内窥镜发展史

作者：吕平 刘芳 吕坤章 戚昭恩

欢迎访问e展厅 展厅 4 医疗设备/医疗器械展厅 B超诊断仪, 心电图仪, CT机, 眼科设备, 裂隙灯, ... 人类探索自身体内奥秘的兴趣丝毫不亚于探索周围环境奥秘的兴趣，内窥镜就是人类窥视自身体内器官的重要工具。古希腊名医，有着医药之父之称的希波克拉底(Hippocrates，约公元前460-前370)曾描述过一种直肠诊视器，该诊视器与我们今天所用的器械十分相似。类似的诊视器还发现于庞培遗迹(Pompeii，意大利古都，公元79年火山爆发，全城淹没)，这些诊视器曾被用于窥视阴道与子宫颈，检查直肠，并用于检视耳、鼻内。当时进行这些检查时利用的是自然光线。 内窥镜的真正发展还是起于近代，一般可将其发展阶段分为:硬管式窥镜、半可屈式内窥镜、纤维内窥镜、超声与电子内窥镜等阶段。 一、硬管式内窥镜 硬管式内窥镜的发展经历了两个阶段:即开放式硬管内窥镜阶段与含有光学系统的硬管内窥镜阶段。 1.开放式硬管内窥镜 1806年德国法兰克福的Bozzini制造了一种以蜡烛为光源的用于观察膀胱与直肠内部的器械，由一花瓶状光源、蜡烛和一系列镜片组成，他将其称为"LICHTLEITER"，虽然“LICHTLEITER'，从没用于人体，Bozzini仍被誉为第一个内窥镜的发明人。但当时的人们并不理解这种检查方法，Bozzini也因他的“好奇心”受到维也纳医学院的处罚。第一次将"LICHTLEITER”运用于人体的是法国外科医生Desormeaux，因此他被许多人誉为“内窥镜之父”，他的“LICHTLEITER"是以烧煤油和松节油的灯为光源，灯的上方带有烟囱，并用透镜将光线聚集以增加亮度，可想而知灼伤是进行这种检查时的主要并发症。虽然这种内窥镜可以到达胃，但光线太暗，所以“LICHTLEITER”主要用于检查泌尿系方面的疾病。1868年，Desormeaux和Segelar第一次在一篇文章中使用“内窥镜”一词。 也是在1868年，Bevan用食管镜取出食管异物。次年Pantaleoni借助子宫镜在一老妇人子宫内发现一息肉并用化学试剂进行烧灼。受演艺者吞剑的启发，Kussmaul于1870年将一直的金属管放入一演艺者的胃内来观察胃腔，这样第一台食管胃镜就问世了。1867年，来自Breslau的牙医Bruck以电流使铂丝环过热发光并以之作为光源来观察患者的口腔，他可以称得上是使用内光源的第一人，Bruck后来又发展了一种水冷装置以避免过热的铂丝灼伤组织。 2.含有光学系统的硬管内窥镜 1879年柏林泌尿外科医生Nitze制成了第一个含光学系统的内窥镜(即膀胱镜)，其前端含一个棱镜，该内窥镜借用的是Bruck的照明方式，同"LICHTLEITER"一样，该内窥镜仅被用于泌尿系统。Nitze在膀胱内循环冰水以避免热灼伤，由于该内窥镜能获得较清晰的图像，Nitze还利用它拍摄照片。后来Nitze在他的膀胱镜中引入了操作管道，通过该管道可以插入输尿管探针进行操作。 1880年著名科学家爱迪生发明了白炽灯，三年后格拉斯哥的Newman用小型白炽灯替换了原膀胱镜中照明所用的电热丝，1887年Dittell将灯泡置于膀胱镜的最前端，这种照明系统成为那一时期内窥镜所采用的标准方式。Boisseau du Rocher于1889年介绍了一种目镜可与外壳分开的内窥镜，通过外壳还可使用不同的透镜系统。 内窥镜在泌尿生殖系统的成功应用，促使人们将其应用于人体的其他部位。1881年Mikulicz和Leiter采用Nitze的硬管光学系统成功地制成了第一个适用于临床的胃镜，Mikulicz在维也纳Billroth外科门诊部用该胃镜对许多病人进行了检查并获得诊断结果。1895年Rosenhein研制的硬式胃窥镜由3根管子呈同心圆状设置，中心管为光学结构，第二层管腔内装上铂丝圈制的灯泡和水冷结构，外层壁上刻有刻度反映进镜深度。1911年Elsner对Rosenhein式胃窥镜作了改进，在前端加上橡皮头做引导之用，但透镜脏污后便无法观察成为主要缺陷，尽管如此，Elsner式胃镜1932年以前仍处于主导地位。1898年Killian制成并成功使用了第一个支气管镜。1901年德国德累斯顿外科医生Kelling为了观察气腹对狗腹腔内器官的影响，他用Nitze发明的膀胱镜直接通过腹壁插入腹腔进行观察，并称其为“koelioskopie"，即体腔镜检查，这就是现代腹腔镜的前身，但第一次在人身上使用这种方法的却是瑞典内科医生Jacobaeus ,1911年Jacobaeus在他发表的文章中描述了对人体腹膜腔、胸腔及心包腔的检查，他还第一次提到“腹胸腔镜”这个词。 二、半可屈式内窥镜 随着光学系统的引入，硬管式内窥镜虽然得以不断地完善与发展，但由于内脏器官多存在解剖上的生理弯曲，用硬管式内窥镜难以充分检查，半可屈式内窥镜应运而生。 早在1881年Mikulicz就曾发展出前端三分之一处可成30度角的内窥镜，Kelling也曾设计了一种近端为硬质部分而远端为软质部分的用于动物试验的胃窥镜。而真正意义上的第一个半可屈式胃窥镜是由Schindler从1928年起与优秀的器械制作师Wolf合作开始研制的，并最终在1932年获得成功，定名为Wolf-Schindler式胃镜，该胃镜直径为12mm，长为77cm，光学系统由48个透镜组成，其特点是前端可屈性，即在胃内有一定范围的弯曲，使术者能清晰地观察胃粘膜图像，该胃镜前端有一光滑金属球，插入较方便，灯泡光亮度较强，有空气通道用以注气，近端为硬管部，有接目镜调焦。 Wolf-Schindler式胃镜的创制，开辟了胃镜检查术的新纪元。这之后，武井胜、Benedict及Schindler本人等对该式胃镜进行了改造，使之功能更为齐全，更为实用。 三、纤维内窥镜 20世纪50年代以前，内窥镜照明采用的是内光源，照明效果较差，图像色彩扭曲，并有致组织灼伤的危险。早在1899年Smith就曾描述应用玻璃棒将外光源导入观察腔，Thompson也有类似的描述，他采用的是石英棒。1930年德国Lamm提出可以用细的玻璃纤维束在一起传导光源，并设想用玻璃纤维束制作柔软胃镜，曾与Schindler合作试制，因纤维间光绝缘没解决而未获成功。荷兰Heel及美国Brien在纤维上加一被覆层，解决了纤维间的光绝缘问题。1954年英国Hopkings及Kapany研究了纤维的精密排列，有效地解决了纤维束的图像传递，为纤维光学的实用奠定了基础。 内窥镜发展史上的历史性突破终于水到渠成，1957年Hirschowitz和他的研究组制成了世界上第一个用于检查胃、十二指肠的光导纤维内镜原型并在美国胃镜学会上展示了自行研制的光导纤维内镜。后来Hirschowitz发表了一系列有关胃、十二指肠纤维内窥镜检查、纤维食管镜发展、纤维镜照相术、上部胃肠道出血的纤维内窥镜检查术等文章，为纤维内窥镜的发展拉开了帷幕。 1960年10月美国膀胱镜制造者公司(ACMI)向Hirschowitz提供了第一个商业纤维内窥镜，紧接着日本Olympas厂在光导纤维胃镜基础上，加装了活检装置及照相机，有效地显示了胃照相术。1966年Olympas厂首创前端弯角机构，1967年Machida厂采用外部冷光源，使光亮度大增，可发现小病灶，视野进一步扩大，可以观察到十二指肠。随着附属装置的不断改进，如手术器械、摄影系统的发展，使纤维内镜不但可用于诊断，且可用于手术治疗。如:上消化道止血、在食管贲门肿瘤狭窄处放置内支架或通过激光治疗、胃及空肠造口以便行营养支持、逆行胆道显影、十二指肠乳头切开取石、在胆管系统恶性狭窄处放置内支架、结肠息肉摘除等。1987年法国里昂医生Mouret在一位妇女身上完成了世界上第一例电视腹腔镜胆囊切除术，从而在世界范围掀起了一场腹腔镜外科的革命。另外在美容整形外科，目前已开展了内窥镜除皱术。 四、超声与电子内窥镜 为了克服超声波本身对骨性及气体界面不易通过的特性，弥补体表探测时出现盲区及内镜检查的某些局限性，进一步提高深部脏器如胰腺、总胆管下部及肝门部病变的诊断率，内镜、超声探测仪联合装置--超声内镜(Endoscopic Ulrtasonography ,EUS)开始登上历史舞台。 1977年日本学者久永光道等人开创了在前端装有超声探头的内镜，经食管探测心脏，1980年在汉堡召开的第四届欧洲胃、十二指肠内窥镜大会上，西德Strohm等报告了应用超声内镜检查18例病人并获得胰腺及小胰癌超声图像的论文，他们采用的是将日本Aloka厂的超声探头紧密结合在Olympus厂的GF-B3型侧视内镜的头端所构成的超声内镜，这是一种放射状扇型超声内镜的原型，而来自美国的Dimago等介绍了一种线型超声内镜的原型。随后Jsuyoshi等人及Olympus, Aloka ,町田、东芝等厂家对超声内镜又进行了一系列的改进，从此超声内镜主要应用于以下三个方面:(1)诊断消化管粘膜下异常，如诊断粘膜下肿瘤及其浸润的深度等;(2)食管、胃、结直肠、胰腺及胆管癌的术前TNM分期诊断 ,(3)诊断胰腺内分泌肿瘤及胆管结石。 1983年美国Welch Allyn公司研制并应用微型图像传感器(charge coupled device, CCD)代替了内镜的光导纤维导像术，宣告了电子内镜的诞生--内镜发展史上另一次历史性的突破。电子内窥镜主要由内镜(endoscopy)、电视信息系统中心(video information system center)和电视监视器(televisio monitor)三个主要部分组成，另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。它的成像主要依赖于镜身前端装备的CCD,CCD就象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。世界上生产电子内镜比较著名的公司有美国的雅伦(Welch Allyn)和日本的奥林巴斯(Olympas)等。由于电子内镜的问世，给百余年来内镜的诊断和治疗开创了历史新篇章，在临床、教学和科研中发挥出它巨大的优势。 五、展望 目前内窥镜已发展成一完整的体系，按其发展及成像构造分类，可大体分为3大类:硬管式内镜、光学纤维(软管式)内镜、超声与电子内镜。按其功能分类:有分别用于消化道、呼吸系统、腹膜腔(即腹腔镜)、胆道、泌尿系、妇科、血管、关节腔的内窥镜。 近年随CCD技术的进步，电子内镜也不断改进，出现了高分辨电子内镜、放大电子内镜、红外线电子内镜等。目前超声内镜探头频率为7.5-12MHz，可根据不同目标转换使用，镜身也已轻量化，并出现一种可通过活检管插入腔内进行局部扫描的微型超声探头(直径为2mm)。纤维内镜技术也在不断发展，现已能制成极细的内镜，如胆道子母镜、细径胰腺镜(直径3.1 mm)、极细径胰管镜(直径0.45-0.8mm)。经口推进式及探条式小肠镜也有发展，并已出现经口电子小肠镜。轻量化的纤维内镜摄像接头已广泛应用，为内镜治疗的进一步开展创造了条件。另外，内镜辅助设备(如胆道、食管内支架及治疗出血的硬化剂和粘附剂等)也在不断改进。 据《大地》2001年第14期报道，为了提高普通的内窥镜探头的灵敏度，美国麻省理工学院与哈佛大学的研究人员把一种表面布满小点的乳胶泡沫涂在普通的内窥镜探头上，当这种特殊的探头进入人体后，碰到人体内的肿块或其他器官组织时乳胶泡沫就会变形，从而使其表面上小点的位置发生改变，这时与探头相连的微型摄像机会把乳胶泡沫上小点位置的变化情况记录下来，并通过电脑在显示屏上准确地反映出人体内血管的搏动和一些不易发现的肿块的情况，使内窥镜手术的质量得到很大的提高。另外国外已开展有关“智能内镜”和自我推进内镜方面的试验，将来的目标必将会发展成为遥控诊断仪器(即只需吞咽后检查)。 另外值得一提的是CT仿真内镜的出现，CT仿真内镜(Virtual Endoscopy, VE)是先进的计算机科学与现代医学影像学结合的一种无创性虚拟现实的检查手段。CTVE利用特殊的计算机软件将螺旋CT容积扫描获得的图像数据进行处理，重建出空腔器官的内表面立体图，从而达到纤维内窥镜检查的效果。自1994年该技术问世以来，国内外已有少量实验及临床应用报道。 内镜检查术在我国自1954年开展以来，已有40多年的历史。70年代初，北京协和医院在国内首先引进了纤维内镜。1984年中华医学会南京分会办起了全国唯一的《内镜》杂志(1996年已改刊为《中华消化内镜杂志》)，十多年来对内镜技术起到了广泛的交流和促进作用。1993年国家卫生部在北医大三院成立的内镜外科培训中心对我国腹腔镜外科的发展作出了重要贡献。国内的内镜医师和一些专家们，在内镜的临床应用和操作上已达到国际水平，我国的医疗器械制造工程师们亦同样为内镜的发展付出了辛勤劳动，制造出国产纤维内镜，为医疗事业作出了贡献。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/7/2009)