RU2019123C1

RU2019123C1 - Flexible controlled endoscopic tube

Info

Publication number: RU2019123C1
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Юдин; И.А. Краснов; А.И. Сарелайнен
Original assignee: Санкт-Петербургский институт точной механики и оптики
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: medical engineering and optical-mechanical engineering. SUBSTANCE: tube frame is made of flexible material, tube is shaped as bellows and rings are made flexible and disposed either internally in bellows protrusions or externally in bellows depressions to minimize residual torque. EFFECT: more sophisticated design. 5 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-механическому машиностроению, в частности к приборах, которые служат для осмотра и терапии полых органов и полостей тела в медицине, или для осмотра труднодоступных полых пространств в технике, а в эндоскопах они представляют собой ту часть прибора, изменением положения которой оператор (специалист) осуществляет полый осмотр исследуемой полости. The invention relates to optical-mechanical engineering, in particular to devices that are used for examining and treating hollow organs and body cavities in medicine, or for examining hard-to-reach hollow spaces in technology, and in endoscopes they represent that part of the device by changing the position of which the operator (specialist) carries out a hollow inspection of the investigated cavity.

Известна гибкая управляемая трубка для эндоскопов, оснащенная кольцами, связанными между собой посредством соединительных элементов, и управляющими тросами, соединительные элементы выполнены упругими, длина их равна длине гибкой трубки, а боковые поверхности колец имеют пазы для размещения соединительных элементов. A flexible guided tube for endoscopes is known, equipped with rings interconnected by means of connecting elements and control cables, the connecting elements are made elastic, their length is equal to the length of the flexible tube, and the side surfaces of the rings have grooves for accommodating the connecting elements.

Недостатком данной трубки является малая эксплуатационная надежность. Например, в технических эндоскопах при эксплуатации в экстремальных условиях (в условиях вибрационной и ударной нагрузок, запыленности, повышенных температурах, радиации) ее защитная оболочка разрушается, что приводит к выходу прибора из строя. The disadvantage of this tube is its low operational reliability. For example, in technical endoscopes when operating in extreme conditions (under vibration and shock loads, dust, elevated temperatures, radiation), its protective shell is destroyed, which leads to failure of the device.

Известна также гибкая управляемая трубка для эндоскопа, содержащая гибкие элементы в виде пружины с противоположным направлением навивки, гибкие элементы выполнены в виде отрезков цилиндрических пружин, соединенных переходными втулками, в которых выполнены отверстия для размещения тросов управления. A flexible controlled tube for an endoscope is also known, containing flexible elements in the form of a spring with the opposite direction of winding, the flexible elements are made in the form of segments of cylindrical springs connected by adapter sleeves in which openings are made for accommodating control cables.

Недостатком данной трубки является неравномерность изгиба при введении гибкой трубки эндоскопа в исследуемую полость и наличие остаточного крутящего момента, возникающего при изгибе трубки. The disadvantage of this tube is the uneven bending with the introduction of a flexible tube of the endoscope into the cavity and the presence of residual torque that occurs when the tube is bent.

Также известна гибкая управляемая трубка для эндоскопа, содержащая гибкие элементы в виде двух ленточных пружин с противоположным направлением навивки, пружины вставляются друг в друга, изгиб пружин осуществляется с помощью двух тросов, проходящих через отверстия на боковых поверхностях соприкасающихся витков, перемещения тросов осуществляется с помощью сплеток Боудена. A flexible controlled tube for an endoscope is also known, containing flexible elements in the form of two tape springs with the opposite direction of winding, the springs are inserted into each other, the bending of the springs is carried out using two cables passing through the holes on the lateral surfaces of the contacting coils, the movement of the cables is carried out using braids Bowden.

Недостатком данной трубки является малая надежность, обусловленная силами трения между звеньями и заклиниванием шарнирных соединений, срезанием заклепок острыми краями соседних звеньев при длительной эксплуатации, сложность изготовления. The disadvantage of this tube is its low reliability due to the friction between the links and jamming of the joints, cutting rivets with sharp edges of adjacent links during long-term operation, the complexity of manufacturing.

Известная гибкая управляемая трубка для эндоскопа, содержащая кольцевые звенья с выступами на одной стороне и впадинами на другой и тяги управления, пропущенные в отверстия звеньев, охвачена эластичной защитной оболочкой. Known flexible guided tube for an endoscope, containing ring links with protrusions on one side and depressions on the other and control rods missed in the holes of the links, covered by an elastic protective sheath.

Недостаток - ограничение надежности трубки при уменьшении ее диаметра, в результате чего при малейшем внеосевом усилии происходит выход звеньев из зацепления и поломка гибкой трубки. The disadvantage is the limitation of the reliability of the tube with a decrease in its diameter, as a result of which, with the slightest off-axis force, the links come out of engagement and the flexible tube breaks.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной и выбранной за прототип является гибкая управляемая трубка для эндоскопа, содержащая гибкий каркас с внутренними кольцами и управляющими тросами, причем гибкий каркас выполнен в виде эластичного цилиндра с наружными кольцами, охватывающими внутренние кольца, а внутренний диаметр эластичного цилиндра меньше наружного диаметра внутренних колец. The closest in technical essence to the proposed and selected for the prototype is a flexible controlled tube for an endoscope containing a flexible frame with inner rings and control cables, the flexible frame made in the form of an elastic cylinder with outer rings covering the inner rings, and the inner diameter of the elastic cylinder is smaller the outer diameter of the inner rings.

Недостатками данной гибкий трубки являются:
ограниченная надежность из-за неравнопрочности конструкции. При работе эндоскопа возникают местные механические напряжения в местах соединения внутренних и внешних колец с гибким каркасом, что может привести к дефектам каркаса;
наличие остаточного крутящего момента, возникающего при изгибе трубки;
низкая технологичность, определяемая необходимостью точной фиксации взаимного положения внешних и внутренних колец, а также расстояние между ними.The disadvantages of this flexible tube are:
limited reliability due to uneven construction. When the endoscope works, local mechanical stresses occur at the junction of the inner and outer rings with a flexible frame, which can lead to defects in the frame;
the presence of residual torque arising from the bending of the tube;
low manufacturability, determined by the need for accurate fixation of the mutual position of the outer and inner rings, as well as the distance between them.

Решается задача повышения надежности и технологичности конструкции путем обеспечения ее равнопрочности и уменьшение остаточного крутящего момента. The problem of increasing the reliability and manufacturability of the structure by ensuring its equal strength and reducing residual torque.

Это достигается тем, что в гибкой управляемой трубке для эндоскопа, содержащей гибкий каркас с кольцами и управляющими тросами, каркас дополнительно выполняется из пластичного материала в виде сильфона, а кольца выполнены упругими и размещены внутри в выступах сильфона или снаружи во впадинах сильфона. This is achieved by the fact that in a flexible controlled tube for an endoscope containing a flexible frame with rings and control cables, the frame is additionally made of plastic material in the form of a bellows, and the rings are made elastic and placed inside in the protrusions of the bellows or outside in the hollows of the bellows.

Отличительными признаками предложенного технического решения являются:
выполнение гибкого каркаса в виде сильфона как гибкой и упругой конструкции;
выполнение кольцевых элементов упругими (подпружиненными);
установка колец снаружи гибкого каркаса во впадинах сильфона;
установка колец внутри гибкого каркаса в выступах сильфона.Distinctive features of the proposed technical solution are:
the implementation of a flexible frame in the form of a bellows as a flexible and elastic structure;
the execution of the ring elements elastic (spring-loaded);
installation of rings outside the flexible frame in the hollows of the bellows;
installation of rings inside the flexible frame in the bellows protrusions.

Признак - установка колец снаружи упругого элемента - известен. Однако в данном случае в качестве упругого элемента используется цилиндрическая пружина, что требует дополнительного крепления с помощью, например, склеивания колец с упругим элементом. В предложенном техническом решении в качестве упругого элемента используется сильфон, образующая которого сопрягается с образующей (с наружной или внутренней поверхностью) колец. Установка колец во впадинах или в выступах сильфона с учетом их выполнения упругими не требует дополнительного крепления колец к сильфону. Таким образом предложенное техническое решение отличается от известного своими связями, геометрией сопрягаемых поверхностей. A sign - the installation of rings outside the elastic element - is known. However, in this case, a cylindrical spring is used as the elastic element, which requires additional fastening by, for example, gluing the rings with the elastic element. In the proposed technical solution, a bellows is used as the elastic element, the generatrix of which is mated with the generatrix (with the outer or inner surface) of the rings. The installation of rings in the hollows or in the protrusions of the bellows taking into account their elastic performance does not require additional fastening of the rings to the bellows. Thus, the proposed technical solution differs from the known for its connections, the geometry of the mating surfaces.

Авторы не обнаружили технических решений, содержащих другие признаки предложенного решения, что позволяет отнести их к "существенным признакам". Использование предлагаемой конструкции позволяет повысить ее надежность за счет равнопрочности, уменьшить остаточные крутящие моменты, упростить изготовление и технологию сборки, расширить сферу применения за счет изменения формы образующей сильфона. Кроме того, с помощью установки колец (внутренних или внешних) можно добиться переменной изгибной жесткости (мягкой на дистальной части и жесткой - ближе к системе управления), что облегчает введение прибора в полость, снижает неприятные ощущения пациента (при использовании эндоскопа в медицине). The authors did not find technical solutions containing other features of the proposed solution, which allows them to be attributed to the "essential features". Using the proposed design allows to increase its reliability due to equal strength, reduce residual torques, simplify the manufacture and assembly technology, expand the scope by changing the shape of the generatrix of the bellows. In addition, by installing rings (internal or external), it is possible to achieve variable bending stiffness (soft on the distal part and hard - closer to the control system), which facilitates the insertion of the device into the cavity and reduces the patient’s discomfort (when using an endoscope in medicine).

На фиг.1 изображена гибкая управляемая трубка для эндоскопа с внутренними кольцами; на фиг.2 - внутреннее кольцо; на фиг.3 - гибкая управляемая трубка с внешними кольцами; на фиг.4 - внешнее кольцо; на фиг.5 - вариант технической реализации сильфона с образующей в виде прямоугольной волны. Figure 1 shows a flexible guided tube for an endoscope with inner rings; figure 2 - the inner ring; figure 3 - flexible controlled tube with outer rings; figure 4 - the outer ring; figure 5 is a variant of the technical implementation of the bellows with a generatrix in the form of a square wave.

Гибкая управляемая трубка для эндоскопа (см. фиг.1) содержит корпус 1, выполненный из пластичного материала (например, силиконовой резины, пластичного металла, углепластика, термопластика и т.п.) в виде сильфона, внутри корпуса 1 во впадинах сильфона расположены внутренние кольца 2, к внутренней поверхности каждого кольца 2 присоединены (приклеены, припаяны) во взаимно перпендикулярных направлениях ушки 3, управляющие тросы 4 закреплены в кольце 5 на дистальном конце трубки, пропущены через внутренние отверстия ушек 3 и кольцо 6 на другом конце трубки, в кольце 6 закреплены торцы оплеток 7 Боудена. Управляющие тросы 4 проходят через эти оплетки к тягам механизма управления (на фиг.1 этот механизм не показан), его техническая реализация может быть аналогична механизму управления по авт.св. СССР N 871786 и т.п.). Для защиты корпуса 1 от воздействия окружающей среды он может быть помещен внутрь эластичной оболочки 8, в частности гофрированной. A flexible controllable tube for an endoscope (see Fig. 1) contains a housing 1 made of plastic material (for example, silicone rubber, plastic metal, carbon fiber, thermoplastic, etc.) in the form of a bellows, inside the housing 1 in the hollows of the bellows are located rings 2, to the inner surface of each ring 2 are attached (glued, soldered) in the mutually perpendicular directions of the ears 3, control cables 4 are fixed in the ring 5 at the distal end of the tube, passed through the inner holes of the ears 3 and ring 6 at the other end of the cutting, in the ring 6 fixed ends of the braids 7 Bowden. The control cables 4 pass through these braids to the rods of the control mechanism (this mechanism is not shown in Fig. 1), its technical implementation can be similar to the control mechanism according to the author USSR N 871786, etc.). To protect the housing 1 from environmental influences, it can be placed inside the elastic shell 8, in particular corrugated.

Число внутренних колец 2 и расстояние между ними в корпусе 1 может быть произвольным и зависеть от условий применения эндоскопа. The number of inner rings 2 and the distance between them in the housing 1 can be arbitrary and depend on the conditions of use of the endoscope.

Кольцо 2 (см. фиг.2) выполнено в виде круглого в плане упругого обруча (в виде тора с вырезом). В свободном состоянии внешний диаметр кольца 2 не меньше максимального внутреннего диаметра корпуса 1. Симметрично относительно выреза кольца к его внутренней поверхности прикреплены (например, пайкой, склеиванием и т.д.) ушки 3 с круглыми внутренними отверстиями. Ring 2 (see figure 2) is made in the form of a round elastic elastic hoop (in the form of a torus with a cutout). In a free state, the outer diameter of the ring 2 is not less than the maximum inner diameter of the housing 1. Symmetrically with respect to the cutout of the ring to its inner surface are attached (for example, by soldering, gluing, etc.) the ears 3 with round inner holes.

На фиг.3 приведен вариант технической реализации гибкой трубки с внешним расположением колец 9 относительно корпуса 1. При этом кольцо 9 (фиг.4) выполнено в виде круглого в плане упругого обруча (в виде тора с вырезом). В свободном состоянии внутренний диаметра кольца 9 не больше минимального внешнего диаметра корпуса 1. Симметрично относительно выреза к внешней поверхности кольца 9 прикреплены ушки 3 с круглым внутренним отверстием. Figure 3 shows a variant of the technical implementation of a flexible tube with an external arrangement of rings 9 relative to the housing 1. In this case, the ring 9 (figure 4) is made in the form of a round elastic wrap (in the form of a torus with a notch). In a free state, the inner diameter of the ring 9 is not greater than the minimum outer diameter of the housing 1. Symmetrically relative to the cutout, the ears 3 with a round inner hole are attached to the outer surface of the ring 9.

На фиг.1, 3 показано, что сильфон выполнен с корпусом, образующая которых представляет собой синусоиду. В общем случае образующая может быть выполнена произвольной формы, например в виде треугольной или прямоугольной волны (см. фиг.5, причем l₁, l₂ могут быть не равны друг другу). Кольцо 2 в данном случае будет иметь квадратную в плане форму.Figure 1, 3 shows that the bellows is made with a housing, the generatrix of which is a sinusoid. In the General case, the generatrix can be made of arbitrary shape, for example in the form of a triangular or square wave (see figure 5, and l ₁ , l ₂ may not be equal to each other). Ring 2 in this case will have a square shape in plan.

Для повышения надежности работы эндоскопа уменьшают вероятность обрыва тросов при изгибах эндоскопа за счет выполнения ушек колец из материала с низким коэффициентом трения (например, из гетинакса, бронзы для подшипников скольжения), наложением смазочной клейки или использованием материалов (например, напылением) или технологии, обеспечивающих эффект аномально низкого трения. В качестве такого материала может использоваться молибденит (см. Силин А.А. Трение и мы. М.: Наука, 1987, с.109-119). To increase the reliability of the endoscope, the probability of cable breakage during bending of the endoscope is reduced by making the ears of the rings made of a material with a low coefficient of friction (for example, getinax, bronze for sliding bearings), applying lubricating adhesives or using materials (for example, spraying) or technologies that provide the effect of abnormally low friction. As such material, molybdenite can be used (see Silin A.A. Friction and we. M .: Nauka, 1987, p. 109-119).

Корпус 1 может быть выполнен в виде сильфона с переменным шагом между выступами для облегчения установки внешних или внутренних колец. The housing 1 can be made in the form of a bellows with a variable pitch between the protrusions to facilitate the installation of external or internal rings.

В исходном состоянии все тросы управления 4 равномерно натянуты. При этом звенья сильфона 1 деформированы и упруги. In the initial state, all control cables 4 are evenly stretched. While the links of the bellows 1 are deformed and elastic.

Гибкая управляемая трубка для эндоскопии (см. фиг.1, фиг.3) работает следующим образом. Flexible guided tube for endoscopy (see figure 1, figure 3) works as follows.

С помощью механизма управления перемещают один из управляющих тросов 4 (например, 4.1 (фиг.2) на величину Δ. Это перемещение вызывает одностороннюю деформацию звеньев сильфона 1, что обеспечивает изгиб всей трубки в направлении натяжения троса 4.1. Для изгиба трубки в противоположном направлении перемещают другой трос 4.2 этой пары. Аналогичным образом при перемещении пары управляющих тросов 4.3, 4.4 трубка изгибается в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба при перемещении пары тросов 4.1, 4.2. Комбинируя перемещения управляющих тросов, осуществляют панорамный обзор исследуемой полости, т.е. дистальный торец трубки описывает в пространстве окружность. Using the control mechanism, one of the control cables 4 is moved (for example, 4.1 (Fig. 2) by Δ. This movement causes one-sided deformation of the bellows 1 links, which allows the entire tube to bend in the direction of cable tension 4.1. For bending the tube in the opposite direction, move another cable 4.2 of this pair. Similarly, when moving a pair of control cables 4.3, 4.4, the tube bends in a plane perpendicular to the plane of bending when moving a pair of cables 4.1, 4.2. They provide a panoramic view of the cavity under study, i.e., the distal end of the tube describes a circle in space.

Таким образом, при использовании данной трубки повышается надежность за счет:
обеспечения равнопрочности конструкции корпуса, выполненной в виде сильфона;
упрощения технологии сборки и изготовления с одновременным обеспечением герметичности корпуса. Изготавливать корпус в виде сильфона можно согласно известному способу.Thus, when using this tube, reliability is increased due to:
ensuring equal strength of the housing design, made in the form of a bellows;
simplification of assembly and manufacturing technology while ensuring the tightness of the housing. The housing can be made in the form of a bellows according to a known method.

При этом также обеспечивается более широкая сфера использования эндоскопа за счет изменения изгибной жесткости корпуса путем варьирования числа выступов (впадин) сильфона, их формы (например, прямоугольной, синусоидальной), толщины стенки сильфона, шага между выступами (впадинами) сильфона, а также варьированием числа колец и расстояния между ними по длине эндоскопа, что в технических эндоскопах облегчает быстрое введение его в нужную полость, а при использовании в медицине дополнительно снизит неприятные ощущения пациента, так как дистальный конец и та часть эндоскопа, которая вводится в полость организма, может быть выполнена "мягкой", а остальная - более жесткой, а также уменьшается остаточный крутящий момент. This also provides a wider scope of use of the endoscope by changing the bending stiffness of the body by varying the number of protrusions (troughs) of the bellows, their shape (for example, rectangular, sinusoidal), the wall thickness of the bellows, the step between the protrusions (troughs) of the bellows, as well as varying the number rings and the distance between them along the length of the endoscope, which in technical endoscopes facilitates its rapid introduction into the desired cavity, and when used in medicine will further reduce the patient’s discomfort, since The end end and that part of the endoscope that is inserted into the body cavity can be made “soft”, and the rest can be made more rigid, and the residual torque is also reduced.

Claims

FLEXIBLE CONTROLLED TUBE FOR ENDOSCOPE, containing a flexible frame with rings with control cables, characterized in that the frame is made of plastic material in the form of a bellows, and the rings are made elastic and placed inside in the protrusions of the bellows or outside in the hollows of the bellows.