技术领域
本发明涉及一种医用外科手术用内窥镜，尤其涉及一种经皮肾取石术用穿 刺内窥镜。
背景技术
经皮肾镜取石术是近年兴起的一种治疗泌尿系结石的新技术，它是利用特 殊内腔镜和腔内碎石、取石设备通过经皮肾造瘘来完成治疗的。早在公元10世 纪阿拉伯就有经皮肤戳孔取肾结石的传统，但由于条件所限成功率较低，一直 未能推广应用。直到本世纪40年代中期经皮肾镜问世后，此项技术才比较完善， 得以推广应用。我国则在本世纪80年代初期从国外引进此项技术和设备，首先 在北京、广州等地取得成功，继而推向全国，目前国内的绝大多数大中型医院 都已开展了此项手术，但经皮肾镜取石术需要的设备较为昂贵，技术要求也比 较高。在有体外碎石条件的地方也可以进行体外碎石加辅助排石治疗的方法， 但排石时间长，且不一定彻底，效果不能立竿见影，因此目前不作为主要治疗 方法。
经皮肾镜取石术一般是需要麻醉下进行，首先在X线或超声指导下穿刺肾 盂，但考虑设备造价、以及对患者和医生的辐射伤害，医生多不愿采用X线的 方式，然后将穿刺通道扩张至需要大小，经此通道放入经皮肾镜，窥视下将结 石取出或用特殊碎石设备将结石击碎后取出。
在手术进行时，第一步：在膀胱镜的引导下，特别是对肾积水不显著的患 者，将F5的软性导管经尿道、膀胱，再经输尿管，送至肾盂，以便在穿刺中可 以从外部向肾盂打水，这样第一可以有利于B超下显影，第二可以在穿刺中通 过加压向肾盂打水观察穿刺管出液情况以判断穿刺到达部位是否正确，第三是 可以在穿刺成功后连续打入液体，防止肾盂伤口凝结血块，第四是形成肾盂中 积水中空，利于经皮肾镜的使用。第二步是手术成败关键：建立从皮肤到肾盂 的通道，即造瘘，一般在B超或X光机引导下进行肾穿刺造瘘，穿刺时穿刺针 外套一个置留管，外径约1.4mm，穿刺至肾盂、肾盏后，抽出穿刺针，置留管置 留于经皮肤至肾盂、肾盏间，将一细软不锈钢钢丝通过置留管慢慢下入肾盂、 肾盏间内并盘绕二三圈，然后抽出置留管，置留钢丝，最后用三种以上直径、 头部呈锥形的扩张管套在置留钢丝上，从细至粗反复扩展已有通道，直到扩张 至需要直径，即完成了造瘘过程。穿刺造瘘一般在取石术同时进行也可提前穿 刺造瘘，提前穿刺造瘘时，待窦道形成后再进行经皮肾镜取石术，窦道形成通 常需要2周左右。同时进行的优点是手术一次完成，住院时间短；缺点是可能 会因出血等原因影响手术操作，增加失败的机会。提前造瘘再二次手术的缺点 是住院时间长，需两次手术操作，但窦道形成后术中出血较少，视野清晰，手 术成功率高。第三步：使用经皮肾镜通过造瘘通道，在直视观察下进行肾盂、 肾盏及输尿管上段结石的寻找和取出或击碎后取出，并完成手术。
经皮肾镜取石术通过直径不到1厘米的通道就可以治疗肾及输尿管上段结 石，比之常规的手术治疗对病人损伤小、打击小、术后恢复快，而且通过留置 的肾造瘘管可以重复进行治疗残留经石，优点是显而易见的。
但是，这种取石术也存在着以下关键的因素制约其在临床中的运用：
由于肾脏内的血管呈树枝状分布，造瘘时使用F5细针穿刺再逐步扩开的目 的在于避开血管，从血管枝间隙进入，这样在扩张时可以排开血管，造瘘时出 血就会较少，但现有取石术由于穿刺时不能判断是否推开了血管还是穿破了血 管，导致不穿破血管的机率很低，术中经常遇到出血，而且有时出血不能被马 上发现，可能会在肾脏组织外形成积血，有一定危险性，并直接影响到手术的 成败。
如果能够设计一种在穿刺中可视的内窥镜，上述制约该手术临床运用的限 制点便可以迎刃而解。
但是，经典内窥镜的四个重要组件应包括物镜、传像单元、照明单元和目 镜，基于本手术的临床实际，如果使用经典内窥镜的设计理念，则需要有一个 物距，如果在穿刺针前安排一个大的无阻挡的空间，则无法满足越细小越不易 损伤血管的约束条件，若在细小的穿刺针内安排一定物距，则针孔处(可视处) 将在视场中占极其细小的部分，视场周围的绝大部分会被穿刺针的内管占据， 但若将穿刺管处理成透明材料，现阶段没有能够满足既能穿刺，刚性和脆度又 是如此之好的塑料材料。这样的话，观察的视场会给人以狭小的感受，同时， 在针管前进行的透明材料的封闭，不管透明材料安装处理成何种角度，都无法 彻底消除由照明光源带来的反射光斑，因而图像的清晰度会大幅度降低，因此， 穿刺针的细小决定了不能形成一个中空的观察区间(如通过冲水、冲气、机械 扩张的方法和透明材料封闭等方式)。
复丝传像光纤上的技术使我们有可能实现穿刺器的可视化，但其难点在于， 超细窥镜的头部既能完成穿刺又能进行清晰观察在结构上较难实现，同时视野 也受一定限制；同时，由于穿刺过程的出血，如果要引入冲水功能，则冲水通 道又会增加对穿刺器械在直径方面的空间要求，也会增加技术难度，因此要考 虑在不冲水下的可视难题。
发明内容
为解决现有经皮肾取石术中所使用器械的出血多、手术失败率较高、安全 性不高的技术问题，本发明提供了一种手术可视性好、出血少、手术成功率较 高、安全性高、无需冲水的经皮肾取石术用贴附观察式穿刺内窥镜。
本发明的技术解决方案是：
1、一种经皮肾取石术用贴附观察式穿刺内窥镜，包括主镜体7、传像单元、 照明单元和目镜单元，其特征在于：其还包括穿刺体，所述穿刺体包括穿刺针 10、置留管8；所述穿刺针10包括空心外管9，其前端部为带斜面的尖刺状； 所述目镜单元包括目镜罩2、转像镜头15、目镜镜头3和目镜玻璃1，所述转像 镜头15、目镜镜头3和目镜玻璃1依次设置在目镜罩2内，所述转像镜头15可 将斜面图像清晰成像至目镜镜头3的像面上；所述传像单元包括设置在穿刺针 10的空心外管9内部的复丝传像棒6，所述复丝传像棒6的成像面18为斜面且 与空心外管9的前端部构成实心尖刺，所述复丝传像棒6的出像面5为斜面； 所述照明单元包括可与主镜体7连接的光束夹头11、设置在光束夹头11上并可 与外界光源连接的光束接口12、设置在光束接口12内的光锥13、与复丝传像 棒6的出像面5连接的传光光纤束14；所述复丝传像棒6的成像面外圆周侧填 充有黑色环氧胶17；所述穿刺体固定设置在主镜体7前端；所述主镜体7的后 端与目镜单元固连。
2、根据权利要求1所述的经皮肾取石术用贴附观察式穿刺内窥镜，其特征 在于：所述传光光纤束14与复丝传像棒6的出像面5的连接方式是：传光光纤 束14的前端与复丝传像棒6靠近出像面5一端的外圆侧面相胶合，其胶合角度 与复丝传像棒6轴线相对于出像面5的光学反射线方向相一致；
3、根据权利要求1或2所述的经皮肾取石术用贴附观察式穿刺内窥镜，其 特征在于：所述复丝传像棒6的成像面18与空心外管9的端部构成的实心尖刺 包括设置在尖刺最前方的正向穿刺面41和背向穿刺面42、分别设置在正向穿刺 面41左右两侧的侧向穿刺面44、设置在正向穿刺面41后方的辅助穿刺面43， 所述正向穿刺面41的穿刺角α的范围为：9°～11°，所述背向穿刺面42的背 向穿刺角β的范围为：17°～5°，所述侧向穿刺面44的侧向穿刺角δ1和δ2的 范围为：9°～11°，侧向偏转角和的范围为：18°～10°，所述辅助穿 刺面43的辅助穿刺角γ的范围为：40°～10°。
4、根据权利要求3所述的经皮肾取石术用贴附观察式穿刺内窥镜，其特征 在于：所述复丝传像棒6的出像面5为45°斜面。
5、一种经皮肾取石术用贴附观察式穿刺内窥镜，包括主镜体7、传像单元、 照明单元和目镜单元，其特征在于：其还包括穿刺体，所述穿刺体包括穿刺针 10、置留管8；所述穿刺针10包括空心外管9，其前端部为带斜面的尖刺状； 所述目镜单元包括目镜罩2、目镜镜头3和目镜玻璃1，所述目镜镜头3和目镜 玻璃1依次设置在目镜罩2内；所述传像单元包括半反半透方棱镜16以及设置 在穿刺针10的空心外管9内的复丝传像棒6，所述复丝传像棒6的出像面5与 半反半透方棱镜16的上端面相胶合；所述复丝传像棒6的成像面18为斜面且 与空心外管9的前端部构成实心尖刺；所述复丝传像棒6靠近成像面18的外圆 周侧填充有黑色环氧胶17；所述照明单元包括可与主镜体7连接的光束夹头11、 设置在光束夹头11上并可与外界光源连接的光束接口12、设置在光束接口12 内的光锥13、可将外部光源经过光锥13后传送至半反半透方棱镜16侧面的传 光光纤束14；所述传光光纤束14的后端与光锥13的端面连接，其前端与半反 半透方棱镜16的侧端面相胶合；所述穿刺体固定设置在主镜体7前端；所述主 镜体7的后端与目镜单元固连。
6、根据权利要求5所述的经皮肾取石术用贴附观察式穿刺内窥镜，其特征 在于：所述复丝传像棒6的成像面18与空心外管9的端部构成的实心尖刺包括 设置在尖刺最前方的正向穿刺面41和背向穿刺面42、分别设置在正向穿刺面 41左右两侧的侧向穿刺面44、设置在正向穿刺面41后方的辅助穿刺面43，所 述正向穿刺面41的穿刺角α的范围为：9°～11°，所述背向穿刺面42的背向 穿刺角β的范围为：17°～5°，所述侧向穿刺面44的侧向穿刺角δ1和δ2的范 围为：9°～11°，侧向偏转角和的范围为：18°～10°，所述辅助穿刺 面43的辅助穿刺角γ的范围为：40°～10°。
本发明优点在于：
1、本发明在手术穿刺造瘘的穿刺针内设置内窥镜的传像单元与照明单元， 实现了在手术中边穿刺边实时观察的目的，同时在穿刺过程中能准确判断穿刺 针所到达部位是否存在血管，从而可以有效地避开肾脏内的血管，避免则手术 中穿破血管造成非预期的意外多量出血情况，减少了盲穿手术过程中存在的潜 在风险；具有出血少、手术成功率较高、安全性高的优点。
2、本发明穿刺时复丝传像棒的成像面与人体组织由于穿刺力的存在而良好 接触，可以有效地挤压实时观察到的组织表面(即穿刺造成的组织断开面)，排 挤血水和压迫止血，从而清理了观察面的血液，解决了在不冲水的情况下视场 出血污染的可视化难题。
3、本发明复丝传像棒的成像面和待观察组织良好接触后，无论成像面是否 与复丝传像棒中轴线垂直、无论成像面是否抛光至光学镜面，只要满足良好接 触，就可以成像，因此，本发明可以将穿刺的一端复丝传像棒处理成斜面，形 成穿刺角α，如图4所示，这种外形正好与现在的穿刺针外形(将一空心不锈钢 管磨成斜面从而形成尖锐的穿刺头)很好地保持了一致，另外的背向穿刺角β在 使得穿刺破入组织点正好处在视场的边缘，避免穿刺破入组织点不处在视场的 盲区出现，辅助穿刺角γ和左右方向的侧向穿刺角δ1和δ2使内窥镜获取更加锋利 的穿刺能力。
4、本发明照明效果好，没有影响观察效果的杂光。本发明采用特殊的照明 方式，保证了射向视场的光分量可以均匀进入复丝传像棒中的每一单丝以照明 视场，其余部分用不透明黑色环氧胶与空心外管固定。
附图说明
图1为本发明第一种穿刺内窥镜的结构示意图；
图2为本发明第二种穿刺内窥镜的结构示意图；
图3为本发明产品外形示意图；
图4为本发明穿刺针的端部结构示意图；
图5为本发明穿刺针的结构示意图；
其中：1—目镜玻璃；2—目镜罩；3—目镜镜头；5—出像面；6—复丝传像 棒；7—主镜体；8—置留管；9—空心外管；10—穿刺针；11—光束夹头；12— 光束接口；13—光锥；14—传光光纤束；15—转像镜头；16—半反半透方棱镜； 17-黑色环氧胶；18—成像面；41—正向穿刺面；42—背向穿刺面；43—辅助穿 刺面；44—侧向穿刺面。
具体实施例
经典内窥镜由于在物镜前存在观察空间，允许照明光纤良好地照明视场， 而当复丝传像棒与需要观察面良好接触后，若使用经典的内窥镜照明方式，照 明光将无法进入贴附了复丝传像棒的观察面，因此本发明采用以下两种结构方 式。
如图1、图3和图5所示，本发明第一种经皮肾取石术用贴附观察式穿刺内 窥镜的结构包括主镜体7、穿刺体、传像单元、照明单元和目镜单元，穿刺体包 括穿刺针10、置留管8；穿刺针10包括空心外管9，其前端部为带斜面的尖刺 状；目镜单元包括目镜罩2、转像镜头15、目镜镜头3和目镜玻璃1，转像镜头 15、目镜镜头3和目镜玻璃1依次设置在目镜罩2内；转像镜头15可将斜面图 像清晰成像至目镜镜头3的像面上；传像单元包括设置在穿刺针10的空心外管 9内部的复丝传像棒6，复丝传像棒6的成像面18为斜面且与空心外管9的前 端部构成实心尖刺；复丝传像棒6的出像面5为斜面；照明单元包括可与主镜 体7连接的光束夹头11、设置在光束夹头11上并可与外界光源连接的光束接口 12、设置在光束接口12内的光锥13、可将外部光源经过光锥13后传送至复丝 传像棒6的成像面18的传光光纤束14；复丝传像棒6的成像面外圆周侧填充有 黑色环氧胶17；传光光纤束14的后端与光锥13的端面连接，其前端与复丝传 像棒6靠近出像面5一端的外圆侧面相胶合，其胶合角度与复丝传像棒6轴线 相对于出像面5的光学反射线方向相一致；穿刺体固定设置在主镜体7前端； 主镜体7的后端与目镜单元固连。
在图1中，将复丝传像棒6的出像面5磨45度角并精抛至光学镜面，在复 丝传像棒6轴线与此斜面形成的反射角方向粘合一传光光纤束14，不再进入空 心外管9，此时引入照明光，复丝传像棒6的内斜面形成一个沿其轴向向下的反 射，从而照亮穿刺针10头部接触面的表面，照明光的另一部分会透过复丝传像 棒6斜面沿原方向出射，因此内窥镜主镜体7及其装配的相关件应留出出射光 缺口，并处理成黑色，以避免反射杂光进入后续光学系统。但此种应用需要注 意的是：由于复丝传像棒6出像面5为斜面，但其出像方向不发生改变，目镜 罩2仍需置放在轴线上，无法放置与斜面垂直的方向。目镜罩2的景深较短， 无法将斜面在整个轴向范围内的图像清晰地成像，因此需要在复丝传像棒6和 目镜罩2之间设置一个景深和放大倍数足够匹配的转像镜头15，从而确保斜面 图像能够由目镜罩2清晰成像。由于引入了这个转像镜头15，系统的综合分辨 率较前一种应用实例要低，但由于不引入传光光纤束14，在空心外管9外径相 同的情况下，其视场范围可以相对地得以扩大。
如图2、图3和图5所示，本发明第二种经皮肾取石术用贴附观察式穿刺内 窥镜，其传像单元包括半反半透方棱镜16以及设置在穿刺针10的空心外管9 内的复丝传像棒6，复丝传像棒6的出像面5与半反半透方棱镜16的上端面相 胶合；复丝传像棒6的成像面18为斜面且与空心外管9的前端部构成实心尖刺； 复丝传像棒6靠近成像面18的外圆周侧填充有黑色环氧胶17；其目镜单元包括 目镜罩2、目镜镜头3和目镜玻璃1，目镜镜头3和目镜玻璃1依次设置在目镜 罩2内；其照明单元包括可与主镜体7连接的光束夹头11、设置在光束夹头11 上并可与外界光源连接的光束接口12、设置在光束接口12内的光锥13、可将 外部光源经过光锥13后传送至半反半透方棱镜16侧面的传光光纤束14；传光 光纤束14的后端开口于光锥13的端面，其前端与半反半透方棱镜16的侧端面 相胶合；穿刺体固定设置在主镜体7前端；所述主镜体7的后端与目镜单元固 连。
在图2中，在复丝传像棒6出像面粘接一个由二个直角棱镜胶合在一起的 半反半透方棱镜16，其中一个直角棱镜的斜面镀有半反半透膜层(允许光线部分 透射部分反射的膜层)，在复丝传像棒6轴线与此斜面形成的反射角方向粘合一 传光光纤束14，不再进入空心外管9，此时引入照明光，半反半透方棱镜16斜 面形成一个沿其轴向向下的反射，从而照亮穿刺针10头部接触面的表面，照明 光的另一部分会透过半反半透方棱镜16斜面沿原方向出射，因此内窥镜主镜体 7及其装配的相关件应留出出射光缺口，并处理成黑色，以避免反射杂光进入后 续光学系统，半反半透方棱镜16的相应部分应使用黑色环氧胶进行良好封闭， 以避免杂光对像质的干扰。采用这一结构的最主要问题在于复丝传像棒6出像 面和半反半透方棱镜16的胶合面会产生一个强烈地反光，从而将有效图像湮没， 肉眼将无法直接观察到图像，由于这一反光是与照明光源的光强成正比的一个 噪声源，只要对每一支装配好的内窥镜进行事先测量和校对，一般是在CCD图 像探测器的处理电路中采用噪声消除技术，从而大幅提高信噪比，提取出有效 的图像信号，显示在监视器中。使用这一技术，由于存在反射噪声源，以及半 反半透膜会将一部分有效的图像信号反射掉，因此图像的亮度与锐度相对会低， 噪声消除不彻底会降低系统的分辨率，但由于不引入传光光纤束14，在空心外 管9外径相同的情况下，其视场范围可以相对地得以扩大。
参见图4，以上两种结构的穿刺内窥镜复丝传像棒6的成像面18与空心外 管9的端部构成的实心尖刺包括设置在尖刺最前方的正向穿刺面41和背向穿刺 面42、分别设置在正向穿刺面41左右两侧的侧向穿刺面44、设置在正向穿刺 面41后方的辅助穿刺面43，正向穿刺面41的穿刺角α的范围为：9°～11°， 背向穿刺面42的背向穿刺角β的范围为：17°～5°，侧向穿刺面44的侧向穿 刺角δ1和δ2的范围为：9°～11°，侧向偏转角和的范围为：18°～10 。，辅助穿刺面43的辅助穿刺角γ的范围为：40°～10°。
本发明部分结构的参数如下：复丝传像棒单丝直径：4～12μm；当单丝直径 较小时，分辨率高，成本较贵，空心外管9直径d：0.5～4.0mm；空心外管9 使用硬度较高、耐磨损的不锈钢材料(如4Cr13或3Cr13等)，这样可以保证内 窥镜的反复使用，但这也有一定的时限，当针尖钝化时，可以由专业人员对针 尖部进行适当研磨抛光，从而恢复其锐度。空心外管9长度L：80～220mm；置 留管8直径D：0.8～4.2mm；置留管8长度l：40～210mm。
本发明原理：本发明不使用物镜进行成像，而是利用了复丝传像棒6的一 个重要特性：与其端面良好贴附的物体的表面形态和色彩等信息将会很好地传 递到另一端面即传像光纤的端面成像和传像的原理)。复丝传像棒的工作原理： 光可以从细玻璃棒的一端传到另一端而不跑出棒的外面，甚至当细棒弯曲时， 光也会跟着“弯曲”地传播。事实上，光线并没有弯曲，它只是在玻璃棒的内 侧不停地反射前进，在光学上这叫做全反射。复丝传像棒(也称光纤传像束) 是由数万根长度一定、直径为4～12微米左右的光学纤维(细长的玻璃棒或丝)， 两端按照一一对应的关系紧密排列集结为一体的能够直接接收和传递图像的光 学纤维成像器件。复丝传像棒一端进入的光信号可以传输到另一端，可以把每 一根单丝可以看作一个像元素，单丝因为按一一对应的次序排列，出光端的若 干个像元便可以组成与入光端图像信息相同的一幅图像。这相当于是在另一端 面成像，可以被后续光学系统顺利处理，也就是本发明所谓的“贴附观察式”。 同时，由于穿刺本身针尖部位是贴附于肾脏组织的表面的，这也符合实际的使 用情况，完全可以将穿刺针头部与复丝传像棒表面良好贴附的组织图像传递至 复丝传像棒的另一端，而不考虑穿刺管内壁是否占用视场。当然，离开端面后 本内窥镜将不能成像，因而内窥镜的工作物距为是零，景深也为零，但这不会 影响到在这种特定场合下对该内窥镜的使用。
本发明所示的内窥镜是替代造瘘穿刺针的新型仪器，这与手术后续取石过 程中所使用的经皮肾镜不是同一仪器，经皮肾镜是本手术中不可缺少的固有仪 器，与本发明无关。经皮肾镜有硬性肾镜和软性肾镜两种类型。软性肾镜较细、 前端可根据需要转向，容易进入肾盏，但操作孔较小，仅用于治疗已留置肾造 瘘的可以完整取出的小结石。硬性肾镜较粗、操作孔大，通过它的操作孔可以 放入各种腔内碎石和取石器械，是经皮肾镜碎石术最常用的器械。