內窺鏡的技術分析與未來發展方向

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展，1983年美國人首先發明了電子內窺鏡并應用于臨床，被認為是內窺鏡發展*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將光能轉變為電能，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、不斷完善的發展進程。電子內窺鏡的出現，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。
 
       1 圖像質量
       圖像質量是電子內窺鏡的本質和zui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，由像素數量決定）、色彩還原性（逼真程度）和觀察的舒適性（圖像穩定性、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十萬個柵格，每一個柵格代表一個成像元素，像素數越多，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。
      （1）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
的優點是由于三色光分別照射，像素數相當于原來的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的彩虹現象。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。
        （2）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，zui高像素數達85萬。
         根據以上分析，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。
 
        2 視頻處理器
        視頻（圖像）處理器的作用是將電子內窺鏡CCD提供的模擬信號轉換為二進制代碼的數字信號，并可用多種方式記錄和保存圖像，如用錄像機錄制的方式保存清晰的動態圖像；用35mm照相機在監視器圖像凍結的狀態下拍攝保存靜止圖像；用激光光盤記錄動態或靜止的圖像；用軟盤記錄靜止圖像等。此外，電子內窺鏡系統還可以與電子計算機相連，將患者的姓名、性別、年齡、主要癥狀、診斷結果等臨床資料與所記錄的各種圖像存入計算機，通過編輯，可以打印檢查報告，也便于患者隨訪和病歷統計研究以及遠程會診和教學等。這種所
謂的圖文工作站可以與醫院各科室的患者和圖像資料工作站連網，實現醫院的計算機管理。目前，電子內窺鏡圖文系統已廣泛應用于各大醫院，受到醫生和患者的歡迎和好評。

        3 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zui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zui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，再加上一系列配套輔助器械的研制與開發，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
方法代替傳統的手術，大大減輕了患者的痛苦。

        4 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、處理和保存藥丸發來的彩色圖像信號，將接收器連于醫生的計算機，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，可將不同頻率、不同規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傷小、可減輕患者痛苦、術后恢復快、有利于降低醫療成本等特點外，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、電子關節鏡、電子喉鏡、電子膽管鏡、電子腦室鏡等也將 不斷問世，為電子內窺鏡手術開辟了廣闊的領域。
        目前，美國等一些西方發達國家正在研制一種內窺鏡手術機器人系統，用它來完成內窺鏡的操作，甚至手術器具的操作。借助于機器人動作、工作可靠的優點，可使內窺鏡手術更具安全性、準確性和便利性，大大減輕了醫務人員的勞動強度。

內窺鏡醫學的發展，新的電子內窺鏡產品的不斷研究和開發，人體的奧秘不斷被揭開，各種疑難病癥也會得到準確的診斷和治療。我們相信，在不久的將來，電子內窺鏡技術水平的提高必將為醫學發展帶來突破性變革。