Technika

Endoskop w akcji

Kategoria: Technika

Kamera endoskopowa doskonale sprawdza się w medycynie, ale warto wiedzieć, że i strażacy mogą korzystać z możliwości technologicznych, jakie daje. W PSP kamerę wziernikową z powodzeniem wykorzystują specjalistyczne grupy poszukiwawczo-ratownicze. W jaki sposób i czy tylko oni?

Kamera endoskopowa znajdzie się też w niektórych JRG lub OSP będących w KSRG, ale nie jest to standardowy sprzęt, w który musi być wyposażona każda jednostka. W programie szkolenia specjalistycznego dla grup poszukiwawczo-ratowniczych w PSP przeznacza się 7 godzin dydaktycznych na omówienie tematu: „Urządzenia wizyjne do lokalizacji”. Obejmuje on ich rodzaje i zasady działania, a w celach szczegółowych szkolenia zawarte są takie kwestie, jak: budowa i zasada działania kamer, zasady eksploatacji i konserwacji urządzenia, zakres stosowania kamer przy poszukiwaniu osób zasypanych, analiza obrazu otrzymanego kamerą, konserwacja, właściwe przechowywanie i transport urządzenia. 

Endoskop w medycynie

Endoskop to rodzaj wziernika, z własnym źródłem światła i kamerą przekazującą zarejestrowany obraz na połączony z nią monitor lub wyświetlacz. Urządzenie to już wiele lat temu znalazło zastosowanie w medycynie, np. w chirurgii i ortopedii. Z nadejściem endoskopu w medycynie nastąpiła rewolucja w wielu specjalizacjach zabiegowych, gdzie klasyczne (duże) cięcia zastąpiono mniej inwazyjnymi małymi nacięciami pod rozmiar endoskopu. Te kilka nacięć o niewielkiej średnicy służyło jako droga do wprowadzenia endoskopu i narzędzi pomocniczych. Dzięki tej innowacji pacjent szybciej wracał do zdrowia, bo niewielkie rany szybciej się goiły. Jednocześnie mniejsza rana to mniejsze ryzyko powikłania, np. stanu zapalnego lub zakażenia. Należy oczywiście przy tym podkreślić, że nie każda jednostka chorobowa, bądź uraz nadają się do interwencji małoinwazyjnej.

1

Endoskop do celów medycznych to urządzenie bardzo drogie. Głównie dlatego, że jest zbudowany z materiałów, które muszą być odporne na: wilgoć, płyny o różnym odczynie pH, zmienne temperatury i ciśnienie. Największym wyzwaniem jest jednak spełnienie warunku biotolerancji i sterylności, bo przecież jest to urządzenie wielokrotnego użytku, które ma kontakt z tkankami ciała. Dlatego też materiały, z których zbudowane są wzierniki, muszą być odporne na moczenie w płynach sterylizacyjnych, przecieranie, niskotemperaturowe autoklawy z wykorzystaniem techniki ETO (tlenek etylenu jako gazowe medium do sterylizacji) lub sterylizacje plazmą. Sterowanie endoskopem zabiegowym jest czynnością skomplikowaną, wymagającą specjalistycznych umiejętności i wyjątkowej precyzji ruchów. Należy pamiętać, że to nie tylko kamera, lecz również specjalistyczne wymienne końcówki (nożyczki, szczypce, skalpele) oraz podgrzewany układ światłowodowy. 

Endoskop w PSP

W jaki sposób kamera endoskopowa może być wykorzystywana przez strażaków? Otóż urządzenie to pozwala dokładnie obejrzeć miejsca ciemne, małych rozmiarów, zasłonięte lub zastawione, praktycznie niedostępne dla ludzkiego oka, ale i dla innych urządzeń. Kamera endoskopowa znajdzie więc zastosowanie przy przeszukiwaniu tych miejsc, do których strażak nie zajrzy sam, np. gruzowisk czy zatkanych przewodów kominowych i wentylacyjnych. W tym ostatnim przypadku szczególnie wtedy, gdy objawem niepokojącym jest brak wentylacji lub cofanie się spalin (niebezpieczeństwo zatrucia CO w okresie grzewczym). Przyda się do spenetrowania miejsc, w których zostały uwięzione (zaklinowane) zwierzęta i ptaki, a także zbadania szczelin w ścianach lub pod dachem, gdzie zbudowały gniazdo owady błonkoskrzydłe. Będzie przydatna także w trudno dostępnych miejscach po ugaszonym pożarze, gdzie ani obraz z kamery termowizyjnej, ani inne widoczne objawy nie dadzą 100% pewności, że proces spalania na osłoniętych elementach konstrukcyjnych budynku został skutecznie przerwany. Przykładów na wykorzystanie takiej kamery na pewno jest dużo więcej.

2

Przyjrzyjmy się jednak wymienionym powyżej, czyli zdarzeniom codziennym (o stosunkowo niedużym zagrożeniu), nie licząc dużych katastrof budowlanych, gruzowisk lub zawałów ziemnych w wykopach, gdzie mamy do czynienia z uwięzieniem ludzi, do których zadysponowane zostałyby duże siły i środki, włącznie z najbliższą SGPR. Będą to mianowicie wyjazdy do uwięzionych zwierząt, ptaków – np. w studzienkach kanalizacyjnych, szybach wentylacyjnych lub kominowych, a także rynnach i podbitkach dachowych. Szczególnie w sytuacjach, gdy zaniepokojeni wydobywającymi się dźwiękami wzywają PSP do uwolnienia zwierzęcia. Przybyły na miejsce zastęp przy użyciu endoskopu mógłby łatwiej zlokalizować miejsce, jak również rodzaj zwierzęcia (np. ptaka) – zwłaszcza że często po przybyciu na miejsce zastępu dźwięki w ścianie, czy w kominie cichną (zwierzę uwolniło się samo lub ze skrajnego zmęczenia nie wydaje już żadnych dźwięków). Warto wiedzieć, z czym mamy do czynienia i jakie jest potencjalne zagrożenie dla strażaka. Mniejsze ryzyko występuje przy uwalnianiu np. małego ptaka (kawki, sroki, sikorki) niż np. większego gryzonia (kuny, tchórza), które w sytuacji stresowej mogą być agresywne i skutecznie podrapać lub pokąsać ratownika (mimo specjalistycznego ubioru i rękawic ochronnych). Akcje poszukiwawcze mogą dotyczyć też większych zwierząt, jak psy, koty, zwierzęta gospodarskie, które zostaną uwięzione pod powierzchnią ziemi lub w nieużytkowanych zawalonych budynkach. Wtedy kamera wziernikowa pomocna będzie w lokalizacji zwierzęcia, ustaleniu jego stanu (obrażenia, urazy), jak i sprawdzeniu przestrzeni, w której się znajduje (czy nie grozi dalszy zawał, albo czy wystają ostre elementy). Miejscowe zagrożenie stanowią także owady w ścianie lub w szczelinach. Dla przykładu: lokatorzy mieszkania zgłaszają wyraźne odgłosy owadów błonkoskrzydłych w ścianie lub pod dachem, a nie widać miejsca ich wlotu i wylotu. Dysponując endoskopem, można wykorzystać istniejącą szczelinę lub ostatecznie wywiercić dziurkę o małej średnicy na endoskop, aby zlokalizować gniazdo oraz ustalić rozmiary gniazda i rodzaj owadów. Endoskop może znaleźć zastosowanie także w samej strażnicy JRG, może służyć np. do zlokalizowania wycieku z auta gaśniczego, zbadania wnętrza komory silnika lub skrzyni biegów, ale także lokalizacji i wydobycia jakiegoś elementu wyposażenia, który wpadł np. do studzienki kanalizacyjnej lub trudno dostępnych miejsc w samochodzie.

3

Budowa kamery

Standardowa kamera endoskopowa, często nazywana też kamerą inspekcyjną, składa się z elastycznego, ale jednocześnie półsztywnego przewodu zakończonego kamerą z własnym źródłem światła. Oświetlenie kamery to kilka lub kilkanaście małych diodowych ledów wbudowanych wokół obiektywu kamery, których moc świecenia można regulować. Kabel daje się swobodnie modelować pod każdym kątem, tak aby można było jak najlepiej dostosować go do miejsca, w które chcemy go wprowadzić. Półsztywność w tym przypadku oznacza, że po uzyskaniu żądanego kształtu lub zagięcia - sam w trakcie pracy się nie odkształci, o ile nie zadziałają na niego zewnętrzne siły, jak np. duży opór przy wprowadzaniu. Kabel ten, technicznie klasyfikowany jako światłowód, zakończony jest wejściem USB, który zapewnia zasilenie po podłączeniu do zewnętrznego urządzenia (np. laptopa, telewizora czy tableta). Końcówka USB jest modyfikowana do micro USB, tak aby można go było połączyć z każdym smartfonem czy tabletem. Obraz można odbierać po podłączeniu i zainstalowaniu aplikacji sterującej, dostępnej najczęściej na płycie CD w zestawie z endoskopem lub do pobrania ze strony producenta zgodnie z instrukcją dołączoną przy zakupie. Rejestrowany obraz przesyłany np. na komputer może być odtwarzany na bieżąco lub nagrywany i przechowywany. Zapis nagrania pozwala na ponowne odtworzenie i dokładne przeanalizowanie.

Specyfikacja techniczna

Niezależnie od ceny, większość funkcji oraz zasady działania i obsługi kamer inspekcyjnych są podobne w wersjach podstawowych za kilkaset złotych i tych profesjonalnych, za kilka tysięcy. Na cenę mają wpływ głównie: długość całkowita kabla (standardowo od 1 do 10 m oraz wersje przeznaczone do kanalizacji, o długości nawet do 30 m), rodzaj zastosowanych materiałów (tworzywa sztuczne lub stal nierdzewna), rozdzielczość nagrywania obrazu, kąt widzenia oraz funkcje dodatkowe: nagrywanie dźwięku, zoom cyfrowy.

Przykładowa specyfikacja urządzenia w zakresie cenowym 200-250 zł:

  • rozdzielczość – 1080 x 720
  • kąt widzenia – 60°
  • ogniskowa - 6 cm
  • średnica – 8,5 mm
  • wejście 2.0 USB (stanowi zasilanie dla pracy kamery)
  • oświetlenie - 6 diod LED o regulowanum natężeniu świecenia
  • wodoszczelność (nawet do poziomu IP 67)
  • temperatura pracy +5 – +40°C
  • wyposażenie opcjonalne (lusterko, haczyk, magnes).

    4

Na rynku dostępne są również urządzenia droższe. Te będą różniły się od najprostszych kamer inspekcyjnych tym, że mają specjalną rękojeść do obsługi z wbudowanym wyświetlaczem LCD (najczęściej 3,5”). Dzięki wbudowanemu wyświetlaczowi nie potrzebujemy odbiornika dodatkowego w postaci telefonu czy laptopa. Na wyższą cenę wpłynie też akumulator litowy, ponieważ taki zestaw musi mieć własne źródło zasilania. Należy zatem zastanowić się, czy zestaw z rękojeścią i wyświetlaczem będzie łatwiejszy w obsłudze oraz czy wbudowany na stałe monitor nie będzie przeszkadzał. Istnieje też ryzyko łatwiejszego uszkodzenia, bądź zarysowania. Dotyczy to jednak tylko tych wersji, w których nie ma możliwości odłączenia monitora i przełączenia w zdalny tryb pracy. Patrząc z drugiej strony, taki typ endoskopu jest po włączeniu od razu gotowy do pracy, bez straty czasu na połączenie np. z laptopem i uzyskanie obrazu. Dostępne są też wersje z wbudowanym modułem wi-fi, które wysyłają obraz zdalnie i nie wymagają podłączenia monitora poprzez kabel. Jednak stosując urządzenia z własnym źródłem zasilania należy uważać, aby w trakcie pracy nie rozładowała się bateria (czas pracy jest ograniczony do kilku godzin). Plusem w tym przypadku będzie swoboda działania, zaś minusem ograniczony czas pracy.

Przykładowa specyfikacja urządzenia w zakresie cenowym 1800-2200 zł:

  • średnica głowicy kamery – 8,2 mm
  • średnica przewodu – 7,6 mm
  • długość przewodu – 3-5 m
  • rozdzielczość nagrywania – HD 1600 x 1200
  • kąt widzenia – 60 °
  • źródło światła: 6 regulowanych diod LED o wysokiej intensywności
  • karta SD lub micro SD do 16 GB
  • stopień ochrony kamery: IP67
  • temperatura robocza – 0°– 45 ° C
  • waga – 445 g (bez sondy)
  • maksymalny czas pracy baterii – do 5 godz.

Przykładowa specyfikacja urządzenia w zakresie cenowym 4500-5000 zł:

  • rozdzielczość 1600 x 1200
  • obraz - 24 bity
  • kamera z wbudowanymi 12 diodami LED – natężenie światła regulowane
  • kąt widzenia 135°
  • 7-calowy wyświetlacz w zestawie – połączenie wi-fi
  • akumulatory 12 V na max 8 godz. Pracy
  • pełne naładowanie baterii – 2 godz.
  • nagrywanie filmów z dźwiękiem
  • stopień ochrony kamery IP67
  • przy kablu długości 30 m – bęben do nawijania
  • pilot do zdalnego sterowania ruchami kamery
  • temperatura robocza –10° – +60°C
  • waga 1400 g
  • wyposażenie dodatkowe – lanca teleskopowa.

Analiza trzech powyższych specyfikacji pozwala wyciągnąć następujące wnioski. Wraz ze wzrostem ceny rosną parametry optyczne i jakość zastosowanych materiałów, a także przybywa dodatkowych funkcji. Należy też pamiętać, że urządzenia na użytek własny (prywatny) nie wymagają specjalnych atestów, które musi mieć sprzęt wykorzystywany przez służby ratownicze. A z tym niestety wiążą się dodatkowe koszty.

Optyka w endoskopach

Obiektywy w kamerach inspekcyjnych nastawione są głównie na pracę z bliska. Przedmiot oglądany z małej odległości będzie widoczny z drobnymi szczegółami. Z większej odległości obraz będzie stawał się mniej ostry. Stanowi to pewne ograniczenie, ponieważ skoro musimy zbliżyć się do danego obiektu na małą odległość, to tym samym dużego obiektu nie jesteśmy w stanie obejrzeć w całości, a tylko małymi obszarami (takimi, na jakie pozwala rejestrowane pole widzenia kamery). Różnice między optyką zastosowaną w endoskopach a optyką, jaką oferują inne urządzenia, obrazują poniższe zdjęcia.

567

Fotografie ukazują ten sam przedmiot (w tym przypadku zastosowany emblemat naramienny JRG), zdjęcia wykonane zostały z identycznej odległości, z trzech różnych rodzajów obiektywów: endoskopu, smartfonu i kamery sportowej z obiektywem typu rybie oko (fish eye). Ten ostatni rodzaj obiektywu charakteryzuje się ultraszerokokątnym polem widzenia (nawet 180°) – przy kącie 70°-90° kamer inspekcyjnych. Plusem takich kamer jest szeroki kadr zdjęcia (np. krajobrazy), minusem zniekształcenia brzegów i rogów.

Biorąc pod uwagę wymienione zastosowania, jak i możliwości kamer endoskopowych, można śmiało stwierdzić, że w wielu sytuacjach, przede wszystkim w zdarzeniach miejscowych może to być bardzo użyteczny i pomocny dla strażaków sprzęt, nie tylko tych z grup specjalistycznych.

mł. ogn. Łukasz Dudziński pełni służbę w JRG 1 w Lublinie

fot. Łukasz Dudziński / Wikipedia

wrzesień 2018