкой проксимальной части в жесткую часть выполнен поперечный разъем. На стенках рабочей части вдоль ее продольной оси выполнено углубление. В полости рабочей части расположены канал передачи освещения и канал передачи полученного изображения и управляющие дистальным концом тросы. Каналы подачи воды/воздуха и инструментально/аспирационный канал расположены в углублении рабочей части эндоскопа. На рабочую часть надета съемная, герметичная эластичная оболочка с оптически прозрачным участком на ее торце. Поверхность рабочей части эндоскопа и блок каналов, размещенных в углублении, фиксируются между собой с помощью фиксирующей оболочки, которая вместе с оболочкой рабочей части изолирует рабочую часть от непосредственного контакта с исследуемой полостью и ее содержимым. Таким образом, сокращается время подготовки эндоскопа к повторному использованию, поскольку сменная оболочка устраняет возможность загрязнения эндоскопа и его инфицирования.
Главный недостаток данной конструкции состоит в том, что она противоречит существующей тенденции иметь как можно меньший внешний диаметр дистальной части эндоскопа, т.к. от него зависит комфортность перенесения процедуры пациентом. В данной конструкции наружный диаметр дистальной части и рабочего тубуса значительно больше, чем у эндоскопов с аналогичными характеристиками. Кроме того, наличие общего для визуального и осветительного каналов прозрачного торца оболочки, приводит к резкому ухудшению качества изображения. Это объясняется тем, что отраженный от поверхностей прозрачного торца свет неминуемо попадает в канал изображения и снижает качество изображения.
Известна попытка создания упрощенной конструкции гибкого эндоскопа, описанного в заявке на изобретение США 20110015487 (поданной на основе международной заявки WO 2009/115914), обеспечивающей минимизацию затрат на восстановление использованного эндоскопа и его повторную эксплуатацию. Упомянутое устройство представляет собой эндоскоп, в котором рабочий канал выполнен в виде универсальной бесклапанной трубки, диаметр которой позволяет введение в нее инструмента с образованием просвета между инструментом и стенками трубки для прохождения воды или воздуха. Эндоскоп включает одноразовый компонент, выполненный в виде трубы, прикрепляемой к универсальной трубке и содержащей три трубки. Каждая из трубок соединена с универсальным каналом посредством сдавливаемого (сжимаемого) клапана. Трубки, клапаны и универсальный канал обеспечивают подачу газа и воды и осуществление отсоса содержимого из исследуемой полости. Для отсоса и мытья линз на дистальном конце канала выполнен боковой выход. Прямой выход при этом должен быть закрыт концом инструмента, диаметр которого должен быть близок диаметру прямого выхода. Очистка и мытье эндоскопической трубы без клапанов, по мнению автора изобретения, занимает несколько минут, не требует дорогостоящего оборудования. Одноразовый компонент выполнен из силикона и не дорог в изготовлении.
При кажущейся привлекательности такого подхода к решению проблемы, недостатки конструкции очевидны. Прежде всего - это необходимость на протяжении практически всего процесса работы использовать инструмент определенного диаметра, т.к. в ином случае нет возможности осуществить мытье и обдув фронтальной линзы канала изображения. При этом качество мытья напрямую зависит от диаметра инструмента (чем меньше диаметр, тем меньше обдув и хуже помыты линзы).
Известна система управления подачей текучих сред в эндоскопе, описанная в патенте США 7824329. Упомянутый эндоскоп снабжен одноразовым надувным рукавом, закрывающим его дистальную область. Задняя часть рукава развертывается под действием воды или воздуха и проталкивает переднюю часть внутрь исследуемой полости. Система управления подачей текучих сред включает рукоятку эндоскопа и закрепленную в ней вводимую трубку с каналом продува, ирригационным каналом и каналом отсоса, при этом упомянутые каналы протянуты вдоль всей длины трубки. В системе управления имеется блок управления, включающий логическое устройство и снабженный, по меньшей мере, одним источником сжатого воздуха, контейнером с водой, источником вакуума. Система управления содержит также многофункциональный коннектор, обеспечивающий электрическую и гидравлическую связь рукоятки с блоком управления. При этом компрессор для подачи сжатого воздуха соединен с продувным каналом и контейнером. В рукоятку сжатый воздух подается от второго компрессора. Логическое устройство блока управления выполнено с возможностью управления гидравлическими и пневматическими компонентами, содержащими нормально закрытые клапаны. Врач осуществляет управление системой с помощью кнопок управления, расположенных на рукоятке эндоскопа и выполненных в виде обыкновенных электрических выключателей. Одна из кнопок управления имеет отверстие, при закрытии которого сжатый воздух от первого компрессора поступает в канал продува.
Трубка эндоскопа снабжена каналом для надувания рукава, и первый компрессор соединен с каналом для надувания рукава. Между первым компрессором и каналом для надувания рукава имеются средства для улавливания загрязнений, включающие золотниковый клапан.
Способ управления текучими средами предусматривает генерирование сигнала, активирующего гидравлические и пневматические компоненты для установления связи между первым компрессором и надувным каналом. При этом сигнал формируется логическим устройством, когда врач закрывает пальцем отверстие в кнопке и прерывает поток воздуха между отверстием и вторым компрессором.
Из числа описанных аналогов наиболее близким по технической сущности благодаря отказу от механических клапанов и использованию для управления системой электрических сигналов является эндоскоп, описанный в патенте США 7824329. Он принят за прототип.
Несмотря на огромное преимущество упомянутого изобретения по сравнению с классическими эндоскопами, в которых управление текучими средами основано на использовании механических клапанов, оно не лишено недостатков. Прежде всего, к числу недостатков следует отнести излишнюю сложность системы управления, наличие большого количества компонентов, снижающих надежность эндоскопа и делающих дорогостоящим его изготовление. В частности, представляется не технологичным и неэкономичным использование в гидравлической магистрали контейнера с жидкостью, которая может быть подана в трубку эндоскопа только после того, как в контейнер поступает воздух, под давлением которого начинается движение жидкости. Такой контейнер требует хорошей герметизации. Кроме того, из-за давления воздуха внутри контейнера высоки требования к материалу, из которого он может быть выполнен. Наличие в системе двух компрессоров, датчика давления и многофункционального коннектора также усложняют устройство в целом.
Техническая задача, решаемая заявляемой полезной моделью, состоит в обеспечении более надежного, более технологичного и существенно более дешевого в изготовлении устройства управления подачей текучих сред в эндоскопе. При этом главным остается требование максимального сокращения сроков возвращения использованного эндоскопа в рабочее состояние после каждого его использования.
Поставленная задача достигается тем, что устройство управления текучими средами в эндоскопе содержит размещенные в трубке эндоскопа канал продува, пневматически связанный с источником сжатого газа /воздуха, ирригационный канал, гидравлически связанный с источником жидкой среды, и канал отсоса, соединенный с вакуумным насосом внешней магистралью, снабженной зажимным электромагнитным клапаном, размещенный на рукоятке эндоскопа пульт управления, электрически связанный с источником питания компонентов устройства, при этом источник жидкой среды выполнен в виде гидравлически связанной с насосом банки.
Для обеспечения простейшего варианта осуществления управления подачей воды, воздуха и отсасываемой среды пульт управления может содержать три кнопочных электрических коммутатора. Один из вариантов осуществления пульта управления характеризуется тем, что коммутирующий элемент в кнопке включает датчик Холла и микромагнит.
Однако полезная модель позволяет обеспечить врачу привычный для него традиционный двухкнопочный пульт управления, включающий кнопку управления отсосом и кнопку управления подачей воздуха или воды, каждая из которых выполнена в виде электрического выключателя. При этом кнопка управления подачей воздуха или воды имеет сквозное отверстие, соединенное с магистралью подачи воздуха.
Для обеспечения ручного управления текучими средами пульт управления включает, по меньшей мере, два кнопочных электрических коммутатора. При этом кнопочный коммутатор может включать магниточувствительный управляющий элемент, например, датчик Холла.
В соответствии с полезной моделью магистраль подачи жидкой среды содержит источник жидкости, например, воды, выполненный в виде гидравлически связанной с насосом банки. При этом для соединения с упомянутым насосом в стенке банки выполнен штуцер.
Источник питания в заявляемом устройстве содержит управляемый электрический коммутатор.
Для удобства компоновки составных элементов устройства источник питания, источник сжатого газа /воздуха и насос конструктивно выполнены в общем корпусе. При этом упомянутый корпус выполнен с возможностью размещения на нем банки с жидкой средой. Кроме того корпус выполнен с возможностью установки на его стенке зажимного электромагнитного клапана таким образом, что корпус клапана, его сердечник и внутренние детали размещены внутри корпуса, а зажимная (защемляющая) часть обращена наружу. Это обеспечивает возможность легко вставлять и заменять трубку магистрали отсасывания.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На Фиг.1 схематически представлен общий вид эндоскопа, содержащего устройство управления текучими средами в соответствии с полезной моделью.
На Фиг.2 показан вариант осуществления полезной модели, в котором пульт 3 управления содержит две кнопки.
На Фиг.1 в общем виде представлен гибкий эндоскоп в соответствии с полезной моделью. Каналы передачи освещения и изображения, а также устройство управления дистальным концом эндоскопа не отражены на Фиг.1, поскольку могут быть выполнены любым известным способом. Эндоскоп содержит жесткую проксимальную часть, выполненную в виде рукоятки 1, гибкую часть 2, выполненную в виде многоканальной трубки, вводимой в исследуемую полость. Рукоятка 1 выполняет несколько функций. Во-первых, это традиционная функция элемента, за который врач удерживает в руке эндоскоп при выполнении любых манипуляций с ним. Кроме того, рукоятка 1 служит корпусом, на поверхности которого закрепляются различные элементы устройства, в частности, пульт управления 3. В трубке эндоскопа выполнены три канала для транспортировки текучих сред. Канал 4 продува (или канал воздуха) через штуцер 5 связан внешней магистралью 6 с источником 7 сжатого газа (воздуха). Ирригационный канал 8 через штуцер 9 связан внешней магистралью 10 с источником 11 жидкой среды, обычно воды. Канал 12 отсоса совмещен с инструментальным каналом эндоскопа и соединен с вакуумным насосом 13 внешней магистралью 14, снабженной зажимным электромагнитным клапаном 15. В качестве вакуумного насоса может быть использован хирургический отсасыватель, входящий в состав больничного оборудования. Кнопочный пульт 3 управления электрически связан с источником 16 питания компонентов системы, содержащим электронный коммутатор. Источник 11 жидкой среды включает насос 17 и банку 18, в стенке которой выполнен штуцер для обеспечения гидравлической связи с насосом.
В показанном на Фиг.1 варианте осуществления полезной модели пульт 3 управления включает три кнопки - по числу управляемых текучих сред. Такой вариант выполнения устройства прост и удобен в реализации, но требует от врача отказаться от привычного двухкнопочного управления и освоить использование трех кнопок.
Кнопки 20 установлены на внешней поверхности рукоятки 1. Каждая из кнопок содержит датчик Холла 19, закрепленный на внутренней поверхности рукоятки 1 и микромагнит (не показан), установленный внутри кнопки напротив датчика Холла.
Устройство управления текучими средами, представленное на Фиг.1, работает следующим образом. Заранее до начала работы с эндоскопом включают хирургический отсасыватель (вакуумный насос 13), поскольку это устройство обладает существенной инертностью. При подаче питания на эндоскоп на нормально открытый зажимной клапан 15 поступает питание от источника 16 питания, клапан 15 закрывается, предотвращая отсос содержимого из полости пациента. Затем врач, манипулируя тремя кнопками 20 «вода», «воздух» и «отсос», либо подает в трубку эндоскопа воду, воздух, либо осуществляет отсос. При нажатии на кнопку 20 встроенный в нее микромагнит приближается к датчику Холла 19, активируя его. При этом сигнал на включение соответствующего канала поступает на коммутатор источника 16 питания.
На Фиг.2 показан вариант осуществления изобретения, в котором пульт 3 управления содержит привычные для врача две кнопки 20. При подаче питания на эндоскоп закрывается клапан 15, включается источник 7 сжатого воздуха и гонит его по магистрали 6 через отверстие 21 в кнопке в атмосферу. При этом из-за большой разницы в диаметрах магистральной трубки и канала продува внутри гибкой трубки, воздух в канал практически не попадает. При необходимости подать воздух в полость пациента врач закрывает отверстие в кнопке пальцем. Если в полость пациента нужно подать воду, врач нажимает на ту же самую кнопку, срабатывает датчик Холла 19 и на источник 16 питания поступает электрический сигнал. После чего компрессор 7 выключается, включается насос 17 и подает воду из банки 18 в ирригационный канал в трубке эндоскопа.
0
В качестве опытного образца, реализующего заявленную полезную модель, был изготовлен видеогастроскоп по представленной на Фиг.2 схеме. Использована вводимая трубка, диаметр дистального конца которой равен 10 мм при диаметре инструментального канала - 2,8 мм. Поле зрения объектива - 140°, глубина резкости от 3 мм до 100 мм. В видеогастроскопе реализовано осветительное устройство 22, описанное в патенте на полезную модель №110817. В осветительном устройстве использован кристалл светодиода 23 марки XREWHT - L1-0000-00E03 CREE мощностью 3 Вт, передача света на дистальный конец осуществлена посредством жгута, выполненного из высокоапертурного волокна 24 (А≥110°).
В изготовленном видеогастроскопе источник 16 питания, источник 7 сжатого воздуха и насос 17 конструктивно выполнены в общем корпусе. Здесь же на внешней стенке корпуса закреплена банка 18, наполняемая водой. Магистрали 6 и 10 выполнены с использованием одноразовых трубок GB Original-Perfusor, снабженных на концах замками Luer Lock, обеспечивающими быстрый съем и установку трубок.
Единственный клапан, используемый в устройстве для управления каналом отсоса, осуществлен в виде зажимного электромагнитного клапана серии S307 фирмы WEXON. Этот клапан также установлен на стенке общего корпуса, при этом корпус клапана его сердечник и внутренние детали размещены внутри корпуса, а защемляющая часть обращена наружу.
Испытания видеогастроскопа подтвердили преимущество выполнения источника жидкой среды в виде банки, гидравлически связанной с насосом. Устройство быстро собирается, в отличие от прототипа не требует герметизации банки, замена воды производится легко и быстро и не требует снятия банки с корпуса. Кроме того, в варианте осуществления полезной модели с трехкнопочным пультом управления благодаря предложенной форме выполнения источника жидкой среды при необходимости вода и воздух могут быть поданы в исследуемую полость одновременно.
Другим преимуществом использования трехкнопочного пульта управления является то, что компрессор и насос работают не постоянно, а только при поступлении команды от врача. Это снижает энергозатраты во время работы с эндоскопом и увеличивает срок службы упомянутых устройств.
Как уже говорилось выше, осветительный канал видеогастроскопа включает установленный в проксимальной части рукоятки светодиод. Одновременное использование в нем заявляемого устройства и осветительного устройства, реализованного в соответствии с полезной моделью 110817, дало дополнительное преимущество: позволило отказаться от широко известного в эндоскопии «оптического тубуса» со сложным многофункциональным коннектором, соединяющим рукоятку эндоскопа с блоком управления. Это обеспечивает эндоскопу высокую надежность и герметичность, а также уменьшает затраты на его изготовление.
Отсутствие механических клапанов и новая система управления текучими средами существенно сокращают сроки возвращения использованного эндоскопа в рабочее состояние.