第三节 医用内窥镜技术进展

在200多年的发展过程中，医用内窥镜由最早的蜡烛光源发展到现在的冷光源，由长式硬镜发展到胶囊内镜。医学、光学、电学、影像学、工程学等学科的发展与融合不断促进新型内窥镜的产生，不断推动新技术萌发、碰撞，并展现出新的活力。

一　胶囊内镜技术

胶囊内镜(capsule endoscopy, CE)是一种胶囊形状的无线内窥镜（见图1-9），用于检查人体消化道的健康状况，以及用于诊断患者是否存在消化系统疾病。在进行胶囊内镜检查时，受检者吞咽胶囊状的内镜，胶囊内镜随着消化道的蠕动在体内运动，同时拍摄图像并传输到人体外的图像记录仪进行显示。胶囊内镜具有无痛、无创伤、无交叉感染等优点，可以实现大范围的消化道检查，被广泛应用于检查消化道各个部位。

根据检查部位的不同，胶囊内镜的电池容量、摄像器结构、拍摄频率各不相同，主要细分为食管胶囊内镜、胃胶囊内镜、小肠胶囊内镜以及结肠（大肠）胶囊内镜。其中，小肠胶囊内镜应用最为普遍，其被广泛用于不明原因消化道出血、小肠克罗恩病、小肠肿瘤等小肠疾病的诊断。胶囊内镜技术作为一种新兴的无创诊断技术，是消化内镜检查技术发展史上的一个里程碑，为消化系统疾病的诊断提供了新的方向。

二　气囊辅助内镜技术

由于胶囊内镜不能对病变部位进行活体取样，无法实施治疗，也较难控制其在小肠内的位置，所以目前在临床上通常只用作单纯的诊断工具。而气囊辅助内镜技术(balloon assisted endoscopy, BAE)的出现为小肠疾病的治疗提供了新的途径。

气囊辅助内镜包括双气囊小肠镜(double-balloon enteroscopy, DBE)和单气囊小肠镜(single-balloon enteroscopy, SBE)。2001年，首次有研究使用双气囊推进式小肠镜实现对小肠的检查。双气囊小肠镜是在肠镜顶端加装一个气囊和一个带气囊的外套管，利用气囊充气来保持内镜的稳定。通过对气囊的重复充放气操作来推进外套管并向后牵拉缩短肠管，使镜头可抵达回肠中下段甚至末端，从而全面且无盲区地对整个小肠进行检查。2006年，奥林巴斯公司研发出了单气囊小肠镜系统，其结构与双气囊小肠镜类似，但是只保留了外套管气囊，将镜身前端气囊去除，因此增加了整体的可视范围，操作上也得以更加简便。

气囊辅助内镜技术具有检查范围广、图像清晰、操作可控制、能在内镜下取活检组织明确病变性质等特点，因此在小肠疾病的治疗中得到了广泛的应用。例如：小肠多发息肉患者的定期复查和息肉切除就可以在双气囊小肠镜下进行，在镜下通过钛夹、电凝等方法直接止血。与传统的药物和手术治疗方式相比，双气囊小肠镜具有明显的优势，可以预防手术后肠粘连、肠出血和肿瘤等并发症发生，避免多次开腹手术。另外，双气囊小肠镜还可以对克罗恩病导致的肠腔狭窄或其他病因所致的肠道狭窄进行明确诊断和治疗。经过多年的临床应用，气囊辅助内镜技术已被证实是一种安全、有效的小肠疾病诊疗手段。

三　超声内窥镜技术

为了弥补内镜的检查范围被限制在组织表面的不足，进一步提升胰腺、胆总管下部等深部脏器的诊断率，超声内镜(endoscopic ultrasonography, EUS)逐渐进入人们的视野，它被认为是内镜技术与超声诊断仪的结合。

20世纪80年代，日本科学家久永光道等人在内镜的前端成功安装了微型超声探头。这种光学、超声复合成像内窥镜可以经食管探测心脏。1980年，德国Strohm公布了由超声内镜采集到的胰腺及小胰腺癌的超声图像。该内镜是日本阿洛卡公司的超声探头与奥林巴斯公司的侧视内镜结合的产品。随后，一些制造商又对超声内镜进行了系统性改进。至此，超声内镜取得了三个主要方面的应用：①消化道黏膜下肿瘤、浸润深度等黏膜下病变的诊断；②胆管结石或胰腺内分泌肿瘤的诊断；③部分消化道肿瘤的分期诊断。到了20世纪90年代，超声与光学复合成像的技术逐渐趋于成熟，超声内镜引导下的介入诊断和治疗技术逐步被应用于临床，并迅速发展，成为消化道疾病和胆胰疾病不可替代的诊疗手段。超声内镜引导下的介入诊断技术在微小病灶排查、病变性质判定、肿瘤分期等方面已展现出CT、MRI、ERCP等影像学技术难以比拟的优势，可与现有其他医疗技术联合应用，以提高诊断的准确率。

四　窄带成像技术

窄带成像技术，又称内窥镜窄带成像术(narrow band imaging, NBI)，由奥林巴斯公司工程师K.Gono于1999年研发。传统电子内窥镜照明所使用的光为白光，其宽带光谱由红、绿、蓝三色光组成。内窥镜窄带成像术使用窄带宽的滤光器来过滤不同波长的光，只通过波长较低的绿、蓝两色光波。根据蓝色光(415nm)和绿色光(540nm)穿透性能的差异，可以实现不同层级血管的显现。因为窄带成像术内窥镜可以起到对黏膜染色的作用，所以也被称为电子染色内窥镜，其成像效果如图1-10所示。

内窥镜窄带成像术的优势在于通过它可以清晰地观察黏膜微血管结构，能更容易识别血管结构中的病变，有效提高对早期肿瘤诊断的准确率。目前，内窥镜窄带成像术被广泛应用于呼吸道、消化道、腹腔成像等多个领域的临床诊断研究。

五　光学相干层析成像技术

光学相干层析成像(optical coherence tomography, OCT)是一种三维层析成像技术，主要基于低相干干涉原理。该成像系统主要由宽带光源、光电探测器、迈克尔逊干涉仪三部分组成，分辨率通常可以达到微米量级。

光学相干层析成像内窥镜结构上主要包括用于光束传输的单模光纤（例如，在使用1300nm光源时，为SMF28e），将光束聚焦（和偏转）的微光学器件以及光束扫描设备。根据成像光束相对于探头纵轴的方向，光学相干层析成像内窥镜可分为侧视内窥镜和前视内窥镜。侧视内窥镜更适用于检查大面积的管腔器官，而前视内窥镜通常更适用于活检。远端光学器件通常装在金属防护罩中，整个光纤都包裹在扭矩线圈中，以提供保护和达到灵活性的要求。它还可以传递扭矩（用于探头旋转），并允许从近端到远端线性平移（用于探头回拉）。实际使用中，内窥镜被包裹在透明的塑料护套中，避免探头直接与体液接触，并且可以方便进行消毒。根据光束扫描设备的位置，可以分为近端扫描探头和远端扫描探头。对工程师来说，近端扫描探头更经济并且结构通常是紧凑的；而远端扫描探头则提供了更高的光束扫描速度，并使旋转光纤中弯曲应力引起的折射率变化最小化，从而使信号的失真最小化。

光学相干层析成像内窥镜具有无创伤、探测灵敏度高、实时动态成像等特点，可以实现组织内部微观形态结构的三维活体成像。通过与光谱技术、偏振技术、动态散射技术等的结合，还可以实现对三维生理组织功能信息的获取。因此，目前光学相干层析成像内窥镜在图像诊疗方面有着较为普遍的应用。

六　自体荧光技术

癌前病变和早期肿瘤因没有明显的形态特征，所以肉眼难以发现，常规诊断手段通常不易识别。荧光内镜利用能精确反映组织内部微小变化的荧光技术，使该状况发生突破性的改变。

在微创手术中，应用自体荧光(auto fluorescence, AF)技术可观察到在传统白光下不可见的病变。自体荧光能够激发皮肤黏膜中的内源性荧光团，在早期便可判定位于其中的可能的恶性肿瘤。使用光动力诊断有助于检测膀胱肿瘤中卟啉物质的异常累积，以对该恶性病变进行强化治疗。而近红外(near infrared, NIR)成像技术则扩展了自体荧光的诊断范围，使其可用于组织与器官的灌注诊断、胆管标记以及淋巴结检测的显像等领域，临床上医生可将吲哚菁绿作为精准标记的工具。

利用荧光内镜，可鉴别被测组织的良恶性病变，结合窄带成像技术，可以大大提高早期癌症和异型增生的诊断与检出率。

七　超高清光学技术

在数字技术领域，一般用构成图像的像素数描述数字图像的大小。像素数量往往非常大，通常以K为单位表示，如1K=1024，2K=2048，4K=4096。这样，1K图像即水平方向上有1024个像素的图像，2K图像即水平方向上有2048个像素的图像，4K图像即水平方向上有4096个像素的图像，如图1-11所示。

像素越高，画面越细腻，细节越丰富。4K拥有高像素图像，人们在观看超高清画面时，即使观看距离比普通同等尺寸的高清电视缩短一半，也察觉不到显示屏的像素点晶格，视野将全被屏幕所占据，观看距离在1米范围内也能呈现清晰、细腻、真实自然的画面。

超高清光学技术的发展为内窥镜提供了更清晰的器官和组织细节图像，更广泛范围的色彩再现，以及更细节化的色彩校正，可以提高基于内窥镜成像的病灶定位的精度，对手术质量及安全性的提高有很大作用。