電子內鏡窄帶成像系統的關鍵技術分析

王功華，張平

荊州市中心醫院 器材科，湖北 荊州434020

電子內鏡窄帶成像系統的關鍵技術分析

王功華，張平

荊州市中心醫院 器材科，湖北 荊州434020

通過介紹窄帶成像技術的原理，分析和討論圖像處理裝置、冷光源及放大內鏡的配置和技術參數。總結出窄帶成像系統區別于普通電子內鏡系統的濾光片、放大內鏡、高清晰度數字電視等關鍵技術，并分別對各個關鍵技術進行分析，為醫院購置和決策時提供指導作用。

電子內鏡窄帶成像；窄帶干涉濾光片；放大內鏡；高清晰度數字電視

0 前言

電子內鏡窄帶成像（Narrow Band Imaging，NBI）系統是一款新近研發并投入臨床使用的 “電子染色”內鏡系統[1]。它具有顯著提高消化道毛細血管形態的對比度和清晰地對淺表贅生物微血管形態改變及紋理進行可視化分析等功能，現已廣泛用于診斷各種早期消化道腫瘤及胃腸病變，如診斷Barrett食管、食管癌、慢性胃炎、結腸腫瘤等。因此，窄帶成像技術將會被越來越多的消化內鏡醫生所接受，然而這套系統的關鍵技術和配置仍值得醫院決策者學習和探討。

1 窄帶成像技術原理

普通電子內鏡的成像原理是:氙燈產生白光并透過以20～30r/s速度旋轉的紅/綠/藍（RGB）三原色濾光片照射到被攝物體上，由先端部電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）獲取RGB的順次信號，通過記憶裝置變換成同時信號，在內鏡的前端形成高品質的圖像，再經過圖像處理中心進行圖像處理，最后傳送至監視器上供操作者觀看的[2]。

普通電子內鏡采用的是廣譜濾光片，覆蓋了可見光400～800nm波譜范圍，與普通照明光類似；而窄帶成像技術采用了窄帶干涉藍/綠濾光片，產生中心波長分別為415nm及540nm，帶寬為30nm的藍綠窄帶光波作為光源照明并進行成像的的[3-4]。普通電子內鏡與窄帶成像系統濾光與波長對比，見圖1.

圖1 普通電子內鏡和窄帶是波譜范圍

2 系統配置及技術參數

NBI系統都屬于OLYMPUS EVIS LUCERA SPECTRUM電子內鏡系統，冷光源型號為CLV-260SL，圖像處理中心型號為CV260SL。系統要求冷光源上安裝有藍綠色窄帶濾光片，并且通過冷光源上的NBI按鍵可以與普通RGB濾光片自由切換及配套一根放大內鏡，通過不同波長及帶寬的RGB三色光激發消化道病變，獲取對病變組織特異性和敏感性的圖像信息。

窄帶成像系統要實現NBI功能，需具備如下基本配置及參數：圖像處理器，見表1；冷光源，見表2；另外，需配置一條放大內鏡，如H260、Q260、Q240系列內鏡，Q260基本配置，見表3。

3 關鍵技術分析

NBI與普通電子內鏡區別在于采用窄帶干涉濾光片技術和配套使用放大內鏡，使得消化道黏膜淺表血管和微血管與正常黏膜邊界清楚，圖像對比度增加，并在高清晰的醫用監視器上顯示，供內鏡醫生觀察病變。

表3 Q260放大內鏡基本參數

表1 圖像處理裝置CV260SL基本配置

表2 冷光源CLV-260SL基本配置

3.1 濾光片技術

窄帶干涉濾光片是窄帶成像技術的核心部件，它是一種帶通濾波器，利用電介質多層膜和金屬膜的干涉作用[5]，可以從入射光中，選取特定的波長，其半峰值帶寬（峰值的1/2）為1～40nm。NBI系統中采用的是帶寬為30nm的藍/綠濾光片，當氙燈產生的白光照射到濾光片上時，它只允許中心波長分別為415nm及540nm，帶寬為30nm的藍綠復合光通過，其他波長的光線全部截止。

電子內鏡系統采用的是RGB廣譜濾光片，允許400～800nm的RGB三色可見光通過。而窄帶成像系統中不僅使得RGB三色光的帶寬“窄帶化”，而且截止了紅色光成分，其主要原因是紅光照射到消化道黏膜表面或淺表血管及微血管會發生大量的漫反射，并被CCD接收，這樣圖像的對比度和邊界的清晰度不如藍綠雙色窄帶光。當然采用RGB三色窄帶光圖像的對比度效果肯定優于普通的廣譜濾光片。

3.2 放大內鏡技術

盡管應用NBI觀察消化道病變邊界和微血管更加清晰，但是僅僅依靠普通的不具備放大功能電子胃腸鏡觀察早期癌或腺管開口、微血管形態是不夠的，它還需要聯合放大內鏡或具有高清晰分辨率的CCD的內鏡一起使用。

放大內鏡的結構和原理類似于顯微鏡，只是在物鏡與導光束或物鏡與CCD之間裝有不同放大倍數的鏡頭，同時像素更密集，其參考單位是約0.1mm的點狀或線狀微細形態[6]。新型放大內鏡為變焦內鏡，可放大60～170倍，接近實體顯微鏡的放大倍數，可重點觀察隱窩、腺管開口形態或粘膜下血管形態，對早期粘膜病變的診斷效果明顯優于普通內鏡。

在窄帶成像系統選型初期，可以根據實際情況選購具有高分辨率CCD的內鏡，這樣結合圖像處理器的電子放大功能就可以實現窄帶成像功能。隨著這項技術應用逐漸廣泛和成熟，可再選擇共焦放大內鏡。

3.3 HDTV成像技術

HDTV，現已廣泛應用于高清晰電子內鏡系統中。該技術從圖像或視頻信號的采集、傳輸、接收處理及顯示，全部實現了數字化，同時其信號的抗噪能力大大加強[7]。

HDTV規定了視頻至少具備720線非交錯式逐行（720p）或1080線交錯式隔行（1080i）掃描，而DVD標準為480線。美國的高清標準主要有兩種格式，分別為1280×720p/60和1920×1080i/60，采用隔行掃描模式；歐洲傾向于1920×1080i/50，是通過兩次掃描來完成的，每場實際掃描線數只有1/2，即1080/2=540線。其中以720p為最高格式，需要的行頻支持為45kHz，采用的是逐行掃描模式。一幅完整畫面一次顯示完成，單次掃描線數可達720線，水平掃描達到1280點，同時由于場頻為60Hz，畫面既穩定清晰又不閃爍。

HDTV成像技術擁有普通視頻系統2倍以上的掃描線和平行像素，逼真的成像性能可以將毛細血管和細微的黏膜結構準確清晰的顯示在屏幕上，從而增加檢查效率，減少漏診率。因此，要實現窄帶成像系統的高清晰數字化，從信號采集開始到顯示結束，所有裝置或部件都必須與HDTV兼容，否則難以實現真正的“高清”。

4 小結

盡管窄帶成像技術提升了消化道早期腫瘤或其他病變的診斷效率，增加了早期發現病變的可能性，但是它仍然不能作為診斷胃腸疾病的“金標準”。作為醫院的消化內鏡的從業者或相關技術人員，在學習和理解這項技術時，要懷著科學、客觀的態度真正認識它。只有掌握了窄NBI的真正內涵，我們才能夠對其進行科學合理的選擇和應用，并為醫院服務，造福于廣大患者。

[1] 張平,董衛國,湯紹遷.電子內鏡窄帶成像技術與智能分光比色技術的對比研究[J].中國醫療設備,2009,24(11):55-57.

[2] 呂慶友,官麗梅.醫用內窺鏡使用與維修技術[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,2006:74-75.

[3] 張平,董衛國,湯紹遷.電子內鏡窄帶成像與自體熒光成像系統的選型研究[J].醫療衛生裝備,2011,32(1):101-104.

[4] 郭濤,錢家鳴等.窄光譜成像（NBI）在消化內鏡中的應用[J].中華消化內鏡雜志,2007,24(3):234-236.

[5] 付婭,郭梅梅,賀克儉.窄帶成像內鏡的原理及臨床應用現狀[J].醫學綜述,2009,16(5):754-758.

[6] 王尊松.放大染色內鏡臨床應用進展[J].國外醫學·消化系疾病分冊,2005,25(2):94-96.

[7] 張平,董衛國,湯紹遷.電子內鏡窄帶成像技術與智能分光比色技術的對比研究[J].中國醫療設備,2009,24(11):55-57,61.

Analyze the Key Technology of Narrow Band Imaging System

WANG Gong-hua, ZHANG Ping
Equipment Department, Jingzhou Central Hospital, Jingzhou Hubei 434020, China

Introducing the principle of the Narrow Band Imaging, then analyzing and discussing the configuration and technical parameter of the image processing equipment, cold light source and magnifying endoscope. Summarizing the key technology of the Narrow Band Imaging, else discuss them separately,provide the instruction for hospital purchasing and decision lastly.

endoscope narrow-band imaging; narrow band filter; magnifying endoscope; HDTV

1674-1633(2011)10-0108-03

2011-05-25

2011-08-25

作者郵箱：jz-zp@sohu.com

TH776.1

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.038