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。早期内窥镜都是从人体自然腔道进入，如泌尿科膀胱检查
2、、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，Von Ott 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 Von Ott、Kelling 和 Jacoaeus 在腹腔镜临床应用研究方面的杰出贡献，被称为腹腔镜之父。1960 年 KARL STORZ 发明了第一台医用
3、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 KARL STORZ 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、设备的发展密切相关，相互促进，不断拓展手术开展范围，由最初的良性病变治疗发展到恶性肿瘤切除，
4、腹腔镜成为一个又一个疾病诊疗的金标准。第二章 腹腔镜系统的基本组成腹腔镜系统一般包含三部分：（一）设备类（如图 2-1） ，又可细分为成像系统、手术辅助设备。成像系统包括摄像主机、摄像头、冷光源、监视器等，是内窥镜系统的核心，负责内窥镜图像照明、采集、处理、传输、显示等，本文将着重介绍该部分设备；手术辅助设备包括气腹机、电外科设备、冲洗灌注泵等，根据手术需要进行选配。图 2-1 腹腔镜设备系统（二）腹腔镜镜子，镜子的主要作用是将体内物像经复杂的光学系统成像于体外。镜子又可分为光学镜（如图 2-2） 、电子镜（如图 2-3） ，光学镜清晰度最高，一般腹腔镜采用光学镜，但也有部分厂家生产电子腹腔镜
5、，电子腹腔镜是由电子软镜（如电子胃镜、肠镜等）发展起来。腹腔镜的直径有 10mm、5mm 等，工作长度：31cm/42cm/50cm 等，最常用的一般是直径 10mm，工作长度 31cm 的腹腔镜。镜子可见范围为视野角，镜子轴方向与视野角中分线所成角度称为视角，腹腔镜的视角有 0、30、45、70 等，其中最常用的是 0及 30视角的镜子，特别是 30镜子可根据所需要的视野随时转动镜子，能很好的暴露腹壁、盆腔等结构。图 2-2 30光学腹腔镜图 2-3 电子腹腔镜（三）器械，器械的种类非常多，常见的有分离钳、抓钳、剪刀、持针器、穿刺器、电钩等，可根据手术需要及操作习惯进行选择。手术器械是医生双
6、手的延伸，因此好用的器械将有效缩短手术时间，降低医生的疲劳度，让手术做的更加精致。一般我们判断器械是否好用，需看器械做工材质是否精良、设计是否符合人体工程学，要求持握轻巧舒适，夹持稳定，剪切锋利，并有良好的力反馈。使用时需根据器械的类别做到专用，如分离钳适合组织的分离而不适合夹持，不当的操作将影响使用效果并缩短器械使用寿命。器械又根据所用能量的不同分为双极（如图 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
7、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
8、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 3-1 CCD 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。
9、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（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
10、，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 3-2 DVI 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，只有整合了最佳组合才能获得完美的图像效果。二、内窥镜系统配置要求医院在计划引进腹腔镜设备时，哪些因素是我们必须重点考虑的呢？（一）内窥镜已进入全面普及 1080P 全高清时代自 2007 年世界上第一台全高清内窥镜系统诞生以来，经过近 10 年的发展，已经开始全面普及，可以说全高清内窥镜系统将是医院腹腔镜的基础配置。根据中华人民
11、共和国广播电影电视行业标准及中华人民共和国电子行业标准对高清的定义，全高清内窥镜系统是指：图像采集及显示的分辨率都为 19201080，逐行扫描（P） ；16:9 图像采集及显示；全数字化信号传输(摄像头摄像主机监视器)；刷新速率：50/60 Hz。19201080 图像分辨率带来更加细腻、清晰的图像细节，帮助医生分辨细微的血管、神经等组织结构，提升手术安全性及精准度。逐行扫描(p) 较隔行扫描(i) 减少了图像滞后现象，避免了行间闪烁和垂直边沿锯齿化现象。16:9 的图像带来更大的显示范围，帮助医生更早发现手术器械，提高手术安全性，该显示比例符合人体工程学人眼的视觉比例，可降低视觉疲劳。全数
12、字信号传输保证了能获得最真实的图像效果，避免噪点干扰、颜色失真带来的手术安全隐患。较高的刷新速率避免了滞后、拖尾等现象的出现，且不容易出现视觉疲劳。（二）标配 2 倍以上光学变焦功能随着手术术式不断拓展，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
13、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）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
14、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
15、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
16、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
17、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。创新四：新 3D，让手术触手可及三维成像（three-dimensionalimaging，3D 成像）技术在 20 世纪 90 年代即已应用于腹腔镜手术系统，以解决传统腹腔镜二维图像在空间定位和辨认解剖结构方面的不足，让手术操作更加精准，缝合打结等精细操作更加得心应手，节约了手术时间，提升了手术安全性，并能缩短了年轻医师掌握腔镜技术的学习曲线。随着技术的不断发展，3D 腹腔镜越来越受到重视，在欧美乃至全国都得到广泛的应用。 3D 腹腔镜是对传统腔镜技术的进一步发展和有益补充，是内窥镜的发展方向。最新的 3D 腹腔镜秉承
18、 3“qing” 技术，完美贴合临床需求：清晰，从采集到输出都是 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 KARL STORZ 公司 IMAGE 1 S“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
19、能高温高压或浸泡，可采用环氧乙烷和低温等离子消毒灭菌。为了延长摄像头的寿命，建议使用一次性无菌套。摄像头连线盘绕存放，勿过于弯曲，禁止提线倒垂摄像头。图 3-6摄像头插头禁止热插拔图 3-7摄像插头表面和主机插座内连接前要先处理干净干燥（橡皮擦、无水酒精） 。图 3-8氙灯冷光源氙灯光量旋钮仅能调节出光量的大小，不能调节灯泡本身发光的亮度，所以调小出光并不能延长灯泡的寿命。需注意频繁开关氙灯的次数和间隔的时间，保持良好的通风散热环境，光源两侧进出风口勿放置杂物。在满足手术视野的情况下，应尽量把光源的亮度调节旋钮调小，避免损坏光纤和镜子等。术中镜子放在铺单上时要将光源亮度调节旋钮关闭或将物镜端前
20、方铺单移开，避免点燃铺单。不要过度弯曲光纤，应盘成大圆圈存放。光纤可以采用液体浸泡、环氧乙烷、低温等离子等消毒灭菌方式或用一次性无菌套。光纤和镜子的匹配原则：粗光纤配大镜子,细光纤配小镜子。图 3-9 纤维导光束盘绕方式故障现象：导光束导光性差故障原因：导光束靠近接头处外皮破裂后导致部份光纤折断。图 3-10预防措施：扶镜子时注意其位置，请参考下图：图 3-11关于图像模糊问题医生在手术过程中可能会遇到图像模糊不清的状况，其成因大致为：.正常物理现象：镜子与腹腔环境存在温差导致起雾；使用超声刀、单双极能量器械产生烟雾；镜子与摄像头连接处有液体；镜子老旧、损坏等。二、处理方法：泡、擦、吸。手术前
21、用温热水浸泡镜子物镜端，改变镜子与腹腔温差后可以显著改善起雾现象。轻微起雾还可以用碘伏擦拭镜子物镜端。对于能力器械产生的烟雾可以用吸引管吸走。镜子提前连接导光束，打开光源预热，其原理也是改善镜子与腹腔的温差；建议气腹管连接到进器械的 Trocar，而不要连接进镜子的 Trocar。第四章 气腹机气腹机适用于腹腔镜检查和手术中，利用 CO2 生成和维持腹腔积气，扩大手术视野。各厂商的气腹机流速有 20L/min、30L/min、45L/min 等，那么是不是气腹机流速越大越好呢，如何选择合适的气腹机？其实进气流速不光受限于气腹机，更受限于进气的器械，且出于手术安全性的考虑对气腹流量有严格控制，详见如下数据：常规器械最大耐受灌流速度：常规手术气腹参数参考值：购买气腹机时应根据实际需求选择最大流速。除流速外更应该考虑气腹机压力、流速调节精确度，以确保手术安全。气腹机使用注意事项：1.请使用医用 CO2 气体，纯度99.99%；2.建议使用过滤器，避免液体进入气腹机；2.关机顺序：先关 CO2 气瓶，放完气腹机中的余气后，再关气腹机3.预设腹压成人不要超过 15mmHg，儿童应该更低4.流量的设置：由小到大5.常见问题：反映腹压上不去 （检查预设的腹压和流量；封帽漏气；器械漏气；气腹针堵塞或未穿透腹膜到腔内；气腹机问题）
