автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование и разработка методов определения механических характеристик гибких управляемых эндоскопов

Ня правах рукописи

Иванов Андрей Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИБКИХ УПРАВЛЯЕМЫХ ЭНДОСКОПОВ

Специальность 05 11 07 - Оптические и оптико-электронные приборы

Автореферат

диссвртзции из соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Институте Точной Механики и Оптики (Техническом Университете).

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ: кандидат технических наук,

профессор Юдин Ю.В., кандидат технических наук, доцент Борисов Ю.А.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук,

профессор, чпен корреспондент Академии высшей школы Тимофеев Б.П. кандидат технических наук Храбрев С. В

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: АО ЛОМО

•Защита состоится 1998 г. в $ часов -¿¿О минут на

заседании Специализированного Совета Д.053.26 01 в Санкт-Петербургском Институте Точной Механики и Оптики (ТУ) по адресу: 197101, Санкт-Петербург Саблинская ул., д.14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан" _1998 года.

Ученый секретарь Специализированного Совета Д053.26.01

кандидат технических наук, доцент ! В. М. Красавцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящей время, учитывая научно-технический прогресс во многих областях науки и техники, у нас в стране и за рубежом бурнее развитие получила разработка и изготовление новых видов медицинской техники. Особое место в разработке медицинских приборов занимают эндоскопические приборы, используемые для диагностики и лечения труднодоступных полостей в организме человека. В настоящее время область применения эндоскопов возросла Эндоскопы используют для проведения хирургических операций, а также для диагностики состояния отдельных элементов в различных технических объектах, визуальный непосредственный осмотр которых невозможен. Производством и разработкой эндоскопов занимаются практически все развитые страны мира, например: Япония, США, Россия, Гермэния, Австрия, Великобритания и другие. Особое место в мире, по номенклатуре и функциональным возможностям, занимают эндоскопы японского производства. Особенно широко распространены во всем мире эндоскопы фирмы "Олимпас".

Первые эндоскопы в нашей стране появились в семидесятые годы. Наиболее проблемной частью любого эндоскопа, из-за которой чаще всего происходит частичная или полная потеря работоспособности, является гибкая управляемая часть или дистальная часть эндоскопа (ДЧЭ). Изгиб ДЧЭ может вызывать нарушение внутренних коммуникаций: излом оптических световодов, усиление нагрузок на гибкие управляющие канаты, что вызывает растяжение и обрыв последних и повреждение защитной оболочки.

Существующие методы разработки и модернизации современных эндоскопов основаны лишь на конструкторской проработке соответствующих моделей, направленной на устранение выявленных в результате эксплуатации недостатков. Поэтому актуальным становится создание формализованных методов расчета подобных систем, которые позволяли бы дать оценку основных механических характеристик ДЧЭ для этапа предварительного проектирования.

Основой для решения этой задачи является разработка математической модели механической части гибкого управляемого эндоскопа, адекватной соответствующей конструкции ДЧЭ.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Цель работы заключается в создании реальной математической модели для расчета ДЧЭ по заданным параметрам.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Методы исследования базируются на теории конечных элементов, применимей к упругим системам, использовании программных средств, положений теоретической механики и сопротивления материалов, деталей машин и механизмов, роботов и манипуляторов, а также научных основ технологии приборостроения. Экспериментальные исследования проводились на оборудовании, созданном в процессе работы над диссертацией.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем :

* в применении математической модели для исследования кинематики дистальной части эндоскопа оригинальной конструкции. На основе использования метода конечных элементов разработана математическая модель для упругой системы;

« предложена статическая модель гибкого стержня; « рассмотрена нелинейная задача определения деформированного состояния ДЧЭ;

* разработан стенд для экспериментального определения механических характеристик ДЧЭ.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

* математическая модель для исследования ДЧЭ, основанная на методе конечных элементов, применимом к упругим системам;

* статическая модель гибкого стержня; новое конструкторско-технологическое решение для ДЧЭ, защищенное заявкой;

* экспериментальный стенд для определения механических характеристик эндоскопа.

Несмотря на довольно большой срок эксплуатации эндоскопов и большое число модификаций зндоскопов с разными функциональными возможностями в настоящее время имеются лишь патентные решения, которые отражают только конструктивные и функциональные предложения по конструированию новых типов эндоскопов, а также результаты заводских и клинических испытаний конкретных приборов. А этого для полноценного конструирования

2

новых типов эндоскопов мало. Поэтому, создав математическую модель эндоскопа, можно добиться следующего:

□ отказаться от некоторых вариантов конструкций, не анализируя их характеристик, что сокращает количество вариантов, требующих дальнейшей проработки;

□ выявить такие комбинации переменных геометрических параметров, которые дают оригинальные и работоспособные конструкторские решения;

□ предлагать такие комбинации, которые на данный момент технологически невыполнимы, но могут стимулировать дальнейшее развитие технологии.

Апробация работы. Положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на ХХ1Х-Й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Санкт - Петербургского института точной механики и оптики (Технического Университета) 30.01.97, на международной конференции «Инструментарий в экологии и безопасности человека», Санкт - Петербург 1996 г. Диссертация в целом обсуждалась на совместном заседании кафедр инженерной и компьютерной графики и теоретической механики и физики СПб ИТМО.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 работы, в том числе заявка на изобретение [ 2 ].

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы и приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глаза 1 диссертации носит обзорный характер. В ней дан краткий обзор и критический анализ методов исследования механических систем гледицинских зндсскопов.

» В п. 1.1 дан анализ технических решений механических систем эндоскопов по патентным источникам. Анализируя имеющиеся на сегодняшний день технические решения по эндоскопам, представленные в патентных источниках, можно прийти к выводу, что большинство технических решений связано с гибкой управляемой трубкой (дистальной частью эндоскопа). Это вызвано тем, ДЧЭ является наиболее ответственной частью эндоскопа. Она подвержена деформациям изгиба при повороте на достаточно большие углы (в эндоскопах -это порядка 90°... 160°). Деформации изгиба могут вызывать нарушения ее внутренних коммуникаций: изломы оптических жгутов (световодов), увеличение нагрузки на гибкие управляемые связи (тросы), растяжения и обрывы последних и, наконец, повреждение защитной оболочки гибкой части, то есть ее разгерметизацию. Поэтому задача управления качеством гибких трубок представляется очень актуальной. Анализ патентных источников показал, что все отечественные и зарубежные управляемые эндоскопы повсеместно используют механическую часть, представляющую собой систему, включающую подвижную (гибкую) часть (дистальную часть) типа "раковой шейки", состоящую из набора колец сложной формы, соединённых между собой развальцованными осями, при этом два смежных кольца образуют вращательную пару. Внутри колец устанавливаются направляющие втулки для расположения гибких управляющих связей (тросов), идущих к устройству управления. Установка втулок осуществляется двумя операциями: предварительной фиксацией с помощью плазменной сварки и окончательной фиксацией - пайкой; * устройство управления на основе использования зубчатой передачи с мелким модулем зубчатых колес. Внешнее усилие прикладывается к ДЧЭ с помощью гибких тросов.

Также все эндоскопы имеют оптическую систему в виде системы линз и световолоконных коммуникаций.

Учитывая огромную значимость ДЧ в эндоскопе, к ней предъявляют требования, которые и определяют основные направления разработок и

4

исследования ДЧ. Основными идеями технических решений, рассмотренных в патентных источниках, являются:

• исключение контакта тросов управления с другими коммуникациями;

• уменьшение отклонения параметров геометрической формы колец за счет новой технологии: штамповки, прессования, литья и т. п.;

• облегчение работы зубчатой передачи;

• получение возможности увеличения полезного внутреннего диаметра ДЧЭ или уменьшение наружного;

» снятие ограничения (в пределах возможностей оптической системы) на изготовление ДЧ тонких и сверхтонких эндоскопов (с меньшими диаметрами колец) с требуемыми функциональными возможностями; ® упрощение технологии сборки и обеспечение ремонтопригодности за счет исключения или сведения к минимуму операций пайки, развальцовки, сварки, склеивания;

• обеспечение возможности большей площади обзора;

• обеспечение плавности изгиба гибкой управляемой части;

в обеспечение плавности перемещения в объекте исследования;

• повышение эффективности работы устройства управления за счет либо модификации зубьев зубчатых колес, либо использование принципиально новой технологии их изготовления с любыми заданными характеристиками зацепления и т. п.

• все эти требования предъявляются при разработке эндоскопов как для медицинских, так и для технических целей. В данной работе использовались основные характеристики реального эндоскопа типа ГД-БВО-3 фирмы ЛОМО. В работе дано подробное описание составных частей и принципа работы эндоскопа данного типа.

В п. 1.2 рассмотрены некоторые подходы к проектированию и исследованию механических систем эндоскопов. Кратко приведены методики, которые были раннее разработаны для определения основных характеристик механических систем эндоскопов. Во всех методиках ДЧЭ представлялась в виде многозвенного механизма, состоящего из совокупности твердых тел. Звенья ДЧЭ соединены последовательно и любых два таких звена образуют кинематическую пару пятого класса. При решении задач проектирования ДЧЭ

необходимо определить положение звеньев относительно неподвижной системы координат, а также относительные положения звеньев. .Подробно рассмотрены два метода для проектирования и исследования механических систем эндоскопов: векторный и матричный. При использовании векторного метода определялось новое положение вектора, зная его старое положение, ось поворота и угол поворота. Матричный метод основывался на составлении матриц перехода от последующей декартовой системы координат к предыдущей. Векторный метод использовался для упрощенного анализа всей механической системы (от начала дистального конца до проксимальной части) для дистальнсго конца с равными и различными длинами звеньев. Матричный метод использовался для анализа только ДЧЭ (с разными длинами звеньев). Были введены специальные системы координат, выбор которых позволяет с помощью лишь четырех параметров (а не шести как в общем случае) описать переход из одной системы к другой.

Была разработана программа для моделирования положения каждого звана эндоскопа и вывод на экран дисплея результатов моделирования. С помощью программы моделирования вычислялись углы поворотоз каждого элемента, радиусы кривизны по участкам, координаты положения каждого шарнира, абсолютный угол поворота рабочего конца ДЧЭ, общее укорочение внутреннего периметра и удлинение наружного периметра гибкого конца эндоскопа. Также была осуществлена попытка аппроксимации реальной геометрической формы ДЧ. Анализ задачи проектирования механизмов, подобных ДЧЭ, неразрывно связан с оценкой на прочность звеньев и их соединений. Учитывая важность данного вопроса, были сделаны первые шаги к рассмотрению кинетостатики механической системы эндоскопа. Для расчета звена на прочность были разработаны алгоритмы вычисления внутренних сил, приложенных к звену, а также сил реакций в кинематических парах. Также были проведены исследования изгибных характеристик ДЧЭ. Экспериментально были получены основные изгибные характеристики ДЧЭ типа ГД-Б-ВО-3.

В п. 1..3 рассмотрены основные подходы к определению возможностей автоматизированного проектирования ДЧЭ. Современные задачи, стоящие перед медициной, вызывают необходимость проектирования различных ДЧЭ и в более короткие сроки. Удовлетворить противоречивые требования повышения сложности ДЧЭ, сокращение сроков и повышения качества

проектирования ДЧЭ возможно только при широком применении ПЭВМ для решения проектных задач (автоматизация проектирования). Цель автоматизации проектирования ДЧЭ - обеспечить бездефектное проектирование, снизить материальные затраты, сократить сроки проектирования и сократить рост количества инженерно-технических работников, занятых проектированием ДЧЭ.

Были выявлены следующие основные задачи при автоматизированном проектировании ДЧЭ: разработка программ для ПЭВМ, проведение кинематического и кинетостатическсго анализа, моделирование положения каждого звена эндоскопа с выводом всех результатов моделирования (углов поворота каждого элемента, радиусов кривизны по участкам, координат положения каждого звена, абсолютного угла поворота рабочего конца ДЧЭ, общего укорочения внутреннего периметра и удлинения наружного периметра гибкого конца эндоскопа и др.), проведение аппроксимации по реальной геометрической схеме ДЧЭ, а также исследование изгибных характеристик ДЧ. Был рассмотрен процесс проектирования ДЧЭ, основанный на общей схеме конструирования любого объекта. Подробно описана последовательность всех шагов при проектирования новых типов ДЧЭ с заданными параметрами.

В п.1.4 определены основные задачи исследования и расчета дистальной части механической системы эндоскопа. Были подробно рассмотрены недостатки, которые возникают при проектировании ДЧЭ способами, предложенными ранее. Во-первых, при подходе к проектированию ДЧЭ она рассматривалась как система твердых тел. В реальности же звенья ДЧЭ при нагрузке деформируются. Во-вторых, аппроксимация геометрии ДЧ проводилась функцией достаточно произвольного вида. Все это приводит к тому, что при первоначальном проектировании параметры ДЧ оцениваются лишь приблизительно.

Учитывая все приведенные выше недостатки, в данной работе была поставлена задача разработки метода определения параметров ДЧ, который позволит разработать ДЧ по заданным параметрам. При использовании данного метода необходимо получить реальную картину движения ДЧ в плоскости и реальные характеристики рассматриваемого типа ДЧ.

Глава 2 посвящена рассмотрению математических моделей гибкой дистальной части медицинского эндоскопа.

В п.2.1 данной главы приведены методы кинематического анализа механической системы эндоскопа, которые были разработаны в ранее. Было рассмотрено два метода кинематического анализа механической системы эндоскопа. В данных методах задача об определении положения последнего звена механизма решалась с помощью матриц 4x4, если известны относительные перемещения звеньев. Для простой кинематической цепи, один конец которой крепится к неподвижной стойке, а другой конец представляет собой конечное звено, эта задача решалась путем перемножения матриц 4x4. Такой подход к описанию кинематики ДЧЭ позволил рассмотреть и другие схемы (отличные от предложенных ранее) механической системы ДЧЭ. Так была предложена новая схема механической части эндоскопа.

Сущность предложения заключается в следующем. В предлагаемой гибкой управляющей трубке при панорамном обзоре исследуемой поверхности происходит скольжение внутренней поверхности последующего кольцевого элемента по наружной поверхности предыдущего кольцевого элемента. Кольцевые элементы выполнены в виде полусфер. А перемещение одного кольцевого элемента относительно другого из-за наличия трения скольжения требует значительных усилий, прикладываемых к тросам управления, поэтому на наружной поверхности полусфер выштампованы направляющие выступы для уменьшения площади соприкосновения. 8 предложенном техническом решении для обеспечения панорамного обзора используются три троса управления, для расположения которых в кольцевых элементах выполнены три сквозных отверстия произвольной формы, расположенных через 120° симметрично продольной оси трубки. Использование трех тросов управления вместо четырех увеличивает внутренний объем трубки. В данном параграфе были окончательно проанализированы все недостатки, возникавшие при проектирование ДЧЭ ранее. Данными недостатками являются: , 1) при кинематическом описании ДЧ рассматривалась как система твердых тел;

2) аппроксимация геометрии ДЧ проводилась введением достаточно произвольного вида функции X = ау2 + Ьу, где коэффициенты а иЬ выбирались по методу наименьших квадратов. Такое представление кривой, т.е. задание ординат точек кривой и вычисление абсциссы позволяет избежать неоднозначности значений координат, но не более.

3) определение радиуса кривизны углов поворота отдельных звеньев и всей системы в целом соответствовало модели системы твердых тел;

4) максимальное удлинение нити определяет только кинематическое положение звеньев механизма.

Несмотря на отмеченные недостатки, такой подход может быть использован при первичной проработке геометрии и кинематики ДЧЭ различных схем.

В п.2.2 рассмотрено представление ДЧЭ в виде конечно - элементной модели. ДЧЭ - это система, образованная последовательным соединением составных звеньев. Звенья в ДЧ соединены шарнирами, создающими систему со многими степенями свободы. Каждое звено снабжено жесткими поперечными втулками, которые фиксируют расположение тросов, с помощью которых происходит управление ДЧ. Втулки по своему наружному контуру жестко соединены с упругой оболочкой и разбивают ДЧ на отдельные части. При приложении внешней нагрузки происходит перемещение элементов и одновременно их направляющие втулки поворота в плоскости. В качестве конечного элеме^гга принимается часть ДЧЭ, расположенная между поперечными диафрагмами. Каждый конечный элемент имеет свою изгибную жесткость, которую можно определить с учетом внутреннего заполнения опытным путем. В результате получаем элементную модель, состоящую из последовательного соединения конечных элементов. Учитывая, что, если ДЧ можно представить в виде совокупности конечных элементов, то можно рассмотреть задачу разработки конечно-разностных моделей для исследования упругих деформаций.

Глава 3 посвящена определению характеристик деформированного состояния ДЧЭ методом конечных элементов.

В п. 3. 1 рассмотрен метод конечных элементов (МКЭ) для определения перемещений элементов механической системы эндоскопа. Данный метод является одним из наиболее развитых методов расчета механических систем. Он рассматривается как наиболее эффективный численный метод оценки механических ДЧЭ. На сегодняшний день имеется довольно богатый выбор программ, которые позволяют применять МКЭ для расчета достаточно сложных систем. Данные программы обладают высокой степенью автоматизации трудоемких операций составления и решения систем алгебраических уравнений, имеющих высокий порядок, минимумом требований

автоматизации трудоемких операций составления и решения систем алгебраических уравнений, имеющих высокий порядок, минимумом требований к исходной информации и оптимальной формой выдачи информации. Наиболее удобной формой представления информации для ЭВМ является матричная форма. Поэтому все выкладки при использовании МКЭ для расчета ДЧЭ производились в матричной форме. Рассмотрим МКЭ и его применение при расчете ДЧЭ. Кинематическое состояние любого конечного элемента характеризуется шестью степенями свободы (по три степени свободы на каждом конце) (рис. 1):

- линейное перемещение "начала" стержня вдоль оси и\ я2 - то же вдоль оси V, р3 - угловое перемещение "начала" стержня относительно оси мл, р4 -линейное перемещение "конца* стержня вдоль оси 1г, то же вдоль оси V, -угловое перемещение "конца" стержня относительно оси IV. Потенциальная энергия деформации стержня от всех типов перемещений будет:

и, - и1 +и2 = ^т(ч] А!7-

-2 ч,чАЛ12 + 7П2ц\ 1-12ад./-24^3 + 12</,<у6/ + 4</?/2 -12</3д,/ + 4ад6/7

Данное выражение представляется в матричной форме

Знак 7- означает транспонирование вектора. К, - матрица жесткости стержня под номером ¡.

к,.=4

г

аг- 0 0 -А!2 0 0

0 127 6 и 0 -127 6 и

0 ьи 414 0 -ьи 2l1J

-Л12 0 0 А! 0 0

0 -127 -ш 0 127 -6Ц

0 6 и г ¡4 0 -6 и Al1J

5,=

Я (чу г) :

Связь между перемещениями в двух координатных системах будет:

Я(и. V. XVI ~ ^Д'х у ; )

Здесь:

\Чнх Чнт Чнг 1 Чкх <7лх !/Лт J

Циу, Цну, Чнг - перемещения начала стержня соответственно вдоль осей х, у, г.

Чкх, Яку, Якх - то же для конца стержня.

Поскольку ЦТ(х,Ул - ЯТ(х,у.т)Зт, то потенциальную энергию деформации можно

/, /я, 0 0 0

1г т1 "г 0 0 0

т3 "з 0 0 0

0 0 0 "1

0 0 0 А

0 0 0

представить: и,=^

Концы каждого стержня подходят к определенным узлам расчетной схемы. Следовательно, необходимо ввести матрицу, учитывающую к какому узлу расчетной схемы подходят начало и конец стержня. Назовем эту матриц - Д.

д =

Г г,

о

У л

О

Г-л

Г<п

О

V

Г-л

где: а^, а„, а7 = { 1, если начало стержня / подходит к узлу /, О, если не подходит

Ух,>Ту,, У л = { если конец стержня / подходит к узлу ¡, О, если не подходит

Тогда д,х.у.2> = Д. •

Здесь Д = 5у15т 5уП 5.л.........|

- л Г О Г

Я fcy.il - А Р

О

о

О

О

О

О

О

О

О

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

Потенциальная энергия деформации будет:

Для стержневой системы из "п" стержней потенциальная энергия деформации будет:

и = I и, 4дГ(£ ДГ№,Д]Л = ТК,&

Здесь Кд - глобальная матрица жесткости

Д - вектор перемещений узлов расчетной схемы. Поскольку глобальная матрица жесткости отражает работу незакрепленной расчетной схемы, то выделим в этой матрице два типа узлов: опорные узлы (закрепленные узлы) и свободные (незакрепленные) узлы. Тогда глобальную

матрицу жесткости представляем в блочном виде: Кд = Матрицу перемещений узлов также представим в блочном виде: Л

1А.

Верхние блоки относятся к опорным узлам, нижние блоки к свободным узлам. Перемещение опорных узлов отсутствует, т. е. А, = о и блочное представление распадается на два уравнения:

Из этого уравнения определяются перемещения свободных узлов - 02. Зная перемещения свободных узлов, определяются опорные реакции (вектор Рг).

А2 =К-АЬ-.....д, =\й*,5у,<Р,]

Здесь - линейные перемещения узла];

- угловое перемещение узла].

Ъ = .....

В п. 3..2 рассмотрен метод определения положения равновесия ДЧЗ как гибкого стержня. При действии внешней нагрузки Р в каждом узле возникают силы, которые определяются здесь. При деформации конечно-элементной модели изменяются углы между общими осями координат и собственными

осями координат каждого конечного элемента. Координаты концов конечных элементов в деформированном состоянии обозначим знаком штрих, тогда для первого стержня имеем:

РисА

Для второго стержня имеем:

<7 (х.угл -

Яну

Ч'ну

<Ph2

Cf кх

9ку

VK2

У Н1=Ун2+С7ну , У'к2=Ук2+С?'ку,

1д«2= Ук2"У'га / * к2"ЛН2 По новым значениям координат концов конечного элемента определяются новые значения 8-, и К2.

Для узла между 1 и 2 конечным элементом (рис. 2). N, cosa, = (аг2 + т)cosa2 cosa,

ЛГ

— - Г, где Топределяется отдельно.

cosa¿

R¡l2=f\^?+(N,+T)2+2cos(180°-(ez-«0)NiíN2+T)=2N12-2Nl2cos(«2-«1) <Pll~-P М=<Р Н2

Pll =

-R|¡Sin<pii

Rucos^ü

Р|!х P|iy Ми

Рис.2

Затем рассматриваем аналогично стержни 2 и 3 и узел III. Определяем S?, S3, К2, Кз.

И далее рассматриваем остальные узлы вплоть до XI узла. Узел XI - конечный (рис.3).

У

р*=

-МюСОвя,!

Рис. 3

Этим завершается первый "внутренний" цикл расчета. Затем выполняется второй "внутренний" цикл. Определяются перемещения узлов и т. д. до тех пор, пока процесс не остановится. При увеличении натяжения троса в опоре первого конечного элемента процесс последовательных приближений повторяется и это считается "внешним циклом" решения нелинейной задачи.

В п.3.,3 рассмотрена нелинейная задача определения деформированного состояния ДЧЭ. В приведенном расчете нагрузкой для ДЧЭ является внецентренное натяжение тросов, вызывающее изгиб данной ДЧ. При этом меняется как нагрузка в узлах конечно-элементной модели, так и ее геометрическая схема. В связи с этим задача определения перемещений узлов конечно-элементной модели становится существенно нелинейной в силовом и геометрическом смыслах. Геометрическая нелинейность имеет место, когда перемещения конструкции (ДЧ) вызывают значительные изменения ее геометрии. Силовая нелинейность имеет место, когда изменение натяжения тросов вызывает изменения нагрузки в узлах конечно-элементной модели. Учет любого из этих двух типов нелинейности приводит к получению уравнений, содержащих нелинейные относительно определяемых основных неизвестных члены. Присутствие в уравнениях нелинейных членов не позволяет получить их решение в замкнутом виде, подобно тому, как это имело место при расчете линейных систем. Здесь приходится использовать значительные процедуры последовательных приближений. Для нашего случая нелинейные задачи с применением дискретных расчетных схем решаются методом последовательных нагружений с корректировкой матрицы жесткости и

вектора нагрузки после каждого нагружения. Была рассмотрена классическая схема расчета деформаций методом конечных элементов.

В работе приведена блок-схема расчета, соответствующая алгоритму МКЭ Внутри элементов ДЧЭ проходят тросы, которые в местах их закрепления изгибаются, и в связи с этим приложенные в точках опоры внутренние усилия будут постоянно меняться. Блок-схема делится на две части. Первая часть -стандартная часть расчета методом конечных элементов. Она отражает обычный процесс формирования матрицы жесткости Кд системы, состоящей из п -элементов. Эта часть алгоритма является линейной.

При изменении геометрии и распределения внутренних усилий в местах перегиба система является нелинейной (это вторая часть блок-схемы), что требует определять уточнения узловых перемещений с помощью итерационных методов.

. В п.3.4 приведен расчет основных характеристик состояния механической системы эндоскопа с использованием персонального компьютера. Весь расчет основных характеристик ДЧЭ был произведен с помощью метода конечных элементов. Расчет начинался с формирования матрицы жесткости каждого конечного элемента. Для рассматриваемого типа эндоскопа ДЧЭ разбивалась на конечные элементы (в данном случае количество конечных элементов равно десяти). Конечные элементы имели одинаковую матрицу жесткости.

Основные компоненты матрицы жесткости, характеризующие конечные элементы в данной работе:

[ - длина конечного элемента, равная 7мм 1Е- жесткость конечного элемента на изгиб (определяется экспериментально) и равна 895, 35 Н мм2, где I - осевой момент инерции, Е- модуль упругости.

АЕ - продольная жесткость конечного элемента (определяется экспериментально) и равна по величине 30000 Н ммг, где А- площадь поперечного сечения.

Матрица жесткости каждого конечного элемента для данного конкретного случая имела вид:

4285,7 0 0 31,32

0 -4285,7 0 0

109,63 0 -31,32 109,63

K= G 109,63

-4285.7 0

0 -31,32

0 109,63

m 1,63 0

0 4285,7 -109,63 О 255,81 О

-109.63 О

31,32 -109,63

255,81 О

-1С9.63 511,63

Матрица жесткости каждого конечного элемента в модели принимала вид' К, =

ß.'S'Kß.ß.

Матрица жесткости (для рассматриваемого случая) конечно - элементной модели, состоящей из п = 10 конечных элементов, имела вид-

lu

Из полученной матрицы жесткости для всей конечно-элементной модели выделен опорный узел. Получена матрица К?2 размером 30x30. Рассчитывалась матрица /f22"'. обратная К& С помощью полученной матрицы К22' можно рассчитать изменение координат концов конечных элементов при Приложении внешней нагрузки по формуле: Л = К~гг' Р.

Все операции над матрицами в данной работе производились на ПК. Все расчеты в данной работе проводились с помощью Microsoft Excel.

В п. 3..5 дана сравнительная оценка геометрических и механических параметров ДЧЭ для основных эксплутационных состояний эндоскопа. В нем подытожены все результаты, полученные в данной главе, и по лолученныги результатам сделаны соответствующие выводы. Для подтверждения правильности разработанной математической модели был произведен сравнительный анализ основных геометрических и механических характеристик ДЧЭ, полученных при использовании разработанной математической модели и данных, полученных в результате эксперимента, проведенного с ДЧЭ данного типа. Эксперимент был проведен с дистальной частью эндоскопа типа ГД-Б-ВО-3. ДЧ данного типа эндоскопа закреплялась строго вертикально. Эксперимент проводился с разными значениями внешней нагрузки. К тросам управления прикладывалась внешняя нагрузка равная : 26..95 H мм; 53.9 H мм; 80.85 H мм; 107.8 H мм; 134.75 H мм; 161.7 H мм; 188.65 H мм; 215.6 H мм; 242.55 H мм; 269.5 H мм. Каждое отклонение ДЧЭ фиксировалось. В результате эксперимента получены положения конца ДЧЭ в плоскости в

зависимости от приложенных внешних нагрузок. Одной из характеристик, которая получена в результате проведения эксперимента - это зависимость угла поворота ДЧЭ в плоскости от приложенной внешней нагрузки. Имея данные зависимости и сравнивая их с результатами, полученными при использовании разработанной математической модели, можно говорить об адекватности выбранной модели. Основные сравниваемые характеристики -зависимость угла поворота ДЧЭ в плоскости от внешней нагрузки. Внешние нагрузки, используемые в эксперименте и в математической модели, одинаковые. Сравнительный анализ полученных результатов показывает, что различие результатов, полученных в эксперименте, и результатов, полученных при использовании математической модели, составляет не более трех процентов. Основываясь на сравнительном анализе можно сделать вывод, что разработанная математическая модель механической части эндоскопа дает возможность получать результаты (характеристики) реальной ДЧЗ.

Глава 4 посвящена разработке методов и средств экспериментального определения геометрических и механических характеристик ДЧЭ.

В п. 4. 1 дан анализ возможных методов определения характеристик ДЧЭ. До настоящего времени существовал только. метод экспериментального определения какой-либо характеристики ДЧЭ. Данной характеристикой для ДЧЭ являлась зависимость приложенного изгибающего момента от радиуса кривизны. В работе приведены результаты двух экспериментов по определению характеристик ДЧЭ. Один эксперимент давал возможность определить зависимость угла поворота ДЧЭ в плоскости от приложенной внешней нагрузки. Другой эксперимент заключался в разработке приспособления для контроля параметров геометрической формы элементов ДЧЭ.

П. 4. 2 посвящен разработке средств экспериментального определения характеристик эндоскопа. Дано описание стенда, назначением которого являлось обеспечение возможности контроля положения элементов ДЧЭ при произвольном рабочем положении привода серийного эндоскопа. Приведены и подробно описаны функциональная, кинематическая и динамическая схемы разработанного стенда. Данный стенд позволит определять характеристики ДЧЭ любого типа. Разработанный стенд открывает новые возможности при исследовании характеристик новых типов ДЧЭ.

В п. 4. 3 приведены результаты экспериментального исследования ДЧ медицинского эндоскопа типа ГД-Б-ВО-3 на разработанном стенде. Численные значения внешних нагрузок, прикладываемых к ДЧЭ при испытании на стенде, были равны внешним нагрузкам в эксперименте, описанном в п. 3. 5. В результате эксперимента были получены зависимости положений каждого узла ДЧЭ в плоскости от приложенных внешних нагрузок.

В п. 4. 4 дана сравнительная оценка результатов расчета и экспериментального исследования ДЧЭ. Сравнивая между собой результаты, полученные при расчете ДЧЭ методом конечных элементов, результаты эксперимента (п. 3. 5) и результаты испытания на стенде, можно сделать вывод, что различие в полученных результатах составляет не более трех процэнтоЕ.

В заключении изложены основные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложении приведены:

- матрицы К22 и К22"' для различных случаев внешних нагрузок и итераций;

- матрицы д - изменения координат концов конечно-элементной модели при приложении различных значений внешних нагрузок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведена оценка методов проектирования и исследования механических систем эндоскопов; выявлена сборочная единица эндоскопа (дистальная часть), в основном определяющая надежность механической части эндоскопа

2. Предложен способ представления ДЧЭ в виде конечно-злементной модели.

3. Создана математическая модель для расчета ДЧЭ по заданным параметра?,/!.

4. Предложен метод определения положения равновесия ДЧЭ.

5. Рассмотрена нелинейная задача определения деформированного состояния ДЧЭ.

6. Разработана нозая конструкция ДЧЭ.

7. Предложена общая схема конструирования любого типа ДЧЭ.

8. Экспериментально получены зависимости углов поворота элементов конечно-элементной модели в плоскости от приложенной внешней нагрузки.

9.Разработан стенд для определения контроля позиционирования ДЧЭ при произвольном рабочем положении привода испытуемого эндоскопа.

10. Проведены экспериментальные исследования по определению положений элементов ДЧЭ при действии внешних нагрузок.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Irstrumentaíion ¡n ecology and human safety "Formaíizaiion of tíie calkulations.and experimenta! tcsting of the operating endoscopes mechanical characíeristics", ass. prof. U. A. Borísov, M. Se. S. Gvozdev, A. U. Ivanov, Т. I. Ivanova, E. E, Hirv, Prof. U.V. Udln, St. Peíersburg Federal Institute of Fine Mechanics and Optics,

p. 59, St. Peíersburg, 19S6.

2. Заявка на изобретение № 96117886 от 3.09.1996, МПК А61 В1/00. Гибкая управляемая трубка для эндоскопа. / Ю. А. Борисов, А, Ю. Иванов, Н.А. Краснов.

3. А. Ю. Иванов, Т. И. Иванова, В. В. Биндюк, Ю.А. Борисов, Ю. В. Юдин. Комплексный системный подход к проектированию механической части эндоскопа // Совершенствование подготовки учащихся и студентов в области графики, конструирования и стандартизации: Межвузовский научно-методический сборник. - Саратов, 1998. - С. 60-65.

Изготовлено в Центре издательских систем ИТМО. Тел- 238-85-38 Лицензия ГО1Д №69-128 от 29.11.96. Подписано в печать Об 11 98 Заказ №198. Тираж 100 экз.

/ ■ " * ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ и оптики (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

ИВАНОВ Андрей Юрьевич

Исследование и разработка методов определения механических

характеристик гибких управляемых эндоскопов а/

05.02.18 - теория механизмов и машин

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители _ кандидат технических наук, профессор Юдин Ю.В. кандидат технических наук, доцент Борисов Ю.А.

Санкт-Петербург 1998 год

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. Постановка задачи .................................................................5

1. Краткий обзор и критический анализ методов исследования

механических систем медицинских эндоскопов .................................10

1.1 Анализ технических решений механических систем эндоскопов по патентным источникам ..........................................................................10

1.2. Обзор состояния методов проектирования и исследования механических систем эндоскопов .........................................................20

1.3. Основные подходы к определению возможностей автоматизированного проектирования ДЧЭ ........................................23

1.4. Постановка задачи исследования и расчета дистальной части механической системы эндоскопа ........................................................36

2. Математические модели гибкой дистальной части медицинского эндоскопа ..............................................................................................39

2.1. Методы кинематического анализа механической системы эндоскопа .............................................................................................. 39

2.2. Представление ДЧЭ в виде конечно-элементной модели ........50

3. Определение характеристик деформированного состояния ДЧЭ методов конечных элементов ..............................................................52

3.1. Метод конечных элементов для определения перемещений элементов механической системы эндоскопа ..................................52

3.2. Методы определения положения равновесия ДЧЭ как гибкого стержня ..................................................................................69

3.3. Нелинейная задача определения деформированного состояния ДЧЭ ....................................................................................76

3.4. Расчет основных характеристик состояния механической системы эндоскопа с использованием персонального компьютера .............85

3.5. Сравнительная характеристика геометрических и механических параметров ДЧЭ для основных эксплуатационных

состояний эндоскопа .......................................................................93

4. Разработка методов и средств экспериментального определения геометрических и механических характеристик ДЧЭ ...................97

4.1. Анализ возможных методов определения различных характеристик ДЧЭ ...........................................................................97

4.2. Разработка средств экспериментального определения характеристик эндоскопа .................................................................................... 104

4.3. Результаты экспериментального исследования медицинского эндоскопа типа ГД-Б-ВО-3 на разработанном стенде для испытания эндоскопов ....................................................................112

4.4. Сравнительная оценка результатов расчета и экспериментального

исследования механической части эндоскопа .....................................114

Заключение. Основные научные и практические результаты работы

.................................................................................................................115

Литература ...............................................................................................117

Приложение 1. Матрица жесткости К22 для первой итерации ...........124

Приложение 2. Матрица К21 для первой итерации ............................125

Приложение 3. Матрица жесткости К22 для второй итерации ...........126

Приложение 4. Матрица К2\ для второй итерации ...........................127

Приложение 5. Матрица жесткости К22 для третьей итерации .........128

Приложение 6. Матрица К2"2' для третьей итерации ..........................129

Приложения 7-16. Расчет деформированного состояния конечно-элементной модели при разных значениях внешней нагрузки ...........130

ВВЕДЕНИЕ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В настоящее время, учитывая научно-технический прогресс во многих областях науки и техники, у нас в стране и за рубежом бурное развитие получила разработка и изготовление новых видов медицинской техники. Особое место в разработке медицинских приборов занимают приборы, используемые для диагностики и лечения труднодоступных полостей в организме человека. В самом начале своего развития эндоскопические приборы применялись для обследования и лечения органов пищеварительного тракта. В настоящее время область применения эндоскопов возросла. Эндоскопы используют для диагностики практически всех труднодоступных полостей в организме человека, а также для проведения хирургических операций. В постоянный медицинский обиход вошли такие понятия как гастроскоп, гастрофиброскоп, лапароскоп, ларингоскоп, стробоскоп и многие другие. Так только за рубежом выпущено более 200 моделей эндоскопов для гастроэнтерологии и количество других видов эндоскопов постоянно растет. Также эндоскопы применяются для диагностики состояния отдельных элементов в различных технических объектах, визуальный непосредственный осмотр которых невозможен. Производством и разработкой эндоскопов занимаются практически все развитые страны

мира, например: Япония, США, Россия, Германия, Австрия, Великобритания и другие. Наиболее известные фирмы, которые занимаются эндоскопами в Японии - "Олимпас", " Фуджинон", "Пентакс", " Машида"; в США - " АКМИ"; в Германии- " Веплер"; в Великобритании - " Минвейд"; в Австрии- "Райкорт", " Юнг" и другие фирмы. Особое место в мире, по номенклатуре и функциональным возможностям, занимают эндоскопы японского производства. Особенно широко распространены во всем мире эндоскопы фирмы "Олимпас".

Первые эндоскопы в нашей стране появились в семидесятые годы. Но по оптическим и механическим характеристикам они сильно уступали зарубежным аналогам. Поэтому в практике использовались преимущественно только импортные аналоги. Необходимо заметить, что хотя в настоящее время количество эксплуатируемых эндоскопов российского производства резко возросло, проблема надежности и качества также осталась стоять остро. Наиболее проблемной частью любого эндоскопа, из-за которой чаше всего происходит частичная или полная потеря работоспособности, является гибкая управляемая часть или дистальная часть эндоскопа (ДЧЭ). Изгиб ДЧЭ на достаточно большие углы вызывает нарушение внутренних коммуникаций, таких как: излом оптических световодов, усиление нагрузок на гибкие управляющие

канаты, что вызывает растяжение и обрыв последних и повреждение защитной оболочки.

Основная проблема, которая не позволяет улучшить характеристики эндоскопа и соответственно сделать его конкурентно способным на мировом рынке - это отсутствие методов проектирования, базирующихся на реальной математической модели для конструирования эндоскопов. Отсутствие математической модели приводит к необходимости решать все проблемы только путем реализации тех или иных конструкторских или технологических решений, которые позволяют устранить обнаруживаемые недостатки. Без математической модели нет возможности конструировать эндоскоп по заданным параметрам. Любое конструирование без математической модели является приблизительным, так как не дает возможности создать эндоскоп, отвечающий всем заданным параметрам.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Цель работы заключается в создании реальной математической модели для расчета ДЧЭ по заданным параметрам.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Методы исследования базируются на теории конечных элементов, применимой к упругим системам, использования программных средств, положений теоретической механики и сопротивления материалов, деталей машин и механизмов, роботов и

манипуляторов, а также научных основ технологии приборостроения. Экспериментальные исследования проводились на оборудовании, созданном в процессе работы над диссертацией.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:

• применение математической модели для исследования кинематики дистальной части эндоскопа оригинальной конструкции. Разработана математическая модель для упругой системы на основе метода конечных элементов;

• предложена статическая модель гибкого стержня;

• рассмотрена нелинейная задача определения деформированного состояния ДЧЭ;

• разработан стенд для экспериментального определения характеристик эндоскопа.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

• математическая модель для исследования ДЧЭ, основанная на методе конечных элементов, применимом к упругим системам;

• статическая модель гибкого стержня; новое конструкторско-технологическое решение для ДЧЭ, защищенное заявкой;

• принципиальная схема и конструкторское решение экспериментального стенда для определения характеристик эндоскопа.

Несмотря на довольно большой срок эксплуатации эндоскопов и большое число модификаций эндоскопов с разными функциональными возможностями, в настоящее время имеются лишь патентные решения, которые отражают только конструктивные и функциональные предложения по конструированию новых типов эндоскопов, а также результаты заводских и клинических испытаний конкретных приборов. А этого для полноценного конструирования новых типов эндоскопов мало. Поэтому, создав математическую модель эндоскопа, можно добиться следующего:

• отказаться от некоторых вариантов конструкций, не анализируя их характеристик, что сокращает количество вариантов, требующих дальнейшей проработки;

• выявить такие комбинации переменных геометрических параметров, которые дают оригинальные и работоспособные конструкторские решения;

• предлагать такие комбинации, которые на данный момент технологически невыполнимы, но могут стимулировать дальнейшее развитие технологии;

• привлекать к начальному моделированию менее квалифицированный технический персонал, оставляя за специалистами высокой квалификации выбор оптимального решения.

1. КРАТКИЙ ОБЗОР И КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ МЕДИЦИНСКИХ

ЭНДОСКОПОВ

1.1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЭНДОСКОПОВ ПО ПАТЕНТНЫМ ИСТОЧНИКАМ

Анализируя имеющиеся на сегодняшний день технические решения по эндоскопам, представленные в патентных источниках£У^/2с$ [44-гб/] можно прийти к выводу, что большинство технических решений связано с гибкой управляемой трубкой (дистальной частью эндоскопа). Это вызвано тем, ДЧЭ является наиболее ответственной частью эндоскопа, но с другой стороны она является наименее надежной частью. ДЧЭ подвержена деформациям изгиба при повороте на

Г- О ®

достаточно большие углы (в эндоскопах - это порядка 90... 160). Это вызывает нарушения ее внутренних коммуникаций: изломы оптических жгутов (световодов), увеличение нагрузки на гибкие управляемые связи (тросы), растяжения и обрывы последних и, наконец, повреждение защитной оболочки гибкой части, то есть ее разгерметизацию. Поэтому задача управления качеством гибких трубок представляется очень актуальной. Все технические решения по ДЧЭ можно разделить на

четыре группы, основными признаками которых являются условия функционирования и особенности конструкции ДЧЭ. Первая и наиболее обширная группа относится к конструктивному выполнению трубки в целом. В настоящее время предложен целый ряд вариантов по конструктивному выполнению ДЧЭ. В патентных источниках рассмотрены трубки сильфонного типа, трубки из набора отдельных попарно соединенных чашек, а также трубки, выполненные как единое целое. Вторая группа представляет ДЧЭ с разными формами сечения. В них рассматриваются ДЧ с круглой и квадратной формой сечения. Третья группа выделяет ДЧЭ по возможности пространственного перемещения. ДЧЭ может перемещаться в одной или в двух плоскостях. И четвертая группа, которая имеет небольшое количество технических решений, связана с наличием остаточного вращающего момента. Данное отличие вызвано наличием одновременного поворота ДЧЭ вокруг продольной оси при повороте в плоскости.

Анализ патентных источников показал, что все отечественные и зарубежные управляемые эндоскопы повсеместно используют механическую часть, представляющую собой систему, включающую:

• подвижную (гибкую) часть (дистальную часть) типа "раковой шейки", состоящую из набора колец сложной формы, соединенных между собой развальцованными осями, при этом два смежных кольца образуют вращательную пару. Внутри колец устанавливаются

направляющие втулки для расположения гибких управляющих связей (тросов), идущих к устройству управления. Установка втулок осуществляется двумя операциями - предварительной фиксацией с помощью плазменной сварки., окончательной фиксацией - пайкой;

• устройство управления на основе использования зубчатой передачи с мелким модулем зубчатых колес. Внешнее усилие прикладывается к ДЧЭ с помощью гибких тросов.

Также все эндоскопы имеют оптическую систему в виде системы линз и световолоконных коммуникаций.

Учитывая огромную значимость ДЧ в эндоскопе, к ней предъявляют требования, которые и определяют основные направления разработок и исследования ДЧ. Основными идеями технических решений, рассмотренных в патентных источниках, являются:

• исключение контакта тросов управления с другими коммуникациями;

• уменьшение отклонения параметров геометрической формы колец за счет новой технологии: штамповки, прессования, литья и т. п.;

• облегчение работы зубчатой передачи;

• получение возможности увеличения полезного внутреннего диаметра ДЧЭ или уменьшение наружного;

• снятие ограничения (в пределах возможностей оптической системы) на изготовление ДЧ тонких и сверхтонких эндоскопов (с меньшими диаметрами колец) с требуемыми функциональными возможностями;

• упрощение технологии сборки и обеспечение ремонтопригодности за счет исключения или сведения к минимуму операций пайки, развальцовки, сварки, склеивания;

• обеспечение возможности большей площади обзора;

• обеспечение плавности изгиба гибкой управляемой части;

• обеспечение плавности перемещения в объекте исследования;

• повышение эффективности работы устройства управления за счет либо модификации зубьев зубчатых колес, либо использование принципиально новой технологии их изготовления с любыми заданными характеристиками зацепления и т. п.

Все эти требования предъявляются при разработке эндоскопов как для медицинских, так и для технических целей. В данной работе будут использоваться основные характеристики реального эндоскопа типа ГД-БВО-3 фирмы ЛОМО. В соответствии с [76], рассмотрим

о

кратко устройство и работу медицинского эндоскопа данного типа.

Гастродуоденоскоп и колоноскоп - гибкие медицинские эндоскопы с волоконной оптикой, в которых свет от источника передается в исследуемую полость с помощью волоконно-оптического

кабеля, а изображение исследуемого участка полости по гибкому регулярному волоконно-оптическому жгуту передается для наблюдения.

По функциональному назначению и конструктивному решению эндоскоп 1 (рис. ■/) можно разделить на следующие части: рабочую часть 1 (рис.2-), состоящую из управляемого гибкого дистального конца 2 и неуправляемого гибкого тубуса 3, проксимальную часть 4 и шланг 5.

В торцевой части дистального конца 2 расположены фронтальная линза 6 объектива, осветительные линзы 7, выходное отверстие канала 8 для инструмента и омыватель 9.

Дистальный конец 2 может быть отклонен на необходимые для исследования углы в двух взаимно перпендикулярных направлениях ("вверх-вниз" и "вправо-влево"). Отклонение дистального конца производится рукоятками 10 и 11. Рукоятка 10 предназначена для отклонения дистального конца в направлениях "вверх-низ", рукоятка 11-для отклонения дистального конца в направлениях "вправо-влево".

Дистальный конец 2 может быть зафиксирован в любом из необходимых для наблюдения положений при помощи рукояток 12 и 13. Рукоятка 12 предназначена для фиксации дистального конца в изогнутом положении в направлениях "вверх-вниз", рукоятка 13- в направлениях "вправо-влево".

Гибкий тубус 3 имеет шкалу с оцифровкой, нанесенной через каждые 10 см, начиная с отметки 20 см. от торца дистального конца. Шкала позволяет контролировать глубину введения рабочей части эндоскопа в исследуемую полость.

Канал 8 предназначен для введения гибкого медицинского инструмента (биопсийных щипцов 2 (рис. / ), щетки 3 для очистки канала для инструмента, цитологического ерша 4, катера 5) в исследуемую полость, а также для отсасывания (аспирации) содержимого полости. Инструмент 2-5 вводится в канал 8 (рис.2) через клапан 6 (рис. / ).

Для отсасывания содержимого полости к штуцеру 14 (рис. 2) должен быть подсоединен шланг отсасывателя и нажат клапан 15.

Подача воды в исследуемую полость и для очистки фронтальной линзы 6 объектива осуществляется от шприца 7 (рис. /), подсоединяемого к штуцеру 16 (рис.Я) посредством шланга 8 (рис. /). При нажатии на поршень шприца вода подается на линзу объектива через омыватель 9 (