Эндоскоп

Эндоскоп Исследования и изучения небольших в труднодоступных местах внутренностей машин, замков и человеческого тела.
Пример гибкого эндоскопа
Медицинские предметные рубрики ( MeSH )	D004724.[1]
Operationen-унд Prozedurenschlüssel (OPS) — Официальная классификация оперативных процедур для управления мощностью, записи исполнения и основы претензий.	1-40...1-49, 1-61...1-69.[2]
MedlinePlus — является онлайновой информационной службой Национальной библиотеки медицины США .	003338.[3]

Видно низкое качество фиброскопа при наблюдении внутри старинного часового механизма. Обратите внимание, как отдельные волокна различимы, так как каждое реле только волокна дают один общий цвет.

Эндоскоп — (от др.-греч. ἔνδον — внутри + σκοπέω — смотрю) оптический прибор в основе которого работает гибкий волоконно-оптический пучок с реле-линзой (Дистальная линза) en:Relay_lens на одном конце и окуляром на другом, что используется для исследования и изучения небольших, в труднодоступных местах, таких как внутренности машин, замков и человеческого тела.

История

Понятия волоконной оптики началась в 1854 году, когда Джон Тиндаль обнаружил, что свет может быть проведен посредством изогнутой струей воды, доказав, что свет может быть согнутым. Затем в 1930 году, Генрих Lamm, немецкий студент-медик, стал первым человеком, чтобы собрать пучок оптических волокон для переноски изображения. Эти открытия привели к изобретению эндоскопов и фиброскопов. В 1960-е годы эндоскоп был обновлен со стекляным волокном, как гибкий материал, что позволило передавать свет, даже при сгибании. При этом, предоставляемая пользователям возможность в режиме реального времени наблюдать, не предоставив им возможность фотографировать. В 1964 году был изобретён фиброскоп, первый в виде устройства для желудочной камеры. Это было впервые, когда эндоскоп был фотоаппаратом, что бы фотографировать. Это нововведение привело к более тщательному наблюдения и более точной диагностики.

Оптика

Рис.R. Принципиальная схема эндоскопов.

Эндоскопы работают за счёт использования явления волоконно-оптических пучков, которые состоят из многочисленных волоконно-оптических кабелей. Волоконно-оптические кабели изготовлены из оптически чистого, например, кварцевого стекла и они тонкие, как человеческий волос.

3 основных компонента для волоконно-оптического кабеля являются:

• Ядро — центр, который изготовлен из высокой чистоты стекла;
• Облицовка - наружный материал, окружающий ядро, что мешает утечке света;
• Буферные покрытия - защитные покрытия.

Существует два различных волоконно-оптических пучка в эндоскопе, они включают:

• Освещение объекта (Illumination Bundle), разработанное, чтобы нести свет от источника до окуляра.
• Система создания изображения (Imaging Bundle) — система, предназначенная для переноса изображения от объектива до окуляра.

Полное внутреннее отражение

Волоконно-оптические кабели с использованием полного внутреннего отражения созданы для возможности нести цифровую информацию. Когда свет проходит из одной среды в другую он преломляется. Если свет путешествует от менее плотной среды в плотной среде, в которой он преломляется показатель полного внутреннего отражения. Обратное справедливо, если свет путешествует из плотной среды в менее плотную среду. В оптических кабелеях свет проходит сквозь плотное стекло core (high refractive index), постоянно отражаясь от менее плотной обшивки (Нижний показатель преломления). Это происходит потому, что поверхность сердечника действует как идеальное зеркало и угол света всегда больше, чем критический угол.

Рис. 44. Общий вид гибкого эндоскопа с волоконной оптикой: I - гибкая рабочая часть, II - корпус, III - окуляр, IV - соединительный кабель, V - разъём осветителя; 1 - управляемый дистальный конец, 2 - головка, где встроены объектив и осветитель, 3 - кнопка подачи воды и воздуха, 4 - кнопка управления аспирацией, 5 - ручки управления дистальной частью, 6 - вход инструментального канала.
Дистальный конец 1 рабочей части I при помощи ручек управления 5 может принудительно изгибаться под разными углами в одной или двух плоскостях, благодаря чему происходит введение прибора и последовательный осмотр участков исследуемой полости.

Компоненты эндоскопа

• Окуляр — увеличивает изображение, относя его обратно (imaging bundle), поэтому человеческий глаз может просмотреть его.
• Imaging Bundle — заложен особый кабель, (вместо кабеля из четырёх электрических проводов, каждый из которых представляет в свою очередь жилу из семи медных проволок) из семи гибких стеклянных волокон, которые передают изображение в окуляр.
• Дистальная линза — сочетание микро-линзы (реле линз [4]), которые фотографируют и сосредотачиавают фотографии в виде небольших оптических изображений на фокальной поверхности дистальной части пучка световодов (каждое волокно пучка = 0,01 мм), который передаёт изображения на окуляр.
• Система подсветки — волоконно-оптический световод как реле света от источника к целевой области.
• Артикуляция системы — возможность пользователю контролировать движение подвижной части эндоскопа, который непосредственно прикрепляется к дистальной линзе.
• Орган управления эндоскопа — раздел управления, который предназначен, чтобы помочь помощнику — другой руке.
• Вводимая трубка — большая часть длины эндоскопа, прочная и гибкая. Это защищает оптические волокна, жгут и артикуляции кабелями.
• Подвижная часть — наиболее гибкая часть эндоскопа, она соединяет вводимую трубку в зону дистального просмотра раздела области.
• Дистальный отдел — конечные пункты, где как освещение так и визуализация fiber bundle.

Создание микролинзового рельефа на выходных торцах волоконного пучка

Схема такого рельефа, точно повторяющего расположение волокон в пучке, показана на рисунке 55. Выпуклые линзы образованы на поверхности прозрачного слоя, нанесенного на торцы волоконного пучка. Толщина этого слоя берется равной фокусному расстоянию линз.

Рис.55. Микролинзовый рельеф выходного торца волоконного пучка:1,2 – пучки лучей, проходящие соответственно через центр и край микролинзы; 3 – луч, падающий на соседнюю микролинзу (минует окуляр); 4 – торец волоконного пучка; 5 – прозрачный слой с микролинзовой поверхностью; 6 – окулярное устройство; 7 – выходной зрачок системы

Если микролинзовый рельеф имеет входной торец волоконной детали, то все лучи, падающие на поверхность линз, входят в свои световедущие жилы. Если линзы стыкуются друг с другом, образуя гексагональную или квад ратную структуру, то такая система в пределах апертурного угла работает, как пучок с жилами размером $D{c}$ + $2{\delta}$, (где $D{c}$ – диаметр сердцевины, $\delta$ — толщина оболочки) уложенными без промежутков с коэффициентом заполнения, приближающимся к единице. Это сводит до минимума потерю информации на входе пучка. Даже если рельеф нанесен на торец пучка, имеющего дефектные жилы, например, обломанные волокна, линзы соседних волокон, смыкаясь над местом излома, захватят часть света против дефектного волокна, и соседние жилы передадут свет на выходной торец пучка. Недостаток такой системы – увеличение наклона лучей в жиле, приводящее к некоторому размытию зрачка выхода эндоскопа.

Микролинзы на выходе пучка работают, как маленькие линзы, увеличивающие изображение торцов световедущих жил. Хотя мозаичность изображения сохраняется, сетка прослоек утончается до минимума, что приводит к увеличению комфортности восприятия изображения.

Медицинские применения

Использование оптического световода совместно с обьективом (эндоскопа).

Эндоскопы используются в медицине в качестве инструмента, чтобы помочь врачам и хирургам изучить проблемы в организме пациента без необходимости делать большие разрезы. Эта процедура называется эндоскопией. Врачи используют её, когда они подозревают, что больной орган повреждён — инфицирован, или имеет раковую опухоль. Существует множество типов эндоскопии, в зависимости от области рассматриваемого тела.

• Виды эндоскопии:

• Артроскопия суставов.
• Бронхоскопия лёгких.
• Колоноскопия двенадцатиперстной кишки.
• Цистоскопия мочевого пузыря.
• Энтероскопия тонкой кишки.
• Гистероскопия матки.
• Лапароскопия брюшной полости/таза.
• Ларингоскопия гортани (голосовой ящик)
• Медиастеноскопия — область между легкими.
• Эндоскопии верхнего желудочно-кишечного тракта — пищевода и верхней части кишечного тракта.

Хотя любая медицинская техники имеет свои потенциальные риски, то с помощью эндоскопа при эндоскопии имеет место очень низкий риск возникновения инфекции и потери крови.

Другие приложения

Хотя эндоскопы используется в основном для медицинских целей, они иногда используется для других целей.

Они включают в себя:

• Замки — эндоскопы используется, чтобы заглянуть внутрь замка и увидеть, какие выводы должны быть сделаны, чтобы открыть замок.
• Осмотр машины — эндоскопы используется, чтобы заглянуть во внутрь машины, чтобы убедиться, что все работает правильно.
• Ремонт компьютеров — приспособлен. чтобы смотреть на мелкие компоненты внутри компьютера, чтобы выяснить, что неисправно и как это исправить.
• Шпионаж — используется, чтобы заглянуть под двери или через небольшие отверстия, чтобы шпионить за людьми.

См. также

• Бороскоп
• Эндоскопия

Литература

• Ira S. Brodsky The History & Future of Medical Technology. — Telescope Books, 2010. — ISBN 978-0-9800383-1-6^{о книге}