Оптичні медичні прилади Частина ііі Вступ

Одним з найважливіших методів діагностики і лікування різних захворювань є ендоскопія. За допомогою ендоскопічної техніки проводяться візуальний огляд внутрішніх порожнин організму людини, біопсія, хірургічна і терапевтична дія на біологічні тканини лазерним випромінюванням, промивання порожнин і наповнення їх повітрям або рідиною, введення лікарських розчинів, видалення новоутворень і чужорідних тіл і так далі. Окрім візуального спостереження, може проводитися фото- і ТБ-документування окремих етапів ендоскопії.

Основою медичного ендоскопа є оптична система, що дозволяє отримати зображення біологічного об'єкту, спостереження якого неозброєним оком неможливе через особливості будови організму людини. Завданням, що стоїть перед розробником оптичної системи медичного ендоскопа, є здобуття зображення біологічного об'єкту високої якості. Ця якість оцінюється геометричною, фотометричною і колориметричною подібністю зображення об'єкту, тобто правильним відтворенням форми, розподілом яскравості і колірної структури об'єкту.

Сучасні ендоскопи є складними оптико-механічними і оптико-електроними приладами. При їх розробці потрібні ретельне опрацювання принципової схеми приладу, конструктивна зв'язка всіх систем усередині нього при обмежених поперечних розмірах, використання комплектуючих високої якості. Для забезпечення високих експлуатаційних параметрів необхідні спеціальні технологічні процеси і висока професійна майстерність при виготовленні. Вочевидь, що успішний розвиток цієї області медичної техніки і забезпечення високого технічного рівня і якості залежать від системного, комплексного підходу до вирішення наступних питань:

- визначення номенклатури ендоскопів, необхідних для оснащення медичних установ і підлягаючих розробці, і розробка оптимальних технічних параметрів ендоскопів і їх комплектуючих;

- створення номенклатури типових комплектуючих елементів і розробка конструкцій типових вузлів ендоскопів, що дозволяють на основі модульного принципу конструювання ефективно здійснювати розробку і модернізацію ендоскопів;

- розробка критеріїв оцінки якості ендоскопів;

- розробка і освоєння спеціальних технологічних процесів виробництва ендоскопів і їх вузлів і спеціального технологічного оснащення;

- розробка методик і спеціальних стендів і установок для випробувань ендоскопів і їх вузлів.

1805 р. Історичне коріння створення ендоскопічних приладів вирушає в XIX ст. Родоначальницею цього класу медичних приладів стала Німеччина, де роботи лікаря з Франкфурту-на-Майні Філіпа Боцині (1773-1809 р.) заклали основу сучасної ендоскопії. Він назвав свій інструмент, створений в 1805 р. для дослідження каналів і порожнин людського тіла, світлопровідником (Lichtleiter) (рис. 1), застосувавши в ньому в якості джерела світла свічу [1, 2, 3]. Проте сконструйований ним апарат не знайшов практичного використання і ніколи не використовувався для дослідження на людях. У той час не розуміли значення цього винаходу, а сам винахідник був покараний медичним факультетом міста Відня за "цікавість".

Рис. 1. Перший ендоскоп

Подальший розвиток ендоскопічної техніки прошов наступні основні етапи:

1825р. Пьером Сегаласом із Страсбурга виготовлено уретропузирькове дзеркало, що складається з довгої, полірованої всередині срібної трубки, у зовнішнього кінця якої поміщалося конічне дзеркало. Коротка срібна трубка, зачорнена всередині, проходила через центр круглого дзеркала, що виконує роль окуляра. Джерелом світла служили дві маленькі свічки, які поміщалися між круглим і конічним дзеркалами.

1853 р. Дезормо продемонстрував свій інструмент (рис. 2) в Паризькій медичній академії.

В цей час ендоскоп був визнаний повсюдно як корисний діагностичний інструмент. Інструмент Дезормо складався з набору трубок різного діаметру, які вводилися в порожнину. Джерелом світла була спиртна лампа (рис. 3). Коротка трубка прикріплялася в місці встановлення лампи на рівні полум'я. До цієї трубки під прямим кутом прикріплялася друга трубка, що несе відбивач.

Рис. 2. Цистоскоп Дезормо

Лампу встановлювали у вертикальному положенні, а система трубок і відбивач могли обертатися до горизонтального положення залежно від мети дослідження. Кінець трубки, що несе окуляр, приймав промені світла, які прямували через лінзу-конденсор і відбивалися від досліджуваної поверхні.

Рис. 3. Спиртна лампа

1867 р. Німецький стоматолог Юліус Брук запропонував як джерела освітлення використовувати платинову петлю, що світиться при проходженні через неї електричного струму. Для оберігання тканини від термічного пошкодження через циліндр, що оточує платинову петлю, що світиться, протікав постійний потік холодної води.

1868 р. Кусмауль ввів в практику методику гастроскопії. За допомогою металевої трубки з гнучким обтуратором, що вводиться в шлунок, далі вводилася порожниста трубка. Введення такої трубки було можливе за умови, що верхні зуби знаходилися на одній прямій з віссю стравоходу. Надалі принцип Кусмауля був покладений в основу всіх методик з використанням жорстких і напівжорстких гастроскопів.

1868 р. Беван розробив жорсткий езофагоскоп завдовжки 10 см, який був призначений для витягання чужорідних тіл і огляду пухлин стравоходу.

1872 р. Август Хакен з Риги запропонував використовувати чорнені зсередини провідники, світло по яких поширювалося від лобового дзеркала.

1874 р. Груенфельд запропонував так зване міхурне дзеркало, що складається з системи трубок, закритих з боку сечового міхура скляним вікном. Наявність робочого каналу дозволяла проводити по ньому інструмент.

1876 р. Рутенберг, лікар з Відня, вперше використовував повітря для наповнення досліджуваної порожнини.

1876 р. Макс Нітце запропонував прилад з джерелом світла, яке могло бути введене в порожнину сечового міхура. Інструмент був металевим катетером із заломленим кінцем. Освітлювач проводився усередині тубуса і складався з платинової петлі, ув'язненого в тонко оброблене гусяче перо. Петля, що нагрівається, охолоджувалася постійним потоком води. За допомогою Бенеке, оптика з Відня, була виготовлена система лінз, змонтована в трубці. За допомогою цієї системи було значно збільшено поле зору приладу. Перший інструмент цього типа був виготовлений дрезденським майстром Діеке. Згодом робота була продовжена відомим віденським інструментальником Лейтером. В результаті цієї роботи створені інструменти, названі цистоскопами Нітце, - Лейтера.

1880 р. Винахід лампи розжарювання Томасом Едісоном.

1881 р. Мікуліч на підставі ретельних анатомічних досліджень розробив конструкцію апарату, зігнутого в дистальній третині під кутом 30°. Його ідея у той час була важко реалізована технічно. Проте цей принцип був використаний при подальшій розробці апаратів для огляду шлунку.

1883 р. Ньюман представив перший ендоскоп з використанням лампи розжарювання.

1885 р. Буассо де Рошер представив цистоскоп з лампою розжарювання і непрямою оптичною системою, що дозволяла досліджувати стінку сечового міхура.

1887 р. Нітце і Лейтер створили інструменти з системою лінз і лампою розжарювання для огляду стінок сечового міхура (рис. 4).

Рис. 4. Цистоскоп Нітце

1889 р. Буассо де Рошер запропонував інструмент, принцип якого покладений в основу сучасних цистоскопів. Джерело світла було винесене з порожнини сечового міхура, системи лінз для освітлення і спостереження стали роздільними.

1898 р. Келлінг винайшов керований гастроскоп.

1898 р. Ф. Ланге и Д. Мельтсинг винайшли гастрокамеру для фотографування шлунку без візуального огляду.

1901-1910 рр. Лео Буергер модифікував лінзову систему цистоскопу, забезпечивши пряме зображення і поліпшивши його якість. Маккарті запропонував панендоскоп з панорамним оглядом, забезпечивши його передньою похилою лінзою.

1907 р. В. Бруннінгс сконструював езофагоскоп з електричним освітленням, що застосовувався в практиці до 70-х рр. XX століття.

1910 р. Шведський лікар Ганс Християн Якобеус ввів терміни "лапароскопія" і "торакоскопія" [4, 5].

1920 р. Лікар з Чикаго Ондорфф розробив троакар з автоматичним клапаном для введення лапароскопічних інструментів і запобігання витоку газу. Він же описав переваги пірамідального стилета.

1929 р. Лікар з Берліна Хайніц Кальк розробив троакар з додатковим робочим каналом для інструменту.

1932 р. Р. Шиндлер розробив конструкцію напівгнучкого лінзового гастроскопа, який був трубкою завдовжки 78 см, з гнучкою частиною завдовжки 24 см, 12 мм в діаметрі, що містить велике число короткофокусних лінз.

1956 р. Розроблена система, що включає електронний спалах, що дозволив робити знімки ендоскопічних зображень високої якості.

1958-1960 рр. У СРСР створений перший в світі апарат для контактного руйнування каменів - електрогідравлічний цистолітотриптор "Урат-1" (автори - Ю.Г. Єдиний, О.Г. Балаєв і Н.А. Король) (рис. 5).

Рис. 5. Цистолітотриптор

1960 р. Створено автономне джерело холодного світла.

1966 р. У жорстких ендоскопах застосовані стрижньоподібні лінзи, запропоновані британським фізиком Хопкінсом, що помітно підвищили роздільну здатність і яскравість зображення.

1969 р. Воул і Сміт (Bell Laboratories) створили прилад із зарядовим зв'язком (ПЗС), що перетворює оптичні сигнали в електричні імпульси.

1986 р. Поява відеоендоскопів.

Пріоритет в створенні і випуску ендоскопічних приладів в нашій країні належить науково-виробничому об'єднанню "Червоногвардієць" (Санкт-Петербург). На рубежі 1980-х рр. в процес створення нових високонадійних приладів включилося оптико-механічне об'єднання ЛОМО. Було розгорнуто виробництво гастродуоденоскопа "Пучок МТ-11" з освітлювачем МТО-225 на ксеноновій лампі. З цієї миті почалося суперництво двох виробників оптико-механічної продукції в області виробництва ендоскопів. У радянський період сильніший ривок здійснило ЛОМО, купивши японську технологічну лінію по виробництву тубусів гнучких ендоскопічних приладів, що дозволило значно збільшити випуск сучасних і відносно недорогих приладів. "Червоногвардієць", у свою чергу, не лише збільшував асортимент жорстких ендоскопів, зокрема, цистоуретроскопів, але і не здавав позиції в частині виробництва гнучких ендоскопів. З початком економічних реформ ці підприємства перетворяться у відкриті акціонерні суспільства, при цьому друге виробництво НВО "Червоногвардієць", де випускалася вся оптика, отримало назву "Оптімед".

З метою розробки і серійного виробництва сучасних надтонких жорстких медичних ендоскопів в 1992 р. було створено об'єднання, що включає три підприємства: ТОО "ВНИИМП-ОПТИМЕД", організоване на базі ВНИИ медичного приладобудування (Москва), Науково-виробниче підприємство "ЭКОМП", організоване на базі Могильовського машинобудівного інституту (Білорусія), ЗАТ " ГРИНЕКСТ " (Санкт-Петербург) [6].

ТОО "ВНИИМП-ОПТИМЕД" проводить теоретичну розробку медичної техніки, організовує виготовлення складних деталей мікрооптики і проведення технічних і медичних випробувань на території Росії, здійснює зв'язок з Мінздравом РФ і іншими державними структурами.

НПП "ЭКОМП" здійснює серійне виробництво основних комплектуючих виробів для ендоскопічних комплексів, організовує проведення технічних і медичних випробувань на території Білорусії.

ЗАТ "ГРИНЕКСТ" розробляє і серійно виробляє широку номенклатуру градієнтних оптичних елементів, які слугують основою оптичної системи ряду жорстких ендоскопів.

В даний час розробкою, виготовленням і постачанням ендоскопічного устаткування займаються організації, інформацію про яких можна отримати з публікацій [7, 8].

За спеціалізацією, що склалася, оптико-механічні підприємства сибірського регіону не займаються виробництвом ендоскопічного устаткування. Проте в нових економічних умовах останнього десятиліття намітилися тенденції пошуку нових напрямів їх діяльності, зростає число організацій, що займаються сервісним обслуговуванням приладів даного класу.