纤维内镜的原理及结构

纤维内镜的原理及结构
纤维内镜的原理及结构
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