1、腹腔镜系统基础知识介绍一、目录第一章医用内窥镜定义及发展历史第二章腹腔镜系统的基本组成第三章腹腔镜摄像系统第四章气腹机第一章医用内窥镜定义及发展历史一、医用内窥镜的定义医用内窥镜泛指经各种管道进入人体，以观察人体内部状况的医疗仪器，其最大的好处是微创。部份内窥镜同时具备治疗的功能，如膀胱镜、胃镜、脑室镜、支气管镜、腹腔镜等，本文着重介绍的即为其中的一类腹腔镜。二、医用内窥镜的起源及发展1795年，德国Bozzini制成的"Lichtleiter"（德文，意思是光线传导装置），用于探索人体的各个孔道和管腔，开创了内窥镜的起源。早期内窥镜都是
2、从人体自然腔道进入，如泌尿科膀胱检查、妇科宫腔检查、五官科检查等。人类运用内镜探测腹腔始于20世纪初，1901年，VonOtt将阴道后穹窿切开，利用头镜反射光照明使用膀胱镜首次检查了孕妇的盆腔，成为第一个穹窿镜专家。1902年，Kelling向德国生物医学会报告了通过膀胱镜检查人的食管和胃，以及通过膀胱镜检查狗的腹腔。直到1910年，瑞典Jacoaeus首次报道用腹腔镜检查了人体的腹腔、胸腔、和心脏，完成了人类历史上第一次真正意义的腹腔镜检查。由于VonOtt、Kelling和Jacoaeus在腹腔镜临床应用研究方面的杰出贡献，被称为
3、腹腔镜之父。1960年KARLSTORZ发明了第一台医用冷光源，为内窥镜显影带来了光明。1964年，HOPKINS柱状晶体镜的发明是内窥镜发展的里程碑，这种柱状晶体镜具有：超广角，大视野，无球形失真，亮度高等优点。到了20世纪80年代，随着内窥镜影像系统的诞生，人类完成了第一例腹腔镜胆囊切除术，开启了内镜治疗的新篇章。1991年2月19日，云南曲靖第二人民医院荀祖武使用KARLSTORZ设备完成了中国内地第一例腹腔镜胆囊切除手术，这是国内第一例腹腔镜外科手术。随后腹腔镜技术如雨后春笋一般在全国各地开展起来，手术的发展与手术器械、设备的发展密切
7、2-4）、单极（如图2-5）器械、超声刀（如图2-6）及非能量器械等。图2-4双极器械图2-5单极器械图2-6超声刀第三章腹腔镜摄像系统一、摄像系统基础知识腹腔镜摄像系统包含摄像头、摄像主机、监视器等，是腹腔镜系统的核心，也是区分系统档次，决定图像质量好坏的关键。目前市面上常见的摄像系统有：单晶片摄像系统、三晶片摄像系统、全高清摄像系统、“超高清”摄像系统以及3D腹腔镜系统，摄像系统的发展基本上是按照从左往右依次出现，系统的档次及价值也是从左往右逐渐升高。本章将介绍内窥镜摄像系统的基础知识。（一）CCD晶片内窥镜摄像头的作用在于将镜子传输过来的体内影
8、像（光学信号）转换为电信号。而将光学信号转换为电信号的核心部件是CCD（光电耦合器）（如图3-1），CCD晶片上存在很多光敏单元像素（pixel）。衡量CCD好坏的指标有：像素数量、CCD尺寸、灵敏度、信噪比等，其中最核心的指标是像素数量及CCD尺寸，像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高，尺寸越大感光效果越好，图像越清晰。最初内窥镜摄像头里面只有一个CCD晶片，所有光信号通过一块晶片处理，称为单晶片摄像系统，其缺点是分辨率较低、色彩还原不好。为了解决这个问题诞生了三晶片摄像系统，其原理是通过一个棱镜将光线分为红、绿、蓝三原色，通过三块晶片分
9、别处理，从而获得更高的分辨率和色彩还原，如今主流的摄像系统，无论是标清还是全高清摄像系统基本上都是采用这种三晶片技术。图3-1CCD晶片（二）模拟信号与数字信号内窥镜处理的电信号又分为：模拟信号和数字信号，数字信号拥有更高的保密性及抗干扰能力，是一种先进的信号处理方式。早期摄像系统（如单晶片、三晶片摄像系统）都是模拟信号，摄像头将光信号转换为模拟信号后传输到主机处理，再以模拟信号输出。最先进的内窥镜系统从图像采集到处理到输出都要求是数字信号，从而可获得最真实的图像效果。（三）信号输出方式摄像主机将信号处理后输出到监视器需采用一种输出方式。常见的模拟信号输出方式有BNC
10、（同轴电缆）、S-Video（又称Y/C线）、VGA、RGB，一般来说从左往右图像的分辨率及颜色还原会越来越好，老型号的内窥镜系统还会采用以上这些模拟接口传输信号。数字信号输出方式有DV、SDI、HDMI、DVI（如图3-2）等，内窥镜系统一般采用DVI接口，其优点是传输速度快，图像信息不经过任何转换，无干扰信号引入，图像的清晰度和细节表现力大大提升。图3-2DVI接口影响内窥镜成像质量的因素是多方面的，其遵循木桶原理，最终的成像效果是由系统中最薄弱的环节决定的，摄像主机、镜子、显示器、光源、连接方式、输出接口、传输距离等都是其中一环，只有
13、不断拓展，内窥镜镜子的种类在不断涌现。除了标准10mm、31cm长的腹腔镜以外，临床可能还会用到5.5mm、50cm长的单孔腹腔镜或5mm、21cm长的经肛门内窥镜等。同时部分医院要求腔镜设备统管共用，不同科室可能会用到不同种类的内窥镜。而不同长短粗细镜子对摄像头焦距提出了不同的要求，为了解决这个问题，摄像头需要配置2倍以上光学变焦功能才能做到完美兼容。同时光学变焦也解决了内窥镜图像放大的问题，做到放大图像不影响清晰度（类似单方相机）。部分内窥镜系统配置的电子变焦放大图像时分辨率将下降（类似手机摄像头）。因此我们建议配置2倍以上光学变焦摄像头（三
14、）便捷的手术图像存储功能时代的进步让医生外出交流的机会越来越多，高清的手术照片及视频资料保存变得越来越重要。随时存储的手术视频也方便了主刀医生对手术过程的回顾以及年轻医生的带教。摄像主机整合图像采集模块和USB接口，医生可自己通过摄像头按键遥控实现高清图片的抓取及影像的录入，方便的同时保障了数据的安全，该项功能现已逐渐成为了内窥镜系统的基本配置。（四）最高电气安全保护医学设备是一类特殊的商品，安全是该类商品永恒的话题。医学仪器的电气安全主要是指仪器在使用时防止电击的性能，它是医学仪器安全性的重要组成部分。在国际电工技术委员会（ICE）通则中，根据设备防止电击的程度进行分类，通
15、常分为B型、BF型和CF型（B是body：躯体，C代表cor：心脏，F表示floating：绝缘）。根据我国国家标准对医用电气设备的安全通用要求，BF型适用于体表、体腔的手术；CF型适用于心脏的手术；若要用于心脏手术和电除颤术必须达到CF一类，即最高电气安全等级保护。内窥镜的电安全等级越高对于一些特殊患者的处理也越安全。综上所述，随着医学与科技的进步，对内窥镜相应有了以上这些要求，这是我们配置腔镜设备，保障手术顺利开展所必须考虑的。三、腹腔镜系统新进展前面章节对腹腔镜设备基本配置要求做了介绍，而腔镜技术的发展已经远远不止是满足以上这些基本要求。一
16、些新的影像增强、辅助诊断功能不断涌现出来，让腹腔镜诊疗技术不断向前发展。创新一：摄像系统自带影像增强功能更高的清晰度及组织识别度是微创外科永恒的追求。最新的腔镜设备整合了影像增强功能，让我们突破视觉的极限，看的更加“清晰”。如通过宽动照明技术，把暗部照亮，而亮的地方亮度不变，从而让腔镜画面的亮度变得更加均匀，不易遗漏潜在威胁；优化解析技术提升了组织细节和层次感，让画面展现出精致细节及锐利质感；电子染色功能利用光谱过滤原理，有针对性地对黏膜下血管进行显示，增加了辨识度。这些影像增强功能不需要特殊光源或显影剂，方便医生诊断的同时不会增加额外负担。创新二：双路影像处理普
17、通的腔镜设备一套系统只能处理一路信号，若要做双镜联合（如宫腹腔镜联合、胆道镜和腹腔镜联合等）则需要两套腔镜设备才能实现，增加采购成本的同时还占用太多手术室空间。新的内窥镜设备可以同时处理两路信号，在一个显示屏上同时显示两幅不同的腔镜画面，从而实现单平台双镜联合。该功能还可以实现标准画面与影像增强后画面的双像对比呈现。创新三：模块化设计模块化是工业设计新方向，他可以根据用户自身的实际需求自由组合搭配模块，从而实现丰俭由人。它的另一个好处是带来无限升级可能，若我们需要新的功能的时候在之前基础上增加相应模块即可（如2D升级3D），让设备随时升级，不易淘汰。创新
19、到输出都是1080P分辨率，加上摄像系统的影像增强功能，让组织纤毫毕现；轻便，使用方法与普通内镜相同，不改变手术操作习惯；清洁，支持高温高压灭菌，符合感控要求，方便接台。新的3D腹腔镜系统还解决了镜子旋转的问题，有利于腹壁、肝脏背侧等解剖部位的显示，方便医生手术操作。四、内窥镜摄像系统使用注意事项以KARLSTORZ公司IMAGE1S“超高清”摄像系统为例，摄像头上棕色聚焦环用于调节图像清晰度，蓝色光学变焦环用于图像的放大缩小图3-4摄像头按键功能可以根据需要进行预设，常规设置为左键拍照，右键录像。图3-5摄像头不能高温高压或浸泡，可采用环氧乙烷和低温等离子消