Эндоскоп со встроенным светодиодным источником света и блоком управления его питанием

Полезная модель относится к области эндоскопов со встроенными излучателями. За счет размещения на корпусе эндоскопа датчиков температуры, организации управления питанием светодиодных излучателей в соответствии с температурой датчиков, достигается контроль освещенности исследуемого объекта без риска для пациента, повышение безопасности оператора и пациента, защита светодиода от перегрева и выхода из строя.

Полезная модель относится к области эндоскопов. Эндоскопы широко используются в разных областях эндоскопии и эндоскопической хирургии для проведения диагностических и хирургических процедур под визуальным контролем. Также эндоскопы широко используются в технической эндоскопии для исследования труднодоступных мест и полостей машин и механизмов.

Известно множество конструкций эндоскопов, общим для которых является наличие дистальной части, которая вводится внутрь исследуемого объекта, проксимальной части, остающейся снаружи исследуемого объекта, канала для передачи света от источника света внутрь исследуемого объекта и канала передачи изображения из исследуемого объекта наружу к регистрирующему устройству или глазу человека. Обычно в качестве источника света используются ксеноновые, галогеновые, металлогалоидные и другие осветители, представляющие собой отдельный электронный блок, свет от которого передается в эндоскоп с помощью световодного кабеля.

За последние годы произошло бурное развитие светодиодных портативных источников света. Их эффективность значительно увеличилась, что привело к созданию миниатюрных, но в то же время достаточно мощных осветителей. Известен патент США 7229201 «Компактный высокоэффективный высокомощный твердотельный источник света, использующий единственный твердотельный светоизлучатель». В нем описывается устройство эндоскопа со светодиодным миниатюрным источником света, излучающая площадка которого располагается в проксимальной части эндоскопа непосредственно на торце полированной поверхности волоконно-оптического канала эндоскопа или другого осветительного устройства, предназначенного для передачи света внутрь человеческого тела. Высокая мощность, малый размер и высокая эффективность светодиодов позволили создать эндоскоп, которому не нужен внешний мощный и дорогой источник света, а также световодный кабель. Поскольку светодиодные излучатели очень эффективно преобразуют электрическую энергию в световую, то его питание осуществляется током небольшой мощности. Для питания светодиодного источника света в данном изобретении используется источник питания на батарейках. Световодный канал эндоскопа представляет собой пучок оптических волокон малого диаметра. Световодный канал может также быть жидкостным, или выполнен из пластиковых волокон, стеклянных или пластиковых цилиндров. Площадь и форма контактной поверхности световодного канала очень близки форме и площади излучающей поверхности светодиодного излучателя.

Между излучающей площадкой светодиода и контактной поверхностью световодного канала может находиться иммерсионная жидкость или гель для улучшения условий прохождения света через границы раздела сред и снижения потерь света.

Недостатком данного устройства является отсутствие средств отвода тепла от излучателя. В результате сильного нагрева светодиода и корпуса эндоскопа в месте расположения светодиода в процессе эксплуатации могут привести к ожогу оператора и(или) пациента. Если тепло не будет отводиться от светодиода, то, даже при небольшой мощности светодиода, его температура превысит допустимую, и он выйдет из строя. Кроме того, эксплуатация светодиода при повышенной температуре излучающей площадки приводит к сокращению срока службы светодиода и досрочному выходу из строя всего эндоскопа.

Опубликована заявка на изобретение US Patent Application 20060171693 - Эндоскоп со встроенным источником света (Endoscope with integrated light source).

Описанный в заявке эндоскоп имеет также дистальную часть, которая вводится внутрь исследуемого объекта, проксимальную часть, остающуюся снаружи исследуемого объекта, канал для передачи света от источника света внутрь исследуемого объекта и канал передачи изображения из исследуемого объекта наружу к регистрирующему устройству или глазу человека. В проксимальной части эндоскопа расположен светодиодный источник света, состоящий из одного или множества светодиодов. Свет от светодиодов передается к дистальному концу через один или множество световодных каналов.

В этом устройстве для решения задачи отвода тепла светодиоды расположены на теплопроводящей подложке, которая разными описанными способами соединена с радиатором, излучающим тепло и охлаждающим таким образом светодиоды.

Недостатками этого устройства является отсутствие контроля нагрева самого светодиода и корпуса эндоскопа в месте расположения светодиода в процессе эксплуатации, что в определенных условиях может привести к перегреву и выходу из строя светодиодов даже при наличии средств отвода тепла. Отсутствие контроля за температурой корпуса в месте расположения светодиодов в определенных условиях может привести к ожогу пользователя и(или) пациента. Такими условиями могут быть, например, повышенная температура окружающей среды при эксплуатации эндоскопа и(или) случайное нарушение условий теплообмена между радиатором и окружающей средой в процессе эксплуатации.

Также в результате невозможно увеличить яркость светодиодного источника света с уверенностью в том, что температура в критических точках находится под контролем и не превысит допустимую ни при каких условиях.

Целью полезной модели является обеспечение контроля за нагревом эндоскопа со встроенным светодиодным источником света и его яркостью в процессе проведения операции, повышении безопасности оператора и пациента, а также надежности и долговечности прибора.

Цель достигается за счет конструкции эндоскопа. Миниатюрный светодиодный источник света с теплоотводящей подложкой, расположенный в проксимальной или дистальной части эндоскопа, имеет датчик температуры, закрепленный на теплоотводящей подложке. Датчики температуры также закреплены на корпусе эндоскопа под его оболочкой в наиболее нагреваемых местах и на тепловом контакте с корпусом эндоскопа. Наиболее нагреваемые места выявляются при тестировании на этапе опытного производства эндоскопа. Датчики температуры выполнены в виде микросхемы с микроконтроллером и имеют однопроводной интерфейс. Примером подобного датчика температуры может служить высокоточный однопроводной цифровой термометр DS18S20 фирмы Maxim integrated products. Выходы датчиков температуры по единой шине соединены с блоком управления питанием светодиодного источника света. В соответствии с показаниями датчиков температуры осуществляется управление питанием светодиодного излучателя.

По крайней мере один датчик температуры имеет в своей микросхеме энергонезависимую память, в которую при изготовлении эндоскопа записывается информация о максимально допустимой температуре светодиодного источника света данного эндоскопа и о номинальной силе тока, необходимой для его питания. Примером подобного датчика температуры может служить высокоточный однопроводной цифровой термометр DS18S20 фирмы Maxim integrated products. В начале работы к памяти обращается блок управления питанием светодиодного источника света эндоскопа, считывает информацию из памяти данного датчика температуры и устанавливает номинальное значение тока питания.

В результате достигается контроль освещенности исследуемого объекта без риска для пациента, повышение безопасности оператора и пациента, защита светодиода от перегрева и выхода из строя.

Осуществление полезной модели.

Одним из традиционных способов изготавливают эндоскоп со встроенным в проксимальную или дистальную часть светодиодным источником света (светодиод или линейка светодиодов) (3 на фигуре 1), световодным каналом для передачи света в исследуемый объект (1 на фигуре 1) и световодным каналом для передачи изображения от исследуемого объекта к регистрирующему устройству (2 на фигуре 1). Световодный канал устройства представляет собой пучок оптических волокон, площадь и форма контактной поверхности которого очень близки форме и площади излучающей поверхности светодиодного источника света. Световодный канал может также быть жидкостным, или выполнен из пластиковых волокон, стеклянных или пластиковых цилиндров. Светодиоды расположены на теплопроводящей подложке.

На теплопроводящей подложке расположен датчик температуры (4 на фигуре 1), который выполнен в виде микросхемы с микроконтроллером и имеет однопроводной интерфейс. Примером подобного датчика температуры может служить высокоточный однопроводной цифровой термометр DS18S20 фирмы Maxim integrated products.

Датчики температуры также расположены изнутри на стенках корпуса эндоскопа в наиболее сильно нагреваемых в процессе эксплуатации местах. Наиболее нагреваемые места выявляются при тестировании на этапе опытного производства эндоскопа. Эти датчики температуры приводят в тепловой контакт с телом эндоскопа, затем корпус эндоскопа покрывают оболочкой вместе с датчиками.

В корпусе эндоскопа размещены провода соединения датчиков температуры и блока питания светодиодного излучателя.

В проксимальной части эндоскопа выполнен электрический трехконтактный разъем для соединения с блоком управления питанием светодиодного источника света эндоскопа посредством электрическим кабелем (5 на фигуре 1). Два контакта используются для подачи постоянного тока к светодиодным источника света, а третий через единую шину данных соединен со всеми датчиками температуры, установленными внутри эндоскопа, и используется для их последовательного опроса блоком управления питанием светодиодного источника света.

Блок управления питанием светодиодного источника света эндоскопа имеет программируемый микроконтроллер, который осуществляет опрос датчиков температуры, регистрирует данные о температуре. С помощью указанного микроконтроллера осуществляется автоматическое понижение или повышения силы тока светодиодного источника света в зависимости от температуры критических зон корпуса и от температуры нагрева светодиодов с целью удержания температуры корпуса эндоскопа и теплопроводящей подложки светодиодного источника света в пределах, устанавливаемых оператором.

По крайней мере один датчик температуры имеет в своей микросхеме энергонезависимую память, в которую при изготовлении эндоскопа записывается информация о максимально допустимой температуре светодиодного источника света данного эндоскопа и о номинальной силе тока, необходимой для его питания. Примером подобного датчика температуры может служить высокоточный однопроводной цифровой термометр DS18S20 фирмы Maxim integrated products. В начале работы к памяти обращается блок управления питанием светодиодного источника света эндоскопа, считывает информацию из памяти данного датчика температуры и устанавливает номинальное значение тока питания, а в процессе работы в зависимости от показаний датчиков температуры и от значения максимально допустимой температуры светодиодного источника света данного эндоскопа блок управления питанием светодиодного источника света эндоскопа осуществляет автоматическое понижение или повышение силы тока светодиодного источника света с целью удержания температуры корпуса эндоскопа и теплопроводящей подложки светодиодного источника света в пределах, устанавливаемых оператором.

Описание рисунков:

На фигуре 1 представлен эндоскоп со встроенным светодиодным источником света.

1. - световодный канал для передачи света от источника света внутрь исследуемого объекта,

2. - канал передачи изображения из исследуемого объекта наружу к регистрирующему устройству или глазу человека,

3. - светодиодный источник света,

4. - датчики температуры,

5. - электрический разъем,

6. - дистальная часть,

7. - проксимальная часть.

1. Эндоскоп со встроенным светодиодным источником света и блоком управления его питанием, содержащий светодиодный источник света на теплопроводящей подложке, световодный канал для передачи света от светодиодного источника света внутрь исследуемого объекта, канал передачи изображения для передачи изображения из исследуемого объекта наружу к регистрирующему устройству или глазу человека, расположенные в проксимальной части эндоскопа, при этом светодиоды источника света располагаются на теплопроводящей подложке, на теплопроводящей подложке расположен датчик температуры, представляющий собой микросхему с микроконтроллером, имеющую однопроводной интерфейс, причем эндоскоп соединен с блоком управления питанием светодиодного источника света через трехконтактный электрический разъем с помощью электрического кабеля, два контакта электрического разъема используются для подачи постоянного тока на светодиодный источник света, отличающийся тем, что, по крайней мере, один датчик температуры, представляющий собой микросхему с микроконтроллером, имеющую однопроводной интерфейс, размещен на корпусе под оболочкой в наиболее нагреваемом месте, третий контакт электрического разъема через единую шину данных соединен со всеми датчиками температуры, установленными внутри эндоскопа, и используется для их последовательного опроса блоком управления питанием светодиодного источника света, блок управления питанием светодиодного источника света эндоскопа имеет программируемый микроконтроллер для автоматического понижения или повышения силы тока светодиодного источника света в зависимости от показаний датчиков температуры с целью удержания температуры корпуса эндоскопа и теплопроводящей подложки светодиодного источника света в пределах, устанавливаемых оператором.

1. Эндоскоп по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, один датчик температуры эндоскопа представляет собой микросхему с микроконтроллером и энергонезависимой памятью, в которую при изготовлении эндоскопа записывается информация о максимально допустимой температуре светодиодного источника света данного эндоскопа и о номинальной силе тока, необходимой для его питания, к которой посредством программируемого микроконтроллера в начале работы обращается блок управления питанием светодиодного источника света эндоскопа, считывает информацию из памяти данного датчика температуры и устанавливает номинальное значение тока питания, а в процессе работы в зависимости от показаний датчиков температуры и от значения максимально допустимой температуры светодиодного источника света данного эндоскопа блок управления питанием светодиодного источника света эндоскопа осуществляет автоматическое понижение или повышение силы тока светодиодного источника света с целью удержания температуры корпуса эндоскопа и теплопроводящей подложки светодиодного источника света в пределах, устанавливаемых оператором.