腹腔镜基础知识介绍43552

腹腔镜系统基础知识介绍

一、目录

第一章医用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

第一章医用窥镜定义及发展历史

一、医用窥镜的定义

医用窥镜泛指经各种管道进入人体，以观察人体部状况的医疗仪器，其最大的好处是微创。部份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，开创了窥镜的起源。早期窥镜都是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。

人类运用镜探测腹腔始于20世纪初，1901年，V on 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V on 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发明了第一台医用冷光源，为窥镜显影带来了光明。1964年，HOPKINS 柱状晶体镜的发明是窥镜发展的里程碑，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，开启了镜治疗的新篇章。

1991年2月19日，第二人民医院荀祖武使用KARL STORZ设备完成了中国地第一例腹腔镜胆囊切除手术，这是国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，不断拓展手术开展围，由最初的良性病变治疗发展到恶性肿瘤切除，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，是窥镜系统的核心，负责窥镜图像照明、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，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。本章将介绍窥镜摄像系统的基础知识。

（一）CCD晶片

窥镜摄像头的作用在于将镜子传输过来的体影像（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

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。最先进的窥镜系统从图像采集到处理到输出都要数字信号，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，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3-2 DVI接口

影响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、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）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，可以说全高清窥镜系统将是医院腹腔镜的基础配置。

根据《中华人民国广播电影电视行业标准》及《中华人民国电子行业标准》对高清的定义，全高清窥镜系统是指：

①图像采集及显示的分辨率都为1920×1080，逐行扫描（P）；

②16:9图像采集及显示；

③全数字化信号传输(摄像头→摄像主机→监视器)；

④刷新速率：50/60 Hz。

1920×1080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，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