內窺鏡的未來發展方向
摘要檢查人體內部及其器官的概念可以追溯到遠古時代。現代內窺鏡檢查的根源可追溯到19世紀的歐洲，在此之前的幾個世紀中，設備和技術在不斷發展。如今，借助內窺鏡和相關技術，可以以微創方式成功治療各種泌尿系統疾病。遠距離傳感器“數字”內窺鏡有可能改變這一領域，并改變我們使用和思考內窺鏡的方式。虛擬內窺鏡檢查，膠囊內窺鏡檢查以及從物理學和分子生物學中衍生的一系列其他技術都有望在泌尿道和其他泌尿系統結構的可視化方面取得重大進步。
介紹近年來，由于泌尿結構內窺鏡可視化技術的不斷進步以及越來越小的內窺鏡的發展，內分泌治療技術取得了巨大進步。曾經依賴于侵入性技術和大切口的絕大部分泌尿*和治療，目前可以使用基于內窺鏡檢查的微創技術來進行。縱觀整個歷史，泌尿外科領域一直是*創新和微創技術應用的。如今，它繼續著內窺鏡的前沿應用。在這篇《觀點》文章中，我們回顧了現代內窺鏡的發展，重點介紹了泌尿科醫師的內窺鏡中的新功能，并推測了泌尿科內窺鏡的光明前景。
內鏡泌尿科歷史檢查人體內部及其器官的概念可以追溯到遠古時代。在希波克拉底語料庫記錄可能是*成功的內窺鏡檢查基本功，它使用了*。盡管可以找到有關研究人體的設備和檢查技術的各種歷史參考文獻，但大多數歷史學家認為，內窺鏡檢查的一次現代嘗試是由菲利普·博齊尼（1773-1809；圖1a）發起的，他于1806年推出了他的“lichtleiter”或光導體，以研究空心器官和人體腔（圖1b）。lichtleiter由傾斜的反射鏡構成，該反射鏡定位為將內部結構的圖像投射到人眼。該裝置結合了一根蠟燭作為照明人體內部的光源，并將雙鋁管插入正在研究的人體孔口中。然而，它的泌尿外科功能有限，因為它僅允許檢查膀胱粘膜的一小部分，而體外照明不佳損害了有效的器官評估。
圖1
bozzini和lichtleiter。a|philipp bozzini（1773-1809）。b|lichtleiter或光導體。
法國泌尿科醫生pierre salomon segalas（1792-1875）在1826年改進了lichtleiter，增加了額外的蠟燭作為光源，并制作了新的帶導管的導管排空了膀胱，并方便了檢查。該裝置由樹膠彈性材料制成，以提高手術的安全性和舒適性。盡管有所改善，但這種“尿道鏡-囊腫” 同樣未能有效地檢查膀胱。
“內窺鏡”一詞源于法國泌尿科醫生antonin jean désormeaux（1815-1894），并于1853年引入以描述基于bozzini的lichtleiter的設備。désormeaux用燃燒有96％酒精和*的溶液代替了明亮的火焰，產生了可聚焦的光束，從而增強了內窺鏡檢查的能力。désormeaux還重新配置了系統中使用的鏡面角度，以便可以更精確地聚集光，從而可以更好地可視化反射光束所到達的區域。désormeaux報告了尿道乳頭狀瘤和尿道狹窄的內窺鏡切除術，這是他的系統出色的可視化效果，使他成功完成了內鏡手術。盡管有了這種改進，但désormeaux的內窺鏡仍然缺乏足夠的照明，只能檢查一個毫米的視野。
馬克西米利安·尼采（maximilian nitze，1848年至1906年）認識到現有內窺鏡的局限性，進行了兩次出色的修改，以創造出許多歷史學家認為是臺成功的現代內窺鏡（圖2）。1876年，尼采（nitze）用棱鏡和透鏡擴充了他的裝置，使尿道的尿道可視化成為可能。此外，他使用水冷式電鉑絲燈在儀器的頂端引入了個體內光源。由于復雜且精巧的水冷卻系統，nitze的*初使用起來很麻煩。另外，內窺鏡的插入很困難，并且該設備產生了倒置的圖像。盡管有這些缺點，但是由于該裝置能夠實現膀胱內部的可視化，因此它被證明是非常實用的。nitze不僅革新了內窺鏡，而且他的*顯然為*鋪平了道路。在1910年，克里斯蒂安·雅各布（christian jacobaeus）使用尼采*進行了臺內窺鏡引導的*檢查。
圖2
尼采的*
1878年，發明了一種真空燈（一種限制在真空玻璃中的碳絲），從而生產了mignon燈（一種*適合于*末端的小型真空燈）。1883年，戴維·紐曼（david newman）*將白熾燈燈泡用于*。這種修改極大地簡化了*并降低了其制造成本，從而使其得以廣泛使用。
馬克西米利安·斯特恩（maximilian stern，1877–1946）在1926年開發了*，極大地提高了泌尿科內鏡治療的水平。1931年，將活動的切割環并入切除器后，該儀器就適合用于經尿道切除術。這些程序很快成為大多數良性前列腺增生和淺表性膀胱腫瘤的標準治療方法。
內窺鏡檢查的另一項重大進步是引入了變焦透鏡和桿透鏡系統，通常被物理學家harold hopkins稱為霍普金斯望遠鏡。玻璃纖維（光纖）的使用首先用于照明，然后用于柔性光學，進一步用于高級內窺鏡檢查。相干玻璃纖維束的引入及其承載真實視頻圖像的能力允許創建批柔性內窺鏡。法國研究人員于1956年*在內窺鏡中使用攝像機，從而改善了人體工程學，提高了安全性并提高了成功率。1963年，*報道了柔性纖維*。
如今，由于內窺鏡和相關技術的應用，以微創方式成功治療了多種泌尿系統疾病（表1）。光纖技術已廣泛使用，但仍然是一種“脆弱”的模式，具有*的成像限制，這些限制本質上是無法克服的。
數字內窺鏡1970年，博伊爾（boyle）和史密斯（smith）創建了電荷耦合器件（ccd），該芯片可以將電荷形式的數據存儲在網格中，以備以后使用。盡管它很快就不再用作存儲設備，但ccd轉移電荷的能力使其非常適合于以像素網格的形式記錄圖像。ccd芯片的響應線性，高靈敏度和即時圖像生成均優于傳統的基于膠片的圖像捕獲。互補金屬氧化物半導體（cmos）器件是昂貴的ccd芯片的低成本替代產品，并于1967年獲得了。cmos芯片可降低成本和減小器件尺寸，并且比ccd更適合批量生產。
從光纖內窺鏡向基于ccd和cmos芯片的遠端傳感器或基于“數字”圖像的內窺鏡的轉變是這些技術的當前和預期優勢的自然結果。當代的遠端傳感器內窺鏡能夠滿足除小內窺鏡外所有尺寸的尺寸要求。當然，隨著遠端傳感器技術的進步，采用該技術的內窺鏡將與當代光纖內窺鏡的尺寸相匹配，并且終將變得更小。在重量方面，遠距離傳感器內窺鏡已經優于柔性光纖內窺鏡。
任何內窺鏡的關鍵特性是其光學保真度，這包括在目標位置提供足夠的光的能力以及提供目標的高質量表示的能力。光纖柔性內窺鏡30年的發展產生了質量合理的圖像。然而，載有圖像的玻璃纖維的有限直徑使得像素化的“屏蔽門”效應成為光纖內窺鏡無法解決的問題。臺商業遠距離傳感器內窺鏡是acmi dcn-2010數字柔性*（acmi，美國馬薩諸塞州southborough），于2005年推出。這種*結合了數碼相機和雙發光二極管（led）驅動的光載體插入*的遠端，減少了布線的需求并減輕了設備的重量。
quayle及其同事將這臺臺遠端傳感器*與三臺當代光纖*進行了體外比較。在模擬的不利條件下，遠端傳感器內窺鏡提供了的光學性能。borin及其同事通過研究對比度，分辨率和顏色辨別力，將遠端傳感器，數字式柔性*與兩臺標準光纖內窺鏡進行了比較。在13項光學測試中的12項中，遠端傳感器*優于光纖*。作者指出，與光纖內窺鏡相比，在遠距離處識別小至1mm的病變的能力改善了遠端傳感器內窺鏡的成像能力。他們推測這種光學優勢可能會改善臨床評估，例如通過增加監視性*的敏感性。
okhunov及其同事對1000例接受了辦公室*檢查的患者進行了遠端傳感器和光纖*的前瞻性臨床比較。研究人員評估了這些設備的光學特性，臨床性能和耐用性。所有外科醫生都發現遠端傳感器內窺鏡更輕巧，更易于操作，并且大多數人都將這些*比光纖設備更喜歡。遠端傳感器*的主觀光學和功能指標均明顯優于光纖。遠端傳感器視頻成像可提供快速，高質量的圖像捕獲。圖像可以通過標準的計算機存儲技術輕松存儲和傳輸。光纖和遠端傳感器*都非常耐用，需要適當的護理。
遠端傳感器成像的發展促進了越來越小的遠端傳感器的構造，該技術已擴展到其他泌尿科內窺鏡，例如*和*。當代數字*所捕獲的圖像質量與剛性霍普金斯透鏡所捕獲的圖像相當。但是，遠端傳感器*可提供出色的照明和分辨率。數字成像的另一個優勢是能夠將圖像數字放大到原始大小的1.35倍。
andonian及其同事評估了遠端傳感器成像在*中的應用。該設備具有15 fr（5 mm）的工作通道，可插入諸如鑷子，碎石探針和抽吸設備之類的儀器。產生的圖像具有真實色彩，并保持良好的分辨率。
假設遠端傳感器*和*的光學性能優越，可帶來出色的手術性能。但是，該理論尚未得到評估，目前尚無證據支持遠端傳感器*在臨床環境中的優越性。
超越影像僅從成像的角度來看，從光纖內窺鏡向遠端傳感器內窺鏡的轉變代表了內窺鏡歷*的重要但有限的進展。但是，遠端傳感器技術提供了剛剛開始探索的其他功能。ccd和cmos芯片對信息進行分層和處理的內在能力已引起內窺鏡性質的革命性變化。
內窺鏡成像之外的步是由gyrus-acmi（美國馬薩諸塞州southborough）在2008年完成的，他提供了一種軟件更新，稱為內窺鏡保護系統（eps；圖3），用于其invisio（dur-d）數字設備。柔性*。eps利用了dur-d*中內置的cmos傳感器檢測光場不同部分的顏色的能力，以便檢測dornier durhl-20激光光纖的藍色包層。當eps處于活動狀態時，cmos芯片會在光場的特定部分連續檢測激光纖維是否為藍色。當激光光纖縮回（或遮擋）時，信息從cmos芯片傳輸到計算機控制單元。該控制單元連接到激光器，能夠在幾毫秒內啟動系統關機，
圖3
內窺鏡保護系統（eps）。通過cmos芯片不斷跟蹤激光光纖的存在，可以避免激光的盲目功能，減少內窺鏡損壞，并可能降低手術成本。縮寫：ccu，攝像機控制單元；cmos，互補金屬氧化物半導體。
這個系統是高度有效的體外，，是在中試臨床試驗類似地有效的。當激光束占據的部分視場被碎石塊遮蓋時，確實發生了激光的假陽性關機，但是該系統仍然具有很高的價值。作為對良好激光標準政策的補充，eps系統很可能會防止由激光損壞引起的*故障的大部分發生。因此，eps系統可能有助于減少*檢查的成本并減少與培訓相關的風險。
信息分層（又是ccd芯片）使信息分層成為可能的另一種技術是窄帶成像（nbi），這是奧林巴斯（olympus）引入的，用于與其*和*結合使用。nbi使用光學干涉濾光片，將用于成像的光的波長限制在常規白光內窺鏡檢查所用光譜的狹窄范圍內。使用nbi可以改善上皮表面的清晰度并強調粘膜微血管，其表現為深褐色結構（圖4和5）。nbi可能會改善腫瘤組織的識別，該組織具有較高的微血管密度，通常比正常黏膜更黑。通過簡單地按下內窺鏡上的開關以激活光學濾光器并將其從常規成像更改為nbi即可操作該系統。與標準的白光*檢查相比，nbi已顯示出在監視環境中識別復發性扁平和乳頭狀淺表膀胱腫瘤的*敏感性。nbi技術還可以提高診斷和早期識別復發高級別腫瘤和癌在原位，但這種能力還有待確定。
圖4
nbi系統。a|nbi不是利用整個白光光譜，而是使用光學干涉濾光片來檢測特定波長的光。b|該方法改善了上皮表面的清晰度并強調了粘膜微血管，其表現為深褐色結構。縮寫：nbi，窄帶成像。
圖5
使用nbi改善膀胱病變的可視化。a|用白光*檢查可見病變。b|用nbi觀察到相同的病灶。縮寫：nbi，窄帶成像。
通過nbi增強*檢查可以提高上尿路移行細胞癌（tcc）的檢測靈敏度。rabbani及其同事研究了接受上尿路tcc長期監視的膀胱癌患者，發現這種疾病的發生率相對恒定，即使在初診斷癌癥后10年也是如此。與白光*檢查相比，nbi在監視期間實現了更高的膀胱癌復發檢測率。因此，盡管在這種情況下需要進一步的臨床評估，但遠端傳感器內窺鏡提供的*成像技術可能會增強這些患者的早期診斷和長期生存。
虛擬內窺鏡虛擬內窺鏡利用ct和mri解剖學信息的三維計算機增強重建來生成圖像，這些圖像可以非常詳細地再現內窺鏡透視圖（圖6）。這種計算機驅動的重建已應用于人體的大部分腔結構，包括尿路。它潛在地代表了一種廉價且無創的技術來評估尿路。
圖6
從ct掃描創建的尿路上皮腫瘤的虛擬*圖像
由于膀胱癌的高復發率，經尿道切除術后的密切*監視目前是建立早期診斷復發并改善癌癥控制的護理標準。然而，即使使用當代的小型柔性器械，標準的*檢查也會使患者感到不適，并可能導致發病，例如感染，膀胱穿孔，瘢痕形成和尿道狹窄。
目前，在這種情況下，虛擬內窺鏡檢查不能提供足夠的靈敏度來代替常規的*檢查。但是，虛擬*檢查是檢測小于5毫米的膀胱病變的可行技術。在多個平面上以360°視角對膀胱進行虛擬成像，目前可以對膀胱的困難區域進行操作。目前，虛擬*檢查的主要應用是常規*檢查不適用或禁忌的患者。kivrak及其同事發現，在選定的患者中，虛擬*檢查可以成功地用于無創檢測膀胱病變，靈敏度為90％，特異性為94％。lopes和同事報告的結果相似，敏感性為95.1％，特異性為91.2％。然而，這些作者有理由指出，虛擬*檢查將無法檢測到原位癌等扁平病變，也無法為外科醫生提供活檢可疑病變的機會。
multidetector ct泌尿系造影是一種精確的，無創的影像學方法，可用于診斷患有嚴重血尿的tcc。該技術比傳統的排泄性尿路造影具有更高的靈敏度。takebayashi及其同事報道了虛擬ct*檢查（一種基于ct尿路造影的方法）的初步臨床經驗，他們評估了32例可疑腎盂腫瘤患者。ct*檢查顯示24個腫瘤中有22個（92％），而軸向ct僅檢測到20個（83％）病變。虛擬*檢查在檢查帶蒂和浸潤性病變方面也優于軸向ct。
在這項研究中看到的輸尿管解剖學的精細細節給人留下了深刻的印象，這些相同的作者隨后對16名疑似輸尿管腫瘤的患者進行了類似的研究。虛擬*檢查成功地檢測到輸尿管腫瘤的存在，其敏感性和特異性分別為81％和100％。此外，虛擬*檢查有助于評估淋巴結病的外在壓迫，并可用于區分狹窄與尿路上皮腫瘤。
關于虛擬泌尿科內窺鏡檢查的當代數據表明，虛擬*檢查是安全，無創的，并且可以對整個輸尿管進行有效的腔內導航。battista等。得出的結論是，虛擬*提供的解剖學信息優于軸向ct獲得的解剖學信息。
盡管使用ct尿路造影的虛擬內窺鏡檢查有許多潛在的優勢，但仍然存在局限性。也許關鍵的是無法識別粘膜質地和顏色的變化以及無法進行治療。重要病理如癌原位不可能與當代虛擬內窺鏡來識別。雖然尿細胞學可用于識別大多數癌原位，ct尿路造影的用于識別膀胱病理敏感性差繼續支持在大多數患者中使用*檢查。
磁共振尿路造影是一種非侵入性的診斷成像技術，與ct尿路造影不同，它不需要電離輻射或化造影劑。t 2加權磁共振尿路造影是通過mri可視化泌尿道的個相關手段。可視化尿路內的靜液，就好像它是人體的結構一樣，用于圖像重建。使用基于g的造影劑和t 1加權圖像的磁共振尿路造影可以產生明亮的尿液外觀。在尿量少的情況下，成像效果欠佳。因此，在可能的情況下，建議在可能的情況下靜脈內利尿劑給藥以提高排泄性磁共振尿路造影圖像的質量。
與ct輸尿管造影一樣，磁共振輸尿管造影有很大的局限性，包括與ct相比，對腎結石的檢測相對不敏感，漫長的圖像采集時間，明顯的運動偽影和較低的空間分辨率。
膠囊內鏡泌尿外科領域的一項新的有前途的技術是無線膠囊內窺鏡檢查（wce），其中照相機和無線發射器包含在插入尿路的小膠囊中。膠囊內窺鏡包括膠囊裝置，具有連接的數據記錄器的外部接收天線以及具有用于解釋圖像的適當軟件的計算機工作站。膠囊具有兩個主要部分：光學器件，即具有短焦距，狹窄的光圈以增加景深和led照明的透鏡。以及用于輔助設備操縱的磁體組件。
目前，在上*和下*未能確定隱匿性出血的起源后，才進行膠囊內窺鏡檢查。wce還提出了其他各種適應癥，例如無法解釋的貧血的調查，克羅恩病患者小腸粘膜的評估以及遺傳肉綜合征，蛋白丟失性腸病或易怒患者的診斷和監測腸綜合征。在食道疾病中，wce可以評估反流疾病和門脈高壓的存在。
wce的局限性包括：由于存在誤吸的危險，可能出現假陰性結果以及現代設備無法獲取活檢標本或進行內窺鏡治療，因此不建議吞咽障礙患者使用。當前，wce的應用是對常規內窺鏡檢查的補充，以避免不必要的檢查。
wce僅在實驗上用于泌尿科疾病。它已成功用于評估豬模型中的尿路，在其中產生連續的圖像并識別出特定的標志。在這種情況下，可以通過外部磁體來操作設備。
將來，wce可能會通過可主動操縱的膠囊的開發得到顯著增強，這將大大提高這種成像方式的靈敏度。同樣，可以對膠囊進行修改，以進行組織活檢和治療，甚至可以在膀胱腫瘤切除后提供卡介苗-卡林桿菌或化學療法等藥物。我們可以推測，可以開發出一種自行式的“無束縛體內內窺鏡”，該內窺鏡可以被引入下尿路，并通過來自器官特異性靶向物質給藥的化學信號被引導到“上游”。
將來，通過虛擬內窺鏡或*的wce進行泌尿外科影像學檢查肯定會減少患者的不適感并降低成本。這些進步使得內窺鏡檢查能夠以盡可能少的侵入性方式有效地進行。
未來發展方向內窺鏡的未來很難預測。但是，我們很可能看到這一領域的改進，目前看來幾乎是不可想象的。來自其他學科的新穎技術的創造性應用始終使內窺鏡檢查（實際上是*的所有方面）向前發展。成像設備的尺寸肯定會繼續減小，因此“微內窺鏡”在不久的將來將是可行的。內鏡檢查任何管腔結構，包括輸精管。
納米技術，包括用新型材料建造的小型機器人，已經被證明是可行的。已經創建了由核苷酸構建的自組裝機器人。正如科幻小說中已經設想的那樣，不難想象小型“機器人”將巡邏生物結構以不斷進行調查并幫助保護正常的解剖學和生理學的時代。
*的物理學和分子生物學技術的結合幾乎可以肯定會補充內窺鏡檢查，并有可能終*消除對內窺鏡檢查的需要。已經做出了將分子生物學技術吸收到內窺鏡中的*嘗試。拉曼內窺鏡檢查包含一種強大的光散射技術，可用于識別分子和晶體的內部結構。已知頻率和偏振的光與樣品相互作用并被樣品散射。然后分析散射光的頻率和偏振，可以提供有關樣品特性的信息。
拉曼光譜法可以通過定性和定量的方式測量組織的分子成分，從而極大地改善實時組織學診斷。每種組織類型散射的光都有一個特征光譜，可用于生成偽彩色圖。因此，通過分析組織的光譜，我們將能夠判斷其組成是正常性質還是病理性質。獲得此類光譜所需的時間大約為10到20s，這使得可以快速做出決策，從而可以實時決定是否進行保守或*性手術，定義切除范圍或區分良性與腫瘤性組織。
內窺鏡檢查中物理學的另一項應用是光學相干斷層掃描（oct）。這種成像方式能夠通過測量反向散射或反向反射的紅外光，對生物系統中的微結構進行高分辨率，橫截面，表面層析成像。它的基本物理原理類似于b型超聲檢查，但oct代替聲音而使用光。
oct設備使用波長為750–1,300 nm的低功率紅外光，并通過測量回波時間延遲和反向散射光的強度來生成圖像。oct成像的穿透深度大約為1-3 mm，這取決于組織結構，聚焦深度和施加到組織表面的壓力。膀胱的所有組織層（尿路上皮，固有層和固有肌層）可以根據其不同的光反射特性使用此技術單獨顯示。
其他病理類型的患者可能會受益于oct的使用，以改善治療和手術決策。例如，將來，oct可能有助于評估前列腺癌患者的神經血管束受累情況，從而為切除決策提供依據。同樣，oct可能會應用于腎臟，輸尿管和采集系統腫瘤，以幫助優化切除。
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內鏡泌尿科歷史檢查人體內部及其器官的概念可以追溯到遠古時代。在希波克拉底語料庫記錄可能是*成功的內窺鏡檢查基本功，它使用了*。盡管可以找到有關研究人體的設備和檢查技術的各種歷史參考文獻，但大多數歷史學家認為，內窺鏡檢查的一次現代嘗試是由菲利普·博齊尼（1773-1809；圖1a）發起的，他于1806年推出了他的“lichtleiter”或光導體，以研究空心器官和人體腔（圖1b）。lichtleiter由傾斜的反射鏡構成，該反射鏡定位為將內部結構的圖像投射到人眼。該裝置結合了一根蠟燭作為照明人體內部的光源，并將雙鋁管插入正在研究的人體孔口中。然而，它的泌尿外科功能有限，因為它僅允許檢查膀胱粘膜的一小部分，而體外照明不佳損害了有效的器官評估。
圖1
bozzini和lichtleiter。a|philipp bozzini（1773-1809）。b|lichtleiter或光導體。
法國泌尿科醫生pierre salomon segalas（1792-1875）在1826年改進了lichtleiter，增加了額外的蠟燭作為光源，并制作了新的帶導管的導管排空了膀胱，并方便了檢查。該裝置由樹膠彈性材料制成，以提高手術的安全性和舒適性。盡管有所改善，但這種“尿道鏡-囊腫” 同樣未能有效地檢查膀胱。
“內窺鏡”一詞源于法國泌尿科醫生antonin jean désormeaux（1815-1894），并于1853年引入以描述基于bozzini的lichtleiter的設備。désormeaux用燃燒有96％酒精和*的溶液代替了明亮的火焰，產生了可聚焦的光束，從而增強了內窺鏡檢查的能力。désormeaux還重新配置了系統中使用的鏡面角度，以便可以更精確地聚集光，從而可以更好地可視化反射光束所到達的區域。désormeaux報告了尿道乳頭狀瘤和尿道狹窄的內窺鏡切除術，這是他的系統出色的可視化效果，使他成功完成了內鏡手術。盡管有了這種改進，但désormeaux的內窺鏡仍然缺乏足夠的照明，只能檢查一個毫米的視野。
馬克西米利安·尼采（maximilian nitze，1848年至1906年）認識到現有內窺鏡的局限性，進行了兩次出色的修改，以創造出許多歷史學家認為是臺成功的現代內窺鏡（圖2）。1876年，尼采（nitze）用棱鏡和透鏡擴充了他的裝置，使尿道的尿道可視化成為可能。此外，他使用水冷式電鉑絲燈在儀器的頂端引入了個體內光源。由于復雜且精巧的水冷卻系統，nitze的*初使用起來很麻煩。另外，內窺鏡的插入很困難，并且該設備產生了倒置的圖像。盡管有這些缺點，但是由于該裝置能夠實現膀胱內部的可視化，因此它被證明是非常實用的。nitze不僅革新了內窺鏡，而且他的*顯然為*鋪平了道路。在1910年，克里斯蒂安·雅各布（christian jacobaeus）使用尼采*進行了臺內窺鏡引導的*檢查。
圖2
尼采的*
1878年，發明了一種真空燈（一種限制在真空玻璃中的碳絲），從而生產了mignon燈（一種*適合于*末端的小型真空燈）。1883年，戴維·紐曼（david newman）*將白熾燈燈泡用于*。這種修改極大地簡化了*并降低了其制造成本，從而使其得以廣泛使用。
馬克西米利安·斯特恩（maximilian stern，1877–1946）在1926年開發了*，極大地提高了泌尿科內鏡治療的水平。1931年，將活動的切割環并入切除器后，該儀器就適合用于經尿道切除術。這些程序很快成為大多數良性前列腺增生和淺表性膀胱腫瘤的標準治療方法。
內窺鏡檢查的另一項重大進步是引入了變焦透鏡和桿透鏡系統，通常被物理學家harold hopkins稱為霍普金斯望遠鏡。玻璃纖維（光纖）的使用首先用于照明，然后用于柔性光學，進一步用于高級內窺鏡檢查。相干玻璃纖維束的引入及其承載真實視頻圖像的能力允許創建批柔性內窺鏡。法國研究人員于1956年*在內窺鏡中使用攝像機，從而改善了人體工程學，提高了安全性并提高了成功率。1963年，*報道了柔性纖維*。
如今，由于內窺鏡和相關技術的應用，以微創方式成功治療了多種泌尿系統疾病（表1）。光纖技術已廣泛使用，但仍然是一種“脆弱”的模式，具有*的成像限制，這些限制本質上是無法克服的。
數字內窺鏡1970年，博伊爾（boyle）和史密斯（smith）創建了電荷耦合器件（ccd），該芯片可以將電荷形式的數據存儲在網格中，以備以后使用。盡管它很快就不再用作存儲設備，但ccd轉移電荷的能力使其非常適合于以像素網格的形式記錄圖像。ccd芯片的響應線性，高靈敏度和即時圖像生成均優于傳統的基于膠片的圖像捕獲。互補金屬氧化物半導體（cmos）器件是昂貴的ccd芯片的低成本替代產品，并于1967年獲得了。cmos芯片可降低成本和減小器件尺寸，并且比ccd更適合批量生產。
從光纖內窺鏡向基于ccd和cmos芯片的遠端傳感器或基于“數字”圖像的內窺鏡的轉變是這些技術的當前和預期優勢的自然結果。當代的遠端傳感器內窺鏡能夠滿足除小內窺鏡外所有尺寸的尺寸要求。當然，隨著遠端傳感器技術的進步，采用該技術的內窺鏡將與當代光纖內窺鏡的尺寸相匹配，并且終將變得更小。在重量方面，遠距離傳感器內窺鏡已經優于柔性光纖內窺鏡。
任何內窺鏡的關鍵特性是其光學保真度，這包括在目標位置提供足夠的光的能力以及提供目標的高質量表示的能力。光纖柔性內窺鏡30年的發展產生了質量合理的圖像。然而，載有圖像的玻璃纖維的有限直徑使得像素化的“屏蔽門”效應成為光纖內窺鏡無法解決的問題。臺商業遠距離傳感器內窺鏡是acmi dcn-2010數字柔性*（acmi，美國馬薩諸塞州southborough），于2005年推出。這種*結合了數碼相機和雙發光二極管（led）驅動的光載體插入*的遠端，減少了布線的需求并減輕了設備的重量。
quayle及其同事將這臺臺遠端傳感器*與三臺當代光纖*進行了體外比較。在模擬的不利條件下，遠端傳感器內窺鏡提供了的光學性能。borin及其同事通過研究對比度，分辨率和顏色辨別力，將遠端傳感器，數字式柔性*與兩臺標準光纖內窺鏡進行了比較。在13項光學測試中的12項中，遠端傳感器*優于光纖*。作者指出，與光纖內窺鏡相比，在遠距離處識別小至1mm的病變的能力改善了遠端傳感器內窺鏡的成像能力。他們推測這種光學優勢可能會改善臨床評估，例如通過增加監視性*的敏感性。
okhunov及其同事對1000例接受了辦公室*檢查的患者進行了遠端傳感器和光纖*的前瞻性臨床比較。研究人員評估了這些設備的光學特性，臨床性能和耐用性。所有外科醫生都發現遠端傳感器內窺鏡更輕巧，更易于操作，并且大多數人都將這些*比光纖設備更喜歡。遠端傳感器*的主觀光學和功能指標均明顯優于光纖。遠端傳感器視頻成像可提供快速，高質量的圖像捕獲。圖像可以通過標準的計算機存儲技術輕松存儲和傳輸。光纖和遠端傳感器*都非常耐用，需要適當的護理。
遠端傳感器成像的發展促進了越來越小的遠端傳感器的構造，該技術已擴展到其他泌尿科內窺鏡，例如*和*。當代數字*所捕獲的圖像質量與剛性霍普金斯透鏡所捕獲的圖像相當。但是，遠端傳感器*可提供出色的照明和分辨率。數字成像的另一個優勢是能夠將圖像數字放大到原始大小的1.35倍。
andonian及其同事評估了遠端傳感器成像在*中的應用。該設備具有15 fr（5 mm）的工作通道，可插入諸如鑷子，碎石探針和抽吸設備之類的儀器。產生的圖像具有真實色彩，并保持良好的分辨率。
假設遠端傳感器*和*的光學性能優越，可帶來出色的手術性能。但是，該理論尚未得到評估，目前尚無證據支持遠端傳感器*在臨床環境中的優越性。
超越影像僅從成像的角度來看，從光纖內窺鏡向遠端傳感器內窺鏡的轉變代表了內窺鏡歷*的重要但有限的進展。但是，遠端傳感器技術提供了剛剛開始探索的其他功能。ccd和cmos芯片對信息進行分層和處理的內在能力已引起內窺鏡性質的革命性變化。
內窺鏡成像之外的步是由gyrus-acmi（美國馬薩諸塞州southborough）在2008年完成的，他提供了一種軟件更新，稱為內窺鏡保護系統（eps；圖3），用于其invisio（dur-d）數字設備。柔性*。eps利用了dur-d*中內置的cmos傳感器檢測光場不同部分的顏色的能力，以便檢測dornier durhl-20激光光纖的藍色包層。當eps處于活動狀態時，cmos芯片會在光場的特定部分連續檢測激光纖維是否為藍色。當激光光纖縮回（或遮擋）時，信息從cmos芯片傳輸到計算機控制單元。該控制單元連接到激光器，能夠在幾毫秒內啟動系統關機，
圖3
內窺鏡保護系統（eps）。通過cmos芯片不斷跟蹤激光光纖的存在，可以避免激光的盲目功能，減少內窺鏡損壞，并可能降低手術成本。縮寫：ccu，攝像機控制單元；cmos，互補金屬氧化物半導體。
這個系統是高度有效的體外，，是在中試臨床試驗類似地有效的。當激光束占據的部分視場被碎石塊遮蓋時，確實發生了激光的假陽性關機，但是該系統仍然具有很高的價值。作為對良好激光標準政策的補充，eps系統很可能會防止由激光損壞引起的*故障的大部分發生。因此，eps系統可能有助于減少*檢查的成本并減少與培訓相關的風險。
信息分層（又是ccd芯片）使信息分層成為可能的另一種技術是窄帶成像（nbi），這是奧林巴斯（olympus）引入的，用于與其*和*結合使用。nbi使用光學干涉濾光片，將用于成像的光的波長限制在常規白光內窺鏡檢查所用光譜的狹窄范圍內。使用nbi可以改善上皮表面的清晰度并強調粘膜微血管，其表現為深褐色結構（圖4和5）。nbi可能會改善腫瘤組織的識別，該組織具有較高的微血管密度，通常比正常黏膜更黑。通過簡單地按下內窺鏡上的開關以激活光學濾光器并將其從常規成像更改為nbi即可操作該系統。與標準的白光*檢查相比，nbi已顯示出在監視環境中識別復發性扁平和乳頭狀淺表膀胱腫瘤的*敏感性。nbi技術還可以提高診斷和早期識別復發高級別腫瘤和癌在原位，但這種能力還有待確定。
圖4
nbi系統。a|nbi不是利用整個白光光譜，而是使用光學干涉濾光片來檢測特定波長的光。b|該方法改善了上皮表面的清晰度并強調了粘膜微血管，其表現為深褐色結構。縮寫：nbi，窄帶成像。
圖5
使用nbi改善膀胱病變的可視化。a|用白光*檢查可見病變。b|用nbi觀察到相同的病灶。縮寫：nbi，窄帶成像。
通過nbi增強*檢查可以提高上尿路移行細胞癌（tcc）的檢測靈敏度。rabbani及其同事研究了接受上尿路tcc長期監視的膀胱癌患者，發現這種疾病的發生率相對恒定，即使在初診斷癌癥后10年也是如此。與白光*檢查相比，nbi在監視期間實現了更高的膀胱癌復發檢測率。因此，盡管在這種情況下需要進一步的臨床評估，但遠端傳感器內窺鏡提供的*成像技術可能會增強這些患者的早期診斷和長期生存。
虛擬內窺鏡虛擬內窺鏡利用ct和mri解剖學信息的三維計算機增強重建來生成圖像，這些圖像可以非常詳細地再現內窺鏡透視圖（圖6）。這種計算機驅動的重建已應用于人體的大部分腔結構，包括尿路。它潛在地代表了一種廉價且無創的技術來評估尿路。
圖6
從ct掃描創建的尿路上皮腫瘤的虛擬*圖像
由于膀胱癌的高復發率，經尿道切除術后的密切*監視目前是建立早期診斷復發并改善癌癥控制的護理標準。然而，即使使用當代的小型柔性器械，標準的*檢查也會使患者感到不適，并可能導致發病，例如感染，膀胱穿孔，瘢痕形成和尿道狹窄。
目前，在這種情況下，虛擬內窺鏡檢查不能提供足夠的靈敏度來代替常規的*檢查。但是，虛擬*檢查是檢測小于5毫米的膀胱病變的可行技術。在多個平面上以360°視角對膀胱進行虛擬成像，目前可以對膀胱的困難區域進行操作。目前，虛擬*檢查的主要應用是常規*檢查不適用或禁忌的患者。kivrak及其同事發現，在選定的患者中，虛擬*檢查可以成功地用于無創檢測膀胱病變，靈敏度為90％，特異性為94％。lopes和同事報告的結果相似，敏感性為95.1％，特異性為91.2％。然而，這些作者有理由指出，虛擬*檢查將無法檢測到原位癌等扁平病變，也無法為外科醫生提供活檢可疑病變的機會。
multidetector ct泌尿系造影是一種精確的，無創的影像學方法，可用于診斷患有嚴重血尿的tcc。該技術比傳統的排泄性尿路造影具有更高的靈敏度。takebayashi及其同事報道了虛擬ct*檢查（一種基于ct尿路造影的方法）的初步臨床經驗，他們評估了32例可疑腎盂腫瘤患者。ct*檢查顯示24個腫瘤中有22個（92％），而軸向ct僅檢測到20個（83％）病變。虛擬*檢查在檢查帶蒂和浸潤性病變方面也優于軸向ct。
在這項研究中看到的輸尿管解剖學的精細細節給人留下了深刻的印象，這些相同的作者隨后對16名疑似輸尿管腫瘤的患者進行了類似的研究。虛擬*檢查成功地檢測到輸尿管腫瘤的存在，其敏感性和特異性分別為81％和100％。此外，虛擬*檢查有助于評估淋巴結病的外在壓迫，并可用于區分狹窄與尿路上皮腫瘤。
關于虛擬泌尿科內窺鏡檢查的當代數據表明，虛擬*檢查是安全，無創的，并且可以對整個輸尿管進行有效的腔內導航。battista等。得出的結論是，虛擬*提供的解剖學信息優于軸向ct獲得的解剖學信息。
盡管使用ct尿路造影的虛擬內窺鏡檢查有許多潛在的優勢，但仍然存在局限性。也許關鍵的是無法識別粘膜質地和顏色的變化以及無法進行治療。重要病理如癌原位不可能與當代虛擬內窺鏡來識別。雖然尿細胞學可用于識別大多數癌原位，ct尿路造影的用于識別膀胱病理敏感性差繼續支持在大多數患者中使用*檢查。
磁共振尿路造影是一種非侵入性的診斷成像技術，與ct尿路造影不同，它不需要電離輻射或化造影劑。t 2加權磁共振尿路造影是通過mri可視化泌尿道的個相關手段。可視化尿路內的靜液，就好像它是人體的結構一樣，用于圖像重建。使用基于g的造影劑和t 1加權圖像的磁共振尿路造影可以產生明亮的尿液外觀。在尿量少的情況下，成像效果欠佳。因此，在可能的情況下，建議在可能的情況下靜脈內利尿劑給藥以提高排泄性磁共振尿路造影圖像的質量。
與ct輸尿管造影一樣，磁共振輸尿管造影有很大的局限性，包括與ct相比，對腎結石的檢測相對不敏感，漫長的圖像采集時間，明顯的運動偽影和較低的空間分辨率。
膠囊內鏡泌尿外科領域的一項新的有前途的技術是無線膠囊內窺鏡檢查（wce），其中照相機和無線發射器包含在插入尿路的小膠囊中。膠囊內窺鏡包括膠囊裝置，具有連接的數據記錄器的外部接收天線以及具有用于解釋圖像的適當軟件的計算機工作站。膠囊具有兩個主要部分：光學器件，即具有短焦距，狹窄的光圈以增加景深和led照明的透鏡。以及用于輔助設備操縱的磁體組件。
目前，在上*和下*未能確定隱匿性出血的起源后，才進行膠囊內窺鏡檢查。wce還提出了其他各種適應癥，例如無法解釋的貧血的調查，克羅恩病患者小腸粘膜的評估以及遺傳肉綜合征，蛋白丟失性腸病或易怒患者的診斷和監測腸綜合征。在食道疾病中，wce可以評估反流疾病和門脈高壓的存在。
wce的局限性包括：由于存在誤吸的危險，可能出現假陰性結果以及現代設備無法獲取活檢標本或進行內窺鏡治療，因此不建議吞咽障礙患者使用。當前，wce的應用是對常規內窺鏡檢查的補充，以避免不必要的檢查。
wce僅在實驗上用于泌尿科疾病。它已成功用于評估豬模型中的尿路，在其中產生連續的圖像并識別出特定的標志。在這種情況下，可以通過外部磁體來操作設備。
將來，wce可能會通過可主動操縱的膠囊的開發得到顯著增強，這將大大提高這種成像方式的靈敏度。同樣，可以對膠囊進行修改，以進行組織活檢和治療，甚至可以在膀胱腫瘤切除后提供卡介苗-卡林桿菌或化學療法等藥物。我們可以推測，可以開發出一種自行式的“無束縛體內內窺鏡”，該內窺鏡可以被引入下尿路，并通過來自器官特異性靶向物質給藥的化學信號被引導到“上游”。
將來，通過虛擬內窺鏡或*的wce進行泌尿外科影像學檢查肯定會減少患者的不適感并降低成本。這些進步使得內窺鏡檢查能夠以盡可能少的侵入性方式有效地進行。
未來發展方向內窺鏡的未來很難預測。但是，我們很可能看到這一領域的改進，目前看來幾乎是不可想象的。來自其他學科的新穎技術的創造性應用始終使內窺鏡檢查（實際上是*的所有方面）向前發展。成像設備的尺寸肯定會繼續減小，因此“微內窺鏡”在不久的將來將是可行的。內鏡檢查任何管腔結構，包括輸精管。
納米技術，包括用新型材料建造的小型機器人，已經被證明是可行的。已經創建了由核苷酸構建的自組裝機器人。正如科幻小說中已經設想的那樣，不難想象小型“機器人”將巡邏生物結構以不斷進行調查并幫助保護正常的解剖學和生理學的時代。
*的物理學和分子生物學技術的結合幾乎可以肯定會補充內窺鏡檢查，并有可能終*消除對內窺鏡檢查的需要。已經做出了將分子生物學技術吸收到內窺鏡中的*嘗試。拉曼內窺鏡檢查包含一種強大的光散射技術，可用于識別分子和晶體的內部結構。已知頻率和偏振的光與樣品相互作用并被樣品散射。然后分析散射光的頻率和偏振，可以提供有關樣品特性的信息。
拉曼光譜法可以通過定性和定量的方式測量組織的分子成分，從而極大地改善實時組織學診斷。每種組織類型散射的光都有一個特征光譜，可用于生成偽彩色圖。因此，通過分析組織的光譜，我們將能夠判斷其組成是正常性質還是病理性質。獲得此類光譜所需的時間大約為10到20s，這使得可以快速做出決策，從而可以實時決定是否進行保守或*性手術，定義切除范圍或區分良性與腫瘤性組織。
內窺鏡檢查中物理學的另一項應用是光學相干斷層掃描（oct）。這種成像方式能夠通過測量反向散射或反向反射的紅外光，對生物系統中的微結構進行高分辨率，橫截面，表面層析成像。它的基本物理原理類似于b型超聲檢查，但oct代替聲音而使用光。
oct設備使用波長為750–1,300 nm的低功率紅外光，并通過測量回波時間延遲和反向散射光的強度來生成圖像。oct成像的穿透深度大約為1-3 mm，這取決于組織結構，聚焦深度和施加到組織表面的壓力。膀胱的所有組織層（尿路上皮，固有層和固有肌層）可以根據其不同的光反射特性使用此技術單獨顯示。
其他病理類型的患者可能會受益于oct的使用，以改善治療和手術決策。例如，將來，oct可能有助于評估前列腺癌患者的神經血管束受累情況，從而為切除決策提供依據。同樣，oct可能會應用于腎臟，輸尿管和采集系統腫瘤，以幫助優化切除。
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