内窥镜知识介绍

医用内窥镜简介秒光电科技（西安）有限公司骆永明,（飞秒光电公司简介） 医用内窥镜简介一、 前 言二、医用内窥镜分类三、医用内窥镜系统组成四、医用纤维内窥镜五、医用电子内窥镜六、医用硬管内窥镜七、特种医用内窥镜简介八、内窥镜的发展方向,飞秒公司简介 飞秒公司是中国科学院西安光学精密机械研究所与中化集团公司发挥各自的优势而组建的一家高科技产业公司。成立于2001年7月，注册资金8000万元，建设厂区约一万六千平方米。飞秒公司实行事业部管理制，下设医电事业部、微小光学事业部、传感器事业部，主营业务为生物医电、微小光学、光纤传感器等领域的研发、生产和销售。公司通过了GB/T19001-2008质量体系认证和GB/T14000-2004 环境体系认证。,医电事业部是飞秒公司的核心部门之一，拥有一支医疗器械专业技术队伍和一整套研发、生产设备，并依据YY/T0287-2003质量管理标准进行管理，事业部内部设有销售部，售后服务部，生产部，技术研发部，品质部。医电事业部主要从事特种医用内窥镜等医疗产品的开发、生产、销售。 NLX-II内窥式流产吸引系统是飞秒公司医电部研制开发出的全新妇科用医疗仪器。已批量销售。,飞秒光电科技(西安)有限公司近景照片一组,随着科学技术的发展，医用内窥镜已经被广泛的应用于医疗领域，它是人类窥视、治疗人体内器官的重要工具之一。内窥镜在200年多年的发展过程中结构发生了4次大的改进，从最初的硬管式内窥镜（1806-1932）、半曲式内窥镜（1932-1957）到纤维内窥镜（1957以后），又到如今的电子内窥镜（1983年以后）。影像质量也发生了一次次质的飞跃。最初德国人研制的第一台硬管内镜以烛光为光源，后来改为灯泡作光源，而当今用LED照明，内镜获得的是彩色相片或彩色电视图像。其图像已不再是组织器官的普通影像，而是如同在显微镜下观察到的微观图像，微小病变清晰可辨，其影像质量已达到了较高的水平。医用内窥镜在临床上的应用越来越普及，它正在向着小型化、多功能、高像质发展。下面介绍一下医用内窥镜的分类、组成、结构、工作原理、临床应用及发展趋势。,一、前 言,二、医用内窥镜的分类,1、按其成像构造分类：可大体分为3大类：硬管式内窥镜、光学纤维（可分为软镜和硬镜）内窥镜和电子内窥镜（可分为软镜和硬镜）。 2、按其功能分类： 2.1、用于消化道的内窥镜：硬管式食道镜、纤维食道镜、电子食道镜、超声电子食道镜；纤维胃镜、电子胃镜、超声电子胃镜；纤维十二指肠镜、电子十二指肠镜；纤维小肠镜、电子小肠镜；纤维结肠镜、电子结肠镜；纤维乙状结肠镜和直肠镜。 2.2、用于呼吸系统的内窥镜：硬管式喉镜、纤维喉镜、电子喉镜；纤维支气管镜、电子支气管镜； 2.3、用于腹膜腔的内窥镜：有硬管式、光学纤维式、电子手术式腹腔镜。,2.4、用于胆道的内窥镜：硬管式胆道镜、纤维胆道镜、电子胆道镜。 2.5、用于泌尿系统的内窥镜：2.5.1 膀胱镜：可分为检查用膀胱镜、输尿管插管用膀胱镜、手术用膀胱镜、示教用膀胱镜、摄影用膀胱镜、小儿膀胱镜和女性膀胱镜。2.5.2 输尿管镜。2.5.3 肾镜。 2.6、用于妇科的内窥镜：宫腔镜、人工流产镜等。 2.7、用于关节的内窥镜：关节腔镜。,三、医用内窥镜系统组成,1、医用内窥镜系统组成： 1.1 医用内窥镜系统大体由三大系统组成：窥镜系统-图像显示系统-照明系统 1.2 内窥镜组成：镜体镜鞘 镜体：物镜、传像元件、目镜、照明元件、及辅助元件组成。 1.3 图像显示系统组成：CCD光电传感器，显示器，计算机，图像处理系统组成。 1.4 照明系统组成：照明光源（氙灯冷光源、卤素灯冷光源、LED光源），传光束组成。,2、医用内窥镜系统图片,3、医用内窥镜系统连接示意图,1、纤维内窥镜图片,四、医用纤维内窥镜,2、纤维内窥镜结构,纤维内窥镜一般由目镜、手轮（软性或半硬性）、钳道口、导光束接口、导像束、导光束组成，有些产品还包括送水（气）孔、闭孔器等。纤维内窥镜由光学观察系统、照明传输系统和支架构件组成。光学观察系统由聚焦成像的物镜组、传输物镜组像的传/转像组和目视观察用的目镜或CCD转接镜构成；照明传输系统由混编排列的多束导光纤维构成；支架构件由支承并包裹前述系统并开有手术或冲洗孔道的医用金属或有机材料构成。,目镜 旋钮 钳道口 导光束接口 导像束 导光束,纤维内窥镜头部结构示意图,3、纤维内窥镜分类,3.1 纤维内窥镜按用途分为：上消化道内窥镜、下消化道内窥镜、呼吸道内窥镜。 3.2 按光学视向角分为：前视型、斜视型、侧视型三种。 3.3 按功能分为：具有手术功能（带手术和/或冲洗孔道）和不具有手术功能（检查用）两种。,4、纤维内窥镜工作原理,纤维内窥镜与传统纯光学镜片构成的内窥镜或电子内窥镜的最大区别在于传像组采用了传像光纤，该传像光纤由多束导光纤维按照坐标对位原则面阵排列，每一根导光纤维作为面阵上一个像素在传像光纤两端的坐标位置一一对应。物镜将物体直接聚焦并成像于光纤面阵上，光纤面阵上的每一像素（每一根导光纤维）分别接收对应位置像的光能，并将该光能传输至传像光纤的另一端发出，光纤面阵上的所有像素在像方端输出的全部光能重组了物镜的聚焦像，即达到了光纤传像目的。,纤维内窥镜有效应用的关键性能是成像水平，除要求物镜有大视角、小畸变、高相对孔径和景深外，传像光纤质量是纤维内窥镜成像质量和水平的主要贡献，其中传像光纤的像素数是限制纤维内窥镜分辨极限的关键因素（对给定视场而言）。高像素数传像光纤的制作，涉及单光纤芯直径制造能力和成型技术。这类制造工艺有：热溶法等，排列工艺有：单层合片法等，目前传像光纤最小芯径不足5微米。其他如单光纤一致性质量、面形处理等也限制了传像光纤的质量。,5、 传像光纤介绍,5.1 光学纤维传光原理：普通光学纤维是一种的圆柱形细丝，它具有双层结构：中间是高折射率的纤维芯，外部是低折射率的纤维涂层，芯和涂层间具有良好的光学界面。那么入射光线在光学纤维内经过若干次全反射后将会从光学纤维的另一端出射。这就是光线在光学纤维中传播的简单原理。,5.2 传像光纤的两种排列方式,纤维光学元件的传像原理,5.3 制作要求：将拉制为成品的单丝，有序排列，一一对应。优点：柔软，便于弯曲，成本低廉。缺点：在使用中易断丝，使用寿命短，分辨率低。,5.4、软性传像束,制作要求：将拉制为成品的较粗的单丝，有序排列，一一对应后捆扎在一起再进行拉制。优点：在使用中不易断丝，使用寿命长，分辨率高。缺点：硬质结构不能弯曲，成本高。,5.5、硬性传像束,6、 传光光纤介绍,制作要求：将拉制为成品的单丝，杂乱无章排列。优点：柔软便于弯曲，成本低廉。缺点：在使用中易断丝，使用寿命短。,7、 LED照明元件介绍,LED发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。 LED的优点是：其照明光品质好，色温高，使用寿命长，体积小，价格低。已广泛用作内窥镜的照明。有各种大小不同的尺寸可供选择，小的外形尺寸0.2X0.2毫米。,8、冷光源介绍,8.1、冷光源分类：8.1.1 氙灯冷光源：功率大 色温高 照度高 灯泡寿命长。8.1.2 卤素灯冷光源：功率小 色温低 照度低 灯泡寿命短。,8.2、氙灯冷光源技术参数：8.2.1 色温不低于5600K 8.2.2 照度不低于180万Lux 8.2.3 灯泡功率 250350瓦 8.2.4 机壳外表温度不大于 60C 8.2.5 整机噪声不大于55dB 8.2.6 灯泡寿命不小于500小时,8.3、卤素灯冷光源技术参数：8.3.1 色温不低于3200K 8.3.2 照度不低于160万Lux 8.3.3 灯泡功率100200瓦 8.3.4 机壳外表温度不大于60C 8.3.5 整机噪声不大于55dB 8.3.6 灯泡寿命不小于50小时,9、纤维内窥镜的临床应用,9.1 应用：纤维内窥镜是供人体内腔检查和手术时用的医用光学器械。它利用人体自然腔道或切口导入人体，对预期区域或部位进行照明并于体外成像以供观察和诊查，结合手术器械可进行诸如：组织取样（活检）、切割、粉碎、消融、止血、凝固等临床手术。 9.2 纤维内窥镜的特点 9.2.1 可借助于手术器械、高频电刀、激光等进行活检并实施腔内手术。 9.2.2 纤维内窥镜为柔性内窥镜，其插入部及头部均能弯曲。 9.2.3 可通过摄录电视系统，供观察、研讨和教学之用，也可用照相予以记录。,10纤维内窥镜的主要技术参数,10.1 尺寸 10.1.1 插入部外径 10.1.2 工作长度 10.1.3 目镜外径 10.2 光学性能 视场角、视向角、像素数或分辨率（规定工作距）、 清晰范围、畸变、断丝数和分布、照明质量。 10.3 机械性能 10.3.1 密封性 10.3.2 表面质量 10.3.3 弯曲 10.4 耐腐蚀能力 10.5 电绝缘 10.6 生物相容性,用鉴别率板测量分辨率,1、电子内窥镜图片,五、医用电子内窥镜,电子内窥镜主要由内镜、电视信息系统中心和电视监视器三个主要部分组成。它的成像主要依赖于镜身前端装备的微型图像传感器（charge coupled device, CCD），CCD的主要功能是能把光信号转变为电信号。就是一台微型摄像机将图像经过图像处理器处理后，显示在电视监视器的屏幕上。比普通光导纤维内镜的图像清晰，色泽逼真，分辨率更高，而且可供多人同时观看。,2、 电子内窥镜的组成,3、 基本结构： 电子内镜的构成除了内镜、电视信息系统中心和电视监视器三个主要部分外，还配备一些辅助装置，如录像机、照相机、吸引器以及用来输入各种信息的键盘和诊断治疗所用的各种处置器具等。,4、 电子内窥镜的成像原理： 电子内窥镜的成像原理是利用电视信息中心装备的光源所发出的光，经内镜内的导光纤维将光导入受检体腔内，CCD图像传感器接受到体腔内粘膜面反射来的光，将此光转换成电信号，再通过导线将信号输送到电视信息中心，再经过电视信息中心将这些电信号经过贮存和处理，最后传输到电视监视器中在屏幕上显示出受检脏器的彩色粘膜图像。,5、 CCD图像传感器介绍：5.1 简介 CCD是电子内窥镜的核心器件，其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。5.2 技术参数5.2.1 摄像头尺寸：1/2寸 1/3寸 1/4寸-指靶面的对角线尺寸。5.2.2 像元总数：44万5.2.3 水平扫描：480Line。5.2.4 最低照度:3lux。5.2.5 信噪比：大于50dB。5.2.6 色彩：彩色、黑白。,6、 电子内窥镜在临床应用上的优点： 6.1、操作简单、灵活、方便 由于电子技术的应用，在诊断和治疗疾病时，操作者和助手以及其他工作人员，都能在监视器的直视下进行各种操作，使各方面的操作者都能配合默契且安全。因此操作起来灵活、方便，易于掌握。 6.2、病人不适感降到了最低程度 由于内镜镜身的细径化，在镜身插入体腔时，使患者的不适感降到了最低程度。,6.3、大大提高了诊断能力 由于CCD的应用，使像素数比纤维内镜大大增加，图像更加清晰逼真，且有放大功能。因此，它具有很高的分辨能力，它可以观察到胃粘膜的微细结构，也就是说能观察到胃粘膜的最小解剖单位-胃小区、胃小沟。故可以发现微小病变，达到早期发现、早期诊断、早期治疗的最终目的。除此之外，由于电子内镜的视野宽阔，内镜前端的弯曲角度大，避免了盲区，避免漏诊。,6.4、便于教学及临床病例讨论 由于是在监视器屏幕上观察图像，可以供更多人员共同观察学习，进行病例讨论，同时，也为提高诊断水平提供了良好的条件。 6.5、便于患者的密切配合 由于在监视器上观察图像，因此患者本人也可以直接参与观察，这对消除患者的紧张情绪、提高患者的检查兴趣和信心起到了积极的作用。,6.6、为教学、科研提供可靠的资料 由于电子内镜可以对检查过程进行录像、照相，所以为今后的教学、科研提供真实、可靠的第一手资料。 6.7、电子内镜功能在临床应用中的开发 电子内镜是继往开来内镜功能最全、最有开发前景的临床内腔镜检查设备。除了由于电子技术的应用使图像更加清晰、逼真外，单就CCD的开发潜力还相当巨大，到目前CCD已可达50万像素，据资料可知最高可达200万像素，可想而知电子内镜在今后的不断发展和完善过程中，它的图像分辨力将会提高多少倍，将会把发现早期病变带入一个崭新的世界。,6.8、另外，还可利用电视信息中心调整红、蓝、绿，调整不同颜色去观察不同的组织结构，从而达到各种组织结构的最佳分辨能力。目前电子内镜除了能观察到胃粘膜的最小解剖单位（胃小区、胃小沟）外，还可以观察到粘膜的肠上皮化生的绒毛状改变、溃疡周围的再生上皮、新生血管、粘膜下血管等显微镜下组织结构，因此，它对观察和诊断疾病的能力已达到了一个颠峰。,6.9、人们把图像分析技术用于电子内镜检查，可以得到胃的血流图，可以对病变进行定量分析，可以进行温度测定，还可以将超声探头装在内镜前端进行腔内超声探察。此外，还可以利用通信线路将电子内镜图像传至远方，进行临床疾病的会诊。 总之，多功能的电子内镜在临床疾病的诊断、治疗和研究疾病的发病机制以及病理变化过程中，将会越来越多地发挥出它的巨大贡献。,六、医用硬性内窥镜,1、硬性内窥镜分类：1.1 按传像元件分：1.1.1、棒透镜硬管内窥镜 1.1.2、电子硬管内窥镜 1.1.3、传像光纤硬管内窥镜1.2 按结构形式分：1.2.1、直杆不可分离硬管内窥镜 1.2.2、直杆可分离硬管内窥镜 1.2.3、弯管不可分离硬管内窥镜 1.2.4、弯管可分离硬管内窥镜,1.3 按视向角分：（视轴与镜体主轴的夹角）1.3.1、0视向角硬管内窥镜 1.3.2、30视向角硬管内窥镜 1.3.5、45视向角硬管内窥镜1.3.3、60视向角硬管内窥镜 1.3.4、70视向角硬管内窥镜1.3.5、90视向角硬管内窥镜,直杆不可分离硬管内窥镜耳镜等,直杆不可分离硬管内窥镜喉镜,直杆不可分离硬管内窥镜鼻窦镜,直杆可分离硬管内窥镜-尿道膀胱镜,直杆可分离硬管内窥镜-子宫腔镜,弯管不可分离硬管内窥镜-子宫腔镜,弯管可分离硬管内窥镜-人工流产镜,2、硬管内窥镜的结构及组成,2.1硬管内窥镜主要由光学成像系统和照明系统组成。 光学成像系统由物镜系统、转像系统、目镜系统三大系统组成。,2.2 纤维硬管内窥镜结构,2.3 棒透镜硬管内窥镜结构,2.4 硬管内窥镜物镜介绍,2.4.1、普通物镜介绍：普通物镜一般由2-4个光学镜片组成物镜光学系统。其优点是分辨率高，像质好。缺点是结构复杂，尺寸大，成本高。镜片外径国内能达到1毫米，国外能达到0.6毫米。,普通透镜光轨迹示意图,2.4.2、自聚焦透镜物镜介绍：也叫变折射率透镜。是通过特种玻璃熔炼、拉丝、离子交换、光学冷加工、镀膜制成的圆柱状透镜，透镜的光学材料的折射率沿径向按一定规律变化的，当光线通过时就产生了汇聚光线的作用。其优点是圆柱形结构，形状简单，尺寸小，最小直径可以达到0.2毫米，中心分辨率高，特别适合制作超小型内窥镜，成本低，装配方便。 缺点是边缘分辨率低，均匀性，一致性差。,自聚焦透镜光轨迹示意图,体积小：其直径可做到亚毫米级；平端面：好加工、好装配、易固定；视场角大：目前可达72；景深大：其在正常使用范围内不用调焦。,西安光机所飞秒公司是国内唯一能批量生产自聚焦成像物镜的企业，具有自主知识产权和核心技术,自聚焦透镜具有以下突出特点,2.5 硬管内窥镜传像元件介绍,硬管内窥镜传像元件共有三种2.5.1、棒透镜：绝大多数硬管内窥镜都使用棒透镜结构，特点是分辨率高景深大，像质好，缺点是直径偏大，最小直径2.7毫米。不能弯曲。2.5.2、传像光纤超细的硬管内窥镜和弯管的硬管内窥镜使用，优点是直径小可以达到0.6毫米。能弯曲。2.5.3、CCD图像传感器，目前用在电子腹腔镜。分辨率高、像质好。缺点直径大8-10毫米。,3、硬管内窥镜的工作原理,工作原理：被观察物经物镜所成的倒像，通过转像系统将倒像转为正像，并传输到目镜，再由目镜放大后，为人眼所观察。为构成不同的视向角，需加入不同的棱镜。不同用途的内窥镜根据使用要求制作成不同的外形、外径、长度，以达到使用所需的要求。照明传输系统由光导纤维组成。工作原理：将冷光源的光经过光导纤维传输到内窥镜前端，照亮被观察物。,七、特种医用内窥镜简介,特种医用内窥镜特点：下面介绍的几种特种硬管内窥镜均有以下特点：1、均能在有血临床使用环境中获取图像。2、内窥镜的形状均为弯曲结构。3、弯曲的镜体和镜鞘能组合与分离。,1、人工流产内窥镜：1.1 传统方法 盲视吸引 易产生医疗事故 子宫穿孔 粘连 不孕不育 病人创伤和痛苦1.2 临床需要：可视吸引 减少事故的发生 特点 能实现有血环境的宫腔