腹腔镜系统基础知识介绍一、目录第一章医用窥镜定义及发展历史第二章腹腔镜系统的基本组成第三章腹腔镜摄像系统第四章气腹机第一章医用窥镜定义及发展历史一、医用窥镜的定义医用窥镜泛指经各种管道进入人体，以观察人体部状况的医疗仪器，其最大的好处是微创。
部份窥镜同时具备治疗的功能，如膀胱镜、胃镜、脑室镜、支气管镜、腹腔镜等，本文着重介绍的即为其中的一类——腹腔镜。
二、医用窥镜的起源及发展1795年，德国Bozzini制成的"Lichtleiter"(德文，意思是光线传导装置) ，用于探索人体的各个孔道和管腔，开创了窥镜的起源。
早期窥镜都是从人体自然腔道进入，如泌尿科膀胱检查、妇科宫腔检查、五官科检查等。
人类运用镜探测腹腔始于20世纪初，1901年，Von Ott将阴道后穹窿切开，利用头镜反射光照明使用膀胱镜首次检查了孕妇的盆腔，成为第一个穹窿镜专家。
1902年，Kelling向德国生物医学会报告了通过膀胱镜检查人的食管和胃，以及通过膀胱镜检查狗的腹腔。
直到1910年，瑞典Jacoaeus 首次报道用腹腔镜检查了人体的腹腔、胸腔、和心脏，完成了人类历史上第一次真正意义的腹腔镜检查。
由于Von Ott、Kelling和Jacoaeus在腹腔镜临床应用研究方面的杰出贡献，被称为腹腔镜之父。
1960年KARL STORZ发明了第一台医用冷光源，为窥镜显影带来了光明。
1964年，HOPKINS柱状晶体镜的发明是窥镜发展的里程碑，这种柱状晶体镜具有：超广角，大视野，无球形失真，亮度高等优点。
到了20世纪80年代，随着窥镜影像系统的诞生，人类完成了第一例腹腔镜胆囊切除术，开启了镜治疗的新篇章。
1991年2月19日，第二人民医院荀祖武使用KARL STORZ设备完成了中国地第一例腹腔镜胆囊切除手术，这是国第一例腹腔镜外科手术。
随后腹腔镜技术如雨后春笋一般在全国各地开展起来，手术的发展与手术器械、设备的发展密切相关，相互促进，不断拓展手术开展围，由最初的良性病变治疗发展到恶性肿瘤切除，腹腔镜成为一个又一个疾病诊疗的金标准。
第二章腹腔镜系统的基本组成腹腔镜系统一般包含三部分：（一）设备类（如图2-1），又可细分为成像系统、手术辅助设备。
成像系统包括摄像主机、摄像头、冷光源、监视器等，是窥镜系统的核心，负责窥镜图像照明、采集、处理、传输、显示等，本文将着重介绍该部分设备；手术辅助设备包括气腹机、电外科设备、冲洗灌注泵等，根据手术需要进行选配。
图2-1 腹腔镜设备系统（二）腹腔镜镜子，镜子的主要作用是将体物像经复杂的光学系统成像于体外。
镜子又可分为光学镜（如图2-2）、电子镜（如图2-3），光学镜清晰度最高，一般腹腔镜采用光学镜，但也有部分厂家生产电子腹腔镜，电子腹腔镜是由电子软镜（如电子胃镜、肠镜等）发展起来。
腹腔镜的直径有10mm、5mm等，工作长度：31cm/42cm/50cm等，最常用的一般是直径10mm，工作长度31cm的腹腔镜。
镜子可见围为视野角，镜子轴方向与视野角中分线所成角度称为视角，腹腔镜的视角有0°、30°、45°、70°等，其中最常用的是0°及30°视角的镜子，特别是30°镜子可根据所需要的视野随时转动镜子，能很好的暴露腹壁、盆腔等结构。
图2-2 30°光学腹腔镜图2-3 电子腹腔镜（三）器械，器械的种类非常多，常见的有分离钳、抓钳、剪刀、持针器、穿刺器、电钩等，可根据手术需要及操作习惯进行选择。
手术器械是医生双手的延伸，因此好用的器械将有效缩短手术时间，降低医生的疲劳度，让手术做的更加精致。
一般我们判断器械是否好用，需看器械做工材质是否精良、设计是否符合人体工程学，要求持握轻巧舒适，夹持稳定，剪切锋利，并有良好的力反馈。
使用时需根据器械的类别做到专用，如分离钳适合组织的分离而不适合夹持，不当的操作将影响使用效果并缩短器械使用寿命。
器械又根据所用能量的不同分为双极（如图2-4）、单极（如图2-5）器械、超声刀（如图2-6）及非能量器械等。
图2-4 双极器械图2-5 单极器械图2-6 超声刀第三章腹腔镜摄像系统一、摄像系统基础知识腹腔镜摄像系统包含摄像头、摄像主机、监视器等，是腹腔镜系统的核心，也是区分系统档次，决定图像质量好坏的关键。
目前市面上常见的摄像系统有：单晶片摄像系统、三晶片摄像系统、全高清摄像系统、“超高清”摄像系统以及3D腹腔镜系统，摄像系统的发展基本上是按照从左往右依次出现，系统的档次及价值也是从左往右逐渐升高。
本章将介绍窥镜摄像系统的基础知识。
（一）CCD晶片窥镜摄像头的作用在于将镜子传输过来的体影像（光学信号）转换为电信号。
而将光学信号转换为电信号的核心部件是CCD（光电耦合器）（如图3-1），CCD 晶片上存在很多光敏单元——像素（pixel）。
衡量CCD好坏的指标有：像素数量、CCD尺寸、灵敏度、信噪比等，其中最核心的指标是像素数量及CCD尺寸，像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高，尺寸越大感光效果越好，图像越清晰。
最初窥镜摄像头里面只有一个CCD晶片，所有光信号通过一块晶片处理，称为单晶片摄像系统，其缺点是分辨率较低、色彩还原不好。
为了解决这个问题诞生了三晶片摄像系统，其原理是通过一个棱镜将光线分为红、绿、蓝三原色，通过三块晶片分别处理，从而获得更高的分辨率和色彩还原，如今主流的摄像系统，无论是标清还是全高清摄像系统基本上都是采用这种三晶片技术。
图3-1 CCD晶片（二）模拟信号与数字信号窥镜处理的电信号又分为：模拟信号和数字信号，数字信号拥有更高的性及抗干扰能力，是一种先进的信号处理方式。
早期摄像系统（如单晶片、三晶片摄像系统）都是模拟信号，摄像头将光信号转换为模拟信号后传输到主机处理，再以模拟信号输出。
最先进的窥镜系统从图像采集到处理到输出都要数字信号，从而可获得最真实的图像效果。
（三）信号输出方式摄像主机将信号处理后输出到监视器需采用一种输出方式。
常见的模拟信号输出方式有BNC（同轴电缆）、S-Video（又称Y/C线）、VGA、RGB，一般来说从左往右图像的分辨率及颜色还原会越来越好，老型号的窥镜系统还会采用以上这些模拟接口传输信号。
数字信号输出方式有DV、SDI、HDMI、DVI（如图3-2）等，窥镜系统一般采用DVI接口，其优点是传输速度快，图像信息不经过任何转换，无干扰信号引入，图像的清晰度和细节表现力大大提升。
图3-2 DVI接口影响窥镜成像质量的因素是多方面的，其遵循木桶原理，最终的成像效果是由系统中最薄弱的环节决定的，摄像主机、镜子、显示器、光源、连接方式、输出接口、传输距离等都是其中一环，只有整合了最佳组合才能获得完美的图像效果。
二、窥镜系统配置要求医院在计划引进腹腔镜设备时，哪些因素是我们必须重点考虑的呢？（一）窥镜已进入全面普及1080P全高清时代自2007年世界上第一台全高清窥镜系统诞生以来，经过近10年的发展，已经开始全面普及，可以说全高清窥镜系统将是医院腹腔镜的基础配置。
根据《中华人民国广播电影电视行业标准》及《中华人民国电子行业标准》对高清的定义，全高清窥镜系统是指：①图像采集及显示的分辨率都为1920×1080，逐行扫描（P）；②16:9图像采集及显示；③全数字化信号传输(摄像头→摄像主机→监视器)；④刷新速率：50/60 Hz。
1920×1080图像分辨率带来更加细腻、清晰的图像细节，帮助医生分辨细微的血管、神经等组织结构，提升手术安全性及精准度。
逐行扫描(p) 较隔行扫描(i) 减少了图像滞后现象，避免了行间闪烁和垂直边沿锯齿化现象。
16:9的图像带来更大的显示围，帮助医生更早发现手术器械，提高手术安全性，该显示比例符合人体工程学人眼的视觉比例，可降低视觉疲劳。
全数字信号传输保证了能获得最真实的图像效果，避免噪点干扰、颜色失真带来的手术安全隐患。
较高的刷新速率避免了滞后、拖尾等现象的出现，且不容易出现视觉疲劳。
（二）标配2倍以上光学变焦功能随着手术术式不断拓展，窥镜镜子的种类在不断涌现。
除了标准10mm、31cm 长的腹腔镜以外，临床可能还会用到5.5mm、50cm长的单孔腹腔镜或5mm、21cm 长的经肛门窥镜等。
同时部分医院要求腔镜设备统管共用，不同科室可能会用到不同种类的窥镜。
而不同长短粗细镜子对摄像头焦距提出了不同的要求，为了解决这个问题，摄像头需要配置2倍以上光学变焦功能才能做到完美兼容。
同时光学变焦也解决了窥镜图像放大的问题，做到放大图像不影响清晰度（类似单方相机）。
部分窥镜系统配置的电子变焦放大图像时分辨率将下降（类似手机摄像头）。
因此我们建议配置2倍以上光学变焦摄像头。
（三）便捷的手术图像存储功能时代的进步让医生外出交流的机会越来越多，高清的手术照片及视频资料保存变得越来越重要。
随时存储的手术视频也方便了主刀医生对手术过程的回顾以及年轻医生的带教。
摄像主机整合图像采集模块和USB接口，医生可自己通过摄像头按键遥控实现高清图片的抓取及影像的录入，方便的同时保障了数据的安全，该项功能现已逐渐成为了窥镜系统的基本配置。
（四）最高电气安全保护医学设备是一类特殊的商品，安全是该类商品永恒的话题。
医学仪器的电气安全主要是指仪器在使用时防止电击的性能，它是医学仪器安全性的重要组成部分。
在国际电工技术委员会（ICE）通则中，根据设备防止电击的程度进行分类，通常分为B型、BF型和CF型（B是body：躯体，C代表cor：心脏，F表示floating：绝缘）。
根据我国国家标准对医用电气设备的安全通用要求，BF型适用于体表、体腔的手术；CF型适用于心脏的手术；若要用于心脏手术和电除颤术必须达到CF一类，即最高电气安全等级保护。
窥镜的电安全等级越高对于一些特殊患者的处理也越安全。
综上所述，随着医学与科技的进步，对窥镜相应有了以上这些要求，这是我们配置腔镜设备，保障手术顺利开展所必须考虑的。
三、腹腔镜系统新进展前面章节对腹腔镜设备基本配置要求做了介绍，而腔镜技术的发展已经远远不止是满足以上这些基本要求。
一些新的影像增强、辅助诊断功能不断涌现出来，让腹腔镜诊疗技术不断向前发展。
创新一：摄像系统自带影像增强功能更高的清晰度及组织识别度是微创外科永恒的追求。
最新的腔镜设备整合了影像增强功能，让我们突破视觉的极限，看的更加“清晰”。
如通过宽动照明技术，把暗部照亮，而亮的地方亮度不变，从而让腔镜画面的亮度变得更加均匀，不易遗漏潜在威胁；优化解析技术提升了组织细节和层次感，让画面展现出精致细节及锐利质感；电子染色功能利用光谱过滤原理，有针对性地对黏膜下血管进行显示，增加了辨识度。
这些影像增强功能不需要特殊光源或显影剂，方便医生诊断的同时不会增加额外负担。
