Принцип побудови операційної системи ендоскопа
Тема 3.1
Призначення медичних ендоскопів
Призначення та класифікація ендоскопів.
Ендоскоп - пристрій, який складається з освітлювальної, візуальної системи та пристосування, яке призначене для введення у внутрішні порожнини тіла людини машин та механізмів з метою дослідження та проведення різноманітних маніпуляцій. Ендоскопи поділяються на технічні і медичні.
Медичний ендоскоп – ендоскоп, який вводиться у внутрішні порожнини та організм людини через природні канали, або хірургічним шляхом. Медичні ендоскопи поділяються:
1) В залежності від призначення:
· Оглядовий – для дослідження внутрішніх порожнин та органів людини шляхом огляду
· Біопсійний – для взяття проб тканини з необхідної ділянки під візуальним контролем з метою наступного гістологічного аналізу
· Операційний – для проведення діагностичних, лікувальних та хірургічних маніпуляцій шляхом вводу інструмента під візуальним контролем
2) в залежності від системи передачі зображення:
· ендоскопи з волоконною оптикою – використовуються гнучкі волоконні світловоди
· ендоскопи з лінзовою оптикою – оптична візуальна система побудована з використанням лінз
· тубусні – найпростіші, у вигляді полої трубки, яка може бути оснащена лупою
3) В залежності від конструкції робочої частини:
· Гнучкі ендоскопи – робоча частина може плавно згинатись в певних межах
|
|
|
· Жорсткі – робоча частина яких виконана жорстко
При цьому ендоскопи з волоконною оптикою також поділяються на гнучкі та жорсткі.
4) В залежності від віку пацієнтів:
· Ендоскопи для дорослих
· Ендоскопи для дітей
5) В залежності від пособу реєстрації зображення:
· Фотоендоскоп – призначений для реєстрації зображення на фотоплівку за допомогою фотографічного пристрою
· Кінескоп - для реєстрації зображення на кіноплівку
· Проекційний
· Телевізійний – забезпечує передачу зображення на телевізійний екран
Номенклатура ендоскопів достатньо широка та залежить від області медичного застосування, а також від мети медичного втручання: діагностика та лікування. Також використовують класифікацію в залежності від порожнини тіла людини, для дослідження якої він призначений. При цьому назва виду ендоскопу утворена від прийнятої в медицині назви порожнини.
Будь який ендоскоп містить:
Ø Освітлювальний пристрій – функціональний пристрій ендоскопу, який включає джерело випромінювання та інші елементи конструкції і призначений для освітлення об’єкта спостереження. При цьому світлопровідна система мікроскопу може бути виконана в жорсткому або гнучкому вигляді. Для передачі світла від джерела, яке встановлене поза ендоскопом до його світло провідної системи використовується світлопровідний кабель – функціональний вузол, який складається з волоконного світловода в еластичній оболонці з елементами зєднання.
|
|
|
Ø Візуальна частина – для передачі зображення об’єкта до спостерігача.
Ø Робоча частина - призначенна для введення в область дослідження та має форму і розміри, які відповідають анатомічному каналу, по якому вводиться ендоскоп.
Принцип побудови оптичної схеми ендоскопа
Функціональна схема оптичної системи ендоскопа
Ендоскопічна апаратура – це сукупність оптичних, механічних, електронних та світлотехнічних систем об’єднаних в єдиний медичний прилад. В загальному випадку ендоскоп містить:
1) Джерело світла
2) Конденсор
3) Волоконний світловод
4) Перехідний пристрій
5) Світлопровідна система
6) Система формування пучка допоміжного освітлення
7) Об’єктив ендоскопа
8) Система передачі зображення
9) Окуляр
10) Фотографічний об’єктив
11) Фотоплівка
12) Телеоб’єктив
13) Телевізійна камера
14) Монітор
15) Око спостерігача
16) Біологічна тканина
Елементи 1-6 утворюють освітлювальну систему, а 7-14 візуальну. В конкретній конструкції мікроскопа деякі елементи можуть бути відсутні.
|
|
|
Умови експлуатації: температура навколишнього середовища +30о - +45о; відносна вологість 30 – 80%; атмосферний тиск 86,6 – 106 кПа (650 – 800 мм. рт ст.); при експлуатації в країнах Європи та СНД напруга 220В±20%, частота 50 Гц.
Рис. 3.1 – блок-схема оптичної сисеми ендоскопа
Візуальна система ендоскопа
Візуальна система ендоскопа складається з 3-х основних частин: об’єктива 1, системи передачі зображення 2, окуляра 3.
Рис 3.2 Принципіальна оптична схема спостерігальної системи ендоскопа
Так як досліджуваний об’єкт розміщується перед об’єктивом на кінцевій відстані, то формально дану систему можна відносити до мікроскопів. Проте виходячи з особливості конструкції та роботи ендоскопа відмітимо:
1. Візуальна система має величину числової апертури в просторі предмета малого порядку.
2. Фокусна відстань об’єктива від 1 до 20 мм, відносний отвір від 1:8 до 1:15.
3. Відстань до поверхні дослідження: 10 – 100 мм.
4. Відсутнє фокусування на різні відстані до об’єкту.
Тому ендоскоп доцільно розглядати як телескопічну систему з невеликим збільшенням та з наявністю обертаючої системи.
|
|
|
При розрахунку оптичної системи ендоскопа необхідно задати оптимальні вихідні дані:
1. Оптичні характеристики:
· Робоча відстань s – відстань від першої поверхні захисного скла до об’єкту спостереження.
· Кутове поле 2 
в просторі предметів
· Видиме збільшення Г
· Розподільча здатність N
· Діаметр вихідної зіниці 
Габаритні розміри: склад біологічного каналу або досліджуваної порожнини визначають габаритні розміри: діаметр та довжина робочої частини, діаметри тубусних елементів інколи наведені в таких одиницях як Шар’єри.
Номер за шкалою Шар’єра – умовна одиниця, застосовувана для вимірювання велчичини поперечного перерізу робочої частини ендоскопа, дорівнює його периметру в міліметрах. Номер за шкалою Шар’єра для круглого розрізу ендоскопа дорівнює трьом діаметрам розрізу в міліметрах.
2.
3.1.2.2.1 Збільшення та поле зору
Збільшення визначається згідно пункту 2.1.3.1, якщо предмет знаходиться перед об’єктивом на кінцевій відстані з показником заломлення n. Визначимо зв'язок між видимим збільшенням ТС та видимим збільшенням ендоскопа на розрахунковій відстані в робочому середовищі з n.
(3.1)
(3.2)
Якщо предмет розглядати неозброєним оком з відстані найкращого зору, то його видно під кутом
(3.3)
Відповідно при спостереженні в ендоскоп він буде сприйматись з видимим збільшенням
(3.4)
3.1.2.2.2 Дифракційна границя розподілення
Розраховується за формулою:
3.1.2.2.3 Світловий діаметр
Для отримання найменших поперечних розмірів ендоскопа його оптична система проектується так, що світлові діаметри D св компонентів системи переносу зображення визначають величиною зображення 
побудованого об’єктивом.
(3.5)
Виразивши з (3.5) фокусну відстань об’єктива, а з (2.26) діаметр вхідної зіниці знайдемо співвідношення між основними параметрами ендоскопа
(3.6)
К – діафрагмове число об’єктива.
3.1.2.2.4 Розподільча здатність ендоскопа
Так як розподільча здатність N ендоскопів зазвичай виражається числом розрізняємих ліній на 1 мм об’єкту, який встановлений на робочій відстані, то:
(3.7)
Скориставшись (3.7) маємо:
(3.8)
З (3.8) випливає що збільшення поля зору при інших незмінних параметрах призводить до зменшення розподільчої здатності ендоскопа
Ендоскопи умовно можуть бути розділені на 3 групи:
1. Найпростіші, які складаються з полої трубки та освітлювача
2. Ендоскопи з традиційною оптичною схемою
3. Ендоскопи зі складними об’єктивами та системами передачі зображення.
Принцип побудови операційної системи ендоскопа
Предмет у якого кутові розміри 
знаходиться перед об’єктивом на відстані s, яка перевищує в декілька разів фокусну відстань об’єктива. Цей предмет проектується об’єктивом в площину розміщену поблизу його фокальної площини.
Так як 
>> 
, то лінійне збільшення 
визначається як
(3.9)
При цьому величина зображення, яке побудоване об’єктивом визначається
(3.10)
У площині зображення встановлений колектив 4 з такою оптичною силою, щоб світловий діаметр наступного компонента 5 дорівнював діаметру колектива, тобто величині зображення обчислюємого за (3.10). таким чином оправа колектива є польовою діафрагмою. Компоненти 5 та 6 утворюють двокомпонентну обертаючу систему, при цьому між ними забезпечують паралельний хід променів, а лінійне збільшення обертають в -1. Відстань між компонентами 5 та 6розраховують таким чином, щоб їх світлові діаметри були рівними.
З (3.3) видно, що для крайніх позаосьових точок предмету можливе він’єтування величина якого може сягати 0,5.посередині між компонентами обертаючої системи встановлюють апертурну діафрагму. Це дозволяє усунути такі аберації, як: кома, дисторсія та хроматизм збільшення. Для отримання необхідної довжини ОС ендоскопа після першої обертаючої системи встановлюють колектив 7 і другу обертаючу систему з компонентів 8 та 9 аналогічну першій. При необхідності отримання більшої довжини ендоскопу число обертань системи може сягати декількох десятків. На схемі на рис. 3.3 показані дві обертаючі системи. В площині третього дійсного зображення також встановлений колектив 10. Для того щоб зображення об’єкту після окуляру розмістилось на відстані найкращого бачення передня фокальна площина окуляра 11 розміщується лівіше за ходом променя ніж площина останнього дійсного зображення. При цьому на виході з оптичної системи промені йдуть до ока спостерігача променями які розходяться. Для здійснення бокового спостереження перед об’єктивом встановлюється призма необхідного типу. Захисне скло 1 та 12 зберігає систему від впливів зовнішнього середовища , як в процесі роботи так і в процесі обробки оптичної трубки ендоскопа. Видиме збільшення системи ендоскопа визначається як:
(3.11)
- лінійне збільшення N-ї обертаючої системи.
При описаному принципі побудови лінійне зображення обертаючої системи визначається співвідношенням обертаючих відстаней її компонентів і для забезпечення 
=-1 фокусні відстані компонентів приймаються рівними між собою. Положення вхідної зіниці визначається з умови забезпечення мінімальних розмірів об’єктива. Вихідна зіниця для зручності суміщення з нею ока спостерігача повинна бути розміщена на відстані не меншій від зовнішньої поверхні захисного скла окуляра.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 154; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!