内视镜

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内视镜

Authors
D Mutter, A Garcia, I Jourdan
Media type
Publication
2005-09
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Audio
en fr cn es


E-publication
WeBSurg.com, Sept 2005;5(09).
URL: http://www.websurg.com/doi-ot02cn308a.htm

内视镜

1. 简介
内视镜手术使用高效能的光学技术. 内视镜的选择需要有合理的考虑因为在资本和维护方面算是最昂贵的器械. 好的内视镜需要符合三种特性. 它一定要能传送好的光线到手术视野及传送影像到摄影机的双重考虑. 一定要有宽广深度的视野和最少视野下影像的扭曲. 最后所选择的内视野一定要禁得起消毒步骤所承受机械和温度的冲击.
2. 构造/功能
• 构造
硬式内视镜是由包含2个管道的金属所组成的. 一个管道传送光线照亮手术视野, 而另一个则传送手术视野影像到摄影机. 影像管是介由一个接着一个以隔板分开所串联起来的. 影像经过镜片时是颠倒的. 所需的镜片数量主要是依据内视镜的长度. 这种系统被称为Inverting Real Image Lens System (IRILS). 这种系统会让光线折射同时维持镜头的亮度. 存在串联末端的接目镜作用为到达摄影机之前先把影像放大.

内视镜可以分成5个不同部份:
物镜系统:
存在镜头远程的镜片抓住影像后再传回镜头. 它的焦距一般是固定的. 它是决定物体放大效果和镜头的视野. 改变镜片长轴和镜头长轴之间角度就可以改变''观看角度''.

棒状镜片配装:
串联,间隔的玻璃棒状镜片持续重新聚焦影像经过镜头. 金属隔板把每条棒状镜片区分开以维持各镜片之间适当的焦距. 所需镜片的数量主要是根据内视镜的长度. 愈长的镜头需要愈多镜片组合可是这样会减少整体光的亮度及增加系统的易碎性. 为了降低因镜头反射消失所导致光亮减少, 全部的镜片要先用抗反光系统处理过. 做法为用真空包装过程把每一片镜片面用一层薄的 magnesium fluoride覆盖着. 避免伤害到镜头的光学面是很重要的.
视觉镜片:
串联中最后的镜片,在摄影机最近端处, 把影像放大再把它聚焦传输到摄影机. 这部份的内视镜是设计成能和摄影镜片相连接.
Ligat post (光线来源)
和镜头主轴形成一个角度是和冷光源电缆衔接的点. 这种接合一定要具有高质量的光学和机械性质以预防光线丧失和过热.
光源电路:
光源电路是延着镜头主轴传送光线从光源处到镜头的尖端. 光源的传送是由玻璃纤维束所传递. 在每个电路管道末端, 这些纤维都会被切断, 擦亮后再覆盖着以提供光线传导面.
• 功能
• 焦距离/亮度
内视镜的光学质量相同于摄影术所规定的光学准则.

焦距:
内视镜的焦距是决定于腹腔镜头末端的镜片隙缝(物镜). 一个物体在它的焦距范围内所呈现的影像为他的原本大小. 然而当物体移靠近镜片时, 呈现放大效果而远离镜片时则有缩小效果. 如果镜头加上一个有机械性调焦距功能的摄影机, 就可以调整摄影机的焦距. 把CCD(Charge-Coupled-Device)感应器移动远离接目镜时, 影像就会被放大但是视野就会缩小. 然而大部份的摄影机调焦仪都是数字的, 意思就是说摄影机控制单元内的影像处理器简单地放大每个映像点. 所以虽然影像开起来有放大效果但是分辨率降低, 所以数字调焦使用愈多时昗这种现像愈明显.
亮度:
光线经过的管道愈长或管道愈窄,影像的亮度就会降低. 所以长及直径小的内视镜相对于短,宽直径的内视镜所传送的影像亮度减少.
• 视野深度
视野的深度是指视野里的近物和远物之间的距离,它会呈现聚焦. 对于一些特别的内视镜, 视野深度是固定的主要是取决于镜片结构及镜头直径, 直径越窄视野越深.
• 周边亮度丧失(晕映画像)
周边亮度丧失(晕映画像):

有两种原因造成外围视野看起来较暗. 第一原因是传送到内视镜的影像形状和CCD的影像形状不一致. 这种问题可以用影像处理方法来改善. 第2个原因是因为传送到镜片外围的亮度减少.镜片质量愈差这种效应愈来愈严重.
• 视野宽度
所谓视野的角度是指在内视野下的末端或尖端的2个直径相对点所形成的对角. 改变物镜的弧度可以改变视野角度. 然而增加镜片的弧度导致外围视野愈来愈扭曲(桶状或''鱼眼''效应)
再来是, 镜片的质量愈高, 扭曲度愈少. 为了得到所需的亮度, 视野深度和视野角度及降低扭曲度,需要内视镜的相反特性. 所以需要极困难及昂贵的去设计内视镜有极深及宽广的视野, 极高亮度和微扭曲的效果.
3. 内视镜的选择
• 单眼内视镜
• 视野的角度和宽度
大部分的腹腔镜和内视镜手术都是使用单眼镜头. 在市场上有很多的选择. 市场上有更多选择.

视野方向(角度):
内视镜有不同的尖端角度从0度(直视镜头)到120度都有. 当腹腔镜最开始用在消化系统手术时, 内视镜的尖端角度25度,30或40度被广泛使用. 目前它们的使用率降低因为有角的内视镜所提供的亮度和视野比0度内视镜差. 然而最近光学性能改善的角度内视镜已被推广. 要特别强调的一点是对于欠缺经验的医师,角度内视镜所提供的视野会降低手术技能.

视野宽广
大部分内视镜的视野宽度为20至60度. 虽然目前也有80广角的内视镜存在.
• 内视镜直径
目前所使用的内视镜直径为3-12毫米. 大致上来讲, 直径愈窄,影像愈暗且视野愈窄. 有一些厂商已制造直径小于3毫米的内视镜. 这种内视镜的功能原则和传统内视镜不一样. 它的影像是由光学纤维传送因没有棒状镜片系统适合这么小的直径. 这种内视镜的视野深度, 光学质量及所传递的光线比标准的10毫米内视镜差. 然而这种迷你内视镜的光学质量也越来越改善, 但是还是很难永用因为太脆弱了.
• 立体内视镜
有一些厂商已发展出可以提供三维效果的手术视野. 立体内视镜传送两个影像到一对摄影机. 这种影像由一个特别的投射系统和数种不同存在的系统来观看. 目前立体内视镜较少被使用. 目前立体内视镜是常规使用在经肛门的内视镜显微手术(TEM). 它们也被结合到机器性腹腔镜系统.

作用原则:
立体内视镜有2个影像信道, 有6.3毫米的镜片被设定为可以用来直视(0゜)或斜视(50゜- 用来TEM). 它可以有75゜广角视野. 唯一的缺点是和标准的10毫米内视镜比起来所传递的亮度较低. 这是因为镜片直径太小. 在经肝门手术这不是问题因为操作镜面紧邻内视镜. 然而在传统手术,操作面愈远离镜头则亮度减少愈明显. 其实这系统最受限的因子为投射技术, 目前还是比标准的手术屏幕差.
• 其它内视镜
能屈和半屈的内视镜:
一些厂商已发展出和能屈内视镜相比的内视镜手术系统. 有两种不同类别的系统存在:
第一种有标准硬式部分和能屈的尖端. 这个有角度的部分是由和肠胃道能屈内视镜相似的纤维光学束所组成的. 影像是以光线影像方式从尖端传递到镜头目镜.

另外有一种更革新的系统使用放在内视镜末端的CCD感应器. 这样内视镜的鞘是传递电讯息而不是光线影像. 目前这两种系都没有被广泛使用.
厂商所提供的数据很少特别强调内视镜在亮度, 视野深度, 视野宽度或扭曲方面的质量. 然而可以用以下方法检查内视镜的质量:
“鱼眼睛”扭曲检查方法为在纸上写一些字后再用内视镜看. 如果字看起来平平的则扭曲情况还好.然而如果看起来圆的则扭曲情况就严重了.
视野深度评估方法为在纸上写一行字后再用内视镜看这一行字. 同时评估整行字在焦点内出现的纸面和镜头距离. 一定要大于10公分. 在使用只能提供较浅视野的内视镜时, 医师要重复调整镜头的位置. 内视镜的亮度不是光靠它的亮源信道和镜片系统同时也依赖它的光源电路和光源. 在还没评估内视镜的光亮传递功能时, 一定要先把它接上有效的光源.
4. 好处/坏处
视野角度
大部分的腹腔镜手术可以用直角(0゜)内视镜. 有一些医师则偏好使用有角度的视线, 一般是30度以暴露出较难看到的视野(胃食道逆流手术, 泌尿道手术, 妇科手术)

直视内视镜(0゜)的优点:
-是最普遍的内视镜->选择性较广;
-对大部分手术步骤都有效;
-高亮度;
-视野宽广;
-视野较深.
-可是无法看到有些手术区域.

视野深度.光学质量和由这种内视镜所传送的光线可想而知一定比标准的10毫米内视镜差.然而这种显微内视镜的光学质量以慢慢改善.可是还是很难用因为它很脆(易碎)

标准尺寸的内视镜:
内视镜的直径愈宽, 所传递的光线愈多, 则最后所看到的影像愈清楚. 较窄直径的内视镜优点为可以放入较小的套管. 但是一般来说视野较窄. 所以窄的内视镜比较适合用来当作诊断性或简单的手术步骤, 这样伤口较小. 然而对于较复杂的手术步骤, 较宽的镜头可以提供较亮和较宽广的视野.

结论
一个合理的内视镜手术配备包括一套完整的内视镜(0至25゜, 30゜,40゜,50゜ 和70゜) 和不同直径的内视镜(12，10，5甚至3毫米). 目前因为摄影镜头没有消毒, 为了打达到好的消毒状态, 在手术中很难替换内视镜. 手术还没开始之前, 医师常常会先选择整个手术过程所使用的内视镜.

30゜, 50゜, 70゜内视镜的优点:
- 可以暴露出一些0゜内视镜无法看到的手术操作视野.
但是=>
- 低亮度;
- 较难控制视野;
- 光线分布一定要维持直线以避免视野旋转.
5. 实用因素考虑
设立:
大部分内视镜没有特别可调整的可能性. 内视镜要实用于体温或室温以避免太多的雾气形成在镜头末端. 先把镜头放在烧瓶或热的生理食盐水来暖和可能特别有效. 有各种不同的准备液体可以涂在尖端以帮助减少雾气形成.

维护:
内视镜是被设计为要具有坚韧特性以保护易碎且用胶水粘在镜头上的镜片系统. 如果温度增加很多或撞击, 镜片的定向会被干扰到, 则视觉质量会被改变且无法修复. 这就是为什么手术房内的内视镜寿命很短. 手术还没开始之前很重要的一点是要先检查内视镜的大致情况.找出撞击之后导致镜片移位的痕迹, 影像扭曲的原因或光线亮度传递减少的原因. 光线束也可能被破坏, 导致手术视野的光线传递亮度减少.比较建议小心的使塑料刷子和肥皂水清洗内视镜,尤其是要放在腹腔内的末端. 说实在的, 镜头末端会有血液和蛋白质累积, 再加上光源所产生的热量, 导致蛋白质凝固. 这样会慢慢地改变光线和所传输的影像质量. 就是这个原因, 内视镜的尖端要常常清洗.

消毒:
每个国家都有自己的法规. 很多国家批准消毒方法可以以单纯的浸泡在戊二醛(glutaraldelyde). 其它国家例如法国和德国, 要求用压力锅来消毒. 意思就是说内视镜要能禁得起高温(134゜来消除 CJD (Creutzfeld-Jakob Disease)病原体, 以压力2bars, 维持5-18分钟这是依据各国家的规定). 对于旧世代的内视镜无法承受压力锅. 要执行高标准的消毒, 把它浸泡在戊二醛glutaraldehyde内一小时以消除病原体.
6. 使用上的问题
很多内视镜使用上的问题都很容易被医师解决. 然而如果内视镜损坏导致图片质量恶化,则需要归还给厂商来修补.

持续的雾掉/影像消失:
检查看内视镜是不是太冷.
检查及排除掉血液和油性物质从套管往下滴到镜头尖端. 活动在光学套管内的冷二氧化碳气体也会使的雾气情况愈严重- 把二氧化碳充气套管换成其它套管, 不要使用光学套管来当作充气套管.
影像模糊, 低清晰度, 聚焦问题:
检查内视镜的头,末端镜片, 看看是否有污物和损坏.
放置一个物体在光线良好及距离内视镜尖端10公分处, 再用接目镜看. 影像一定要清楚.
一定要确定内视镜镜头恰当地结合到摄影镜头.

影像不在中间:
确定内视镜镜头正确地接合到摄影镜头.

光线照亮很差:
检查及确定光源恰当地接在内视镜的光源柱上.
检查看内视镜鞘, 找出光束损坏的证据. .检查接目镜的尖端有无污物和损坏.

常常影像不清楚是很简单的问题, 开刀房团队就能修补. 系统性的检查影像链是必要的. 先从光源开始. 沿着索上的光线, 经过内视镜到手术视野. 检查内视镜两端的镜片.检查摄影机头末端镜片和结合到摄影机的内视镜情况. 检查焦聚. 检查摄影机索的完整性. 确定摄影机控制单元的电源已打开, 白平衡, 遮光器和试色机已正确地预设.
检查录像机连接到摄影机控制单元. 找出传送录像讯号到屏幕之间的电索是否损坏.
最后检查录像机屏幕.先检查是使用哪一种录像输入(RGB Y-C, Composite)再来是使用哪一电路(A或B). 确定前面的设定和后面的设定是一致的. 除非你有RGB连接要不然要检查画像设定(颜色协调度, 亮度, 对比) . 将屏幕去磁化( 从设备取消磁性) .

如果画出一个简单的图标表示光纤视镜系统每种不同元素的衔接是可能有帮助的.
7. 结论
影像辅助性手术(Video- assisted surgery) 的成功与否是取决于内视镜. 内视镜是高精确度的器械.轻微的干扰可能会导致影像传输的大大改变. 这就是为什么此系统这么昂贵和易碎.