内窥镜 :一种窥视人体内部的诊疗仪器

更新时间:2023-09-26 11:56

内窥镜,又称内镜(endoscope),是从人体天然的开口部位(口腔、肛门鼻腔等)或切口部位(腹部、胆道等)插入,用以窥视人体内部的一类仪器。

内窥镜从性能和质地角度划分可分为硬式内窥镜和软式内窥镜,硬式内窥镜包括膀胱镜、腹腔镜、胸腔镜、关节镜等,软式内窥镜包括胃镜、结肠镜、小肠镜、胆道镜、鼻咽镜及支气管镜等。在临床上,内窥镜主要有两个应用:诊断和治疗。检查诊断有胃肠道内窥镜检查、腹腔镜检查、胎儿镜检查、支气管镜检查、膀胱镜检查、关节镜检查、耳鼻咽喉科和眼科中心中的内窥镜检查等;内窥镜手术在消化外科、泌尿外科、胸外科、骨科、神经外科中都有应用。内窥镜下治疗常用的器械有高频电刀、激光微波射频、氦刀。常用的诊断技术有染色和放大、电子染色技术、内窥镜下造影技术、活检。内窥镜手术与传统手术相比风险更大,因此手术团队必须做好可能转换为开放手术的准备以便阻止这种出血。

内窥镜多采用电子内窥镜系统原理,即借助内窥镜顶端的电荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)将光信号转换成电信号,经视频系统处理后转换为监视器上的图像。主要包含三个主要部分:一个给进行观察的体腔照明的装置、一个从体腔传输影像的光学系统和一个工作通道。

1795年德国医生波兹尼(Bozzini)发明“Lichtleiter”(德语,意思是光线传导装置),由管道、镜子和蜡烛组成,开创了内窥镜的起源。早期内窥镜都是从人体自然腔道进入,如泌尿科膀胱检查、妇科学宫腔检查、五官科检查等。经过两百余年的发展,从最初提出内窥镜的设想,而后经过早期的硬式内窥镜、半可屈式内窥镜以及纤维内窥镜,再到电子内窥镜等,内窥镜技术已构成一套完备的体系,对消化系统泌尿系统等疾病的诊断和治疗起到推动作用。

除医学领域外,工业领域也会使用内窥镜。借助工业内窥镜,人们可对有毒、有害和空间狭小设备的内部实施间接目视检测,提高检测效率的同时降低了成本。

分类

从性能和质地角度划分,内窥镜可分为硬式内窥镜和软式内窥镜:

硬式内窥镜

包括膀胱镜、腹腔镜、胸腔镜、关节镜等,其结构固定,无法弯曲。不能像软式内窥镜那样随意调节观测方向,但具有结构简单、操作方便、不易受损等多种优点,在临床上被广泛应用。

软式内窥镜

包括胃镜、结肠镜、小肠镜、胆道镜、鼻咽镜及支气管镜等,其镜身及头端均可弯曲。术者在内窥镜直视下可进行活检及切除等操作。

临床应用

内窥镜主要有两个应用,诊断和内窥镜手术。被检查的体腔需充满气体(空气或二氧化碳)或液体(水或生理盐水甘露醇溶液)以增加能见度。介质的选择应基于被检测的器官,并考虑气体栓塞的潜在风险以及其他因素。二氧化碳是首选的介质,由于其高度的血液溶解性,能使气泡迅速消失。另一方面,毛细血管中的空气泡,可以完全阻塞血流比如导致大脑梗死

在消化外科中的应用

胃镜

随着内窥镜技术的完善,食管胃息肉及早期癌症的诊断率已明显提高。胃镜下可使用高频电刀对病变进行切除,也可采用内窥镜下黏膜切除术(endoscopic mucosalresection,EMR)、内窥镜黏膜下剥离术(endoscopic submucosal dissection,ESD)对此类疾病进行治疗。内窥镜下扩张及支架置入技术的发展,为肿瘤引起的食管狭窄、术后吻合口狭窄等疾病的治疗提供了一种微创、有效的治疗手段。另外,胃镜下采用套扎、栓塞及硬化等技术也可有效治疗食管胃底静脉曲张

十二指肠镜

经十二指肠镜的逆行胰胆管造影术及内窥镜下十二指肠乳头括约肌切开术(endoscopic sphincterotomy,EST),已成为胰胆系统直接造影及处理胆管结石的主要方法。

小肠镜

可分为双气囊小肠镜、单气囊小肠镜等,常用于不明原因消化道出血、放射性小肠损伤、胶囊内窥镜未明确的小肠病变等疾病的诊断,也可用于息肉切除、活检等。

大肠镜

随着大肠镜操作技术的进展,可于大肠下采用高频电刀切除、EMR、ESD对大肠息肉及早癌进行治疗。大肠癌导致的肠梗阻亦可采用支架暂时解除梗阻,为进一步手术创造条件。

胆道镜

可用于胆道疾病的诊断、活检止血以及结石和异物的取出,也可联合球囊用于扩张狭窄的胆管

胶囊内窥镜

口服内置摄像与信号传输装置的智能胶囊,使之在消化道内运动并拍摄图像,通过体外的图像记录仪和影像工作站阅读胶囊内窥镜所拍摄的照片对病人的病情做出诊断。

超声内窥镜(ultrasonic endoscope)

可在内窥镜引导下,于消化道腔内对消化道及消化道周围的脏器进行超声扫描,可用于消化道肿瘤分期、消化道黏膜下肿瘤诊断、胰腺和胆道疾病的诊断等方面。

共聚焦激光显微内窥镜

是一种新型内窥镜检查技术。它在普通内窥镜的末端加装一个极小的激光共聚焦显微镜,使得对活体组织的显微观察能够达到与组织学样品的体外显微成像相当的放大倍数分辨率,可以实时显示检测部位的细微结构,使内窥镜检查与组织学检查同步。

在泌尿外科中的应用

泌尿外科是内窥镜技术应用最为广泛的临床科室之一,约90%以上的泌尿外科手术均可通过内窥镜来完成。经皮肾镜、输尿管镜、膀胱镜或腹腔镜,可采用气弹道、液电、超声波激光等方法砾石,清除绝大多数肾、输尿管或膀胱结石

自20世纪70年代以来,经尿道前列腺电切术已经成为治疗良性前列腺增生症的标准术式。

此外,内窥镜技术在泌尿系肿瘤的治疗中占有重要地位。膀胱癌根据其不同分期,可以选择不同的内窥镜治疗,如浅表性膀胱癌可经尿道作膀胱肿瘤电切术。

在胸外科中的应用

支气管镜在胸外科主要用于支气管病变的诊断和切除、止血或支气管狭窄球囊扩张等。

在骨科中的应用

关节镜是一种观察滑膜、软骨半月板以及韧带等关节内部结构的内窥镜,主要用于关节内疾病的诊疗。此外,还可采用脊柱内窥镜行侧路或后路的脊柱微创手术,具有组织损伤小、出血少、脊柱稳定性能破坏小、术后疼痛轻、住院时间短等优点。

在神经外科中的应用

神经内窥镜自20纪60年代开始应用于神经外科疾病的诊疗,现已用于脑积水、颅内囊肿、颅内血肿、脑室及室旁肿瘤、垂体腺瘤、颅咽管瘤等神经外科疾病的治疗。

结构原理

原理

内窥镜多采用电子内窥镜系统原理,即借助内窥镜顶端的电荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)将光信号转换成电信号,经视频系统处理后转换为监视器上的图像。

结构组成

内窥镜包含三个主要部分:一个给进行观察的体腔照明的装置、一个从体腔传输影像的光学系统和一个工作通道。

照明几乎都是由一个外部的冷光源完成,而光线通过柔性的光纤传输。针对不同的器官,开发了各种特殊型号的内窥镜。影像传输可以通过普通透镜系统、光纤或在电视影像中使用的视频技术实现。

内窥镜最早是由又硬又直的管子和简单的照明灯组成,同样的设计仍在使用如喉镜和直肠镜。随着柔性仪器的发明,内窥镜得到了更广泛的应用。这个进步要归功于光纤和视频技术的两项创新:

光纤内窥镜

光纤内窥镜使用光纤进行照明和影像传输。照明光纤将光线从一个外置的高强度光源传导至内窥镜的末端。使用外置光源的好处有:相比在内窥镜管内末端安装一个小灯泡,外置光源可以获得更高的光强度,并且通过在光源和照明光纤束中间安装特殊的滤镜可以使热辐射减半。

传输影像的光纤束在另一端忠实地还原出影像,其中每一根光纤两个末端的位置都是精确对应的。如此一来,体内窥镜片投影至光纤束的影像就能够在光纤束的体外端观察到。纤维的数量限制了光学分辨率,即,画面变成颗粒状,因为每个纤维都能被看到。但由于光纤的直径只有 10μm,内窥镜内可以容纳很多光纤,因而可以达到良好的光学分辨率。

视频内窥镜

视频内窥镜中的图像传输与电视的原理是一样的,即,图像被分解成多个有不同强度和颜色的行。图像通过一个透镜被投射到内窥镜末端的一个小CCD(chargecoupled device,CCD)上,然后将电荷合器件进行电扫描,并将产生的视频信号传输到显示器上。

腹腔镜

临床上应用的硬式内窥镜如胸腔镜、腹腔镜、宫腔镜和关节腔镜等,其基本构件和操作原理相似,以腹腔镜为例:

腹腔镜图像显示与存储系统

该系统由腹腔镜镜头、高清晰度微型摄像头ramdac、高分辨率显示器、全自动冷光源和图像存储系统等组成。

腹腔镜镜头

腹腔镜是用Hpking技术制造的光学系统,光线通过组合的石英玻璃柱束传导并经空气透镜组折射而产生极其明亮清晰的图像,几乎不出现失真。临床上常用直径10mm,镜面视角0°和30°的腹腔镜。

微型摄像头及数模转换器

腹腔镜接上摄像头,其图像通过光电偶合器(CCD)将光信号转换成数字信号,再通过数模转换器将信号输送到显示器上将图像显示出来。目前还有三晶片(3CCD)制成的摄像头,将光线的三原色通过透镜的折射分开传输后再合成,这样可使图像色彩的还原更加逼真,并可使图像的清晰度达到800线以上水平。

显示器

已有全数字显示器,光信号通过CCD转换成数字信号经逐行扫描直接在显示器上显示出来,其图像的水平分辨率可达1250线。应用最普遍的是模拟显示器,图像通过CCD处理后的数字信号,再通过ramdac转换成模拟信号后在显示器上显示出来,其图像的水平解析度达800线以上。

冷光源

冷光源通过光导纤维与腹腔镜相连以照亮手术野,它可以自动控制或手动控制,它的灯泡有灯、金属卤素灯、氩灯、金属弧光灯等。灯泡的热量通过机器内的强力排风扇排出及光导纤维的传导散热,以防烫伤腹腔内器官。

录像机与图像存储系统

高质量的录像机有β-录像机和 S-VHS录像机,亦可用画质较低的家用VHS录像机。手术图像的存储,可用专业用的图像捕捉卡及相应的软件,将手术录像实时捕捉并存储在电脑硬盘上,可进行录像或图像的编辑与处理,并可刻录成光盘保存。

CO2气腹系统

建立CO2气腹的目的是为手术提供足够的空间和视野,是避免意外损伤其他脏器的必要条件。整个系统由全自动大流量气腹机、二氧化碳钢瓶、带保护装置的穿刺套管鞘、弹簧安全气腹针组成。

治疗器械

内窥镜下治疗常用的器械有高频电刀、激光微波射频、氩氦刀。

高频电刀

是一种取代机械手术刀进行组织切割的电外科器械。它在与机体接触时,可通过电极尖端产生的高频高压电流使组织瞬时加热,实现对机体组织的分离和凝固,达到切割和止血的目的。

激光

具有高亮度、单色性好、方向性强等特点,可用于组织的切割、凝固止血、气化等。此外正常组织与肿瘤等病变组织在激光激发后可产生不同波长的荧光,这一特性有助于早期肿瘤的诊断。

微波

是一种频率为300-300000MHz的电磁波。在微波的作用下,生物组织中的极性分子(如水和蛋白质等)随外加电场的交变频率变化发生高速转动,从而产生热效应和非热效应,可用于理疗、热疗或者手术。

射频

是一种高频交流变化电磁波。高于10kHz的高变电流通过活体组织时,组织内离子随高变电流产生振动在电极周围产生90-100℃的高温,通过热传导使局部组织毁损。

氩氦刀

是一种冷冻治疗仪,可使靶区组织的温度在10-20秒内迅速降到零下140℃以下,然后快速升温至30-35℃,从而使病变组织毁损。

诊断技术

内窥镜下常用的诊断技术有染色和放大、电子染色技术、内窥镜下造影技术、活检

染色和放大

染色是指应用特殊的染料对胃肠道黏膜进行化学染色,从而提高病变检出率的方法。而放大则可将观察对象放大60-170倍。染色与放大技术联合应用可更准确地反映病变的特点,提高病变的检出率,有利于明确病变范围。

电子染色技术

常用窄带成像内窥镜(narrow band imaging,NBI)技术,是将内窥镜光源所发出的红蓝绿光波中的宽带光谱利用滤过器过滤,仅留下窄带光谱对黏膜进行照射显像的方法。电子染色技术可增加黏膜上皮和黏膜下血管的对比度和清晰度,对早期黏膜病变、消化道肿瘤表面微血管形态以及炎症性黏膜改变等有较好的观察效果。

内窥镜下造影技术

如内窥镜逆行胰胆管造影术(endoscopic retrograde cholangiopancreatography,ERCP)、膀胱镜下逆行输尿管肾盂造影术等扩展了常规X线造影技术的应用范围,提高了诊断准确率。

活检

经内窥镜使用活检钳可获取组织标本进行病理诊断,从而为进一步治疗打下基础。

安全风险

胃镜检查

使用禁忌

绝对禁忌证

相对禁忌证

注意事项

结肠镜检查

使用禁忌

注意事项

饮食准备

检查前3天进少渣食物,检查前一天必须进无渣的低脂、细软、流质软食;直到开始口服泻药进行肠道准备前2小时。如不能耐受饥饿者,应采取措施避免低血糖的发生,如口服糖水或者静脉补液。

肠道准备

肠道清洁的方法有很多种,特别是单纯使用致泻药物的方法被广泛应用;泻药的种类很多,番泻叶硫酸镁、液状石蜡等都可选择,目前常用口服电解质和(或)甘露醇法。

小肠镜检查

使用禁忌

注意事项

经口小肠镜检查同胃镜检查前准备,因检查时间较长,为防止反流误吸等情况的发生,一般建议气管插管采用全麻;经肛小肠镜检查的术前准备及麻醉方式同结肠镜检查。

胶囊内镜检查

使用禁忌

注意事项

十二指肠镜逆行胆胰管造影

使用禁忌

注意事项

术前准备

术后处理

造影成功的患者,为了预防胆管炎胰腺炎,术后应禁食并适当给予广谱抗生素、抑制胰酶等对症治疗。观察有无腹痛、发热及血象变化。对于胆汁淤积性黄疸和胆道狭窄的患者,应放置引流管

超声内镜检查

使用禁忌

同一般内镜检查。

注意事项

术前准备同胃肠镜检查,但超声内镜检查对消化道腔内清洁程度有较高的要求,故术前可加用消泡剂以获得更好的成像效果。对需要行超声内镜引导穿刺检查的患者,术前应行止凝血时间、凝血酶原时间等检测。

腹腔镜探查

使用禁忌

注意事项

支气管镜检查

使用禁忌

注意事项

内科胸腔镜检查

使用禁忌

绝对禁忌证

相对禁忌证

注意事项

纵隔镜检查

使用禁忌

注意事项

阴道镜检查

使用禁忌

注意事项

宫腔镜检查

使用禁忌

尚无明确的绝对禁忌证,以下为相对禁忌证:

1 . 生殖道急性、亚急性炎症。

注意事项

管理类别

在国家药品监督管理局《医疗器械分类目录》中,医用内窥镜分为光学内窥镜、电子内窥镜、胶囊式内窥镜系统、电凝切割内窥镜等,详细分类见下表:

光学内窥镜

电子内窥镜

胶囊式内窥镜系统

电凝切割内窥镜

发展历史

1795年德国医生波兹尼(Bozzini)发明“Lichtleiter”(德语,意思是光线传导装置),由管道、镜子和蜡烛组成,用于探索人体的各个孔道和管腔,开创了内窥镜的起源。早期内窥镜都是从人体自然腔道进入,如泌尿科膀胱检查、妇科学宫腔检查、五官科检查等。

20世纪初,人类开始运用内窥镜探查腹腔,1901年,冯德(Von Ott)将阴道后穹隆切开,利用头镜反射光照明使用膀胱镜首次检查了孕妇的盆腔,成为第一个穹隆镜专家;1902年,凯林(Kelling)通过膀胱镜检查人的食管和胃,以及通过膀胱镜检查狗的腹腔。1910年,瑞典雅各贝乌斯(Jacoaeus)首次报道用腹腔镜检查了人体的腹腔、胸腔、心脏,完成了人类历史上第一次真正意义的腹腔镜检查。由于冯德、凯林和雅各贝乌斯在腹腔镜临床应用研究方面的杰出贡献,他们被称为“腹腔镜之父”。

1938年匈牙利的维雷斯(Veres)发明了弹簧安全气腹针,一直沿用至今。1954 年,英国物理学家哈罗德·霍普金斯设计了光纤内窥镜,其使用一组弹性玻璃钢来传导光线。南非医生巴兹尔·希尔朔维兹和同事拉里·柯蒂斯(Larry Curtiss)改进了这种内窥镜的照明和成像质量,为十二指肠溃疡患者检查。詹姆斯·莱·法纽(James Le Fanu)医生写道:“霍普金斯发明的光纤内窥镜改变了治疗的方法,使得医生能够更深入地了解人体内从前未知的领域”。

1960年,卡尔斯托兹(Karl Storz)发明第一台医用冷光源,为内窥镜显影带来了光明。1964年,霍普金斯(Hopkins)柱状晶体镜的发明是内窥镜发展的里程碑,这种柱状晶体镜具有超广角、大视野、无球形失真、亮度高等优点。60-70年代,德国的塞姆(Semm)使用自己设计的自动气腹机、冷光源、内窥镜热凝装置及许多腹腔镜的专用器械施行了大量的妇科腹腔镜手术。到了20世纪80年代,随着内窥镜影像系统的诞生,1987年法国的穆雷(Mouret)用腹腔镜在为一妇女治疗妇科疾病的同时切除了病变的胆囊,第一例腹腔镜胆囊切除术开启了内窥镜治疗的新阶段。

1991年2月19日,云南省曲靖第二人民医院荀祖武使用卡尔斯托兹设备完成了中国第一例腹腔镜胆囊切除手术,也是中国第一例腹腔镜外科手术。

内窥镜技术经过两百余年的发展,从最初提出内窥镜的设想,而后经过早期的硬式内窥镜、半可屈式内窥镜以及纤维内窥镜,再到电子内窥镜等,已构成一套完备的体系,对消化系统泌尿系统等疾病的诊断和治疗起到推动作用。

其他领域

除医学领域外,工业领域也会使用内窥镜。借助工业内窥镜,人们可对有毒、有害和空间狭小设备的内部实施间接目视检测,提高检测效率的同时降低了成本。

目前常用的工业内窥镜包括刚性内窥镜、光纤内窥镜和视频内窥镜3种。刚性内窥镜一般通过转像透镜的光学原理来传输图像,得到的图像真实清晰。但因其工作部分采用刚性材料制成,不能弯折,故适用范围较小。光纤内窥镜一般通过光纤传输图像和照明光,具有良好的柔性,使用便捷灵活。部分光纤内窥镜配备有导向控制机构,通过该机构控制物镜端的弯曲角度,可使物镜端快速抵进待检区域,检测角度也可根据需要进行调整。光纤内窥镜目前已成功用于弯曲复杂内部结构的检测。视频内窥镜一般在物镜端配备有图像传感器,用于将光信号转变为电信号进行传输,电信号传输至内窥镜控制系统后,经处理形成图像输出到监视器上供人观察。视频内窥镜不仅具备刚性内窥镜和光纤内窥镜的优点,还因电信号传输损耗小,而具有较大的有效工作长度,是目前使用最为广泛的内窥镜。

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