消化内镜的历史及中国消化系内镜开展现状

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一、消化内镜的发展
内镜一词的英文为“ endoscopy ”，起源与希腊语，系由字母“ endo ” ( 内部之意 ) ，与动词“ skopein ”（观察之意）组合而成，原意为窥视人体深部腔道的一种方法。自 1805 年德国 Bozzini 首创利用蜡烛光作光源，应用一根细铁管窥视泌尿道以来，医学内镜有了飞速发展，其过程可大致分为 4 个时期。
早期硬式内镜（ 1805-1932 ）
早在 1805 年，德国 Bozzini 首先提出了内镜的设想，利用烛光，通过内镜看到了直肠、泌尿道的内腔。 1826 年法国 Segales 制成了膀胱镜与食管镜。 1853 年法国 Desormeaux 利用以酒精和松节油混合液体作为燃料的煤油灯伟光源，观察尿道、膀胱、直肠、子宫等器官。 1868 年德国 Kussmaul 在表演吞剑术的启发下，制成第一台直管内镜。他是由一根尖部装有软塞，粗 1.3cm, 长 47cm 的金属管制成，利用 Desormeaux 灯照明。由于硬性部太长，加上照明不足，因而无法清楚的看到胃腔。 1880 年爱迪生发明了电灯以后，就出现了用电灯或小电珠作为内镜的光源。 1881 年 Mikulicz 制作了一根长 65cm,14mm 直径的硬管视胃镜，在胃镜中下 1/3 处做成 30 ？弯曲，尖端装一小灯泡，并有空气通道供注气用。它的这一想法使内镜初步具有实用价值。但这类硬直的内镜查到管腔弯曲多变的上消化道中去，不仅操作上相当困难，而且给病人带来了较大的痛苦与损伤。加上小电珠或钨灯丝外部反射光源照明度很低，因而窥视中存在较多的盲区。
半可曲式胃镜（ 1932-1957 ）
1923 年 Wolf-Schindler 研制出半曲式胃镜（ semiflexible lens gastroscope ） , 它是由近段的硬性部和远段的软管组成，由 26 块段棱镜构成。由于镜身大部分可弯曲，从而使胃粘膜可视面积大为增加。以后 Henning 和 Eder-Hufford 将 Wolf-Schindler 胃镜硬性部进一步改细，增加目镜放大倍率，以利观察。 1941 年 Taylor 在胃镜操作部装上了弯角装置，使末端可作“上”“下”两个方向的弯曲，大大减少了观察盲区。 1948 年 Benedict 将活检管道安装于内镜，是胃镜的性能进一步完善。
关于内镜照像技术，远在 1939 年 Henning 等首次成功的拍摄了胃内彩色照片。 1950 年日本制作了第一代胃内照相机（ gastrocamera ），从而部分弥补了 Schindler 半可曲式胃镜的不足。
纤维内镜（ 1957 年以后）
1. 纤维内镜发展史
1957 年，美国 Hirschowitz 制成了第一台纤维胃、十二指肠镜，从而使内镜开始进入纤维光学内镜发展阶段
日本在 1963 年开始生产纤维胃镜，在原胃内照相机上安装了纤维光束，制成了带有纤维内镜的胃内照相机。此外又在纤维胃镜上加上了活检管道，增加了纤维胃镜端部的弯曲结构，采用了光导束外接强光源的冷光技术，终于使纤维胃镜进入了更为使用的阶段。 60 年代后，日本和美国的科学家对初期的纤维胃镜进行了多方面的改进，例如增加视野光亮度，扩大视野角度，增加胃镜远端多方向弯曲的控制能力，增加活检和治疗管道等；同时由测视式胃镜发展出前视和斜视内镜，使食管、胃、十二指肠可在一次内镜检查中全部被窥见。 1963 年 Overhoet 首先研制出纤维结肠镜并应用于临床。 1968 年 Mccune 首先通过纤维内镜向十二指肠乳头插管成功，进行逆行胰胆管造影（ ERCP ）。近年来，消化道内镜的应用已由单纯的诊断功能进入非手术治疗领域。经内镜高频电切除息肉、取异物、食管静脉曲张硬化疗法、经内镜十二指肠乳头切开取石，经内镜胆管内、外引流，食道狭窄扩张术、置管术以及用国内镜应用 Nd-YAG 激光和微波治疗消化道肿瘤、止血、经腹腔镜切除胆囊等治疗措施不仅在国外。而且在我国各地也逐步开展和应用。总之，内镜的应用领域尤其是消化内镜有着广阔的天地。
2. 纤维内镜的光学原理
全内反射：传导图像的纤维束构成了纤维内镜的核心部分，它由数万根极细的玻璃纤维组成。每根纤维必须能够将光从一端有效的传递到另一端而不损失过多的亮度，不改变其颜色，同时又不会将光漏入相邻纤维中去，这些是制作纤维内镜导向束的基础。为了达到以上要求，根据光学的“全反射原理”，用于制造纤维内经所有玻璃纤维（核心纤维）的外面必须再被一层折射指数较低的、极薄的玻璃纤维（被覆纤维），以保证所有沿核心纤维传导的光线都能发生全内发射。
实际上光线在纤维内传递是有损失的，主要表现在：
纤维的自身吸收：纤维越长，光线在纤维内传递的距离越长，光线损失越大。
实际上全反射也不是 100% ，在每一次反射中也有极少量的折射。光线在一根 1m 长的纤维内传递，需反射数万次，所以每一次反射中的极少量折射，在到达纤维末端时，其消耗量也变得较为可观了。
在纤维两端面损失
光学纤维束：单根纤维的传递只能产生一个光点，要想看到图像，就必须把大量的纤维集成束。要想把图像传递到另一端也成一同样图像，就需要使每一根纤维在其两端所处的位置相同。以这种形式制成的纤维束称为 ” 首尾一致“束 . 。只有这种“首尾以至”的束才能产生图像，也称为导向束。成像纤维越细，被覆层越薄，成像束的纤维数目越多，所成的像分辨率越高（即图像越清晰）。然而，纤维越细导光性越差，被覆层由于受手工艺和光学原理的限制不能薄于 1.5 μ m ，纤维数目由于受镜身粗细的限制也不能过多。根据内镜的型号、大小和生产厂商的不同，成像束纤维的长度和数目也有很大差异。一般成像束内的纤维数目在 5000-4000 根之间。成像束的直径在 0.5-3mm 之间，单根纤维的直径一般在 8-12 μ m 之间。传递光线得纤维束叫导光束，因无需传递图像，所以其纤维不用首尾一致，随机排列既可。因不考虑其分辨率，所以每根纤维的直径可以较粗，以增加导光性。一般导光纤维束直径为 30μm

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3.. 纤维内镜的构成
前端部：在前端部的横断面上可以看到： ①吸引口及活检；②导光镜面；③物镜面；④气 /水喷出孔，有的纤维内镜的气、水喷出孔使分开的。侧视或斜视型纤维内镜的前端尚有举钳器。
镜身：镜身为一易弯曲的管道，其易弯程度随纤维内镜的用途不同而异。一般胃镜身较硬，结肠镜镜身前端较后端较硬。镜身系由钢丝网管及蛇型钢管制成，内有导向束、导光束、活检及吸引通道、注气 /水管道及控制角度的钢丝。外包有聚胺酯塑料管，此管具有密封和防腐蚀作用，以防止水和胃液的进入和酸腐蚀。
操作部：包括有目镜、调焦环、吸引阀门、注气 /水阀门、角度控制旋钮、活检孔等。
导光束连接部：导光束连接部将纤维内镜的导光属于光源及空气泵连接起来，也将盛水瓶、吸引泵连接起来。
4.纤维内镜的主要配件
光源：纤维内镜的冷光源类型很多，从简单的、低能量的卤素灯光源，到复杂的、高电流强度的氙灯光源。大型的、较先进的光源一般具有自动闪光，在摄影、电视录像和电影拍摄中可自动调光等。
教学镜：可接到目镜上，供第二者观看。由于导像束的再传导，亮度大大减弱，两者所能观察导的亮度仅为原谅度的 20%。
照像系统
普通照像机：接在纤维内的目镜上，通过纤维内镜的光源可自动曝光照像。当按下照像机快门时，下面一系列情况自动发生，光源的光闸关闭，切断来自光源的光线，照像机快门开放，光源的光闸开放，闪光触发，此时位于照像机内的光电管开始测量镜如像机的光强度，并反馈倒光源里的自动曝光电路中，当此电路测定所照像的曝光亮度已足，就会停止闪光，一个短暂的间歇后，照像机的快门关闭，整个过程为 0.25秒，然后光源又转回到观察时的正常光强度。
即时显像照像机可在 90秒钟内印出内镜照片。
电影摄像机：可为教学提供高质量资料
内镜电视系统可允许许多人同时观看，同时也可把图像路在磁带上。
电子内镜
电子内镜系美国 Welch Allyn公司于1983年首先创造并运用于临床的。电子内镜的特点为他既非通过棱镜也非通过光导纤维传导图像，而是通过安装在内镜顶端被称为“微型摄像机”的 CCD 将光能转变为电能，再经视频处理后将图像显示在电视监视器上。因此，电子内镜传导图像的机制与传统的内镜完全不同，通过视频处理尚可对图像进一系列加工处理并可通过各种方式将图像进行贮存和再生，国外学者将电子内镜看作是消化内发展史的第三个里程碑
1. 电子内镜的基本原理
耦合固体件（ charge couple device CCD ）的基本概念， CCD 的基本构造为对光敏感的硅片，此硅片又被绝缘物分隔成珊状的势井，当不同强度的光信号照射到 CCD 后，光子刺激硅片可产生相应能量的电荷蓄积于势井内，并以电荷耦合的方式将光信号转变为电信号，并传送到视频处理器从而完成图像的传送和再生。因此有传导图像的角度也可将势井看作使像素单位，势井越小即像素越多图像传导越为精确。
电子内镜彩色摄像的方式： CCD 仅能感受光信号的明暗强弱，只能得到黑白图像。为了获得彩色图像，必须在光学通路中放置色滤光片，大体上有以下两种方式：
面顺次方式：将一块附有 3 种颜色滤光片的圆板放置于光源与导光纤维之间，为使此圆板旋转时，红、绿、蓝 3 种色光即顺次照射对像物体。 CCD 摄像时所产生的红、绿、蓝 3 种色信号也顺次传送（有时间差异）并储存记忆进视频处理器。 Welch Aiiyn 、富士通及奥林巴斯的第一代（）和第三代产品（）均采用此种彩色化的方式。
同时方式：在 CCD 受光面装置镶嵌式原色或补色滤光片，受白色光源照射的对象物体发出的信号作用到 CCD 时，由于镶嵌式滤光片的作用立即转化为色信号，传递并贮存记忆进视频处理器，红、绿、蓝三种色信号同时传送，在时间上无差异，东芝公司及奥林巴斯公司的第二代产品（）均采用此种彩色化方式。面顺次方式的特点为红、绿、蓝三原色的各像素数与 CCD 的像素数相等，例如一般为 3 万，红、黄、蓝三原色的像素也分别为三万。同时方式的三原色或补色的像素数也分贝别为三万。同时方式的三原色或互补色的像素数则与镶嵌式色滤片的各对应色滤片的数量有关。电子内镜的解像度与像素的数量有关，像素越多接像度越好。因此若 CCD 的像素数量相同，面顺次方式的解像度优于同时方式。但面顺次方式的缺点为红、黄、蓝 3 种色信号的传送有时间上的差异，应此会产生图像模糊现象。
视频处理器：主要具有以下两种功能： ①为红、黄、蓝面顺次方式电子内镜提供分裂彩色光源；②将电子内镜 CCD提供的模拟信号转化为二进制代码信号，一旦转换后就可以将影像贮存在录像带、计算机硬盘、激光盘中或进行拷贝、打印等。需要时可将影像再生，与过去或将来的影像进行对比。此外，视频处理器尚可附有打印机，可将与患者及病情有关资料打印贮存。
电子内镜：除不具有观察用的目镜外，电子内镜的其他机械结构——送气送水系统、活捡通道、角度钮等均与光学内镜完全相同。目镜的代替部分则因厂而异。 Welch Allyn公司的产品代之以活检孔，奥林巴斯公司的产品则代之以凝集图像即照像图像的控制旋钮。
2.电子内镜与光学内镜的性能比较
观察方式：光学内镜的操作部装置有目镜，术者必须通过目镜才能观察到图像，虽然可在目镜部连接电视摄像机，通过电视系统使图像在荧光屏显示，但其图像远不如电子内镜清晰。电子内镜则完全由高性能的电视监视器来显示清晰不失真的彩色图像，可供多人同时观看，有利于教学和会诊，在进行各种内镜治疗时，有利于助手与手术者的紧密配合。此外，由于术着使用双眼观看高性能监视器显示清晰的图像，可避免单眼观察目镜所引起的视力疲劳和长时间强光刺激对眼睛所造成的不良影响。
插入性能：插入性能的优劣与内镜的形状、粗细、柔软度、内镜顶端硬性部的长短等因素有关。电子内镜的顶端装置有 3，占据一定的体积，必须镜可能缩小3的大小，否则势必增加内镜顶端硬性部的长度，降低电子内镜的插入性能。早年的产品中均存在内镜顶端硬性部过长，插入性能不及类似型号光学内镜。但近年的新产品中，以克服以上缺点，其插入性能与类似型号的光学内镜已完全相同。
光学性能
视野角：早年的产品中，视野角均比较小，为 75o—105o之间。近年的产品中，视野角已扩大为120°，景深范围为3—100mm，与类似光学胃镜光学性能完全相同。
色调的再现性：影响纤维内镜图像色素的因素为物镜、光导纤维及目镜，其中以挂光导纤维影响的因素最大，长度超过 1m 的光导纤维有可能吸收某种波长的光而影响内像的色调。影响电子内镜的因素为 CCD 、视频处理器及监视器的特性，与光学内镜相比，影响电子内镜的因素更多而复杂。光钱健三曾应用电视彩色分析器和各种色标来测定奥林巴斯 GIF — Q100 电子内镜与 GIF — Q10 光学内镜的色调再现性，测定结果说明，电子内镜的色调再现性优于光学内镜。
对微细病变的诊断能力：胜部龙男曾在手术前对 45 例各种胃病患者进行了光学内镜和电子内镜检察，并将检查的结果与手术病理相对照，结论为电子胃镜对微细病变的诊断能力优于光学内镜。他更容易辨认胃溃疡出血的外露血管及周围再生上皮的性状，对呈现扁平隆起的异型上皮与Ⅱ a 型早期胃癌更易做出鉴别诊断。此外，由于电子内镜的图像清晰并有一定的放大效果，能够显示粘膜面的微细色调变化和其他性状改变，因此在一定程度上提高了对微小型Ⅱ b 和Ⅱ c 型早期胃癌的捡出率。佐竹仪治认为，电子结肠镜提高了结肠小息肉（直径〈 0.5cm 〉检出率。
保存图像的性能：光学内镜只能通过照像获将光导纤维传像所得的图像录制后保存，方法单调且图像不够清晰。电子内镜由于使用 CCD 将光信号转变为电信号，通过视频处理器处理后可以用多种方式记录和保存图像。 ①应用磁带录像机将电子内镜的清晰图像录制保存动态图像；②将电子建起的土像“冻结”后，用 35mm照像机怕摄保存静止图像；③应用激光光盘既可记录动态图像也可记录进台图像，静态图像的最大纪录量大24000帧；④应用柔软塑料磁盘可记录静止图像50帧。电子内镜尚可与电子计算机相连接，将患者的姓名、性别、年龄、主要症状、诊断结果等临床资料与纪录的各种图像输入计算机内，当需要对患者随访观察或对大宗病例进行统计研究时，可随时检索各种资料。
耐久性 : 光导纤维内镜有数万根纤细的玻璃纤维传导图像。随着使用次数的增多，玻璃纤维将逐渐折断，视野中的黑电也将逐渐增多，使也变得黯淡不清晰。电子内镜通过 CCD 导像，不存在玻璃纤维则端和易受 X 线破坏的缺陷，因此电子内镜的耐久性由于光导纤维内镜。
3. 电子内镜的未来
电子内镜系利用 CCD 将光信号转变为电信号，因此有可能通过电子计算机进行图像处理，机对颜色信息的构造信息进行有选择的增强或减弱，使观察者更容易人情病变做出存在诊断和质的诊断。当前正在研究和发展中的图像处理方式如下：
微分处理等方法增强图像的形态轮廓：图像是由各种频率的成分组成—表示图像全急剧变化和微细部分的高频成分、表示图像缓慢变化和粗糙部分的低频成分、表示画面全体平均值的直流成分。通过微分处理将高频成份增强，从而使图像的轮廓更显著。
增强或减弱 RGB 中的某种色调，使病变部更为突出，便于发现。
增强 RGB 信号的灰度对比，可以使 Ⅱ b 型早期胃癌病变的境界、粘膜斑、发红及粘膜下静脉等更为明显可见。
电子计算机对图像构造（凸凹）信息和颜色信息进行定量测定，有利于对病变诊断和变化提出客观依据。
此外，电子内镜测定消化管粘膜的温度，血流量等也正在开发和研究中。
电子内镜与一般光学内镜相比虽然具有上述一些优点，且在图像处理尚又有相当发展余地，但目前价格相当昂贵，一般医疗单位用于诊断、治疗仍以配备光学纤维内镜更为经济使用。
超声内镜
超声内镜系将微型超声探头安置在内镜的顶端，当将内镜插入消化管后即可通过内镜直接观察粘膜表面的病变形态，有可进行超声扫描，获得消化管关闭各层次的组织血特征及周围临近重要脏器的超生影像，因此扩大了内镜的诊断功能和范畴，提高了内镜的诊断能力。此外，在消化管官腔内进行超声扫描，明显缩短了超声探头与靶器官间的距离，避免了腹壁脂肪、肠腔气体和骨骼系统对超声波的影响和干扰。比一般体外“ B ”超声能够使用较高频率的超声探头，显著的提高了分辨率，从而使位于腹腔深部的胆总管末端和胰头部的病变也能清晰显示。因此，超声内镜不仅具备内镜和超声双重功能，而且弥补了两者的不足之处，提高了内镜和超声的诊断水平。
1. 超声内镜的发展情况
体腔内超声检察最早应用于直肠、妇科及泌尿科疾患 .1957 年 Wild 和 Reid 等将 10 — 15MHz 的超声探头擦入直肠腔内对直肠癌进行超声检查。 1968 年渡边等开展了前列腺的超声检查。 1976 年 Franzin 将探头插入食道官腔内对心脏进行 M 型超声波检查。但以上这些均为非直视下的将超声探头插入较浅体腔内进行的尝试，直到 1980 年 Dimagno 和 Green 首次用内镜和超声组合在一起的电子线型超声胃镜作动物试验获得成功。此后，对超声内镜不断进行改进。根据超声扫描方向与超声内镜镜轴的互相关系，基本上可将超声内镜分为两类：
与内镜轴相垂直德的线型扫描超声内镜：系利用一组与内镜长轴垂直排列的换能器，电子触发进行线型扫描。
内镜镜轴相垂直的扇型扫描超声内镜：系利用直流电视机驱动旋转位于镜内顶端的超生换能器或声学反射镜，从而获得与内镜镜轴相垂直的超声扫描图像，目前应用最广泛的为扇型扫描超声内镜。

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2 超声胃镜的基本功能
应用最广泛的扇型扫描超声胃镜通过位于操作部下放的直流电机以 10 次 / 秒的速度旋转驱动内镜顶端的反射镜，使超声脉冲与镜身垂直发出送达体内的靶器 . 管，反射回来的超声波又通过此旋转反射镜达到超声换能器，进而输送到显示装置。超声频率的大小与穿透深度呈反比，与分辨率成正比。即超声频率越大，穿透深度越浅，分辨率越高。超声胃镜放入消化官腔后即缩短了超声探头与靶器官间的距离，降低了对超声穿透深度的要求，因而有可能使用比一般体外超声更高的频率，获得高分辨率的图像。因此超声胃镜有可能客观的判断食管癌、胃癌浸润壁层的深度、周围是否由衷的淋巴结；也可判断粘膜下肿瘤的起源以及判断胰头部和胆总管末端的病变性质。超声内镜术前判断食管癌浸润深度的正确率为 58% — 85% ，胃癌为 80% — 85% ，胃粘膜下肿瘤诊断整 . 却率为 96% ，胰腺癌及胆管癌各为 100% 。
除超声内镜外，超声结肠镜及超声十二指肠镜也已应用于临床。但目前超声内镜尚存在以下缺点有待改进： ①与一般纤维内镜相比，视野窄小，观察费力 ;②镜身粗，外径达13mm，前端硬性部长达4.2cm，患者受检时有一定痛苦；③必须沿消化管走行方向进行检查，限制了超声探头的活动范围，更不能在互相垂直的两个断面扫描。因此超声内镜不能完全取代一般纤维内镜和体外“B”超检查。
二、中国消化系内镜的开展状况
国内开展消化内镜检查已有 30年历史，起初除硬式直肠镜、乙状结肠镜使用较为广泛外，其他如胃镜、腹腔镜等仅在少数单位、少数患者中进行，很长时期没能形成规模性普及应用，从70年代初期引进纤维内镜之后，情况有了显著变化，消化内镜迅速发展普及，几乎成为消化专科的常规诊断工具。消化内镜医师人数达1万人左右。开始10年内以诊断内镜内主，近10 年来进入诊断与治疗相结合的新阶段，大大促进了消化系疾病的科研和诊治水平。国内由于消化内镜诊断的普及及应用，临床大量实践积累了丰富的经验，通过一些专科学术交流会议，对内镜下的诊断标准方面也做过一些统一认识的工作，如胃炎、胃癌等。但有相当一部分标准尚未明确制定，如食管静脉曲张的分类，消化型溃疡的伴出血的内镜诊断标准等，这对同一评价疗效及判断预后等各方面带来一定的困难,有待进一步探讨明确。
在治疗内镜方面，国内开展最多的是消化道息肉圈套切除和取异物术，已积累了丰富的实践经验。对上消化道出血的各种内镜止血方法的疗效评价，如激光、微波、注射疗法及喷射各种止血药物等，国内报道甚多，但由于缺乏统一的内镜下出血诊断分类标准，因而难以取得统一的疗效评价判断。食管静脉曲张硬化剂注射治疗的近期止血效果是肯定的，也已有少数远期疗效评价报告。硬化基础进口外，国产鱼肝油酸钠目前也已在临床推广使用，但尚无有关药物效果比较的报。有关静脉套扎止血方法也在少数单位开始使用，近期疗效可以与硬化剂注射疗效相媲美。国内胰、胆疾病的内镜造影诊断在 70年代中期及逐渐推广开展，但在治疗方面起步较晚，以乳头切开为例，较国外晚5年。近些年来开展的单位已有了迅速的扩展，但在数量及开展的项目方面都还比较少。从胆、胰疾病的内镜非手术治疗与手术治疗相比所占比例也比较低，还有很大的开发余地，其主要原因，一方面是设备条件不配套，另一方面和内外科的通力协作不够密切等因素有关。此外应用消化内镜结合光电仪器开展有关消化器官的形态、动力和分泌功能的监测研究也日益受到重视。关于设备问题，目前主要依靠依靠进口。由于价格昂贵且需要配套的附件种类繁多，大部分也需要进口，且缺一不可。这些都在一定程度上限制内镜的更广泛使用和专业人才的培养和提高。因此积极研制国产合格内镜器械仍是十分紧迫的任务，尤其要研制一些适合基层农村广泛普及使用、结构简单的、价格合理的纤维内镜及附件。随着治疗内镜逐渐普及，并发症的发生率已有所增加，因此必须加强技术上的规范化培训，严格掌握适应证。操作严格按程序进行以及内外科密切的协作。
近些年来应用腹腔镜技术开展胆囊、肠道、阑尾以及腹膜后肿瘤切除为内镜治疗有开拓了一个新的领域，虽然国内起步稍晚但已取得了可喜的进展，随着消化内镜治疗技术的不断发展，将为患者减轻病痛，缩短疗程，降低治疗费用和住院日数创造更为有利的条件。

sunnyzzf

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