電子內(nèi)鏡窄帶成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

王功華，張平

荊州市中心醫(yī)院 器材科，湖北 荊州434020

電子內(nèi)鏡窄帶成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

王功華，張平

荊州市中心醫(yī)院 器材科，湖北 荊州434020

通過(guò)介紹窄帶成像技術(shù)的原理，分析和討論圖像處理裝置、冷光源及放大內(nèi)鏡的配置和技術(shù)參數(shù)?？偨Y(jié)出窄帶成像系統(tǒng)區(qū)別于普通電子內(nèi)鏡系統(tǒng)的濾光片、放大內(nèi)鏡、高清晰度數(shù)字電視等關(guān)鍵技術(shù)，并分別對(duì)各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，為醫(yī)院購(gòu)置和決策時(shí)提供指導(dǎo)作用。

電子內(nèi)鏡窄帶成像；窄帶干涉濾光片；放大內(nèi)鏡；高清晰度數(shù)字電視

0 前言

電子內(nèi)鏡窄帶成像（Narrow Band Imaging，NBI）系統(tǒng)是一款新近研發(fā)并投入臨床使用的 “電子染色”內(nèi)鏡系統(tǒng)[1]。它具有顯著提高消化道毛細(xì)血管形態(tài)的對(duì)比度和清晰地對(duì)淺表贅生物微血管形態(tài)改變及紋理進(jìn)行可視化分析等功能，現(xiàn)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(jié)腸腫瘤等。因此，窄帶成像技術(shù)將會(huì)被越來(lái)越多的消化內(nèi)鏡醫(yī)生所接受，然而這套系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和配置仍值得醫(yī)院決策者學(xué)習(xí)和探討。

1 窄帶成像技術(shù)原理

普通電子內(nèi)鏡的成像原理是:氙燈產(chǎn)生白光并透過(guò)以20～30r/s速度旋轉(zhuǎn)的紅/綠/藍(lán)（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(hào)，通過(guò)記憶裝置變換成同時(shí)信號(hào)，在內(nèi)鏡的前端形成高品質(zhì)的圖像，再經(jīng)過(guò)圖像處理中心進(jìn)行圖像處理，最后傳送至監(jiān)視器上供操作者觀看的[2]。

普通電子內(nèi)鏡采用的是廣譜濾光片，覆蓋了可見(jiàn)光400～800nm波譜范圍，與普通照明光類似；而窄帶成像技術(shù)采用了窄帶干涉藍(lán)/綠濾光片，產(chǎn)生中心波長(zhǎng)分別為415nm及540nm，帶寬為30nm的藍(lán)綠窄帶光波作為光源照明并進(jìn)行成像的的[3-4]。普通電子內(nèi)鏡與窄帶成像系統(tǒng)濾光與波長(zhǎng)對(duì)比，見(jiàn)圖1.

圖1 普通電子內(nèi)鏡和窄帶是波譜范圍

2 系統(tǒng)配置及技術(shù)參數(shù)

NBI系統(tǒng)都屬于OLYMPUS EVIS LUCERA SPECTRUM電子內(nèi)鏡系統(tǒng)，冷光源型號(hào)為CLV-260SL，圖像處理中心型號(hào)為CV260SL。系統(tǒng)要求冷光源上安裝有藍(lán)綠色窄帶濾光片，并且通過(guò)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(nèi)鏡，通過(guò)不同波長(zhǎng)及帶寬的RGB三色光激發(fā)消化道病變，獲取對(duì)病變組織特異性和敏感性的圖像信息。

窄帶成像系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)NBI功能，需具備如下基本配置及參數(shù)：圖像處理器，見(jiàn)表1；冷光源，見(jiàn)表2；另外，需配置一條放大內(nèi)鏡，如H260、Q260、Q240系列內(nèi)鏡，Q260基本配置，見(jiàn)表3。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

NBI與普通電子內(nèi)鏡區(qū)別在于采用窄帶干涉濾光片技術(shù)和配套使用放大內(nèi)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(duì)比度增加，并在高清晰的醫(yī)用監(jiān)視器上顯示，供內(nèi)鏡醫(yī)生觀察病變。

表3 Q260放大內(nèi)鏡基本參數(shù)

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(shù)

窄帶干涉濾光片是窄帶成像技術(shù)的核心部件，它是一種帶通濾波器，利用電介質(zhì)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(zhǎng)，其半峰值帶寬（峰值的1/2）為1～40nm。NBI系統(tǒng)中采用的是帶寬為30nm的藍(lán)/綠濾光片，當(dāng)氙燈產(chǎn)生的白光照射到濾光片上時(shí)，它只允許中心波長(zhǎng)分別為415nm及540nm，帶寬為30nm的藍(lán)綠復(fù)合光通過(guò)，其他波長(zhǎng)的光線全部截止。

電子內(nèi)鏡系統(tǒng)采用的是RGB廣譜濾光片，允許400～800nm的RGB三色可見(jiàn)光通過(guò)。而窄帶成像系統(tǒng)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(huì)發(fā)生大量的漫反射，并被CCD接收，這樣圖像的對(duì)比度和邊界的清晰度不如藍(lán)綠雙色窄帶光。當(dāng)然采用RGB三色窄帶光圖像的對(duì)比度效果肯定優(yōu)于普通的廣譜濾光片。

3.2 放大內(nèi)鏡技術(shù)

盡管應(yīng)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(kāi)口、微血管形態(tài)是不夠的，它還需要聯(lián)合放大內(nèi)鏡或具有高清晰分辨率的CCD的內(nèi)鏡一起使用。

放大內(nèi)鏡的結(jié)構(gòu)和原理類似于顯微鏡，只是在物鏡與導(dǎo)光束或物鏡與CCD之間裝有不同放大倍數(shù)的鏡頭，同時(shí)像素更密集，其參考單位是約0.1mm的點(diǎn)狀或線狀微細(xì)形態(tài)[6]。新型放大內(nèi)鏡為變焦內(nèi)鏡，可放大60～170倍，接近實(shí)體顯微鏡的放大倍數(shù)，可重點(diǎn)觀察隱窩、腺管開(kāi)口形態(tài)或粘膜下血管形態(tài)，對(duì)早期粘膜病變的診斷效果明顯優(yōu)于普通內(nèi)鏡。

在窄帶成像系統(tǒng)選型初期，可以根據(jù)實(shí)際情況選購(gòu)具有高分辨率CCD的內(nèi)鏡，這樣結(jié)合圖像處理器的電子放大功能就可以實(shí)現(xiàn)窄帶成像功能。隨著這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用逐漸廣泛和成熟，可再選擇共焦放大內(nèi)鏡。

3.3 HDTV成像技術(shù)

HDTV，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高清晰電子內(nèi)鏡系統(tǒng)中。該技術(shù)從圖像或視頻信號(hào)的采集、傳輸、接收處理及顯示，全部實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，同時(shí)其信號(hào)的抗噪能力大大加強(qiáng)[7]。

HDTV規(guī)定了視頻至少具備720線非交錯(cuò)式逐行（720p）或1080線交錯(cuò)式隔行（1080i）掃描，而DVD標(biāo)準(zhǔn)為480線。美國(guó)的高清標(biāo)準(zhǔn)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(guò)兩次掃描來(lái)完成的，每場(chǎng)實(shí)際掃描線數(shù)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(shù)可達(dá)720線，水平掃描達(dá)到1280點(diǎn)，同時(shí)由于場(chǎng)頻為60Hz，畫面既穩(wěn)定清晰又不閃爍。

HDTV成像技術(shù)擁有普通視頻系統(tǒng)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(xì)血管和細(xì)微的黏膜結(jié)構(gòu)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)窄帶成像系統(tǒng)的高清晰數(shù)字化，從信號(hào)采集開(kāi)始到顯示結(jié)束，所有裝置或部件都必須與HDTV兼容，否則難以實(shí)現(xiàn)真正的“高清”。

4 小結(jié)

盡管窄帶成像技術(shù)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(fā)現(xiàn)病變的可能性，但是它仍然不能作為診斷胃腸疾病的“金標(biāo)準(zhǔn)”。作為醫(yī)院的消化內(nèi)鏡的從業(yè)者或相關(guān)技術(shù)人員，在學(xué)習(xí)和理解這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，要懷著科學(xué)、客觀的態(tài)度真正認(rèn)識(shí)它。只有掌握了窄NBI的真正內(nèi)涵，我們才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行科學(xué)合理的選擇和應(yīng)用，并為醫(yī)院服務(wù)，造福于廣大患者。

[1] 張平,董衛(wèi)國(guó),湯紹遷.電子內(nèi)鏡窄帶成像技術(shù)與智能分光比色技術(shù)的對(duì)比研究[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2009,24(11):55-57.

[2] 呂慶友,官麗梅.醫(yī)用內(nèi)窺鏡使用與維修技術(shù)[M].沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2006:74-75.

[3] 張平,董衛(wèi)國(guó),湯紹遷.電子內(nèi)鏡窄帶成像與自體熒光成像系統(tǒng)的選型研究[J].醫(yī)療衛(wèi)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(nèi)鏡中的應(yīng)用[J].中華消化內(nèi)鏡雜志,2007,24(3):234-236.

[5] 付婭,郭梅梅,賀克儉.窄帶成像內(nèi)鏡的原理及臨床應(yīng)用現(xiàn)狀[J].醫(yī)學(xué)綜述,2009,16(5):754-758.

[6] 王尊松.放大染色內(nèi)鏡臨床應(yīng)用進(jìn)展[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)·消化系疾病分冊(cè),2005,25(2):94-96.

[7] 張平,董衛(wèi)國(guó),湯紹遷.電子內(nèi)鏡窄帶成像技術(shù)與智能分光比色技術(shù)的對(duì)比研究[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)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