输尿管软镜的发展历程
第一节 输尿管软镜的起源
输尿管软镜是内窥镜的一种类型。其真正的发展起于近代，一般可将其发展阶段分为硬管式内窥镜、半可屈式内窥镜、纤维内窥镜、超声与电子内窥镜等阶段。内窥镜所使用的光源从最初原始光源发展到电执丝和小灯泡光源以及现代的纤维光学和冷光源。临床上根据内窥镜镜身能否改变方向进行分类，分为硬质镜和弹性软镜两种。硬质镜(rigid endoscope)为棱镜光学系统，其最大优点是成像清晰，可配多个工作通道，选取多个视角。弹性软镜(flexible endoscope)为光导纤维光学系统，其最大特点是镜头部分可被术者操纵而改变方向，扩大了应用的范围，但成像效果不如硬质镜好。按内窥镜的功能又可将内窥镜分为单功能镜及多功能镜。
回溯输尿管软镜的发展史，最早可追溯至公元前300年古希腊医生希波克拉底(Hippo- cratic)曾描述过的一种直肠诊视器，该诊视器与我们今天所用的器械十分相似。类似的诊视器还发现于庞培遗迹(Pompeii，意大利古都，公元79年火山爆发，全城淹没)，这些诊视器曾被用于窥视阴道与子宫颈，检查直肠，并用于检视耳、鼻腔。当时进行这些检查时利用的是自然光线。
输尿管软镜起源于膀胱镜。1806年，德国法兰克福的勃席尼(Phillipp Bozzini)制成了世界上第一台用蜡烛照明的膀胱镜(图1-1)。膀胱镜的发明才是内窥镜真正开始的时代。勃席尼所制成的膀胱镜是由一花瓶状光源、一根蜡烛和一系列镜片组成的，他将其称为导光器(lichtleiter)。尽管导光器从没有用于人体，但是勃席尼仍被誉为第一个内窥镜的发明人。在勃席尼发明膀胱镜20年后的1826年，法国著名泌尿外科医生希格拉对勃席尼的膀胱镜进行了改进。希格拉使用两根蜡烛，为了聚集和增加蜡烛的光线，他在此装置上增加了一个倾斜的镜片，同时增加了一个较大的锥形反射镜(使更多的光线聚集到感兴趣的部位)，为了减少光线的发散希格拉将管道内涂成黑色，并采用橡皮导管取代金属导管，以减少对人体的损伤。
图1-1 勃席尼发明的导光器
1835年，内窥镜之父”法国外科医生德索米奥(Antoine Jean Desormeaux )使用煤油灯作为光源，通过镜子折射观察膀胱的情况(图1-2)。德索米奥第一次将导光器运用于人体，因此他被许多人誉为“内窥镜之父"。此后，德国人考思曼(Kussmaul)受到艺人吞剑表演的启发，于1868年试制出第一台硬质管式内窥镜，采用德索米奥燃油灯，并将该内窥镜置入一专业吞剑演艺者的食管和胃内进行观察。
图1-2 德索米奥发明的内窥镜
对内窥镜的光源进行真正变革的是波兰布雷斯劳的牙医布鲁克(Bruck)。1867年，他用电流使铂丝环过热发光，并以它作为光源来观察患者的口腔，因而称得上是使用内光源的第一人。后来他又发展了一种水冷装置，以避免过热的铂丝灼伤组织。
1876年，柏林泌尿外科医生尼采(Nitze)制成了第一个含光学系统的内窥镜，该内窥镜采用的是布鲁克的照明方式，其前端有一个棱镜，并增加了透镜视野的清晰度(图1-3)。另外，尼采在膀胱内应用循环冰水以避免热灼伤，同时引入操作管道通过该管道可以插入输尿管探针进行操作。尼采被认为是现代膀胱镜的创始人，他在将膀胱镜兼用为治疗工具上也有很多创新。尼采也是史上第一个进行内窥镜下膀胱取石和膀胱肿瘤治疗的医生，共报道了150例膀胱肿瘤的内窥镜治疗，其中只有1例死亡，20例复发。
图1-3 尼采制成的内窥镜
1879年在尼采的技术基础上，莱特(Joset Leiter)在镜体接物镜前加上直角三棱镜，初步解决了管状视野的限制。该镜后来被称为Nitze-Leiter膀胱镜，1879年因而被认为是膀胱镜问世的年代。Nitze-Leiter膀胱镜所成的像仍是反像，医生需要较长的学习周期。后来，美国纽约的伯格尔(B.Berger)医生在Nitze-Leiter膀胱镜系统中加入一个额外的棱镜。将成像置正，这一设计极大地提高了内窥镜的使用价值，这种膀胱镜成为此后60多年来膀胱镜的标准设计。1897年阿尔巴兰(Albarran)又在通道的端部设置了操纵杠杆。另外一项重要的进展是，为了保持膀胱镜检查时视野清晰在膀胱镜上增添了冲洗系统。
1880年著名科学家爱迪生发明了白炽灯。3年后，苏格兰格拉斯哥的纽曼(Newman)用小型白炽灯替换了原膀胱镜中照明所用的电热丝。1887年，地特耳(Dittell)将灯泡置于膀胱镜的最前端，这种照明系统成为那一时期内窥镜所采用的标准方式。1889年，罗彻(Boisseau du Roch-er)介绍了一种目镜可与外壳分开的内窥镜，通过外壳还可使用不同的透镜系统。1894年，鲍利克(Puwlik)发明了膀胱镜的摄片方法。1895年，卡尔佩(Carpe)研制出可用于输尿管插管的膀胱镜。此外，1897年，Albarran及Wosidio等相继研制出可同时进行双侧插管的内窥镜。1908年，立利格伯(Ringleb)设计了新的光学系统，将成像置正，使内窥镜的视野更加清晰，并研制出可观察不同角度视野的观察镜及膀胱镜(图1-4)。此后，霍华德凯利(Howard Kelly)报道了使用膀胱镜进行相关检查及输尿管插管(图1-5)。
1897 图1-4 立利格柏膀胱镜
图1-5 霍华德凯利应用膀胱镜检查
(霍华德凯利：(肾脏、输尿管和膀胱疾病》，1914年版)
膀胱镜关键技术的进步，为以后输尿管软镜的诞生奠定了基础。输尿管镜技术的发展是膀胱镜技术在上尿路的延伸。现代泌尿外科之父休·杨(Hugh Hampton Yong)在1912年第一次使用了“输尿管镜”。他在一位两个月大男婴身上用9.5F儿童膀胱镜观察因后尿道瓣膜导致扩张的输尿管，并一直观察到肾盂内的肾盏。然而在之后的30年内，输尿管镜检查方法并没有什么进展。历史上，软性输尿管镜的应用要早于硬性输尿管镜。
第二节 输尿管软镜的发展
一、输尿管软镜的诞生(1964年)
最初的内窥镜是用硬质管做成的，虽然后来逐渐有所改进，但内窥镜自发明100年后。仍然未能被广泛使用。20世纪50年代，人们开始用软质管制作内窥镜，它能在人体内的拐角处轻易地弯曲，因而受到研究者的重视。
现代输尿管镜起于光学纤维的发展。自1900年光学纤维开始发展以来，英国贝尔德(John Logie Baird，1927)首先用它来传导光线。1930年，德国拉姆(Lamm)提出可以用细的玻璃纤维束在一起传导光源，并设想用玻璃纤维束制作软性胃镜。他曾与申德勒(Schindler)合作试制，因纤维间的光绝缘没解决而未成功。荷兰的Heel及美国的Brien在纤维上加一被覆层，决了纤维间的光绝缘问题。1954年，英国的霍普金斯(Hopkings)及卡帕尼(Kapany)研究了纤维的精密排列，有效地解决了纤维束的图像传递，为纤维光学的应用奠定了基础(图1-6)。
图1-6 传统的透镜系统与霍普金斯设计的柱状透镜系统
1957年，科第斯(Curtiss)和希思乔威(Hirschowitz)把大量的玻璃纤维芯合成一束，并在末端把这此纤维融合在一起，以便使它们根据自身的长度独立活动，就此造就了第一支软质内窥镜(图1-7)。美国人希思乔威是首位在人身上进行光导纤维内窥镜试验并且发表了用纤维内窥镜检查的论文。他制作出了纤维软镜原型(图1-8)。从此具有“冷光源"之称的光导纤维应用于内窥镜。
图1-7 科第斯和希思乔威研制的第一支软质内窥镜
图1-8 纤维软镜原型(1957)
1960年10月，美国膀胱镜制造公司（ACMI）向希思乔威提供了第一支商业纤维内窥镜(图1-9)，在一输尿管切开手术中应用该F9的纤维软镜术中输尿管软镜经输尿管切开处进人肾盂并检查有无结石，但该软镜头部无法偏转，且无工作通道。此后，1962年，麦戈文 McGovern)和威尔卡(Walzak)首次开展经尿道的输尿管软镜手术。该操作中，F9纤维软镜由F26 McCarthy镜鞘经尿道进人左侧输尿管检查输尿管结石。
图1-9 首支商业纤维内窥镜
20世纪60年，日本Olympus公司制造了第一支输尿管软镜(图1-10)。1964年，马绍尔(Marshall)首次报道了这种新型软质内窥镜在泌尿学领域的应用，用此镜从尿道到膀胱，然后由膀晓经输尿管口进人输尿管，并逐渐从下段到上段直至肾内，完成了整个泌尿系统管道内的观察工作，并且观察到结石。这标志着输尿管软镜的诞生。
图1-10 输尿管软镜
二、输尿管软镜的发展与停滞(20世纪60年代至20世纪90年代)
尽管在20世纪6年代，第一支输尿管软镜已诞生，但由于其入水量以及窥镜的清晰度较差，软镜工作通道较少，使得输尿管软镜在处理有关上尿路疾病的实际意义上受到影响，而只能局限于对泌尿系统的检查。1964年，日本成功研制纤维内窥镜的活检装置，这种取活检的特别活检钳能够进行合适的病理取材，而目危险性小。1967年，日本开始研究放大纤维内窥镜以观察微细病变。1968年，日本的高木涉(Takagi)等首次报道用真正意义上的经尿道纤维输尿管软镜技术来检查上尿路。他们开发了一长70cm的8F纤维可视内窥镜来检查患者的肾盂和肾乳头。。但这此早期的输尿管软镜头部无法偏转，也无工作通道，因而仅能用于上尿路的检查。
尽管日本高木涉和麻生(Aso)在1970年的国际泌尿外科年会上发表了多篇论文，但未引起泌尿外科医生的重视。此后一段时间内陆续有使用软镜的报道，但由于其本身的缺陷以致未能泛应用。直到20世纪80年代，芝加哥大学的Bagley和同事们才将满注通道和操作通道整合到输尿管镜中，但是其灌注系统仍很局限，功能仍主要局限在检查。此后，随着光学系统、头端偏转技术、操作通道的不断发展和改进，美国Gyrus ACMI公司和美国Wolf公司分别推出了具有显著特色的DUR8-E型和Cobra型纤维输尿管软镜。其中DUR8-E型首次将次级主动偏转融人输尿管软镜的设计中，实现同一平面的双向偏转:而Cobra型为-款6/9.9F的输尿管软镜，它首次采用双工作通道(2×3.3F)。这此技术的进步，使得输尿管软镜的视角更大，操作更灵巧，可以有部分治疗功能。
1977年，德国人古德曼(Goodman)和里昂(Lyon)首次使用输尿管硬镜，证明了硬镜进入输尿管的可行性。1980年，Perez-Castro成功制造了第一支F11的半硬质输尿管镜，并用此镜进行了输尿管检查和取石。从此，输尿管硬镜得到较快发展，但此后的15年，输尿管软镜却并无进展，很少在临床上用于泌尿系统疾病的治疗。
三、输尿管软镜的变革(20世纪90年代末至今)
在20世纪90年代以前，输尿管软镜主要在诊断方面得到了有限的应用很少应用，于泌尿外科治疗方面。直到1995年钬激光系统的出现，加上日本Olympus公司以及美国Cyrus ACMI和Wolf公司进一步对纤维输尿管软镜做了改进(这种改进主要体现在软镜操作的灵活性、工作通道的实用性、镜头旋转角度的多样性)之后，在输尿管软镜下，应用钬激光系统可以治疗结石、肿瘤、新生物等，这种结合促使了输尿管软镜应用的一次革命性变革。但是这些变革仍然受限于纤维输尿管软镜本身。
输尿管软镜发展中上另一次历中性的突破出现在21世纪初，即电子输尿管软镜的诞生。2006年9月，美国空军首次将空战演练仪的成像技术应用于输尿管镜，称为数字化电子输尿管软镜技术。这一装置上安装了金属氧化物半导体远端的传感器(CMOS)，一个发光二极管(LED)和一个可以使变焦能力增强的数字处理器。2004-2006年，美国Gyrus ACMI公司制作出了第一支电子输尿管软镜(Invisio DUR D)随后Olympus和Storz公司分别推出了 URF-V型和FLEX XC型电子输尿管软镜。电子内窥镜主要由内镜、电视系统信息中心和电视监视器三个主要部分组成。它的成像主要依赖于镜身前端装备的电荷耦合器件(charge coupled device CCD），而后者就像一台微型摄像机将图像经过图像处理器处理后，显示在电视监视器的屏幕上。
电子内窥镜的构成除了内镜、电视信息系统中心和电视监视器三个主要部分外，还配备一些辅助装置，如录像机、照相机、吸引器以及用来输入各种信息的键盘和诊断治疗所用的各种处置器具等。与传统的纤维内窥镜相比，电子软镜图像更清晰，色泽逼真，分辨率更高，同时避免了光导纤维易于折断、导光亮度易于衰减、图像放大易于失真等缺点。随着CCD技术的进步，相关的碎石和取石设备的研发及改进，尤其是超细钬激光光纤的问世及应用，输尿管软镜在治疗肾结石方面显示出日益突出的优势——安全、便捷、高效，大有取代经皮肾镜碎石术的趋势(图1-11、图1-12)。
此外，德国铂力(Polyscope)可拆卸组合式输尿管软镜，将摄像光纤成像系统等核心部件设计成独立分体部分，这种新型分体式组合输尿管软镜操作简便、视野清晰，镜身内镜套管等易损件可以随时拆卸、组装、更换，增加了软镜的耐用性(图1-13)。
图1-11 Olympus光纤输尿管软镜及电子输尿管镜
图1-12 纤维输尿管软镜
图1-13 组合式输尿管软镜
