RU2185083C2

RU2185083C2 - Device for control of endoscope end bending

Info

Publication number: RU2185083C2
Application number: RU99120592A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Тарасов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Оптические медицинские приборы "Оптимед"
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2002-07-20

Abstract

FIELD: medical engineering, particularly, endoscopes. SUBSTANCE: presence of one member for control of independent bending of endoscope distal end in two orthogonal planes is a distinguishing feature of proposed device. Said feature is ensured by the fact that mechanism of control of tension ropes is in the form of flexible tube whose diameter exceeds diameter of bent end of endoscope. Due to such form of device, endoscope bending is effected by manual bending of control member itself. In special instance, control device is made in the form of group of rings interconnected by hinges. EFFECT: simplification of control process due to increased sensitivity of device to control action. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области эндоскопов и касается вопросов управления изгибом дистального конца эндоскопа. The invention relates to the field of endoscopes and relates to the management of the bend of the distal end of the endoscope.

Известные конструкции гибких или жестких, имеющих гибкий конец эндоскопов, обычно содержат вводимую часть, расположенную на дистальном конце эндоскопа, изгибаемую часть и размещенное на его проксимальном конце устройство управления изгибом. Изгибаемая часть эндоскопа обычно выполняется в виде гибкой трубки, а устройство управления - в виде ручного или электрического привода, обеспечивающего создание силовых воздействий, передаваемых через тяговые элементы на изгибаемую часть эндоскопа и обеспечивающих ее изгиб в необходимом направлении. Known designs of flexible or rigid ones having a flexible end for endoscopes typically comprise an insertion part located at the distal end of the endoscope, a bend part and a bend control device located at its proximal end. The bendable part of the endoscope is usually made in the form of a flexible tube, and the control device is in the form of a manual or electric drive, which provides the creation of force actions transmitted through the traction elements to the bendable part of the endoscope and ensures its bending in the necessary direction.

Конструкции приводимых в действие вручную устройств управления изгибом эндоскопа весьма разнообразны и могут быть разделены на две группы: устройства, в которых управление изгибом конца эндоскопа в любую сторону осуществляется одним органом управления, и устройства, в которых управление изгибом осуществляется двумя органами управления. В качестве примера устройств первой группы могут быть названы устройства [1-3]. The designs of manually operated endoscope bend control devices are very diverse and can be divided into two groups: devices in which the endoscope bend to either side is controlled by one control, and devices in which the bend is controlled by two controls. As an example of devices of the first group, devices [1-3] can be named.

Все принадлежащие к этой группе устройства управления изгибом эндоскопа обладают одним общим недостатком - они обеспечивают только одну независимую степень свободы перемещения дистального конца эндоскопа. Другими словами, устройства управления изгибом эндоскопа первой группы могут обеспечить только такое управление изгибом эндоскопа, при котором его дистальный конец перемещается по окружности, лежащей в плоскости, ортогональной оптической оси гибкой части эндоскопа. При этом перемещение дистального конца независимо только в одном из двух лежащих в этой же плоскости ортогональных направлений оказывается невозможным. All endoscope bend control devices belonging to this group have one common drawback - they provide only one independent degree of freedom of movement of the distal end of the endoscope. In other words, the control devices for bending the endoscope of the first group can only provide such control for the bending of the endoscope, in which its distal end moves along a circle lying in a plane orthogonal to the optical axis of the flexible part of the endoscope. In this case, the movement of the distal end independently in only one of the two orthogonal directions lying in the same plane is impossible.

От указанного недостатка свободны устройства управления второй группы. Эти устройства обеспечивают изгиб дистального конца эндоскопа поочередно и взаимно независимо в двух ортогональных направлениях. Подобные конструкции предложены, например, в ряде патентов Японии и Германии [4-6]. The control devices of the second group are free from this drawback. These devices provide bending of the distal end of the endoscope alternately and mutually independently in two orthogonal directions. Similar designs are proposed, for example, in a number of patents in Japan and Germany [4-6].

Конструкции упомянутой группы устройств управления обычно включают в себя группу натяжных тросов, первые концы которых закреплены внутри полости гибкого дистального конца эндоскопа в точках, лежащих на ортогональных осях поперечного сечения его торца. На оппозитном гибком конце эндоскопа размещен силовой привод управления натяжными тросами. Этот привод выполнен в виде двух установленных на независимых осях барабанов (шкивов) с закрепленными на них своими вторыми концами и намотанными на них натяжными тросами. При использовании ручного привода устройства управления каждый из барабанов жестко связан с соответствующей ручкой управления, установленной снаружи корпуса. Управление изгибом эндоскопа в этом случае осуществляется поворотом одной или обеих ручек одновременно. За счет жесткой связи между ручкой и барабаном поворот ручки на определенный угол приводит к повороту на такой же угол связанного с ней барабана. При этом происходит дополнительное наматывание натяжного троса на барабан. Длина натяжного троса уменьшается, и он подтягивает связанный с ним торец гибкого конца эндоскопа в сторону точки их крепления, результатом чего является изгиб всего дистального конца эндоскопа в эту же сторону. Таким образом, поочередным поворотом ручек конец эндоскопа может быть направлен в любую необходимую сторону, т.е. изогнут на необходимый угол. The structures of the said group of control devices usually include a group of tension cables, the first ends of which are fixed inside the cavity of the flexible distal end of the endoscope at points lying on the orthogonal axes of the cross section of its end. On the opposite flexible end of the endoscope is a power drive control tension cables. This drive is made in the form of two drums (pulleys) mounted on independent axes with their second ends fixed on them and tension cables wound on them. When using the manual drive of the control device, each of the drums is rigidly connected to the corresponding control handle mounted outside the housing. In this case, the bend of the endoscope is controlled by turning one or both handles simultaneously. Due to the rigid connection between the handle and the drum, the rotation of the handle by a certain angle leads to the rotation of the associated drum by the same angle. In this case, an additional winding of the tension cable to the drum occurs. The length of the tension cable decreases, and it pulls the end of the flexible end of the endoscope connected to it toward the point of attachment, resulting in a bend of the entire distal end of the endoscope in the same direction. Thus, by alternately turning the handles, the end of the endoscope can be directed in any necessary direction, i.e. bent to the required angle.

Поворот ручек управления, приводящий к перемещению натяжных тросов и, тем самым к изгибу конца эндоскопа, может осуществляться как вручную, так и при использовании электромеханического привода. В последнее время стали известны не только электромеханические, но и пьезоэлектрические и электротермические приводы, например по заявкам Японии [5-6]. В частности, в эндоскопе по заявке Японии [5] перемещение натяжных тросов - тяговых элементов производится электрическим приводом, управляемым от регулятора напряжения, выполняющего функцию единого органа управления изгибом эндоскопа. Последний осуществляет подачу управляющих токов на привод таким образом, что создаваемые этим приводом силовые воздействия передаются через тяговые элементы на дистальный конец гибкой трубки, вызывая ее изгиб и тем самым изгиб конца эндоскопа в любом заданном направлении. The rotation of the control knobs, leading to the movement of the tension cables and, thereby, to the bending of the end of the endoscope, can be carried out both manually and when using an electromechanical drive. Recently, not only electromechanical, but also piezoelectric and electrothermal drives have become known, for example, according to the applications of Japan [5-6]. In particular, in the endoscope, according to the application of Japan [5], the tension cables - traction elements are moved by an electric drive controlled by a voltage regulator that performs the function of a single control body for bending the endoscope. The latter feeds the control currents to the drive in such a way that the force generated by this drive is transmitted through the traction elements to the distal end of the flexible tube, causing it to bend and thereby bend the endoscope end in any given direction.

Поскольку по достигаемому результату - числу независимых степеней свободы направлений изгиба конца эндоскопа, единственности используемого органа управления и частной форме реализации гибкого элемента эндоскопа в форме цепочки кольцевидных сочленений настоящее техническое решение совпадает с признаками эндоскопа по заявке Японии [5] последний выбран в качестве прототипа. Since the achieved result - the number of independent degrees of freedom of the bending end of the endoscope, the uniqueness of the control used and the particular form of implementation of the flexible element of the endoscope in the form of a chain of ring joints, this technical solution coincides with the signs of the endoscope according to the application of Japan [5], the latter is chosen as a prototype.

Недостатком устройства-прототипа является сложность процедуры практического управления направлением изгиба эндоскопа. Это объясняется тем, что выбранное направление изгиба связано с конкретным распределением усилий в группе тяговых элементов и требует строгого соответствия выбранного пользователем распределения подаваемых на привод управляющих токов. The disadvantage of the prototype device is the complexity of the procedure for practical control of the direction of bending of the endoscope. This is due to the fact that the selected direction of bending is associated with a specific distribution of forces in the group of traction elements and requires strict compliance with the user-selected distribution of control currents supplied to the drive.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение процедуры управления направлением изгиба эндоскопа путем реализации ручного "органолептического" управления таким изгибом с помощью одного управляющего органа. The technical problem to which the present invention is directed is to simplify the procedure for controlling the direction of the bend of the endoscope by implementing manual "organoleptic" control of such a bend using one governing body.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в известном устройстве управления изгибом конца эндоскопа, содержащем силовой привод, связанный размещенными в полости корпуса эндоскопа тяговыми элементами с выполненной в виде гибкой трубки его изгибаемой частью, согласно данному предложению привод выполнен в виде гибкой трубки, первые концы натяжных тросов связаны с дистальным концом изгибаемой части, а вторые - с проксимальным концом привода, при этом образующая привод гибкая трубка выполнена имеющей диаметр, больший диаметра изгибаемой части эндоскопа. The essence of the claimed invention lies in the fact that in the known control device for bending the end of an endoscope containing a power drive connected by traction elements placed in the cavity of the endoscope body with a flexible part made in the form of a flexible tube, according to this proposal, the drive is made in the form of a flexible tube, first ends tension cables are connected with the distal end of the bent part, and the second with the proximal end of the drive, while the flexible tube forming the drive is made with a diameter, a larger diameter the bent portion of the endoscope.

Благодаря указанной выше новой форме выполнения привода достигается возможность управления изгибом путем ручного воздействия только на один орган управления - на сам механизм управления тяговыми элементами. При этом такое воздействие заключается в управляющем изгибе самого привода управления таким образом, как если бы рука пользователя изгибала непосредственно дистальный гибкий конец эндоскопа. Тем самым обеспечивается "органолептический" характер управления изгибом эндоскопа, поскольку за счет передачи указанного управляющего воздействия через тяговые элементы - натяжные тросы, связывающие привод с гибким дистальным концом эндоскопа, обеспечивается "репититорное" воспроизведение управляющего изгиба гибким дистальным концом эндоскопа. Причем в зависимости от принятой в устройстве управления схемы соединения натяжных тросов - при их взаимном расположении в пересекающихся или непересекающихся плоскостях - "репетиторное" воспроизведение изгиба гибкой части эндоскопа может повторять направление управляющего изгиба и лежать с ним в одной плоскости или лежать в ортогональной плоскости, а также быть противоположным по направлению. Thanks to the new drive execution form indicated above, it is possible to control the bend by manually acting on only one governing body - the traction elements control mechanism itself. Moreover, such an effect consists in the control bending of the control drive itself in such a way as if the user's hand bent directly the distal flexible end of the endoscope. This ensures the "organoleptic" nature of the control of the bend of the endoscope, since by transmitting the specified control action through the traction elements - tension cables connecting the drive to the flexible distal end of the endoscope, the "repetitive" reproduction of the control bend by the flexible distal end of the endoscope is provided. Moreover, depending on the connection scheme of the tension cables adopted in the control device — when they are mutually located in intersecting or disjoint planes — the “tutorial” reproduction of the bend of the flexible part of the endoscope can repeat the direction of the control bend and lie with it in the same plane or lie in the orthogonal plane, and also be opposite in direction.

В частном случае реализации изобретения образующая привод гибкая трубка выполнена в виде цепочки шарнирно связанных между собой колец. In the particular case of the invention, the flexible tube forming the drive is made in the form of a chain of articulated rings.

Такая форма выполнения привода - устройства управления обеспечивает достаточную адекватность передачи управляющих усилий руки на изгибаемую часть эндоскопа. This form of execution of the drive - the control device provides sufficient adequacy of the transfer of the control efforts of the hand on the bend part of the endoscope.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где показано устройство управления изгибом конца эндоскопа. The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows the control device for bending the end of the endoscope.

В общем случае эндоскоп с заявляемым устройством содержит выполненную в виде гибкой трубки изгибаемую часть 1, устройство 2 управления изгибом, содержащее натяжные тросы 3 и привод 4. Привод 4 выполнен в виде гибкой трубки, образованной, например, как это указано в частной форме выполнения эндоскопа, группой последовательно установленных соосных и попарно шарнирно связанных между собой в двух ортогональных плоскостях колец. Дистальное по отношению к изгибаемому концу эндоскопа кольцо гибкой трубки привода 4 связано с четырьмя натяжными тросами 3, оппозитные концы которых связаны с дистальным изгибаемым концом гибкой трубки 1. In the General case, the endoscope with the claimed device comprises a flexible part 1 made in the form of a flexible tube, a bend control device 2 containing tension cables 3 and a drive 4. The drive 4 is made in the form of a flexible tube formed, for example, as indicated in a particular form of the endoscope , a group of sequentially installed coaxial and pairwise pivotally interconnected in two orthogonal planes of the rings. The distal end of the flexible tube of the actuator 4 with respect to the bend end of the endoscope is connected to four tension cables 3, the opposite ends of which are connected to the distal bend end of the flexible tube 1.

Работу устройства управления удобно рассмотреть на примерах изгиба эндоскопа поочередно в две взаимноортогональные стороны. It is convenient to consider the operation of the control device using the examples of bending of the endoscope alternately in two mutually orthogonal directions.

Вначале изгиб эндоскопа производится управляющим изгибом привода 4 в плоскости чертежа. При таком изгибе привода 4 происходит пространственное смещение точек крепления натяжных тросов 3 к этой трубке так, что точка крепления одного из этих тросов удаляется от дистального конца эндоскопа, а другая - приближается к нему. В результате один из связанных с приводом 4 и лежащих в плоскости чертежа натяжных тросов 3 ослабляется, а другой натягивается. Натягивающийся трос 3 подтягивает связанный с ним дистальный конец трубки 1 в сторону своего смещения. Тем самым обеспечивается изгиб дистального конца эндоскопа в соответствующую сторону. First, the bend of the endoscope is made by the control bend of the actuator 4 in the plane of the drawing. With such a bend of the actuator 4, there is a spatial displacement of the attachment points of the tension cables 3 to this tube so that the attachment point of one of these cables is removed from the distal end of the endoscope, and the other approaches it. As a result, one of the tension cables 3 connected to the drive 4 and lying in the plane of the drawing is loosened, and the other is stretched. The stretching cable 3 pulls the distal end of the tube 1 connected to it towards its offset. This ensures bending of the distal end of the endoscope in the corresponding direction.

Теперь изгиб конца эндоскопа производится изгибом привода 4 в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа и ориентированном на читателя. При этом, как и в первом случае, один из соответствующих натяжных тросов 3 ослабляется, а другой - натягивается, вызывая аналогичный рассмотренному выше изгиб дистального конца трубки 1 эндоскопа. Now the bend of the endoscope end is made by bending the actuator 4 in the direction perpendicular to the plane of the drawing and oriented towards the reader. At the same time, as in the first case, one of the corresponding tension cables 3 is loosened, and the other is pulled, causing a similar bend to the distal end of the tube 1 of the endoscope.

При изгибе привода 4 в сторону, не совпадающую ни с плоскостью чертежа, ни с перпендикуляром к этой плоскости, работа механизма управления натяжными тросами соответствует одновременной реализации обоих рассмотренных выше случаев. Тем самым обеспечивается возможность управления изгибом эндоскопа одним органом управления в любом направлении. When the drive 4 bends to a side that does not coincide with either the drawing plane or the perpendicular to this plane, the operation of the tension cable control mechanism corresponds to the simultaneous implementation of both of the above cases. This provides the ability to control the bend of the endoscope with one control in any direction.

Выполнение же привода 4 с большим диаметром, чем диаметр трубки 1, позволяет увеличить линейное смещение точки крепления тросов 3 к трубке 1 при ее управляющем изгибе и тем самым увеличить крутизну характеристики управления изгибом дистального конца эндоскопа. The implementation of the drive 4 with a larger diameter than the diameter of the tube 1, allows you to increase the linear displacement of the attachment point of the cables 3 to the tube 1 with its control bending and thereby increase the slope of the control characteristics of the bend of the distal end of the endoscope.

Управление изгибом эндоскопа не зависит от формы выполнения гибких трубок 1 и 4, которые могут быть выполнены как в форме сборок из шарнирно связанных между собой колец (так назывемая "раковая шейка"), так и в иной форме. The control of the bend of the endoscope does not depend on the form of flexible tubes 1 and 4, which can be made in the form of assemblies of articulated rings (the so-called "cancer neck"), and in a different form.

Источники информации
1. Заявка Японии 2-6527, кл. А 61 В 1/00, G 02 В 23/24.Sources of information
1. Application of Japan 2-6527, cl. A 61 V 1/00, G 02 V 23/24.

2. Заявка ФРГ OS 3522086, кл. А 61 В 1/00. 2. Application of Germany OS 3522086, class A 61 V 1/00.

3. Заявка Франции 2544978, кл. А 61 В 1/00 . 3. Application of France 2544978, cl. A 61 V 1/00.

4. Заявка ФРГ 3936696, кл. G 02 В 23/24 . 4. Application of Germany 3936696, cl. G 02 B 23/24.

5 Заявка Японии 59-229530, кл. А 61 В 1/00 (прототип). 5 Japan Application 59-229530, CL A 61 V 1/00 (prototype).

6. Заявка Японии 59-215702, кл. А 61 В 1/00 . 6. Application of Japan 59-215702, cl. A 61 V 1/00.

Claims

1. The control device for bending the end of the endoscope, comprising a power drive connected by tension cables placed in the cavity of the body of the endoscope with a flexible part made in the form of a flexible tube, characterized in that the drive is made in the form of a flexible tube, the first ends of the tension cables are connected with the distal end of the flexible parts, and the second with the proximal end of the drive, while the flexible tube forming the drive has a diameter larger than the diameter of the bent part of the endoscope.

2. The device according to claim 1, characterized in that the flexible tube forming the drive is made in the form of a chain of articulated rings.