纤维内镜的原理及结构
发布时间:2014-04-01 浏览次数:3657

随着纤维光学的发展, 1957年纤维内镜制作成功。用光导纤维(光纤)制成纤维内镜得导光、导像束,由于它的全反射传导光纤特性,并采用外部光源,使光亮度增加,图像清晰。光纤细纤、柔软、可弯曲,有他制成的内镜细而柔软,头部可屈曲,是镜在腔内回转弯曲,减少观察盲区。几十年来,内镜技术及内镜制作日趋成熟,并广泛应用于临床、科研,促进了消化学科发展。 
一、 光导纤维导光原理 
  光线在均匀介质中沿直线传播,传播速度因介质不同而不同。根据光在介质中的传播速度大小分为光密介质和光疏介质。燧石玻璃和冕玻璃相比,燧石玻璃时光密介质。当光线从一个介质传导另一个介质时,在街面上可以看到反射和折射现象,如果入射光线不折射到第二介质中,而是完全反射会员介质,称此现象为全反射。纤维内镜就是应用具有全反射 ` 特性的光的纤维制成的。 
  目前玻璃纤维均用燧石玻璃制作核心纤维,被覆层用冕玻璃。当光线从玻璃纤维端面射入时,因燧石玻璃的折射率高于冕玻璃,因而照射在燧玻璃内表面的光线被反射到对侧的内表面,经过反复的全发射,光纤由纤维的另一端射出。当纤维被弯曲时,反射角发生变化,但光线仍人以全反射形式传导。成束玻璃纤维在一起时,因为相邻介质可以发生光泄漏,所被覆的折射率低的冕玻璃能减少光传导的损失。 
  纤维导光束和导像束均由数万根玻璃纤维组成(约 20000 — 50000 ),纤维极细,约为发丝的 1/10 ,柔软可弯曲。每根纤维传导一个光点,内镜中的光线玻璃全部排列整齐,两端的光线首尾对应,所有数万个光点从一端至另一端,如果每根纤维之间排列的越紧密,两端越整齐,传导图像的光亮度越大,分辨率越高,图像越清晰。如果光纤玻璃断裂,此处的光线传导阻断,目镜中可见到黑点,黑点越多,光亮度下降,图像器细读亦下降。 
二、纤维内镜及附属设备的构造 
  一套完整的纤维内镜包括光源、内镜及附属的机械组成 
冷光源 
  硬式胃镜的照明灯在镜前端,光亮度不足并可能烧灼粘膜组织。纤维内镜的光源是一外置装置,是冷光源 (cold light) ,此光源发出的强光,经内镜的导光束传入腔内,为观看、摄像、照像提供高亮度的照明。 
1. 灯泡 
  灯泡置于光源箱内,目前邮卤素灯或氙气灯,低电压和高瓦特的光源使足量的光线射入腔内,氙光源近似日光,因此图像更真实,灯泡外是一弧形集中罩,罩内面涂有一层介质膜,能吸收产生热量的长波长红外线,使大部分红外线被滤过,故称冷光源。另外弧形镜可反射灯泡所发生的光线到平面镜,在经凸透镜聚焦,投射到导光束的端面,时光亮度增加。
2. 冷却风扇 
  灯泡旁有一小型风扇,当接通电源后,风扇转动,散发灯泡产生的热量,延长灯泡的使用寿命。 
3. 电磁泵 
  电磁泵是完成纤维内镜送气的动力来源,接通电源后,电磁泵开始工作,术者按送水送气钮时,使气或水通过镜内进入腔内,完成内镜检查。 
4. 摄影自动控制系统 
  此系统使摄影时根据物镜和所设物距离、光亮大小而自控摄像条件。自动闪光控制系统使氙气灯在摄影片刻功率增高 3 — 5 倍,能以 1/3000 — 1/100 秒的高速摄像。 
纤维内镜的基本机构 
  不同型号的内镜构造不完全相同,但均具有以下 CCD 个基本构造:前端部、弯曲部、插入管、操纵部、接目部和导光光缆。 
1. 前端部 
  前端部是内镜的硬性部分,有多个小孔和窗,分别为送气出口孔、活检钳出口孔、物镜、导光窗。 
? 物镜:一般有 2 — 4 片透镜组成,各透镜之间有精密的间隙,物镜和导光束远端共同组成观察窗,图像经聚焦后投影在导像束末端的端面上再经光纤导像束传至目镜。 
根据观察窗的不同位置而命名为前视式、测视式和斜视式。观察窗在前端为前视式,观察窗在前端侧面为侧视式。前视式内镜在进镜时能清楚地的观察腔内的弯曲走向及前方腔壁,对侧壁观察欠佳。侧视式能正面观察侧壁,特别对狭小腔壁的观察,故十二指肠镜为侧视式,其缺点是进镜式看不到前方管腔如食管,不能在直视下插管。斜视式观察窗位置介于两者之间,呈 30 ?— 45 ?的斜面,当镜头向下弯曲时似前视镜,向上弯曲时似侧时镜。 
? 导光窗:由于光束末端之端面及密封玻璃组成,照明光线由此射出。为使射出光线在整个视野内均匀一致,有的内经设有两个导光窗,有的窗内安置透镜,按一定角度散射出光线。
? 送水送气孔:此孔位于观察窗旁,是送水送气管道的共同出口,当注气时,气体由此孔进入腔内,使腔扩张。当注水是,水从此孔出来冲洗物镜镜面,保持清晰视野。 
? 吸引及活检管口:吸引和活检管口为同一管口,当腔内有过多液体妨碍观察时,按压吸引钮,液体由此孔经内镜而排除在吸引瓶内,活检钳及其它器械亦从此孔进入腔内。 
2. 弯曲部 
  弯曲部位于前端和插入管之间,有许多环状零件组成蛇管,每对相邻的环状零件之间均能做上下左右方向活动。活动由钢丝牵拉,钢丝的一端固定于弯曲部前端,另一端与角度控制旋钮相连,在钢丝牵引下弯曲部向不同方向作弯曲。弯曲部性能与内镜质量好坏直接相关,要求弯曲角度大,能全面观察,无盲区;要求弯曲半径小,便于在狭窄腔内观察。目前性能好的胃镜能达到上、下、左、右角度为 180度— 210度 、 80 度— 90度、 90度— 100 度、 100 度。如同时扭动两个角度钮可使弯曲部达到最大弯曲角度。 
3. 插入管 
  插入管又称镜身或软管部。其上方为操作部,下端为弯曲部,其内部为光线导光束和导像束,送气送水阀通道和吸引、活检管通道及多条钢丝通过。外有网管及螺旋弹簧管构成的软管,关外位聚胺酯材料组成的外套管。套管表面光滑并标有刻度,每 5cm 划线,每 10cm 表明镜深入长度。 
  不同型号内径长度不一,胃镜的一般工作长度为 100cm 左右。肠镜分长、中、短三型,一般工作长度分别为 150 — 170cm 、 130cm 、 60 — 70cm 。 
4. 操纵部 
术者手握操纵部,操纵各种按钮,完成内镜检查。 
( 1 )制旋钮和锁钮:角度控制旋钮形似齿轮,有两个,分别控制上下、左右角度。转动角度控制旋钮,牵引钢丝而使弯曲部动作。在两个角度控制旋钮旁各有一个锁钮,当锁钮工作时,固定注弯曲角度,当放松时,镜伸展。要注意在锁钮未松开前,切勿做进镜和拔镜动作。 
(2) 吸引阀按钮:位于操纵部前方,按钮中央有一孔,术者重压此按钮时,吸引管接通,当开通吸引器开关时,腔内液体或气体通过目镜前端的吸引孔吸入吸引瓶内。 
(3) 送气送水发按钮:位于操纵部前方,按钮中央有通气孔,当打开电源时,电源箱内的电磁泵不断压出空气,由此孔溢出,当用手指堵住按钮时,空气通过单向阀进内镜气道,在由前端部的送气口进入腔内。当按钮重压下去时,送器官被密封全堵注,送水管接通,空气进入贮水瓶,将瓶内的水压入送水孔,经前端的送水口喷出来。 
(4) 活检管开口:目前内镜的活检管开口都位于操纵部下方,是活检钳及各种治疗用器械插入口,插入后通过活检管(吸引 / 活检通道)从前端部伸出。 
5. 接目部 
  接目部位于操纵部上方,目镜与术者眼睛接近,经导像术传导的图像聚焦放大后投射在术者的眼底部。 
? 屈光调节圈:由于术者晶状体屈光度不同,再目镜下方有屈光调节圈,转动此圈调节目镜与导像束的距离,升降目镜使物镜清晰。 
? 照相机、摄像机接口:再目镜顶端有与照相机衔接的接口,使照相机或摄像机与目镜紧密结合,拍摄照片、录像活使图像呈现在电视机屏幕上。 
6. 导光光缆 
  导光光缆是内镜与冷光源的相连接部分,导光光缆的末端是导光连接部,包括导光束插杆、注气插管和多个接线柱,将它插入光源的内镜插座,使光源部分与内镜相连接。在连接部上有不燃气体接口,可与 二氧化碳瓶连接;有送气或送水接口与贮水瓶相通;有回归电路接口与高频电发生器的回归电路连接,防止内镜治疗时泄漏电流以保证安全;有吸引接口与吸引器相连。 
( 三 ) 纤维内镜的附属器械 
1. 活检钳 
  用于钳取活体组织,为病理学和细菌血检查提供标本。活检时,活检钳经操纵部下方活检管开口插入,通过活检管出口伸入腔内,夹下组织块做病理学检查。活检钳是由一根长的弹簧钢丝构成,一端为钳瓣,另一端是钳瓣张开闭合的控制结构。为了获得较大的活组织块,要求钳瓣开启度大,闭合紧密,有些钳瓣正中有针,当打开活检钳瓣时,里面针可以刺入病变部位,使钳取时不会滑脱;要求弹簧钢丝有一定的弹性、式当的硬度及光滑表面,可在镜但弯曲时仍能顺利插入。 
2. 细胞刷 
  细胞刷由弹簧钢丝外套和末端的微型尼龙刷组成,可经活检管导插入腔内,在病灶部位刷取细胞作细胞学检查。附鞘细胞刷在头端装有可以前后移动的头鞘,刷取细胞标本后,头鞘向前推出套在刷头,在退出细胞刷,保留刷取得细胞不脱落。 
3. 冲洗、吸引器 
  是一较长的塑料导管。经活检管开口插入后,直视下从细水清洗病灶表面附着物,利于识别病变。也可通过此管吸出腔内体液作进一步检查。伴腔内出血时,可从此管吸出血液帮助观察病灶。也可从此管注入染色剂美蓝、刚果红灯镜型粘膜染色。也可从此管注射药物,如肾上腺素作止血治疗。 4 穿刺针用于治疗。是一较长的塑料管套,前方有针可从套管内伸出。将检管开口插入达病变部位时,将针头伸出套管外,刺入组织内,将药物注入。用于食管静脉屈张的硬化治疗,或出血的止血治疗。 
4. 夹持器械或异物取出器械 
  为取出吞食的异物,有各种类型的钳取钳,如鳄鱼嘴型钳,三角型钳、篓型钳等,也可用此钳碎结石

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