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《传染病学史》札记:诊断技术创新与话语体系改变(4)

已有 582 次阅读 2021-3-3 12:40 |个人分类:医学史话|系统分类:科研笔记

五、消化内窥镜的创新发展

按照临床应用可分为诊断性消化内镜和治疗性消化内镜两大类;根据内镜属性和功能分为食管镜、胃镜、十二指肠镜、肠镜、内镜下逆行胰胆管造影(ERCP)、胆道镜、胰管镜、超声内镜、腹腔镜以及激光共聚焦镜。其发展历程,大致如图6-10。

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图6-10  内窥镜发展的历程

(一)硬管式内窥镜时代(1806-1932年)

1806年,德国法兰克福的Bozzini制造了一种以蜡烛为光源和一系列镜片组成的器具,用于观察动物的膀胱和直肠内部结构,虽未用于人体,但其开启了硬管式内镜发展的时代,他也因此被誉为内窥镜的发明人。

1868年德国医生库斯莫尔发明的胃镜也存在一定的缺陷,即自然光源太弱和硬质镜身造成的检查痛苦和消化道穿孔危险。

1879年柏林泌尿外科医生Nitze研制出了第一个含有光学系统的内窥镜,其前端含有一个棱镜,当时该内窥镜仅被用于泌尿系统,即被用作膀胱镜。几年后,第一个适用于临床的胃镜诞生,它是一种硬管式胃窥镜,由3根管子呈同心圆状设置,中心管为光学结构,第二层管腔内装上铂丝圈制的灯泡和水冷结构,外层壁上刻有刻度反应进镜深度。

(二)半可屈式内窥镜时代(1932-1953年)

在解决内窥镜的光源问题之后,如何提高窥镜的柔软性以减轻患者检查的痛苦和观察范围是另一个亟需解决的问题。1932年,德国人Schindler与器械制作师Georg Wolf合作研制出第一个半可屈式胃镜,命名为Wolf-Schindler式胃镜。它的光学系统由48个透镜组成,前端具有可屈性,可在胃内的弯曲30度到40度,使医生能清晰地观察胃粘膜图像。Wolf-Schindler式胃镜的问世,解决了胃镜检查的巨大阻碍,开辟了胃镜检查技术的新纪元,从此拉开了半可屈式内窥镜的序幕。1950年日本造出了世界上第一台胃内照相机,被视为软式胃镜的雏形。此后,许多人对Wolf-Schindler式胃镜进行了改造,使之功能更为齐全,我国最早可使用的半可屈式半可屈式胃镜出现在1957年。

(三)纤维内窥镜时代(1957-至今)

1953年,对于内镜来说是重要的一年,光导纤维技术被发明。次年,英国的Hopkings和Kapany研究了纤维的精密排列,有效解决了纤维束的图像传递,为纤维光学应用于内镜奠定了基础。1957年,Hirschowitz带领他的研究团队研制出了世界上第一个用于检查胃和十二指肠的光导纤维内镜。这种胃镜的镜身更加柔软,可在患者胃部回转自如,检查视野范围广,同时也极大地减少了患者的痛苦。20世纪60年代初,日本Olympus公司在光导纤维胃镜基础上,加装了活检装置及照相机。随着附属装置的不断改进,如手术器械、摄影系统的发展,使纤维内镜不但可用于诊断,且可用于手术治疗。

(四)电子内窥镜时代(1983-至今)

1983年美国Welch Allyn公司成功研制并应用微型图像传感器(charge coupled device, CCD)代替了内镜的光导纤维成像术,宣告了电子内镜的诞生。电子内窥镜主要由内镜(endoscopy)、电视信息系统(video information system center)和电视监视器(television monitor)三个主要部分组成,相对于普通光导纤维内镜的图像清晰,色泽逼真,分辨率更高,可供多人同时观看。电子内镜的问世,为百余年内窥镜的诊断和治疗开创了新的历史篇章,在临床、教学和科研中发挥了巨大的优势。

(五)磁控胶囊内窥镜时代(2001-至今)

1981年以色列的一名导弹工程师在亲身体验了结肠镜检查后,联想起了自己熟悉的智能导弹上的遥控摄像装置,由此产生了研制无线内窥镜的最初设想。随后不久,他成功研制了一种可吞咽的,胶囊大小的照相机,在通过胃肠道时,进行拍照并将图像传到体外。2001年,以色列Given公司在20世纪90年代将研制出的新型胶囊内镜——M2A胶囊内镜应用于临床,为消化道疾病的诊断带来了革命性的突破,2002年进入中国。

胶囊内镜即无线内镜,它由一个微型照相机、数字处理系统和无线收发系统等组成,受检者将胶囊内镜吞咽下后,可将受检者消化道图像无线传送到体外的接收器。与插入式的消化道内镜相比,胶囊内镜最大的优点是无痛、无创、安全和便捷,尤其是对小肠的检查具有独特优势。但因其不能取活检和治疗,因此使用时存在一定的局限性。

如今,消化内镜诊疗技术进入一个崭新的时代。诊断由表及里,由宏观到微观,治疗实现全方位、立体化、微创化。回顾过去一百多年的峥嵘岁月,消化内镜发展迅速,成绩斐然,这其中凝聚了无数人的智慧!展望消化内镜的未来,任重道远,前途光明。

未来,消化内镜将以无盲区、精细化、智能化以及微创化的趋势继续发展。

六、支气管镜的创新发展

(一)传统硬质支气管镜阶段

1897年,有“支气管镜之父”之称的德国科学家柯连·古斯塔夫斯(Gustav Killian,1860-1921,图1),首先报道了用长25cm,直径为 8mm的食管镜为一名青年男性从气道内取出骨性异物,从而开创了硬直窥镜插入气管和对支气管进行内窥镜操作的历史先河。

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图 6-11 柯连·古斯塔夫斯(Gustav Killian)

1899年,被誉为美国的“气管食管学之父”的薛瓦利埃·杰克逊(Chevalier Jackson,1865-1958,图2)改良了食管镜,安装了独立的目镜,并在其末端设置了一个小灯,发明了用以照亮远端气道的辅助管道照明系统以及气道分泌物的吸引管。他还为支气管镜技术制订了规范化的操作程序。在他和学生们的不懈努力下,从1912 年以后,人们开始逐渐接受用支气管镜检查气管和主支气管,但在当时它的应用几乎完全局限在取气道异物上。1934年W.B.Saunders公司出版了Jackson 所著的气管镜、食管镜和胃镜的专著[张捷,王长利. 支气管镜发展史. 中华医史杂志,2006,36(2):96-99]。

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图 6-12 薛瓦利埃·杰克逊(Chevalier Jackson) 

20 世纪中叶,Broyles 等进一步发展了光学长焦距镜头,使其既能观察前方,又能旋转角度观察其他方向,从而能够检查双肺的上下肺叶支气管,并对操作器械进行了改进,使支气管镜发展到治疗气管主支气管疾病和肺结核,并且用于诊断肺癌,使硬质支气管镜检查成为胸外科的主要诊疗手段之一。1965年, Anderson等在描述了运用硬质支气管镜获取一例疑诊结核的弥漫性肺病患者的肺组织标本,并确诊为转移性腺癌,这是历史上第一次经支气管镜肺活检。

但毕竟传统硬质镜操作过程繁琐,对麻醉要求高,患者痛苦程度很大,而且设备的局限性使其对支气管的可视范围有限,大大限制了硬镜在临床的使用和发展。

(二)纤维支气管镜阶段

1968年日本国立癌中心气管食管镜室主任池田茂人(Shigeto Ikeda,1925-2001,图3),在Johns Hopkins医学院向世人介绍了纤维支气管镜,这被誉为支气管镜发展历史上的里程碑。[7]池田从1964年他还是胸外科医生时就开始认识到传统硬支气管镜的局限性,并着手研制以能传导光线的玻璃纤维束为光传导源的可曲式支气管镜。他和Asahi Pentax公司的Haruhiko Machida紧密合作,终于在1967 年当试验进行到第七次时取得了成功,制成了历史上第一台纤维支气管镜。1970 年池田教授来到了著名的Mayo Clinic,将由 Olympus公司制造的纤支镜介绍给Anderson 等人,并由他们在美国首先试用了3个月。随后纤支镜技术在世界迅速普及,直到今天仍然是胸外科医生、呼吸内科医生、麻醉医生、急诊医生、耳鼻喉科医生等临床工作中不可缺少的工具。

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图6-13 池田茂人(Shigeto Ikeda)

1974年,池田发起成立了世界支气管学协会(World Association of Bronchology,WAB),并在东京举行的第一届世界支气管学大会(World Congress for Bronchoscopy,WCB)上当选为协会主席。

纤支镜的问世使人们第一次完整地观察到了支气管树的腔内结构,池田等为包括亚段在内的各级气管、支气管、肺组织进行了重新命名,并于1972 年出版了英文版的纤支镜图谱。池田等很快发现了纤支镜在中心型肺癌的诊断中可以起到决定性作用,他与病理学家们一起将经纤支镜病灶活检和刷片细胞学检查作为诊断肺癌的常规手段,使纤支镜检查成为肺癌分期的重要依据。纤支镜在早期肺癌的发现中起了重要作用,使早期肺癌手术后5年生存率上升至 83%。除了常规检查外,纤支镜还被用于肺组织活检、肺泡灌洗、纵隔内支气管旁淋巴结针吸活检、肺部疾病的介入治疗、引导气管插管、机械通气的气道管理等 。

但纤支镜的管腔狭小、操作器械单一受限,吸引管道口径小易堵塞,使其对于很多气道疾病如大咯血及气道异物的治疗又受到了限制;光导纤维等光学器件传导的清晰度欠佳,使其对气管、支气管黏膜的早期细微病变无法识别。

(三)现代电子支气管镜、纤维支气管镜、电视硬支气管镜共用时代

1983年,美国 Welch Allyn公司研制成功了电子摄像式内镜。不久,日本 Asahi Pentax 公司即推出了电子支气管镜。电子支气管镜的清晰度高,影像色彩逼真,能观察到支气管粘膜细微的病变,配合以高清晰度电视监视系统和图像处理系统,极大的方便了诊断、教学和病案管理。近年来使用自荧光支气管镜对于原位癌和癌前病变诊断率明显提高。但电子支气管镜由于价格高、不便于携带等原因仍无法完全取代纤维支气管镜的部分功能。所以目前大多数单位的电子支气管镜仅限于在支气管镜室内进行诊断性操作;而纤支镜在辅助治疗上充分发挥了其便携性好的特点。

自1981年起,随着全麻技术安全性的提高和气道腔内介入治疗的兴起,硬质镜又重新受到许多医生的重视。硬质支气管镜具有操作孔道大、吸引管径粗、可以辅助机械通气等纤支镜和电子镜无法比拟的优势。对于摘取气道异物、治疗气道狭窄、治疗大咯血等仍是硬质支气管镜很好的治疗指征。近年来很多厂家又将硬质支气管镜进行改进,使用 CCD作为其图像采集元件,辅以电视影像系统,为气道内介入治疗提供了很好的操作平台。Yim等在最近的文献中首次报道了电视硬质支气管镜和纤维支气管镜双镜联合应用进行支气管内肺减容术的操作。这些都说明了电子支气管镜、纤支镜和硬质支气管镜各具特色,可以在诊断、治疗上优势互补发挥各自的作用。

(四)展望

纵观从支气管镜技术诞生至今100余年的发展历程,不难看出一代又一代富有创新精神的医生们不懈的努力和相关学科新技术的不断出现和完善是这门学科发展至今的动力源泉所在。支气管镜的发展为气道疾病诊断和治疗带来了前所未有的变革,一门新兴学科“介入性肺病学”也应运而生。介入性肺病学涉及的领域包括胸外科、呼吸内科、危重症医学科及麻醉科、放射科等多个临床学科,是以支气管镜为主要工具对气道、肺疾病进行介入性诊断和治疗的学科,也属于微创医学范畴。

另外,电子技术、计算机技术、医用材料学、纳米科学等的发展必定又将为支气管镜技术的发展注入新的活力,应用于消化道疾病诊断的胶囊式机器人已经问世,对于气道疾病能否出现更加微创、有效的诊疗方法,我们拭目以待。



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