共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的研发

乔铁，黄万潮，谢景夏，何群芝

1.卫生部肝胆肠外科研究中心 胆囊疾病研究所，广东 番禺 511470；2.广州市番禺区第二人民医院，广东番禺 511470

共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的研发

乔铁1,2，黄万潮1,2，谢景夏1,2，何群芝1,2

1.卫生部肝胆肠外科研究中心 胆囊疾病研究所，广东 番禺 511470；2.广州市番禺区第二人民医院，广东番禺 511470

本文具体介绍一种共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的研发技术。该内镜的研发成功并投入使用，将使得对胆囊病的研究进入微观层面，在活体细胞的状态下对病变组织进行共聚焦激光扫描，对获得的图谱进行病理对照分析，对胆囊的病变作出准确的诊断。

胆囊镜；共聚焦技术；显微CT；微创外科；胆囊检查

本文导读 ＞＞

课题背景：共聚焦显微硬质胆囊镜，是结合先进的共聚焦激光扫描技术的创新产品，为胆囊病的诊断提供细胞级的图像依据。该内镜系统已获得国家实用新型专利授权。

重要概念：共聚焦技术是指光路（激发和发射）在两个位置上聚焦，有效防止杂质信号产生的背景噪音干扰，从而降低背景信号的强度，突出目标组织的强度，获得高质量的图像。共聚焦最核心的技术是通过空间过滤技术去除了一定厚度标本的非焦平面信息。目前使用的共聚焦显微镜可以观察到非常清晰的高质量图像，并且可以十分方便地观察到活细胞和组织。

0 前言

激 光 扫 描 共 聚 焦 显 微 镜（Confocal Laser Scanning Microscope，CLSM）是在荧光成像的基础上加装激光扫描装置，利用计算机进行图像集中处理，为医生提供诊断依据的设备。激光扫描共聚焦显微镜在结构上除包括普通光学显微镜的基本构造外，还包括激光光源、扫描装置、检测器、计算机系统（包括数据采集、处理、转换、应用软件等）、图像输出设备、光学装置和共聚焦激光扫描系统等。激光扫描共聚焦显微镜能对标本各层分别成像，对活细胞行无损伤的“光学切片”，这种功能被形象地称为“显微 CT”。激光扫描共聚焦显微镜还可以对贴壁的单个细胞或者细胞群的胞内、胞外荧光作定位、定性、定量及实时分析，达到实时诊断的效果[1-2]。

目前国内外尚没有结合共聚焦激光扫描系统、专用于胆囊病诊断的胆囊镜系统。我们根据胆囊病诊断需求，研发了一种共聚焦激光扫描硬质胆囊镜。它结合共聚焦激光扫描系统和硬质胆囊镜，把共聚焦激光扫描系统引入到胆囊病手术中，可对胆囊息肉、胆囊炎症、胆囊肿瘤等病症进行实时的、活体细胞层面的微观诊断，进一步提高了胆囊疾病诊断的深度，为胆囊病的治愈提供了一种新工具。

1 共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的设计

共聚焦激光扫描硬质胆囊镜主要由工作端部、光源输入端[2]、共聚焦显微控制端口、进水通道、出水通道和目镜端等组成，其结构图如图1所示。

胆囊位于肝脏的胆囊窝内，为一倒置梨形的囊状器官，长约 80～100mm，宽约 30～50mm，容量约 30～50mL，胆囊底为钝圆的盲端，突向前下[3]。在施行胆囊病手术时，须从胆囊底部做小切口，小切口控制在 10mm 以下。共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的工作端部需要介入胆囊腔内，所以共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的工作端部的外径应该≤ 10mm，才能顺利通过≤ 10mm 的胆囊底部切口进入胆囊腔内，并对胆囊腔起到一定的密封作用，有利于使得胆囊腔内充盈液体，进行激光共聚焦扫描。胆囊镜的工作端部的长度为 203.5mm，这个长度能使内镜进入胆囊腔内进行工作，方便医生观察[4]。

图1 共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的设计效果图1 工作端部 ； 2 冷光源输入端 ； 3 共聚焦显微控制端口 ； 4目镜端 ； 5 进水通道 ； 6 出水通道。

共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的工作端部的最顶端部分称为先端部，在共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的工作端部内部有若干条各自独立的通道，分别安装不同功能的模块，有共聚焦激光头模块、共聚焦探头模块[5]、光学系统模块和光导纤维模块等。

共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的先端部的设计如图2所示，其先端部设计有共聚焦探头及共聚焦激光头、光学镜头、光导纤维、进水通道出口和出水通道出口。其光学系统可以采用传统的柱状透镜有序排列成光学系统，或者采用高分辨率的 CCD处理芯片的电子光学系统，两者的光学镜头的直径都应≤ 3.0mm。胆囊腔及胆囊壁的图像经过光学系统传输到摄像中心，经过摄像中心处理后显示在显示屏上。共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的冷光源输入端连接冷光源主机，冷光源主机为内镜提供内镜探查所必需的光源。共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的进水通道和出水通道分别位于内镜的两侧，与内镜中轴线各成 45°，进水通道和出水通道的内径≤ 2.0mm，除了能作为液体进出的通道外，也能作为手术器械（如手术活检钳、网篮、止血设备等）[6-10]的进出通道。

图2 共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的先端部设计1 共聚焦探头 ； 2 共聚焦激光头 ； 3 进水通道出口 ； 4 出水通道出口 ； 5 光学镜头 ； 6 光导纤维。

共聚焦探头装有推出装置。利用微型电机能把共聚焦探头推出距离先端部端面约 10mm 的距离，如图2 中的 A与B所示。共聚焦激光头分别位于共聚焦探头的两侧，共聚焦激光头能发出波长在 488nm 的激光束，与胆囊壁组织内的荧光素钠发生反应，共聚焦探头轻轻接触胆囊壁表面即可对胆囊壁的各层组织进行扫描成像，扫描速度＞10 帧/s，观察深度为 55～65µm，图像数据经由共聚焦显微控制端口和数据线传输到共聚焦显微主机进行处理，得到的共聚焦图像动态显示于显示屏上，并能以视频片段的形式存储于电脑硬盘中。

共聚焦激光扫描硬质胆囊镜系统连接图如图3所示。

图3 共聚焦激光扫描硬质胆囊镜系统连接示意图1 共聚焦激光扫描硬质胆囊镜； 2 冷光源主机； 3 摄像中心；4 共聚焦显微主机 ；5 键盘 ； 6 共聚焦显微监视器 ； 7 摄像中心监视器。

2 共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的临床使用方法

患者施行共聚焦显微检查前需要空腹，检查过程使用荧光素钠作为荧光剂，检查时先行小剂量静脉实验，观察15min，了解患者有无局部及全身过敏反应。医生借助此镜，在胆囊底部做微小切口，然后通入共聚焦激光扫描硬质胆囊镜，通过共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的光学系统反馈的图像观察胆囊腔内及胆囊壁间的病变情况。然后静脉内注射荧光素钠溶液适当剂量，控制共聚焦显微硬质胆囊镜的共聚焦探头慢速接近胆囊壁的病灶位置，开启扫描功能，轻轻触碰病变表面即可对组织进行扫描成像，每个病变在其表面或周围至少扫描5个部位，在活细胞的状态下进行放大 100～500 倍的观察。同时对胆囊壁组织进行由浅至深的光学切割，可以最大达到 250µm 的切割深度，达到活体病例诊断的目的。

3 结论

共聚焦激光扫描硬质胆囊镜是由具有高分辨率、高灵敏度、三维重建、动态分析等优点。通过共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的共聚焦显微探头，在活体细胞的状态下，对胆囊壁的病变组织进行高倍放大，获得的高分辨率的病变组织图像，为医生提供了一种实时、高效和准确的诊断手段。共聚焦激光扫描硬质胆囊镜的使用可以缩短胆囊病的诊断时间，增加诊断的准确率，进一步扩大手术的范围。

[1]张阳德,等．内镜学[M]．第1版．北京:人民卫生出版社,2001: 160-237．

[2]逄树龙,蔡振宇．激光扫描共聚焦显微镜在医学研究中的应用[J]．现代生物医学进展,2009,9(13):2579-2580．

[3]吴孟超,吴在德．黄家驷外科学[M]．第7版．北京:人民卫生出版社,2008:1620-1750．

[4]乔铁,张宝善,陈训如,等．桥牌系列硬质胆囊镜诊疗图谱[M]．第1版．北京:军事医学科学出版社,2010:7-27．

[5]李延青,何克裕．共聚焦激光显微内镜图谱[M]．第1版．北京:中国医药科学出版社,2009:1-30,68-92．

[6]徐峰,李庆祥．精密机械设计[M]．第1版．北京:清华大学出版社,2005:550-560．

[7]田芊,廖延彪,孙利群．工程光学[M]．第1版．北京:清华大学出版社,2006:38-96．

[8]汤黎明,等．窥镜窄波成像的原理与临床应用[J]．中国医疗设备,2009,(6):45-47．

[9]罗韶晖,等．激光扫描共聚焦显微镜的选型评估[J]．中国医疗设备,2009,24(11):52-54．

[10]李庆祥,王东生,李玉和．现代精密仪器设计[M]．第1版．北京:清华大学出版社,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

专利：实用新型专利（ZL201020112048．9）。

本文作者：乔铁，副教授，担任卫生部肝胆肠外科研究中心胆囊疾病研究所所长，广州市番禺区第二人民医院院长，中国医师协会内镜医师分会常务委员等职务。

黄万潮，研发工程师。

通讯作者邮箱：bill287@foxmail．com