电子镜系统构成及原理

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1、电子镜系统构成及原理随着纤维内镜的不断改进和发展，美国伟伦（Welch Allyn）公司在1983年开发研制出 电子内镜，并应用于临床，开创了内镜技术的电子时代。与纤维内镜不同的是，电子内镜远 端安装有一个CCD，能捕捉内镜下图像使之成为电子信号，并将其显示在监视器屏幕上。由 于电子内镜的图像非常清晰，色彩逼真，且可以供多人共同观察、会诊，又可以同步录像及 图像采集存储，深受内镜工作者的欢迎，并已逐步取代纤维内镜。消化电子内镜系列包括上 消化道和下消化道内镜，前者观察食管、胃及十二指肠，后者观察小肠、大肠。电子内窥镜系统是由影像处理中心（主机）、冷光源、监视器加上各种用途 的内镜而构成的一整套

2、内镜平台，这一平台的每一个部分的性能都决定着整体性能的高低。 如今常见的内镜系统平台有：EVIS-LUCERA电子内镜系统（OLYMPUS）、EVIS-EXERA电子内镜 系统（OLYMPUS）、V70电子内镜系统（OLYMPUS） 、4400电子内镜系统（fujinon）、2200 电子内镜系统（fujinon）、99电子内镜系统（fujinon）。其中OLYMPUS最高档次的LUCERA 系列采用的是顺次成像技术，而且系统采用了 HDTV高清晰图象处理技术，是目前性能非常 强大的内镜系统平台，常称之为260系列。EVIS-EXERA电子内镜系统（通常称为160）和V70 电子内镜系统（通常

3、称为V70）则是采用同时成像技术的代表系统。富士能公司的4400、 2200、99系统均采用同时方式的成像原理，最高档次的4400系统同样具备HDTV的图像处 理技术，同时还可以连接超级CCD的内镜。电子内镜图像的优点是图像分辨率大为提高，可观察到粘膜表面的微细 结构，有利于良恶性病变的鉴别，而近年流行的放大内镜和超声内镜更是提高早期癌诊断率 的有力武器。一、电子内镜系统的成像原理电子镜的基本原理是用电荷耦合器（CCD）取代纤维镜的导像束，并将光 信号转为电信号，并在监视器上进行观察。二电子内镜系统的结构（一）电子内镜电子内镜系统中，电子内镜的结构较复杂，但其外部结构的名称和纤维内镜基本相同，

4、所不同的地方在于以下几点CCD及其传导电缆线代替了导像束；操作 部的目镜没有了，增加了一些遥控按钮，这些遥控按钮用于操作固定图像、打印图片、测光 调节等功能；光源接入部体积更大，内部装有电接口及内镜信息芯片等。1. 操作部的结构及功能，包括活检阀、吸引钮、注气注水钮、角度钮及角度固定钮。 操作部有若干个遥控开关和图像处理中心联系，每个控制开关的功能在图像处理中 心选择。2. 先端部包括CCD、钳道管开口、送气送水喷嘴及导光窗。3. 插入部包括两束导光纤维、两束视频信号线的CCD电缆、送气管、注水管、角度钮 钢丝和活检管道。这些管道和导索的外面包以金属网样外衣，金属外衣的外层再加 上一层聚脂外衣

5、。4. 弯曲部转动角度钮弯曲部可向上、下、左、右方向弯曲，最大角度可达上180 -210，下 180，左 160，右 160。5. 电子处理部包括导光纤维束和视频信号线和电子内镜先端部的CCD相连，和导光纤 维一起经插入部及操作部，由电子内镜电缆和光源及图像处理中心耦合。此外，送 气、注水管也包括在其中。6. 连接部和纤维内镜不同，电子内镜连接部除有光源插头、水瓶接口外、还有视频接 头。7. 送气送水系统及吸引活检与纤维内镜相同，电子内镜光源内亦装有电磁气泵和送气 送水管道相通，内镜和光源接头处有吸引嘴和负压吸引器相接。与纤维内镜一样，电子内镜的插入管长度、直径、先端部等不同的结 构，就构成了

6、能够在不同部位使用的内镜，如电子胃镜的长度为1米左右，外径通常小于 10mm；电子结肠镜则需要1 .33米以上，外径通常在13mm左右，而电子小肠镜可以达到2 米。（二）影像处理中心影像处理中心是将CCD接收的信号进行处理的设备，成像原理不同的内 镜其影像处理中心也不同，不能互换连接和使用，在使用电子内镜时需要注意内镜和影像处 理中心的匹配性，否则容易造成不必要的误操作。影像处理中心的内部结构及功能类似于日 常使用的摄像机，许多操作时常用的功能，如测光模式、快门速度等均属于摄像机的范畴。 目前，在医学领域里越来越注重影像的数字化处理和传输，医院经常需要将内镜的图像进行 更有效地分析及保存，并且

7、在院内甚至远程进行传输，因此对影像处理中心的数字化要求更 加严格。下面是几种常见的影像处理中心1. CV-260 成像方式RGB顺次成像图像输出方式HDTV YPbPr输出；RGB输出等内置图象处理功能适应型IHb（血色素指数）色彩强调等2. CV-145 成像方式同时成像图像输出方式RGB输出；BNC,Y/C等内置图象处理功能轮廓强调设定电子强调内镜图像中的轮廓。通过前面板上的ENH 按键选择3挡强调模式1、2、3。用户预设功能可以设定ENH按钮是构造强调或轮 廓强调。3. CV-70 此主机与普通主机不太一样，采用了主机、光源一体化的设计，因此使用此主机时 不需再添加冷光源,内镜连接只需要

8、一步操作就可。 成像方式同时成像图像输出方式RGB输出；BNC，Y/C等 内置图象处理功能轮廓强调下面以Olympus CV-100的主机为例对影像处理中心的外部形状及功能键的做一简单的介 绍：(1) 瞬间快门(FASTSHUT) 一般记录照片使用1/60s标准快门速度，但因内镜观察物 是动态的，使用标准快门往往照出的照片发虚，选用瞬间快门可获得清晰的照片。(2) 测光切换(1RIS)有平均(EVERAGE)和高峰(PEAK)测光选择。一般情况下用平均测 光观察，某些情况下如观察胃角时，选择高峰测光观察，使图像最明亮部的光线得到矫正， 获得最佳曝光量。(3) 固定方式(FRZMODE)有FIE

9、LD和FRAME两种方式。一般FIELD用于获得动态图像， FRAME方式增强垂直分辨率，用于获得静止图像。(4) 增感控制(AUTO GAIN CONTROL)较低光量情况下，应用增感控制可以增强图像的 光亮度。(5) 白色自动制御(WHTBAL)提供迅速而简易的白色适正调节，以维持精确的彩色图 像。(6) 色调水平平衡调合红色和蓝色色调。(7) 轮廓加重制御(ENH)有高、中、低三档，为轮廓或边缘的强调提供三种选择，有 益于达到图像突出部更清晰的图像以及进行细节观察。(8) 第二图像(SUBSCRN)当图像被固定(FREEZE)时，第二图像出现在主图像的左下方， 第二图像是活动的，便于操作

10、者在观察静止图像时同时可以观察到即时的动态图像。(9) 录像机开关(VTR)用以在磁带上录制监视的图像。(10 )图像打印机开关(PRINT )用以打印监视的图像。(11) 监视器图像来源(1MAGESOUCE)可供选择用以输出给监视器上的各种视频信 号(RGB，Y/C，PAL)来源。Y/C输出能够提供S-VHS录像机最佳的图像。(12) 遥控功能显示板电子内镜操纵部有4个遥控按钮，哪一种功能被选中，便在此 处显示出来。(13) 记录手段(1MAGERECORD)此键可选择最多4种静止图像照片手段(激光盘、磁盘、 35mm胶片和编排装置)。此按钮不选择图像打印机。(14) 电源开关。(三) 冷

11、光源冷光源内部需要关注的主要是灯泡和气泵。冷光源通常使用的灯泡为氙气灯 泡和卤素灯泡，因这两种灯泡在制作时增加了吸收红外线的涂层，可以减少热量的产生，故 此被称为冷光源。氙气灯泡的色温接近太阳光，因此图像的色彩更显逼真，但价格昂贵；卤 素灯泡价格便宜，但灯光颜色偏黄，色温较低，图像稍差。黑白CCD内镜必须配备氙气灯泡 的冷光源，因其需要更高亮度的光线；彩色CCD内镜则可以选择氙气或卤素冷光源，可根据 医院的使用情况进行产品的选择。气泵是完成内镜送水、送气的动力来源，在冷光源外部前 面板都有气泵电源的开关，有些型号还提供了气泵大小的选择，如高档用于普通镜检，而低 档用于儿童或消化道异常时的检查。

12、冷光源的灯泡发光时会有较高的热量，所以过往冷光源 和影像处理中心大多是独立的，随着冷光源散热系统的不断完善，过热保护等技术的改进， 许多一体化的主机应运而生，所以，主机光源是否分开设置已经不再是判别机器档次高低的 标准。（四）监视器监视器用于电子内镜的图像输出，它的好坏也直接影响到图像的质量。以往 许多医院在选择监视器时都偏重于分辨率的高低，其实颜色的还原性更为重要，目前许多医 院已经开始选择液晶监视器，而CRT监视器的色彩普遍比液晶监视器要好。另外，监视器在 出厂时已经做了基准的调整，对电子内镜系统进行颜色的调整时，尽量不要调节监视器，而 以影像处理中心的调节为主，减少不必要的误操作。（五）

13、图像记录设备消化内镜的发展一、消化内镜的发展历史内窥镜的发展阶段分为硬管式内窥镜、半软式内窥镜、纤维与 超声内窥镜、电子内窥镜、胶囊内镜等阶段，而消化内镜的发展仅仅只有百年的 历史。1、硬管式内窥镜1806年德国法兰克福的Bozzini制造了一种以蜡烛为光源的器 具，由一花瓶状光源、蜡烛和一系列镜片组成，用于观察动物的膀胱与直肠内部 结构，虽然未用于人体，Bozzini仍被誉为第一个内窥镜的发明人。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，该内窥镜仅被用于泌尿系统。几年后，第一个适用于临床的胃镜诞生了，它是一种硬式的胃窥镜，其结构是由

14、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。2、半软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，但由于消化道及许多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，半软式内窥镜应运而生。真正意义上的第一个半可屈式胃窥镜被称为 Wolf-Schindler式胃镜，是在1932年创造发明的。Wolf-Schindler式胃镜的创 制，开辟了胃镜检查术的新纪元。3、纤维与超声内窥镜1954年英国的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

15、性奠定了基础。在1957年由 美国人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。在20世纪60年代，胃照相机、外部冷光源的发明，使得当时的 内镜与现今使用的纤维内镜十分相近了。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、胆总管下端及肝门部病变的诊断率，20世纪80年代诞生了 内镜、超声探测仪联合装置-超声内镜(Endoscopic Ulrtasonography ,EUS )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

16、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。4、电子内窥镜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。1984年在日本的DDW会上，富士 公司发布声明，研制出日本国内第一套电子内镜。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