人體解剖內窺鏡發(fā)展綜述

內窺鏡泛指經各種管道進入人體，以觀察人體內部狀況的醫(yī)療儀器。部份內窺鏡同時具備治療的功能，如膀胱鏡、胃鏡、大腸鏡等。內窺鏡的歷史經歷了從硬性光學內窺鏡到光導纖維內窺鏡再到電子內窺鏡的過程。隨著半導體和計算機技術的飛速發(fā)展，1983年美國人首先發(fā)明了電子內窺鏡并應用于臨床，被認為是內窺鏡發(fā)展史上的第三個里程碑。電子內窺鏡不是通過光學鏡頭或光導纖維傳導圖像，而是通過裝在內窺鏡先端被稱為微型攝像機的光電耦合元件CCD將光能轉變?yōu)殡娔?，再經過圖像處理器〃重建〃高清晰度的、色彩逼真的圖像。圖像質量的優(yōu)劣直接影響著內窺鏡的使用效果，也標志著內窺鏡技術不斷提高、不斷完善的發(fā)展進程。電子內窺鏡的出現(xiàn)，使圖像質量提高到一個嶄新的水平，因此在臨床上得到了越來越廣泛的應用。內窺鏡的出現(xiàn)1855年，西班牙人卡赫薩發(fā)明了喉鏡。德國人海曼?馮?海莫茲于1861年發(fā)明了眼底鏡。1878年，愛迪生發(fā)明了燈泡，特別是出現(xiàn)微型燈泡后，使內窺鏡有了很大發(fā)展，臨時安排的手術內窺也可達到非常精確的程度。1878年德國泌尿科專家姆?尼茲創(chuàng)造了膀胱鏡，用它可以檢查膀胱內的某些病變。1897年，德國人哥?基利安設想支氣管鏡。1862年，德國人斯莫爾創(chuàng)造了食道鏡。1903年，美國人凱利創(chuàng)制了直腸鏡，但是到1930年后才開始普遍使用。1913年，瑞典人雅各布斯改革了胸膜鏡檢查法。1922年，美國人欣德勒創(chuàng)立了胃鏡檢查法。1928年，德國人卡爾克創(chuàng)立了腹鏡檢查法。1936年，美國人斯卡夫進行了腦室鏡檢試驗，直到1962年，才由德國人古奧和弗累斯梯爾創(chuàng)立了腦室鏡檢法。從此形成一整套鏡檢法系列。1963年，日本開始生產纖維內窺鏡，1964年研制成功纖維內窺鏡的活檢裝置，這種取活檢的特別活檢鉗能夠有合適的病理取材而且危險小。內窺鏡發(fā)展綜述1965年，纖維結腸鏡制成，擴大了對于下消化道疾病的檢查范圍。1967年開始研究放大纖維內窺鏡以觀察微細病變。光纖內窺鏡還可以用來做體內化驗，如測量體內溫度、壓力、移位、光譜吸收以及其他數(shù)據。1973年，激光技術應用于內窺鏡的治療上，并逐漸成為經內窺鏡治療有消化道出血的手段之一。1981年，內窺鏡超聲波技術研制成功，這種把先進的超聲波技術與內窺鏡結合在一起的新發(fā)展，大大增加了對病變診斷的準確性。內窺鏡發(fā)展歷程1806年開始有醫(yī)師試著以燭光和反射鏡觀察膀胱的內部，愛迪生發(fā)明電燈泡以后也很快就應用到內窺鏡上。第一支算得上內窺鏡的作品，是菲利浦?波茲尼(PhilipBozzini)于1806年制成的〃Lichtleiter〃(德文，意思是光線傳導裝置)，用于探索人體的各個孔道和管腔，但當時維也納的醫(yī)學會并不允許這樣的探索研究；直到1853年，內窺鏡才真正應用在人體。電燈問世使得內窺鏡的光源大幅躍進，但起初燈泡較大，置于體外，不久之后小型燈泡實現(xiàn)了體內照明的理想，例如1908年David就使用新的體內光源成功進行子宮鏡檢查。Jacobeus于1910年實施胸腔鏡及1912年實施腹腔鏡，享譽一時。到了1930年代，德國的HeinzKalk用腹腔鏡檢查肝臟及膽囊的病變。1937年，Hope提出以腹腔鏡診斷出子宮外孕的報告。1944年，RaoulPalmer讓患者躺成頭低腳高，傾斜約15度的Trendelenburg氏臥姿，讓腹腔臟器往頭部移動，再加上腹腔內灌入氣體，使得婦產科的腹腔鏡手術更加安全可靠。1960年代，柱狀透鏡(rodlens)使內窺鏡的影像品質大幅提升，BasilHirschowitz發(fā)明一種導光性優(yōu)良的玻璃纖維，造出了可彎的診斷用內窺鏡(flexibleendoscope)。此項革新不但造就了第一支實用的醫(yī)療用內窺鏡，也使各種內窺鏡進化到纖維鏡(光源和影像均由光纖傳遞，鏡身可彎曲的內窺鏡)的時代。同時具備檢查和手術功能的內窺鏡直到1970年代才出現(xiàn)，而且當時只用于年輕體健的患者。1980年代，用腹腔鏡手術進行輸卵管結扎及骨盆腔檢查已成為婦產科醫(yī)師必備的技能。1973年，激光技術應用于內窺鏡的治療上，并逐漸成為經內窺鏡治療有消化道出血的手段之一。1981年，內窺鏡超聲波技術研制成功，這種把先進的超聲內窺鏡發(fā)展綜述波技術與內窺鏡結合在一起的新發(fā)展，大大增加了對病變診斷的準確性。第一例腹腔鏡膽囊切除術于1984年完成，1987年第一例外接影像的腹腔鏡膽囊切除術也接著實現(xiàn)。到了1990年代，腹腔鏡手術進一步推展到闌尾、脾臟、結腸、胃、腎臟、肝臟等器官?，F(xiàn)代意義的內窺鏡檢查是隨著光導纖維內窺鏡的發(fā)明而逐漸形成的。進入20世紀60年代，在美國開發(fā)的“玻璃纖維”受到各個領域的廣泛關注。早在20世紀30年代，已有用于光纖內窺鏡傳導光線的光纖，但由于光線在傳輸過程中損耗率過高，傳輸光信號的光導纖維一直沒有取得進展。光導纖維內窺鏡是一條細長柔軟的管子，管內有一束導光的玻璃纖維，兩端各裝有一個透鏡。檢查時將管子一端插入人體內部待查器官，從另一端即可看見器官內部的情況。內窺鏡通常附有照明光源，有些還配備了進行手術治療的器具，如激光器等。在光傳輸機理中引入了光纖，視頻鏡頭成為圖像捕捉的首選。能夠同時拍攝照片的內窺鏡是1964年誕生的“纖維內窺鏡”。到60年代，內窺鏡才具有圖像捕捉和測量能力。1975年左右，胃照相機的時代走到了盡頭，完全被“纖維內窺鏡”所替代。中國纖維光學專家張振遠承擔國家地方重大科技攻關項目“系列光纖傳象束及工業(yè)內窺鏡規(guī)?；a技術研究”，技術達國內領先、世界先進水平，并建立了國內唯一能批量系列生產傳象束及內窺鏡的生產基地。1983年，一種新型的電荷耦合器件(CCD)內窺鏡是由美國紐約州的韋爾奇?？艾林儀器公司首先研制成功的。光電耦合元件(CCD)廣泛應用于內窺鏡影像的傳送，從此醫(yī)師在使用內窺鏡時，不必再辛苦地將眼睛湊在接目鏡上，而可以將影像傳到監(jiān)視器上，讓其他醫(yī)療人員及患者都能看到體內的實況。CCD內窺鏡插入體內的一端裝有在一小塊硅片集成的CCD“鏡頭”，實際上是一種新型的光電圖像傳感器，其功能與電視攝像機相近。它能將待查部位的圖像轉化為數(shù)子化的電信號，圖像通過金屬導線傳送，由類似電視接收機的“圖像監(jiān)視器”顯示。這一技術的應用，使圖像的貯存、再現(xiàn)、會診以及計算機管理成為可能。2002年11月，世界上首臺“高清晰內窺鏡系統(tǒng)”誕生，內窺鏡的概念發(fā)生極大的改變。它凝集了最尖端的影像技術，提供的畫像精度使診斷極其微小的病變成為了可能?，F(xiàn)代視頻內窺鏡、電子內窺鏡、超聲內窺鏡的出現(xiàn)又開辟了現(xiàn)代醫(yī)學內鏡的新紀元內窺鏡從檢查、診斷時代進入了治療、手術的時代。內窺鏡的構造典型的部件包括：光源（照明系統(tǒng)）用來把光線導入體內，照亮所要看的部位。早期是將小燈泡放在內窺鏡前端，現(xiàn)代則將光源置于體外，經由光纖系統(tǒng)導入體內。影像傳輸：硬式內窺鏡利用一系列透鏡將影像傳送到接目鏡，軟式鏡則利用光纖傳出影像，或將光電耦合元件（CCD）置于內窺鏡前端，再將數(shù)位化的影像信息傳出。有一些內窺鏡內附有管道，可以沖水或空氣使視野清晰，此外也可供手術或切片用的器械進出操作，這些管道稱為〃工作管道"（workingchannel）o〃膠囊攝影機〃是將微小的攝影機、光源和無線發(fā)射器和電池一起裝入膠囊，讓患者吞下后，能隨著腸道蠕動移行，一方面定時發(fā)出閃光，將腸道內的影像傳到掛在患者身旁的接收器。一兩天后，膠囊攝影機完成任務，會經大腸排出體外，醫(yī)師則將接收器收到的影像傳到電腦判讀、存盤?，F(xiàn)代電子內窺鏡的構造為了減輕患者的痛苦，電子內窺鏡的鏡身（插入部）要做到盡可能的細（由先端部粗細決定），先端硬性部要盡可能短。CCD的大小、形狀和構造是決定內窺鏡粗細和先端硬性部長短的關鍵。在電子內窺鏡先端部安裝CCD的方法有兩種，一種是CCD的受光面垂直于物鏡光軸方向，使CCD直接接受從物鏡射來的光，是一種最簡單的結構，在這種情況下，必須使用超小型的CCD，這樣可使先端的硬性部最短。另一種就是CCD的受光面平行于物鏡光軸，物鏡射來的光通過一個900（的轉向棱鏡照射到CCD受光面上。這種方法可以使內窺鏡的先端部變細，但硬性部變長，而CCD的面積可以擴大，CCD的像素數(shù)可大大提高。為了獲得更清晰、更精美的圖像質量，目前的電子內窺鏡逐漸趨向于采用第二種方法安裝CCD，這無疑在技術上增加了CCD的加工和工藝難度，隨著電子內窺鏡技術的不斷改進和完善，高像素數(shù)CCD的體積會越做越小，滿足于臨床需要的各種細徑電子內窺鏡應運而生，幾乎可涉及到醫(yī)療的各個領域。同時，一些具有大孔徑或雙孔道及抬鉗等特殊裝置的治療用電子內窺鏡的出現(xiàn)，再加上一系列配套輔助器械的研制與開發(fā)，為電子內窺鏡在臨床上的應用開辟了廣闊的前景。目前，臨床上的一些病癥已可以通過內窺鏡下或小切口治療的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手術，大大減輕了患者的痛苦?，F(xiàn)代電子內窺鏡圖像質量圖像質量是電子內窺鏡的本質和最重要的性能指標，也是用電子技術對圖像進行合成再處理的技術基礎，圖像質量可分為清晰度（分辨率，由像素數(shù)量決定）、色彩還原性(逼真程度)和觀察的舒適性(圖像穩(wěn)定性、對比度和亮度等)幾個方面。決定電子內窺鏡圖像質量的核心部件是光電耦合元件(CCD)，它如同電子內窺鏡的心臟，其基本構造是在對敏感的半導體硅片上采用高精度的光刻技術分割出數(shù)十萬個柵格，每一個柵格代表一個成像元素，像素數(shù)越多，圖像的分辨率越高，畫面越清晰。CCD只能感受光信號的強弱，電子內窺鏡的彩色還原是通過在CCD的攝像光路中添加彩色濾光片，并對彩色視頻信號進行處理后獲得的。彩色濾光片的放置有以下兩種方式。順次方式。將一塊帶有同樣面積的紅、綠、藍三種原色濾光片的圓盤置于照明光源前，當圓盤旋轉時，紅、綠、藍三種色光順次照射被射物體，CCD攝像時所產生的三種強弱信號也依次有時間間隔地傳送并儲存在圖像處理器中。采用順次方式CCD的電子內窺鏡的優(yōu)點是由于三色光分別照射，像素數(shù)相當于原來的3倍，因而可提高分辨率，而且內窺鏡易于做得細且硬性部短，缺點是濾光盤高速旋轉引起的圖像閃爍，以及由于紅、綠、藍依次攝像引起的套色不準而出現(xiàn)的彩虹現(xiàn)象。目前在中國市場上，日本奧林巴斯公司和賓得公司生產的電子內窺鏡都是采用像素分別為8.1萬和6.25萬的順次式黑白CCD。同步方式。在CCD的受光面上鑲嵌原色和補色的濾光片，當白色光源照射到被射物體，由它發(fā)出的光作用到CCD時，由于鑲嵌式濾光片的作用直接產生彩色信號，傳送并儲存在圖像處理器中。采用同步方式CCD的電子內窺鏡的優(yōu)點是圖像清晰，亮度高，色彩還原性好，缺點是技術難度高。由于鑲嵌式濾光片的置入，為縮小內窺鏡的直徑和縮短先端硬性部增加了技術難度。目前在中國市場上，日本富士公司生產的電子內窺鏡采用了像素為41萬的同步式彩色CCD，最高像素數(shù)達85萬。同步方式CCD的技術難度要高于順次方式CCD，但所獲得的圖像質量要明顯優(yōu)于采用順次方式的CCD。目前，日本富士公司推出的采用同步方式CCD技術，具有857Y像素的電子內窺鏡處于世界領先水平，標志著電子內窺鏡技術的又一次飛躍，必將推動內窺鏡診斷治療水平再上一個新臺階。內窺鏡相關參數(shù)醫(yī)用內窺鏡，是一種侵入式檢查工具，其安全系數(shù)一定要得到保證，一般產品性能參數(shù)為：圖像傳感器、圖像清晰度、燈光源、聚焦范圍自動聚焦、攝影視角、重量、電源輸入、電纜長度、攝像系統(tǒng)、電源等。(1)工作長度：內窺鏡發(fā)展綜述不同用途的內窺鏡產品，工作長度不相同，一般情況下：喉鏡工作長度N180mm;鼻竇鏡工作長度N175mm;鏡罩外徑尺寸關系到與CCD攝像系統(tǒng)的配合，國際通用尺寸直徑32mm。鏡管外徑：不同用途(成人和兒童)的內窺鏡產品，其外徑尺寸也不相同，目一般情況下：喉鏡外徑尺寸65mm、08mm、010mm;鼻竇鏡外徑尺寸63mm、04mm;光學性能：視場角：鼻竇鏡、膀胱鏡、子宮鏡、直腸鏡、羊水鏡的視場角不能小于60°，否則影響觀察范圍。視向角：視向角一般分為前視(00°、12°)、斜視(30°、45°)、側視(70°、90°)。分辨率：分辨率是內窺鏡重要的光學指標，普通內窺鏡一般應大于9.92Lp/mm(L=10mm)。照度：主要是照度的均勻性，如照度不能充滿視場，則周邊模糊，進而影響視野。機械性能：密封性：內窺鏡的密封性關系到成像質量，如密封不好就容易滲水，破壞光學系統(tǒng)，影響觀察。通水閥鏡鞘與膀胱鏡的錐體配合處應密合，在1min內滲水應不超過5滴，否則配合不好容易漏水影響手術。表面粗糙度連接部位牢固性絕緣性能：主要是電子內窺鏡，相關電氣隔離部位的絕緣結構，如與CCD攝像頭相配接的目鏡罩、冷光源接口、導光索等相關附件的絕緣性能。⑹絕熱性能:在醫(yī)用內窺鏡中，由于內窺鏡是侵入性檢查工具，為了避免內窺鏡工作的時候對人體的傷害，現(xiàn)在一般都采用冷光源，在光輸出口設置紅外濾光片，最大限度地限制紅外光的輸出。電子內窺鏡產品當前在中國市場上主要有日本的奧林巴斯、富士和賓得這幾家公司的電子內窺鏡產品。已應用于臨床的主要有胃鏡、十二指腸鏡、小腸鏡、結腸鏡、腹腔鏡、支氣管鏡、斜視胃鏡和雙孔道胃鏡等不同型號、不同規(guī)格的電子內窺鏡。此外，一種無痛苦、可吞服的藥丸式電子內窺鏡已經問世并應用于臨床，主要用于胃鏡和結腸鏡無法到達的，長度達數(shù)十米的小腸疾病的診斷。這種藥丸實際上就是一種微型攝像機和圖像信號發(fā)射機，固定于患者腰帶上的接收器可接收、處理和保存藥丸發(fā)來的彩色圖像信號，將接收器連于醫(yī)生的計算機，就可以觀察患者小腸內的所有情況。電子內窺鏡的廣泛應用使早癌的診斷率達到了前所未有的高水平。特別是日本富士公司推出的內窺鏡下小探頭超聲系統(tǒng)，可將不同頻率、不同規(guī)格的小超聲探頭通過內窺鏡的孔道送到體內，探查不同組織層面的腫瘤狀況，大大提高了診斷的陽性率。與此同時，各種各樣的內窺鏡下治療也蓬勃興起，如：食管狹窄擴張術、消化道異物取出術、消化道息肉切除術、上消化道出血的內窺鏡下治療、消化道癌內窺鏡下治療、十二指腸乳頭切開術、十二指腸內窺鏡膽管引流術、慢性胰腺炎的內窺鏡治療、經口膽管鏡下治療膽結石（激光碎石）、腹腔鏡下治療術等。作為一種重要的微創(chuàng)外科手術，內窺鏡（光學內窺鏡、光導纖維內窺鏡）手術近年來得到了迅速發(fā)展。電子腹腔鏡的問世，是電子內窺鏡手術的開端。電子內窺鏡手術除具有普通內窺鏡手術創(chuàng)傷小、可減輕患者痛苦、術后恢復快、有利于降低醫(yī)療成本等特點外，還具有畫面清晰、便于圖像保存與傳輸，遠程會診及教學等特點。隨著科學技術水平的不斷提高，電子胸腔鏡、電子宮腔鏡、電子關節(jié)鏡、電子喉鏡、電子