стоматологический микроскопосновные узлы и элементы оптические параметры

Стоматологический микроскоп  - оптический прибор, содержащий объектив и окуляр и снабженный устройствами для освещения объекта наблюдения, создания его увеличенного изображения, визуализации последнего и передачи изображения объекта наблюдения в системы регистрации и анализа.

сменить рисунок

Рис.1 Стоматологический микроскоп в клинике

На рис.1 показан пример работы врача с пациентом на стоматологическом микроскопе. На этом же микроскопе можно работать и с ассистентом. Пример такой работы можно увидеть, если подвести курсор к этому рисунку.

Прежде чем рассматривать устройство микроскопа определим термины, которыми определяется его работа.

Объектив микроскопа  представляет собой систему линз, собранную в единой оправе. Передняя, так называемая фронтальная линза - единственная, производящая увеличение, остальные же служат для исправления искажений фронтальной линзы и поэтому называются корригирующими.

Окуляр   представляет собой сложную лупу, состоящую обычно из двух линз, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном половине суммы их фокусных расстояний.

Фокусное расстояние    линзы - расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса.

Оптический центр    линзы - точка: расположенная в центре линзы на ее главной оптической оси.

Главный фокус  линзы - точка, в которой пересекаются лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси.

Главная оптическая ось  линзы - прямая,проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу.

Оптическая сила  линзы - величина обратная ее фокусному расстоянию.

Увеличение линзы пропорционально ее оптической силе.

Эквивалентное фокусное расстояние окуляра легко вычисляется, если известны фокусные расстояния его линз.

Взаимное расположение окуляра и объектива определяется тубусом.

Тубус  - узел микроскопа, служащий для установки окуляра на определенном расстоянии от объектива.

Увеличение микроскопа  равно произведению увеличения объектива и окуляра.

Все стоматологические микроскопы имеют устройства для изменения увеличения. Изменение увеличения микроскопа обеспечивается устройствами ступенчатой или плавной регулировки.

Ступенчатая регулировка увеличения  может производится как за счет размещения в микроскопе нескольких объективов с отличным друг от друга постоянным фокусным расстоянием, которые заменяются при необходимости при помощи револьверного устройства, так и при использовании оптических систем, которые позволяют производить изменение степени увеличения микроскопа без смены объектива.

Плавная регулировка увеличения  обеспечивается установкой объектива с переменным фокусным расстоянием (ZOOM-объектив). Такие микроскопы снабжены механизмом плавной регулировки фокусного расстояния объектива и соответственно увеличения. Управлением механизмом плавной регулировки увеличения обеспечивается либо электроприводом с помощью ножной педали, либо вручную микронометрическим винтом.

С ростом увеличения микроскопа уменьшается глубина резкого изображения.

Глубина резкого изображения  - расстояние вдоль оси зрения, на протяжении которого изображение объекта наблюдения при сфокусированной системе микроскопа будет выглядеть резко и четко.

Чем меньше наблюдаемый объект, тем больше должна быть апертура объектива.

Апертура объектива  - действующее отверстие объектива, определяемое размерами его линз.

Чем больше требуется увеличение наблюдаемого объекта, тем меньшее фокусное расстояние должен иметь объектив.

Стоматологический микроскоп объединяет в себе три функции:

1. Воспроизводит изображение объекта при помощи объектива (основная функция).
2. Передает изображение созданное объективом с дополнительным увеличением (при помощи окуляра)
   на сетчатку глаза, или на цифровую фото камеру, экран телевизора или монитора компьютера.
3. Освещает объект таким образом, чтобы объектив мог выполнить свою основную функцию.

Объектив воспроизводит изображение объекта на определенном конструкцией микроскопа рабочем расстоянии.

Рабочее расстояние  - расстояние от объекта наблюдения до первой выступающей части объектива т.е. можно полагать, что рабочее расстояние практически равно фокусному расстоянию объектива. В предлагаемых на рынке стоматологических микроскопах рабочее расстояние может достигать значений до 400 мм. Однако наибольшее распространение получили микроскопы с рабочим расстоянием 250-300 мм. Это расстояние достаточно, чтобы поместить между объективом микроскопа и объектом наблюдения необходимый для работы с пациентом соответствующий инструментарий.

Чем больше рабочее расстояние, тем меньше разрешение микроскопа.

Разрешение микроскопа  - способность микроскопа различать мелкие детали.

Для наблюдения объектов с высоким разрешением рекомендуются применять стоматологические микроскопы с рабочим расстоянием не более 85 мм. Однако в этом случае надо учитывать, что значительное уменьшение рабочего расстояния по сравнению с рекомендуемым (250-300 мм) не позволит выполнять некоторые лечебные процедуры.

Каждый микроскоп характеризуется размером видимого линейного поля.

Видимое линейное поле  микроскопа это наибольший размер изображаемой части наблюдаемого объекта, находящегося от объектива микроскопа на рабочем расстоянии.

Чем больше увеличение объектива, тем меньше размер видимого линейного поля.

Рекомендуемая величина видимого линейного поля для стоматологических микроскопов 9...80 мм.

Стоматологические микроскопы имеют бинокуляр .

Микроскоп с бинокуляром обеспечивает наблюдение двумя глазами,но при этом изображение остается полностью идентичным как для левого, так и для правого глаза.

Для удобства наблюдения бинокуляр может быть с фиксированным (45 град.), так и с переменным углом наклона (0...180 град.). Переменный угол наклона позволяет подстроить наклон бинокуляра непосредственно под оператора, что дает преимущество по эргономике по сравнению с фиксированным бинокуляром.

анимация

Рис.2 Бинокуляр 180°

На рис.2 показаны возможные положения установки бинокуляра с переменным углом наклона (вид сбоку) в пределах 0...180 град. В режиме анимации показано перемещение бинокуляра в движении.

Бинокуляр снабжен устройством изменения (регулировки) «межзрачкового расстояния», при помощи которого достигается правильная центровка линз бинокуляра перед глазами.

Это обеспечивает наилучшее для глаз наблюдение объекта, когда искажения минимальны, а наблюдение не вызывает утомление глаз.

увеличить

Рис.3 Бинокуляр с плавной регулировкой межзрачкового расстояния

В бинокулярах последних моделей регулировка межзрачкового расстояния производится при помощи механизма тонкой регулировки, как это показано на рис.3. Вращая ручки регулировки можно комфортно и плавно изменять межзрачковое расстояние. При подведении курсора к рисунку изображение увеличивается.

Бинокуляр микроскопа имеет «выдвигающиеся наглазники», которые компенсируют особенности поля зрения наблюдателя. Все дело в том, что поле зрения (угловое пространство, видимое глазом при фиксированном взгляде и неподвижной голове) у каждого человека разное и если наглазник вдвинут, а поле зрения у наблюдателя широкое, то по краям изображения будут видны темные полосы. Наглазники позволяют пользоваться микроскопом тем, кто носит очки. Перейдя по вышеуказанной ссылке можно видеть перемещение наглазников в движении.

Для выравнивания изображения одного глаза относительно другого (для компенсации недостатков зрения одного из глаз) в стоматологических микроскопах применяется диоптрийная наводка   на резкость, которая осуществляется вращением подвижных элементов окуляра.

В стоматологических микроскопах для освещения объекта наблюдения применяется отраженный свет.

Существуют два вида стоматологических микроскопов отраженного света, которые отличаются друг от друга принципом освещения объекта наблюдения, либо через объектив микроскопа (микроскопы прямого света), либо без использования последнего (микроскопы бокового света).

Mикроскопы прямого света  имеет осветитель, световой поток от которого проходит через оптическую систему микроскопа (в том числе и через объектив под прямым углом к последнему), отражается от объекта наблюдения и вновь проходит через объектив и далее на сетчатку глаза или в системы регистрации. Микроскопы такого типа, в основном, применяются при работе с пациентами.

Микроскопы бокового света  снабжены осветителем, световой поток от которого направляется на объект наблюдения, минуя объектив, отражается от объекта наблюдения и только затем проходит через объектив. Микроскопы этого типа, преимущественно, применяются в зуботехнических лабораториях.

В стоматологических микроскопах применяют осветители с галогенными лампами, осветители с металлогалогенными лампами, осветители с ксеноновыми лампами, осветители со светодиодами (для их обозначения часто используется английская аббревиатура LED – (light emitting diodes) и флуоресцентные осветители.

Осветитель должен создавать световой поток высокой интенсивности и обеспечивать, как равномерное освещение и высокую яркость объекта наблюдения, так и полное заполнение световым потоком апертуры объектива.

Рис.4 Осветитель микроскопа°

Осветитель c галогенными лампами содержит блок питания, смонтированный в едином корпусе с источником света (галогенной лампой). Через разъем в корпусе осветителя к последнему присоединен, волоконный световод, который передает так называемое холодное освещение (удаленный источник света не нагревает наблюдаемый объект) в устройство для направления светового потока на наблюдаемый объект.

На рис.4 показан осветитель стоматологического микроскопа. На корпусе осветителя имеются выключатель и устройство регулировки интенсивности свечения галогенной лампы.

увеличить

Рис.5 Галогенная лампа

Галогенная лампа  это лампа накаливания которая одержит внутри колбы из кварцевого стекла галогенные элементы: пары йода или брома. Как и у всех ламп накаливания у этой лампы 40% энергии уходит в тепло, но при этом обеспечивается высокая светоотдача, приятный белый цвет с отличной светопередачей и стабильность светового потока на протяжении всего срока службы лампы. Галогеновый источник света обеспечивает хорошую освещенность рабочего поля, однако, при больших увеличениях свыше 19х наблюдается значительное падение освещенности объекта. Несмотря на еще широкое использование этих ламп в современной микроскопии, все же следует признать, что галогенные лампы уходят в прошлое. Срок службы этих ламп 2 000...4 000 час. На рис.5 показан внешний вид галогенной лампы.

Металлогалогенная лампа  это газоразрядная лампа высокого давления, в которой световое излучение образуется в результате электрического разряда в плотной атмосфере смеси паров ртути и аргона. В отличие от галогенных ламп накаливания, являющихся тепловыми излучателями в полном смысле этого слова, свет в этих лампах генерируется горящей между двумя электродами дугой.

Основными преимуществами этих ламп по сравнению с галогенными лампами накаливания являются: увеличенная в три-четыре раза световая отдача, схожий со спектром дневного света спектр оптического излучения, а также увеличенная яркость, благодаря чему эти лампы можно назвать почти идеальными источниками концентрированного пучка света. Срок службы этих ламп 8 000...12 000 час.

увеличить

Рис.6 Металлогалогенная лампа

На рис,6 показан внешний вид металлогалогенной лампы с отражателем.

В последнее время, вместо металлогалогенных осветителей все чаще используются ксеноновые. Ксеноновые лампы, также как и металлогалогенновые лампы являются газоразрядными лампами высокого давления, но колбы у них заполнены ксеноном. Ксеноновая лампа дает яркий белый свет, близкий по спектру к дневному. Несмотря на меньший срок службы, ксеноновые лампы более удобны в работе, чем металлогалогенные, так как в меньшей степени искажают цветовое отображение тканей организма. Срок службы ксеноновых ламп не превышает 2 000 час. На рис,7 показан внешний вид ксеноновой лампы.

увеличить

Рис.7 Ксеноновая лампа

Все вышеуказанные лампы размещают в осветителе, откуда свет передается на оптическую головку (подробно описание оптической головке будет представлено ниже) посредством волоконного световода.

Волоконный световод состоит из цилиндрической оптически прозрачной сердцевины, окруженной одной или несколькими отражающими оболочками. Длина волоконных световодов, применяемых в стоматологических микроскопах, составляет от 1,0 до 2,7 м. в зависимости от конструкции микроскопа. На рис.8 показан внешний вид волоконного световода.

Рис.8 Волоконный световод

При светодиодном освещении в качестве источника света используются светодиоды. Светодиод это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в свет. Светодиоды не имеют герметичных стеклянных колб и нитей накаливания. Срок службы светодиодов до 30 000...50 000 час. При аналогичной яркости и цветопередаче стоматологические осветители на основе светодиодов потребляют в 4-7 раз меньше энергии, чем осветители с галогенными лампами

Осветитель со светодиодами  содержит низковольтный блок питания и светодиоды, которые размещают непосредственно в оптической головке. Поэтому волоконные световоды при этом виде освещения не нужны.

увеличить

Рис.9 Светодиодный осветитель

На рис.9 показан внешний вид светодиодного осветителя.

Осветитель флуоресцентный содержит флуоресцентную лампу обычно кольцевого типа. Излучает световой поток непрерывного диапазона волн с частотой мерцания 50 кГц, что превосходит частоту мерцания люминесцентной лампы в несколько сот раз и наиболее соответствует дневному освещению.

Заменить

Рис.10 Флуоресцентный осветитель

В результате обеспечивается спокойное мягкое освещение при высоком КПД. Высокая частота мерцания обеспечивается электронным пуско-регулирующим устройством.

На рис.10 показан флуоресцентный осветитель.

Для сравнения на этом же рисунке, если подвести к нему курсор, можно увидеть кольцевой осветитель на светодиодах.

Кольцевые осветители флуоресцентные и со светодиодами наибольшее распространение получили в стоматологических микроскопах бокового света.

Стоматологические микроскопы снабжаются фильтрами.

Все микроскопы, которые используются в стоматологии имеют держателем для световых фильтров. Светофильтры высокого качества выполнены стеклянными. Светофильтры помещают под оптический поток света тогда, если есть необходимость обезопасить сетчатку глаза от негативного влияния излучения лазера, или если нужно увеличить или уменьшить степень освещения рабочей зоны или же выделить какою-либо спектральную часть.

Оранжевый фильтр   является идеальным для проведения лечения. Он позволяет уменьшить скорость полимеризации материалов, применяемых при пломбировании.

Зеленый фильтр   используется при оперативных вмешательствах в ротовую полость. Он помогает нейтрализовать красный цвет и позволяет в разы лучше рассмотреть как сами зубы и их повреждения, так и сосуды ротовой полости.

Лазерный фильтр  необходим для того, чтоб уберечь глаза от негативного воздействия лазерного излучения при клиническом лечении с использованием микроскопа и лазера. Подобный фильтр выступает в качестве хорошей защиты от отраженного и рассеянного лазерного излучения от 780нм до 2940нм. Это значит, что он защищает практически от всех используемых сегодня в медицине лазеров.

Важно отметить, что все световые фильтры нужно использовать только в случае необходимости. Всё дело в том, что любой дополнительный элемент в оптической системе поглощает лучи света и в результате освещенность рабочей зоны снижается.

Стоматологические микроскопы имеют устройства для передачи изображения объекта в систему регистрации изображения.

Система передачи изображения в систему его регистрации включает в себя фото и видео выход, имеющие в своем составе делитель луча и адаптер.

Фотовыход  используется для передачи изображения, создаваемого микроскопом в цифровую фото камеру. Изображения объекта с цифровой фото камеры далее могут передаваться в компьютер.

Видеовыход  используется для передачи изображения в видеокамеру и далее либо на ТВ экран, либо в компьютер.

увеличить

Рис.11 Делитель луча

Делитель луча  (на рис. 11) служит для разделения отраженного от объекта наблюдения светового потока (после прохождения его через объектив) на две части, одна из которых направляется в бинокуляр, а вторая в адаптер.

Наибольшее распространение получили делители луча с разделением светового потока в отношении 1:1.

Однако имеются и делители луча, в которых большая часть светового потока (до 80%) направляется в бинокуляр, и соответственно меньшая в адаптер. Делители луча входят в комплект стоматологических микроскопов, представленных на настоящем сайте.

увеличить

Рис.12 Видеокамера и ее адаптер

Адаптер  служит, как для механического соединения элементов системы регистрации с микроскопом, так и для точной цветопередачи изображения объекта наблюдения в эти элементы без искажений. Адаптер соединяется с микроскопом через светоделительный блок.

На рис.12 показана видеокамера (внизу) и адаптер для видеокамеры (вверху).

увеличить

Рис.13 Микроскоп с фото и видеокамерой

В комплект микроскопов также входят адаптеры и для цифровой фото камеры. На рис.13 показан микроскоп с адаптером и установленными на нем цифровой фотокамерой (слева) и адаптер с видеокамерой (справа).

Поставляются также коаксиальные кабели соединений с компьютером и ТВ экраном. Компьютер позволяет накапливать и анализировать объем информации, полученной при стоматологической микроскопии и проводить детальный анализ полученных изображений.

увеличить

Рис.14 Подключение встроенной видеокамеры

Микроскопы могут комплектоваться и встроенной видеокамерой, которая устанавливается внутри микроскопа. На рис.14 показаны возможные варианты подключения встроенной видеокамеры к системам регистрации и наблюдения.

Встроенные камеры могут работать и в режиме 3d, т.е. создавать объемное изображение. Подробно об этом на странице «Стоматологический микроскоп ZUMAX OMS2350 с Micro 3D Full HD камерой»

В последнее время стало популярным использование мобильных телефонов в качестве вэб-камеры для передачи изображений со стоматологического микроскопа в сеть интернет. Главное преимущество "мобильной" технологии это возможность беспроводной передачи видео и фото информации на ПК, монитор, в социальные сети и в интернет облако. При этом качество изображения не хуже, чем у видеокамер или цифровых зеркальных фотоаппаратов при стоимости в несколько раз меньшей.

Информация, как установить мобильный телефон на стоматологический микроскоп имеется на странице «Мобильный телефон для видеорегистрации на стоматологическом микроскопе ZUMAX».

Микроскопы могут иметь в своей комплектации так называемый интерфейс Мора.

В интерфейс (комплект) Мора входит в том числе и устройство, позволяющее поворачивать объектив микроскопа при неизменном положении бинокуляра. Это устройство позволяет поддерживать комфортный обзор полости рта пациента, независимо от угла поворота оптической системы объектива.

увеличить

Рис.15 Интерфейс Мора

На рис.15 показаны возможные положения объектива микроскопа относительно его бинокуляра при использовании интерфейса Мора.

Более подробно об интерфейсе Мора приведены сведения на сайте www.microscop.bst3m.ru/mor/mor.html.

Стоматологический микроскоп имеет механическую часть.

Механическая часть  содержит тубусодержатель (держатель тубуса) и узел его крепления.

Тубусодержатель  представляет собой устройство, на котором установлены:

• узел крепления бинокуляра;
• узел смены объективов;
• механизм настройки микроскопа на резкость;
• узел крепления видео и фото выхода;
• другие узлы и механизмы в зависимости от конструкции конкретного микроскопа.

Первые три позиции этого списка иногда объединяют в единый модуль, называемый оптическая головка  микроскопа.

Рис.16 Тубусодержатель с бинокуляром

На рис.16 изображен тубусодержатель с бинокуляром стоматологического микроскопа.

Узел крепления тубусодержателя обычно выполняют в виде пантографа  (системы шарнирно соединенных рычагов).

На рис.17 показан типовой пантограф стоматологического микроскопа.

Перемещение оптической головки микроскопа с помощью пантографа осуществляют при помощи «двойной рукоятки». Рукоятка имеет устройство для фиксации в любом положении для удобства пользования. Возможные положения рукоятки в движении показаны при переходе к рисунку по вышеуказанной ссылке.

Однако иногда применяют крепление оптической головки без пантографа, но чтобы обеспечить перемещение головки в разных направления опору подвижной головки выполняют подвижной. Конструкция подвижной опоры оптической головки без пантографа представлена на странице сайта «ФОМ-11».

Рис.17 Пантограф микроскопа

Техническими характеристиками  пантографа стоматологического микроскопа являются:

• степени свободы (линейные и вращательные) при позиционировании оптической головки микроскопа;
• предельные расстояния перемещения пантографа;
• плавность и легкость перемещения, особенно при работе одной рукой;
• стабильность фиксации оптической головки в установленном положении;
• дизайн: привлекательные и совершенные формы, современные материалы, приятное цветовое решение;
• эргономика: удобное для работы крепление пантографа.

увеличить

Рис.18 Крепления микроскопа

Музыкальная пауза. Отдыхаем!

Материал для данной статьи предоставлен компанией «ООО ФИРМА БСТ-3»

Copyrigt © 2008-. Автор к.т.н. Ф.А.Бронин.
Все права защищены.

При перепечатке ссылка на компанию ООО "ФИРМА БСТ-3" или автора публикации обязательна.