共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的研發

喬鐵，黃萬潮，謝景夏，何群芝

1.衛生部肝膽腸外科研究中心 膽囊疾病研究所，廣東 番禺 511470；2.廣州市番禺區第二人民醫院，廣東番禺 511470

共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的研發

喬鐵1,2，黃萬潮1,2，謝景夏1,2，何群芝1,2

1.衛生部肝膽腸外科研究中心 膽囊疾病研究所，廣東 番禺 511470；2.廣州市番禺區第二人民醫院，廣東番禺 511470

本文具體介紹一種共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的研發技術。該內鏡的研發成功并投入使用，將使得對膽囊病的研究進入微觀層面，在活體細胞的狀態下對病變組織進行共聚焦激光掃描，對獲得的圖譜進行病理對照分析，對膽囊的病變作出準確的診斷。

膽囊鏡；共聚焦技術；顯微CT；微創外科；膽囊檢查

本文導讀 ＞＞

課題背景：共聚焦顯微硬質膽囊鏡，是結合先進的共聚焦激光掃描技術的創新產品，為膽囊病的診斷提供細胞級的圖像依據。該內鏡系統已獲得國家實用新型專利授權。

重要概念：共聚焦技術是指光路（激發和發射）在兩個位置上聚焦，有效防止雜質信號產生的背景噪音干擾，從而降低背景信號的強度，突出目標組織的強度，獲得高質量的圖像。共聚焦最核心的技術是通過空間過濾技術去除了一定厚度標本的非焦平面信息。目前使用的共聚焦顯微鏡可以觀察到非常清晰的高質量圖像，并且可以十分方便地觀察到活細胞和組織。

0 前言

激 光 掃 描 共 聚 焦 顯 微 鏡（Confocal Laser Scanning Microscope，CLSM）是在熒光成像的基礎上加裝激光掃描裝置，利用計算機進行圖像集中處理，為醫生提供診斷依據的設備。激光掃描共聚焦顯微鏡在結構上除包括普通光學顯微鏡的基本構造外，還包括激光光源、掃描裝置、檢測器、計算機系統（包括數據采集、處理、轉換、應用軟件等）、圖像輸出設備、光學裝置和共聚焦激光掃描系統等。激光掃描共聚焦顯微鏡能對標本各層分別成像，對活細胞行無損傷的“光學切片”，這種功能被形象地稱為“顯微 CT”。激光掃描共聚焦顯微鏡還可以對貼壁的單個細胞或者細胞群的胞內、胞外熒光作定位、定性、定量及實時分析，達到實時診斷的效果[1-2]。

目前國內外尚沒有結合共聚焦激光掃描系統、專用于膽囊病診斷的膽囊鏡系統。我們根據膽囊病診斷需求，研發了一種共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡。它結合共聚焦激光掃描系統和硬質膽囊鏡，把共聚焦激光掃描系統引入到膽囊病手術中，可對膽囊息肉、膽囊炎癥、膽囊腫瘤等病癥進行實時的、活體細胞層面的微觀診斷，進一步提高了膽囊疾病診斷的深度，為膽囊病的治愈提供了一種新工具。

1 共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的設計

共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡主要由工作端部、光源輸入端[2]、共聚焦顯微控制端口、進水通道、出水通道和目鏡端等組成，其結構圖如圖1所示。

膽囊位于肝臟的膽囊窩內，為一倒置梨形的囊狀器官，長約 80～100mm，寬約 30～50mm，容量約 30～50mL，膽囊底為鈍圓的盲端，突向前下[3]。在施行膽囊病手術時，須從膽囊底部做小切口，小切口控制在 10mm 以下。共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的工作端部需要介入膽囊腔內，所以共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的工作端部的外徑應該≤ 10mm，才能順利通過≤ 10mm 的膽囊底部切口進入膽囊腔內，并對膽囊腔起到一定的密封作用，有利于使得膽囊腔內充盈液體，進行激光共聚焦掃描。膽囊鏡的工作端部的長度為 203.5mm，這個長度能使內鏡進入膽囊腔內進行工作，方便醫生觀察[4]。

圖1 共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的設計效果圖1 工作端部 ； 2 冷光源輸入端 ； 3 共聚焦顯微控制端口 ； 4目鏡端 ； 5 進水通道 ； 6 出水通道。

共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的工作端部的最頂端部分稱為先端部，在共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的工作端部內部有若干條各自獨立的通道，分別安裝不同功能的模塊，有共聚焦激光頭模塊、共聚焦探頭模塊[5]、光學系統模塊和光導纖維模塊等。

共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的先端部的設計如圖2所示，其先端部設計有共聚焦探頭及共聚焦激光頭、光學鏡頭、光導纖維、進水通道出口和出水通道出口。其光學系統可以采用傳統的柱狀透鏡有序排列成光學系統，或者采用高分辨率的 CCD處理芯片的電子光學系統，兩者的光學鏡頭的直徑都應≤ 3.0mm。膽囊腔及膽囊壁的圖像經過光學系統傳輸到攝像中心，經過攝像中心處理后顯示在顯示屏上。共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的冷光源輸入端連接冷光源主機，冷光源主機為內鏡提供內鏡探查所必需的光源。共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的進水通道和出水通道分別位于內鏡的兩側，與內鏡中軸線各成 45°，進水通道和出水通道的內徑≤ 2.0mm，除了能作為液體進出的通道外，也能作為手術器械（如手術活檢鉗、網籃、止血設備等）[6-10]的進出通道。

圖2 共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的先端部設計1 共聚焦探頭 ； 2 共聚焦激光頭 ； 3 進水通道出口 ； 4 出水通道出口 ； 5 光學鏡頭 ； 6 光導纖維。

共聚焦探頭裝有推出裝置。利用微型電機能把共聚焦探頭推出距離先端部端面約 10mm 的距離，如圖2 中的 A與B所示。共聚焦激光頭分別位于共聚焦探頭的兩側，共聚焦激光頭能發出波長在 488nm 的激光束，與膽囊壁組織內的熒光素鈉發生反應，共聚焦探頭輕輕接觸膽囊壁表面即可對膽囊壁的各層組織進行掃描成像，掃描速度＞10 幀/s，觀察深度為 55～65μm，圖像數據經由共聚焦顯微控制端口和數據線傳輸到共聚焦顯微主機進行處理，得到的共聚焦圖像動態顯示于顯示屏上，并能以視頻片段的形式存儲于電腦硬盤中。

共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡系統連接圖如圖3所示。

圖3 共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡系統連接示意圖1 共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡； 2 冷光源主機； 3 攝像中心；4 共聚焦顯微主機 ；5 鍵盤 ； 6 共聚焦顯微監視器 ； 7 攝像中心監視器。

2 共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的臨床使用方法

患者施行共聚焦顯微檢查前需要空腹，檢查過程使用熒光素鈉作為熒光劑，檢查時先行小劑量靜脈實驗，觀察15min，了解患者有無局部及全身過敏反應。醫生借助此鏡，在膽囊底部做微小切口，然后通入共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡，通過共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的光學系統反饋的圖像觀察膽囊腔內及膽囊壁間的病變情況。然后靜脈內注射熒光素鈉溶液適當劑量，控制共聚焦顯微硬質膽囊鏡的共聚焦探頭慢速接近膽囊壁的病灶位置，開啟掃描功能，輕輕觸碰病變表面即可對組織進行掃描成像，每個病變在其表面或周圍至少掃描5個部位，在活細胞的狀態下進行放大 100～500 倍的觀察。同時對膽囊壁組織進行由淺至深的光學切割，可以最大達到 250μm 的切割深度，達到活體病例診斷的目的。

3 結論

共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡是由具有高分辨率、高靈敏度、三維重建、動態分析等優點。通過共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的共聚焦顯微探頭，在活體細胞的狀態下，對膽囊壁的病變組織進行高倍放大，獲得的高分辨率的病變組織圖像，為醫生提供了一種實時、高效和準確的診斷手段。共聚焦激光掃描硬質膽囊鏡的使用可以縮短膽囊病的診斷時間，增加診斷的準確率，進一步擴大手術的范圍。

[1]張陽德,等．內鏡學[M]．第1版．北京:人民衛生出版社,2001: 160-237．

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[3]吳孟超,吳在德．黃家駟外科學[M]．第7版．北京:人民衛生出版社,2008:1620-1750．

[4]喬鐵,張寶善,陳訓如,等．橋牌系列硬質膽囊鏡診療圖譜[M]．第1版．北京:軍事醫學科學出版社,2010:7-27．

[5]李延青,何克裕．共聚焦激光顯微內鏡圖譜[M]．第1版．北京:中國醫藥科學出版社,2009:1-30,68-92．

[6]徐峰,李慶祥．精密機械設計[M]．第1版．北京:清華大學出版社,2005:550-560．

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[8]湯黎明,等．窺鏡窄波成像的原理與臨床應用[J]．中國醫療設備,2009,(6):45-47．

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[10]李慶祥,王東生,李玉和．現代精密儀器設計[M]．第1版．北京:清華大學出版社,2004:192-246．

The Research and Design of the Hard Cholecystoscope of Confocal Laser Scanning

QIAO Tie1,2, HUANG Wan-chao1,2, XIE Jing-xia1,2, HE Qun-zhi1,2
1. Institute of Gallbladder Disease of NHEC, Institute of Gallbladder Disease of Panyu, Panyu Guangdong 511470, China; 2. The Second People's Hospital of Panyu, Panyu Guangdong, 511470, China

This paper introduces the development of the hard cholecystoscope of confocal laser scanning, which combined the confocal laser scanning system and the hard cholecystoscope. The hard cholecystoscope of confocal laser scanning can do the laser scanning when the cells are alive, and can provide the microcosmic images with the gallbladder's pathological changes. By comparing these images, the doctors can make the precise diagnosis.

cholecystoscope; confocal technology; micro-CT; minimal-invasive surgery; gallbladder examination

TH776+.1

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.01.010

1674-1633(2011)01-0038-03

2010-09-06

2010-09-27

專利：實用新型專利（ZL201020112048．9）。

本文作者：喬鐵，副教授，擔任衛生部肝膽腸外科研究中心膽囊疾病研究所所長，廣州市番禺區第二人民醫院院長，中國醫師協會內鏡醫師分會常務委員等職務。

黃萬潮，研發工程師。

通訊作者郵箱：bill287@foxmail．com