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電子�(nèi)窺鏡
閱讀�4811�(shí)間:2017-03-02 14:08:05

    電子�(nèi)窺鏡(endoscopy)是一種可插入人體體腔和臟器內(nèi)腔�(jìn)行直接觀察、診�、治療的集光、機(jī)、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(電荷耦合器件),將所要觀察的腔內(nèi)物體通過(guò)微小的物鏡光�(xué)系統(tǒng)成像到CCD�,然后通過(guò)�(dǎo)像纖維束將接收到的圖像信�(hào)送到圖像處理系統(tǒng)上,在監(jiān)視器上輸出處理后的圖�,供�(yī)生觀察和診斷�

歷史背景

    隨著白熾燈及小型照相�(jī)的開(kāi)�(fā)�1865年由Kussmaul�(kāi)�(fā)了可以稱(chēng)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��1881年制成了硬直管式胃鏡,此后開(kāi)�(fā)了軟性胃鏡�1903�,德�(guó)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�(kāi)�(fā)了胃照相�(jī)??梢哉f(shuō)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�(diǎn)上是具有劃時(shí)代意義的。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(wèn)��
    1957年Hirshowit等應(yīng)用玻璃纖維技�(shù)�(kāi)�(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�、關(guān)節(jié)、膀胱等鏡型。通過(guò)顯微�(nèi)窺鏡的光�(xué)纖維可以傳導(dǎo)圖像和傳�(dǎo)照明用光源。通常光源是采用冷光源,不�(huì)燙傷和損傷內(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�,能早期�(fā)�(xiàn)微小病變,如癌、瘤、炎�、潰瘍、息�、異物等。它可以直接刷取脫落�(xì)�,鉗取活體組�,作涂片或病理檢查。另�,借助纖維�(nèi)窺鏡可�(jìn)行一些治療,如吸�,高頻手�(shù)、止血、鉗取胃�(chóng)、引流結(jié)�、取異物、以及腔�(nèi)激光治�、冷療等。自窺鏡�(kāi)�(fā)至今20 多年�(lái)。已�(fā)展到盡善盡美的程��
    1983年welch-Allyn公司和日本先后開(kāi)�(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)用,吸收了CCD的開(kāi)�(fā)、計(jì)算機(jī)、半�(dǎo)體技�(shù)�(jìn)步及小型攝像�(jī)的普及等�?chē)茖W(xué)技�(shù)的�(jìn)�。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�,使光學(xué)圖像變成電視圖像,由電線(xiàn)�(dǎo)出電視信�(hào)在電視屏上顯示出�(lái)。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�(dá)4 �10 �(wàn)�(gè),加上信�(hào)處理系統(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�(méi)有目�,圖像直接送顯示器,或?qū)D像用視頻打印�(jī)打印�。也可以�(jìn)行錄像�

用�

    電子�(nèi)窺鏡(endoscopy)是一種可插入人體體腔和臟器內(nèi)腔�(jìn)行直接觀�、診�、治療的集光、機(jī)、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(電荷耦合器件),將所要觀察的腔內(nèi)物體通過(guò)微小的物鏡光�(xué)系統(tǒng)成像到CCD�,然后通過(guò)�(dǎo)像纖維束將接收到的圖像信�(hào)送到圖像處理系統(tǒng)上,在監(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�,但由于電子�(nèi)窺鏡�(jià)格昂貴,生產(chǎn)工藝不如纖維�(nèi)窺鏡成熟,在一定時(shí)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(wú)損檢�(cè)和孔探技�(shù)�(yīng)�,因�,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�(jī)械結(jié)�(gòu)和工作原理上基本�(méi)有大多的差別�
    �(yī)用內(nèi)窺鏡是直接用�(lái)觀察人體內(nèi)臟器官的組織形態(tài),提高診斷的�(zhǔn)確性。隨著科�(xué)技�(shù)的發(fā)�,各種先�(jìn)的科�(xué)技�(shù)都在向醫(yī)�(xué)滲�,微電子�(xué)、計(jì)算機(jī)技�(shù)、超聲技�(shù)、自�(dòng)化技�(shù)使得�(yī)用內(nèi)窺鏡得到�(fā)展,各種各樣的內(nèi)窺鏡相繼�(chǎn)�,其功能不斷�(kuò)展,成為集檢�、診斷、治�、手�(shù)為一體的系列�(chǎn)��
    目前�(fā)�(dá)�(guó)家均在大力開(kāi)展內(nèi)窺鏡的應(yīng)用開(kāi)�(fā)工作,國(guó)際市�(chǎng)上知名的品牌有日本歐林巴�(Olympus),美�(guó)雅�(Welch Allyn),德�(guó)Karl storzhe Richard Wolf 和英�(guó)Ultralfine�。我�(guó)的內(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年。國(guó)�(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)療器械五廠、沈大內(nèi)窺鏡有限公司�

系統(tǒng)�(gòu)�

    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�(gè)主要部分組成。另外,CCD耦合腔鏡、腔�(nèi)冷光照明系統(tǒng)(目前為L(zhǎng)ED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�。電子內(nèi)鏡的�(gòu)成還配備一些輔助裝�,如錄像�(jī)、照相機(jī)、吸引器以及用來(lái)輸入各種信息的鍵�(pán)和診斷治療所用的各種處置器具�。電子內(nèi)窺鏡在國(guó)�(nèi)大中型醫(yī)院內(nèi)鏡室的診斷和治療活動(dòng)中起著十分重要的作用。具有分辨率�、易于診�、管徑細(xì)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)�(diǎn)。主要缺�(diǎn)是易損壞,一般用�(hù)不能修理,廠家維修費(fèi)用高�
    從詳�(xì)部件�(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)生檢查、治療時(shí)手持操作的部�,主要包括角度控制轉(zhuǎn)�、卡�、功能按�、吸引活塞、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�,由電氣接頭、導(dǎo)光接�、送水/送氣接頭、吸引接頭組�。而在診治活動(dòng)中動(dòng)作最頻繁的部�: 一是操作部,包括有送氣/送水按鈕、吸引按�、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等。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�(jìn)入和腐蝕。這兩�(gè)頻繁工作的部件一旦損壞,必須�(qǐng)人員用專(zhuān)用工具和�(zhuān)用配件才能�(jìn)行修�(fù),造價(jià)高,�(shí)間長(zhǎng)。因�,正確地操作和精心的維護(hù)保養(yǎng),對(duì)防止和減少電子內(nèi)窺鏡的故障發(fā)�,延�(zhǎng)其使用壽命具有重要意��

工作原理

    電子�(nèi)窺鏡的成像主要依�(lài)于鏡身前端裝備的微型圖像傳感�(charge coupled device,CCD),CCD就象是深入人體腔�(nèi)的一�(tái)微型攝像�(jī),它將光能轉(zhuǎn)�?yōu)殡娔?,再?jīng)�(guò)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��
    下面以醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡為例詳細(xì)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)�(dòng)、圖像采�、編碼電路(�(qū)�(dòng)CCD、控制圖像采集與編碼��3)彩色圖像畸變實(shí)�(shí)校正系統(tǒng)(用于實(shí)�(shí)在線(xiàn)校正�(nèi)窺鏡光學(xué)系統(tǒng)的畸變)�4)視頻驅(qū)�(dòng)亮度控制系統(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(guò)傳光束(光纖)照射到人體�(nèi)�,從腔內(nèi)反射的光�(jìn)入光�(xué)系統(tǒng),在高分辨率彩色面陣CCD上成像由CCD�(qū)�(dòng)電路控制CCD采集圖像,經(jīng)編碼電路輸出�(biāo)�(zhǔn)彩色視頻信號(hào)。亮度控制系�(tǒng)根據(jù)CCD輸出的視頻信�(hào)�(diào)節(jié)光源的亮�,確保輸出圖像上�(méi)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�(hào),圖像畸變校正系�(tǒng)�(duì)其�(jìn)行在�(xiàn)�(shí)�(shí)校正,并輸出校正后的�(biāo)�(zhǔn)彩色視頻信號(hào)�
    �(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�� 又具有信�(hào)電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和讀出功能,其工作過(guò)程可分為四步:
    步是光積分期,即曝光�(shí)�,這時(shí)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)換�
    第二是在光積分的同時(shí),把每�(gè)像元�(chǎn)生的光電荷暫�(shí)存儲(chǔ)在相�(yīng)的光敏二極管�(shì)阱中� �(shí)�(xiàn)信號(hào)電荷存儲(chǔ)�
    第三是在曝光�(jié)束后,把存儲(chǔ)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)移�
    第四是在讀出放大器中把每�(gè)光生電荷依次�(zhuǎn)變成相應(yīng)的視頻信�(hào),完成信�(hào)讀�,因此CCD圖像傳感器可以看成一�(gè)光—電變換�,它能把一幅空間分布的光學(xué)圖像變換成按�(shí)間順序分布的視頻電壓信號(hào)�
    �(dāng)光學(xué)圖像�(jīng)�(guò)物鏡成像在CCD傳感器上�(shí),在CCD器件上將感生與投射光�(qiáng)相對(duì)�(yīng)的光電荷(光電效應(yīng)),這些光電荷將存儲(chǔ)在二極管的勢(shì)阱中,經(jīng)�(guò)一定時(shí)間的積累,在�(qū)�(dòng)脈沖的作用下,各光敏元的電荷包同�(shí)并行地向移位寄存器各單元�(zhuǎn)�,在光敏元�(jìn)行下一次光電荷積累的同�(shí),在讀出脈沖的作用�,寄存器�(nèi)的電荷包�(kāi)始沿移位寄存器向輸出端轉(zhuǎn)移,從而獲得光電信�(hào)輸出,由此輸出的光電信號(hào)�(jīng)�(guò)同步電路、同步疊加電路疊�、消除脈沖干�、直流電平恢�(fù)與控制、線(xiàn)性放�、輸出功率放大、二值化處理等電路處�,從而得到全電視信號(hào)輸出。�(jìn)一步的處理� 則是按使用場(chǎng)合和技�(shù)要求的不同而分別�(jìn)行了�

故障及保�(yǎng)

    1、先端彎曲部常見(jiàn)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(huì)造成�(jiān)視器圖像顯示模糊、有黑點(diǎn),影響病癥的檢查和診斷。如出現(xiàn)劃痕、破裂、缺�,則停止使用;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(shí)先保持送氣狀�(tài),吸引后再次送水送氣操作,確保管道內(nèi)�(wú)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(huì)出現(xiàn)褶皺、破損、針�、重疊等故障,使鏡子不能使用,還�(huì)造成鏡子漏水,故平時(shí)�(yīng)做好鏡子的測(cè)漏,不能用力擦拭彎曲橡皮,使用水溶性潤(rùn)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(jiàn)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�(méi)有及�(shí)擦拭掉鏡子上的人體粘�、蛋白質(zhì),此�(lèi)物質(zhì)�(jié)晶后�(huì)使插入管�(fā)黃發(fā)�。防范措施主要是檢查完后及時(shí)清潔表面贓物,清洗時(shí)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(lèi)�(xiàn)象引起的原因主要是插入管和銳物碰�、清洗盤(pán)圈時(shí)角度�(guò)�、患者口墊脫落、鏡體被患者咬�、鏡子安放時(shí)被夾等。防范措施主要是拿鏡�、清洗時(shí)�(pán)圈角度不要過(guò)�,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(diǎn),主要是由于插入管打折角度過(guò)大、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?jǐn)�?。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(guò),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)部電氣部分短路,�(yán)重時(shí)造成CCD燒毀。造成此類(lèi)故障的原因主要是在彎曲角度過(guò)大時(shí)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(shí)通過(guò)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(méi)有問(wèn)題的活檢鉗;使用前做好測(cè)漏工��
    3、操作部常見(jiàn)故障解析及防范措�
    �1)操控按鈕、角度旋鈕漏�,可能造成操作�?jī)?nèi)部�(jìn)水,電氣短路。常�(jiàn)故障原因?yàn)椴倏匕粹o與鋒利部件碰�,或�(zhǎng)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�(cè)漏工��
    �2)吸引口磨損,嚴(yán)重時(shí)將出�(xiàn)自動(dòng)吸引,雖吸引量很小,但直接造成送氣量不�,無(wú)法將胃完全撐�(mǎn),一直保持長(zhǎng)�(shí)間送氣狀�(tài)。錯(cuò)誤的抽出附件的手法往往�(huì)�(dǎo)致吸引口磨損,加�(qiáng)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(shí)用力�(guò)大使得超�(guò)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�(shí)�(dòng)作要輕緩,一�(lái)不傷及病�,二�(lái)保護(hù)角度鋼絲�
    4、電氣連接部常�(jiàn)故障解析及防范措�
    �1)電氣連接口腐蝕和生銹�(huì)造成圖像閃爍、抖�(dòng)等異常現(xiàn)�,嚴(yán)重的�(huì)使CCD 損壞。引起該故障的原因主要為:清洗消毒時(shí)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連。防范措施為:鏡子在清洗消毒�(shí)要蓋防水�,之后一定要用干布擦拭鏡身并用氣槍吹干電氣接口點(diǎn)�
    �2)電氣連接頭與連接座在卡口未對(duì)�(zhǔn)的情況下用力嵌入,造成電氣連接頭內(nèi)的金屬針頭折�,引起圖像異常或�(wú)圖像顯示。電氣連接�(shí)按對(duì)�(yīng)的位置卡牢接口以避免該故��

�(fā)展趨�(shì)

    目前我國(guó)工業(yè)電子�(nèi)窺鏡�(fā)展方向主要傾向于高附加�、高�(zhì)量、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(wèn)題原材料、利�(rùn)、價(jià)�、成本等�(wèn)題仍然存�,而且由于各企�(yè)的擴(kuò)大生�(chǎn)可能�(jìn)一步加劇,但無(wú)論怎樣,工�(yè)電子�(nèi)窺鏡企業(yè)�(yīng)該認(rèn)�(shí)到問(wèn)題的�(yán)重�,努力推�(jìn)技�(shù)改革和�(jìn)步,走環(huán)境友好型和技�(shù)�(jìn)步型才是工業(yè)電子�(nèi)窺鏡企業(yè)可持�(xù)�(fā)展的必由之路�
    �(duì)于醫(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)�(dá)�(guó)家已研制成功手術(shù)�(jī)器人系統(tǒng),用它來(lái)完成�(nèi)窺鏡的操作甚至手�(shù)器械的操�。手�(shù)更安�、準(zhǔn)確、便�,大大減輕�(yī)�(wù)人員的勞�(dòng)�。另�,隨著�(xiàn)代通信�(wǎng)�(luò)技�(shù)的發(fā)�,�(yuǎn)程操作內(nèi)窺鏡手術(shù)已成功實(shí)�(xiàn),為有�(jīng)�(yàn)�(yī)�(wù)人員的缺乏起一定的彌補(bǔ)作用,�(jīng)�(yàn)豐富的外科醫(yī)生可以借助�(yuǎn)程操�,指導(dǎo)不便到達(dá)的急診手術(shù)??傊?�(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�

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