電子�(nèi)窺鏡(endoscopy)是一種可插入人體體腔和臟器內(nèi)腔進行直接觀�、診�、治療的集光、機、電等高精尖技�(shù)于一體的�(yī)用電子光�(xué)儀�。它采用尺寸極小的電子成像元件�CCD(電�耦合�件),將所要觀察的腔內(nèi)物體通過微小�物鏡光學(xué)系統(tǒng)成像到CCD�,然后通過�(dǎo)像纖維束將接收到的圖像信號送到圖像處理系統(tǒng)�,在�(jiān)視器上輸出處理后的圖�,供�(yī)生觀察和診斷�
隨著白熾燈及小型照相機的開發(fā)�1865年由Kussmaul開發(fā)了可以稱之為消化系內(nèi)窺鏡起源的硬性胃�,為了增加直觀人體�(nèi)臟器官形�(tài)的研究,1881年制成了硬直管式胃鏡,此后開�(fā)了軟性胃鏡�1903�,德國人在歐洲最早制成裝有電光源的直腸鏡。這種由透鏡組成的內(nèi)窺鏡是硬性的�
1950年在日本開發(fā)了胃照相�??梢哉f這是代內(nèi)窺鏡。它能夠觀察通常人眼不能觀察到的胃�(nèi)情況,在這一點上是具有劃時代意義�。然�,它給受檢者造成的痛苦是很大�,且在診斷性能方面仍存在很多問��
1957年Hirshowit等應(yīng)用玻璃纖維技�(shù)開發(fā)了纖維鏡,這是第二代的纖維�(nèi)窺鏡。導(dǎo)光纖維的出現(xiàn)使內(nèi)窺鏡可以做成軟性的。導(dǎo)光纖維是由玻璃纖維或塑料等合成纖維做成的,利用光的多次全反射原理傳導(dǎo)光的一種纖維材�。在七十年代初期研制出了性能比較完善、使用方便地各種顯微�(nèi)窺鏡,包括胃、食�、十二指腸、支氣管、鼻咽喉、直�、結(jié)�、小�、膽道、關(guān)節(jié)、膀胱等鏡型。通過顯微�(nèi)窺鏡的光�(xué)纖維可以傳導(dǎo)圖像和傳�(dǎo)照明用光�。通常光源是采用冷光源,不會燙傷和損傷�(nèi)臟器�。由于它柔軟可繞,大大減輕了病人的痛�。由于它的直觀性,能早期發(fā)�(xiàn)微小病變,如�、瘤、炎癥、潰�、息肉、異物等。它可以直接刷取脫落細胞,鉗取活體組�,作涂片或病理檢�。另外,借助纖維�(nèi)窺鏡可進行一些治�,如吸痰,高頻手�(shù)、止血、鉗取胃�、引流結(jié)�、取異物、以及腔�(nèi)激光治�、冷療等。自窺鏡開發(fā)至今20 多年�。已�(fā)展到盡善盡美的程��
1983年welch-Allyn公司和日本先后開�(fā)了電子內(nèi)窺鏡,即第三代內(nèi)窺鏡。第三代�(nèi)窺鏡基于固體攝像元件及大�(guī)模集成電路的廣泛�(yīng)�,吸收了CCD的開�(fā)、計算機、半�(dǎo)體技�(shù)進步及小型攝像機的普及等周圍科學(xué)技�(shù)的進步。它不用光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)圖像,而是在內(nèi)窺鏡的頭部裝� CCD固體攝像頭,使光�(xué)圖像變成電視圖像,由電線�(dǎo)出電視信號在電視屏上顯示出來。由于不用導(dǎo)光纖�,電子內(nèi)窺鏡的總體直徑和硬度大為減小。由于采� CCD攝像技�(shù),CCD的像素可�4 �10 萬�,加上信號處理系�(tǒng)可觀察胃小彎及十二指腸絨�,分辨率大大提高。電子內(nèi)窺鏡沒有目鏡,圖像直接送顯示器,或?qū)D像用視頻打印機打印出。也可以進行錄像�
電子�(nèi)窺鏡(endoscopy)是一種可插入人體體腔和臟器內(nèi)腔進行直接觀�、診�、治療的集光、機、電等高精尖技�(shù)于一體的�(yī)用電子光�(xué)儀器。它采用尺寸極小的電子成像元件—CCD(電荷耦合器件�,將所要觀察的腔內(nèi)物體通過微小的物鏡光�(xué)系統(tǒng)成像到CCD�,然后通過�(dǎo)像纖維束將接收到的圖像信號送到圖像處理系統(tǒng)�,在�(jiān)視器上輸出處理后的圖�,供�(yī)生觀察和診斷�
電子�(nèi)窺鏡同纖維內(nèi)窺鏡一樣分為電子胃�、電子十二指腸鏡、電子結(jié)腸鏡。近幾年�(fā)展很快,但由于電子內(nèi)窺鏡價格昂貴,生�(chǎn)工藝不如纖維�(nèi)窺鏡成熟,在一定時期內(nèi),尚難普及和取代纖維�(nèi)窺鏡的臨床應(yīng)�。電子內(nèi)窺鏡在應(yīng)用方面主要用于無損檢測和孔探技�(shù)�(yīng)用,因此,主要還是分為工�(yè)電子�(nèi)窺鏡和醫(yī)療電子內(nèi)窺鏡。在�(nèi)窺鏡機械�(jié)�(gòu)和工作原理上基本沒有大多的差別�
�(yī)用內(nèi)窺鏡是直接用來觀察人體內(nèi)臟器官的組織形態(tài),提高診斷的準確�。隨著科�(xué)技�(shù)的發(fā)�,各種先進的科學(xué)技�(shù)都在向醫(yī)�(xué)滲�,微電子�(xué)、計算機技�(shù)、超聲技�(shù)、自動化技�(shù)使得�(yī)用內(nèi)窺鏡得到�(fā)�,各種各樣的�(nèi)窺鏡相繼�(chǎn)�,其功能不斷擴展,成為集檢查、診�、治療、手�(shù)為一體的系列�(chǎn)��
目前�(fā)達國家均在大力開展內(nèi)窺鏡的應(yīng)用開�(fā)工作,國際市場上知名的品牌有日本歐林巴斯(Olympus),美國雅�(Welch Allyn),德國Karl storzhe Richard Wolf 和英國Ultralfine�。我國的�(nèi)窺鏡技�(shù)�(fā)展的較晚,總體技�(shù)水平與世界水平相差近15�。國�(nèi)主要生產(chǎn)廠家有上海醫(yī)用光�(xué)儀器廠、上海醫(yī)用診察儀器廠、上海醫(yī)療器械五�、沈大內(nèi)窺鏡有限公司�
整套電子�(nèi)窺鏡系統(tǒng)主要由內(nèi)�(endoscopy) 、電視信息系�(tǒng)中心(video information system center) 和電視監(jiān)視器(television monitor) 三個主要部分組�。另外,CCD耦合腔鏡、腔�(nèi)冷光照明系統(tǒng)(目前為LED光源)、視頻處理系�(tǒng)、和顯示打印系統(tǒng)是電子內(nèi)窺鏡的主要結(jié)�(gòu)的組成部分。電子內(nèi)鏡的�(gòu)成還配備一些輔助裝�,如錄像�、照相機、吸引器以及用來輸入各種信息的鍵盤和診斷治療所用的各種處置器具�。電子內(nèi)窺鏡在國�(nèi)大中型醫(yī)院內(nèi)鏡室的診斷和治療活動中起著十分重要的作用。具有分辨率�、易于診斷、管徑細、使用壽命長等優(yōu)�。主要缺點是易損壞,一般用戶不能修�,廠家維修費用高�
從詳細部件構(gòu)成上,電子內(nèi)窺鏡主要包括先端彎曲�、插入部、操作部、電氣接頭部。先端彎曲部是內(nèi)窺鏡的最前端,由送水/送氣噴嘴、導(dǎo)光束、物�、鉗子管道出�、彎曲橡皮等組成。插入部外面是帶刻度的外�,內(nèi)部包裹著�(dǎo)光束、導(dǎo)像束、送水/送氣�、鉗子管道和鼓輪鋼絲。操作部是醫(yī)生檢�、治療時手持操作的部分,主要包括角度控制�(zhuǎn)�、卡鎖、功能按�、吸引活�、送水/送氣活塞、鉗子管道入口等。電氣接頭部是電子內(nèi)窺鏡連接冷光源和圖像處理系統(tǒng)的部件,由電氣接�、導(dǎo)光接�、送水/送氣接頭、吸引接頭組成。而在診治活動中動作最頻繁的部�: 一是操作部,包括有送氣/送水按鈕、吸引按鈕、活撿通道、角度鈕�。二是鏡�,鏡身為一根易彎曲的插入管,由鋼絲�(wǎng)管及蛇型鋼管制成,在小于1cm的管徑內(nèi)容納有導(dǎo)向束、導(dǎo)光束、活�/吸引通道、注�/注水管道及控制角度的鋼絲�。外包有聚胺酯塑料管� 此管具有密封和防腐蝕作用� 以防止水和胃液的進入和腐蝕。這兩個頻繁工作的部件一旦損�,必須請人員用專用工具和專用配件才能進行修復(fù),造價�,時間長。因�,正確地操作和精心的維護保養(yǎng),對防止和減少電子內(nèi)窺鏡的故障發(fā)�,延長其使用壽命具有重要意義�
電子�(nèi)窺鏡的成像主要依賴于鏡身前端裝備的微型圖像傳感器(charge coupled device,CCD),CCD就象是深入人體腔�(nèi)的一臺微型攝像機,它將光能轉(zhuǎn)�?yōu)殡娔?,再?jīng)過圖像處理器“重建”高清晰度的、色彩逼真的圖像顯示在�(jiān)視器屏幕上�
下面以醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡為例詳細介紹下工作原理:
�(yī)用電子內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)主要包括四部分(�1):1)光�(xué)成像系統(tǒng)�2)CCD�(qū)�、圖像采�、編碼電路(�(qū)動CCD、控制圖像采集與編碼),3)彩色圖像畸變實時校正系�(tǒng)(用于實時在線校正內(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)的畸變)�4)視頻驅(qū)動亮度控制系�(tǒng)(調(diào)節(jié)光源的發(fā)光亮度)�
�1:醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)�(gòu)�
光源�(fā)出的光通過傳光束(光纖)照射到人體�(nèi)腔,從腔�(nèi)反射的光進入光學(xué)系統(tǒng),在高分辨率彩色面陣CCD上成像由CCD�(qū)動電路控制CCD采集圖像,經(jīng)編碼電路輸出標準彩色視頻信號。亮度控制系�(tǒng)根據(jù)CCD輸出的視頻信號調(diào)節(jié)光源的亮度,確保輸出圖像上沒有白色高亮度區(qū)�。由于光�(xué)系統(tǒng)存在畸變,CCD輸出帶有畸變的視頻信�,圖像畸變校正系�(tǒng)對其進行在線實時校正,并輸出校正后的標準彩色視頻信號�
�(nèi)窺鏡采用電荷耦合器件CCD作為圖像傳感�。CCD圖像傳感器具有光電轉(zhuǎn)換功能, 又具有信號電荷存�、轉(zhuǎn)移和讀出功�,其工作過程可分為四�:
步是光積分期,即曝光時間,這時CCD像元把入射光量子按比例地�(zhuǎn)換成光生電荷,完成光—電�(zhuǎn)��
第二是在光積分的同時,把每個像元產(chǎn)生的光電荷暫時存儲在相應(yīng)的光敏二極管勢阱�� 實現(xiàn)信號電荷存儲�
第三是在曝光�(jié)束后,把存儲的光生電荷沿CCD移位寄存器轉(zhuǎn)移到輸出區(qū)� 完成電荷�(zhuǎn)��
第四是在讀出放大器中把每個光生電荷依次轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的視頻信�,完成信號讀�,因此CCD圖像傳感器可以看成一個光—電變換�,它能把一幅空間分布的光學(xué)圖像變換成按時間順序分布的視頻電壓信��
當光�(xué)圖像�(jīng)過物鏡成像在CCD傳感器上�,在CCD器件上將感生與投射光強相對應(yīng)的光電荷(光電效應(yīng)),這些光電荷將存儲在二極管的勢阱中,經(jīng)過一定時間的積累,在�(qū)動脈沖的作用�,各光敏元的電荷包同時并行地向移位寄存器各單元轉(zhuǎn)�,在光敏元進行下一次光電荷積累的同時,在讀出脈沖的作用下,寄存器內(nèi)的電荷包開始沿移位寄存器向輸出端�(zhuǎn)移,從而獲得光電信號輸�,由此輸出的光電信號�(jīng)過同步電�、同步疊加電路疊加、消除脈沖干擾、直流電平恢�(fù)與控�、線性放大、輸出功率放�、二值化處理等電路處�,從而得到全電視信號輸出。進一步的處理� 則是按使用場合和技�(shù)要求的不同而分別進行了�
1、先端彎曲部常見故障解析及防范措�
�1)鏡頭蓋玻璃劃痕、破�、缺口、被污物覆蓋,會造成�(jiān)視器圖像顯示模糊、有黑點,影響病癥的檢查和診�。如出現(xiàn)劃痕、破�、缺口,則停止使�;如被污物覆�,則用軟紗布蘸清潔液擦拭干凈后再使用�
�2)送水/送氣噴嘴被粘�、異物堵�,造成送水、送氣不暢,影響鏡子的使用。方法:在吸引時先保持送氣狀�(tài),吸引后再次送水送氣操作,確保管道內(nèi)無殘留液體和鏡面的清潔�
�3)彎曲部表面覆著一層薄橡皮,有一定的彈�,確保彎曲角度的輕松操作。彎曲橡皮可能會出現(xiàn)褶皺、破�、針�、重疊等故障,使鏡子不能使用,還會造成鏡子漏水,故平時�(yīng)做好鏡子的測漏,不能用力擦拭彎曲橡皮,使用水溶性潤滑油擦拭可以避免彎曲橡皮提前出現(xiàn)老化膨脹�
2、插入部常見故障解析及防范措�
�1)插入管外皮出現(xiàn)�(fā)�、老化、結(jié)晶等�(xiàn)�,引起的原因主要是在檢查患者后沒有及時擦拭掉鏡子上的人體粘�、蛋白質(zhì),此類物�(zhì)�(jié)晶后會使插入管發(fā)黃發(fā)�。防范措施主要是檢查完后及時清潔表面贓物,清洗時要先用酶液浸�,然后用清水沖洗干凈�
�2)插入管蛇管出現(xiàn)針孔、破�、折皺,此類�(xiàn)象引起的原因主要是插入管和銳物碰�、清洗盤圈時角度過小、患者口墊脫�、鏡體被患者咬�、鏡子安放時被夾�。防范措施主要是拿鏡子、清洗時盤圈角度不要過小,提防與銳物碰撞、被�、鏡體被患者咬��
�3)插入管�(nèi)部的�(dǎo)光束�(dǎo)光暗�、發(fā)黃或不導(dǎo)�,導(dǎo)像束�(dǎo)像出�(xiàn)黑點,主要是由于插入管打折角度過�、擠�、碰�、被夾、被患者咬傷等�(dǎo)致導(dǎo)光束、導(dǎo)像束光纖有一部分斷裂。防范措施與�2)中相同�
�4)鉗子管道也位于插入管內(nèi)�,主要用于活檢鉗、異物鉗等從中通過,其故障主要是鉗子管道管壁有針孔、裂痕等破損,造成鏡子�(nèi)部漏�,從而引�(fā)鏡子�(nèi)部電氣部分短�,嚴重時造成CCD燒毀。造成此類故障的原因主要是在彎曲角度過大時通附�,在鉗子管道�(nèi)釋放針頭、活檢鉗、異物鉗。防范措施有:附件在先端彎曲部放松時通過鉗道管;等到附件伸出鉗道口后再釋放針�;閉合活檢鉗后再插拔;使用沒有問題的活檢�;使用前做好測漏工作�
3、操作部常見故障解析及防范措�
�1)操控按鈕、角度旋鈕漏�,可能造成操作部內(nèi)部進水,電氣短�。常見故障原因為操控按鈕與鋒利部件碰撞,或長久使用造成按鈕橡皮老化。防范措施主要為小心輕放,使用前做好測漏工作�
�2)吸引口磨損,嚴重時將出�(xiàn)自動吸引,雖吸引量很小,但直接造成送氣量不�,無法將胃完全撐�,一直保持長時間送氣狀�(tài)。錯誤的抽出附件的手法往往會導(dǎo)致吸引口磨損,加強使用者的�(guī)范操作可避免此故障的出現(xiàn)�
�3)角度鋼絲斷,主要是打角度時用力過大使得超過角度范圍引起。規(guī)范的操作和使用可以避免該故障。打角度時動作要輕緩,一來不傷及病人,二來保護角度鋼��
4、電氣連接部常見故障解析及防范措施
�1)電氣連接口腐蝕和生銹會造成圖像閃爍、抖動等�?,F(xiàn)象,嚴重的會使CCD 損壞。引起該故障的原因主要為:清洗消毒時電氣連接部未蓋防水帽,電氣連接口在沾有水的情況下與圖像處理中心相�。防范措施為:鏡子在清洗消毒時要蓋防水帽,之后一定要用干布擦拭鏡身并用氣槍吹干電氣接口點�
�2)電氣連接頭與連接座在卡口未對準的情況下用力嵌�,造成電氣連接頭內(nèi)的金屬針頭折�,引起圖像異?;驘o圖像顯示。電氣連接時按對應(yīng)的位置卡牢接口以避免該故障�
目前我國工業(yè)電子�(nèi)窺鏡�(fā)展方向主要傾向于高附加�、高�(zhì)�、高技�(shù)含量等高端產(chǎn)品發(fā)�。工�(yè)電子�(nèi)窺鏡行業(yè)面臨的問題原材料、利潤、價�、成本等問題仍然存在,而且由于各企�(yè)的擴大生�(chǎn)可能進一步加�,但無論怎樣,工�(yè)電子�(nèi)窺鏡企業(yè)�(yīng)該認識到問題的嚴重性,努力推進技�(shù)改革和進步,走�(huán)境友好型和技�(shù)進步型才是工�(yè)電子�(nèi)窺鏡企業(yè)可持�(xù)�(fā)展的必由之路�
對于�(yī)用電子內(nèi)窺鏡而言,首�,為了減輕病人的痛�,�(yī)用內(nèi)窺鏡向小型化,微型化方向發(fā)�;其�,為了便于�(yī)生的手術(shù)操作西方�(fā)達國家已研制成功手術(shù)機器人系�(tǒng),用它來完成�(nèi)窺鏡的操作甚至手�(shù)器械的操�。手�(shù)更安全、準�、便�,大大減輕�(yī)�(wù)人員的勞動力。另�,隨著�(xiàn)代通信�(wǎng)�(luò)技�(shù)的發(fā)�,遠程操作�(nèi)窺鏡手術(shù)已成功實�(xiàn),為有�(jīng)驗醫(yī)�(wù)人員的缺乏起一定的彌補作用,�(jīng)驗豐富的外科�(yī)生可以借助遠程操作,指導(dǎo)不便到達的急診手術(shù)。總�,�(yī)用內(nèi)窺鏡的發(fā)展為人們揭示了人體的奧�,使多種疑難病癥得到診斷和治療�
維庫電子�,電子知�,一查百通!
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