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《传染病学史》札记:实验诊断技术日新月异

已有 690 次阅读 2020-10-23 20:44 |个人分类:医学史话|系统分类:科研笔记| 传染病学史, 实验诊断技术, 日新月异

七、实验诊断技术日新月异

(一)检验医学发展简史

表6-15  检验医学发展大事年表


1500年,内科医生开始使用尿液颜色比对图进行直观尿液分析。

1590年,has janssen发明复式显微镜。

1592年,伽利略发明温度计。

1684年,安东·范·列文虎克出版第一本细菌绘图。

1714年,Gabriel华氏发明水银温度计并且确定了华氏温度的温标。

1770年,john hill首次采用一种通过显微镜的观察获取样本的方法。

1816年,R.T.H.Laennec发明听诊器;G.B.Amici发明折光/消色差的显微镜。

1830年,Gerardus Mulder完成第一个蛋白质的基本化学成分分析;J.J.Lister研制消色差显微镜,并首次采用暗视野镜检的方法。

1841年,P.S.Denis描述运用盐析方法将血蛋白分离成清蛋白和球蛋白的过程。

1852年,K.Vierordt发明精确的血球计数(血细胞计数法)方法;G.G.Stokes发现了荧光反应。

1854年, Jules Duboscq以比尔定律为基础研发出第一个可视的色度计。

1856年,William Perkin调配出最初的合成染料。

1859年,E.Becquerel发明荧光灯。

1869年,Luer发明玻璃皮下注射器。

1871年,发明干板摄影术。

1872年,Oscar Berfeld为了在纯培养环境中隔离真菌,他开始使用凝胶媒介。

1886年,Jaffe发现用碱性苦味酸法可以测定肌酸酐的数值。

1890年,皇家内科学院拥有带灯光收集器双筒显微镜。

1892年,J.Dewar发明保温瓶;纽约市的卫生部门在美国Hermann N.Biggs 和 William H.Park建立第一个公共的可以做出诊断结果的细菌学实验室。

1893年,j.Elster 和H.F.Geite发明光电池;T.W.Richards发明了浊度计。

1895年,Franz Ziehl 和 Friedrich Neelsen推广改进诊断肺结核病的抗酸性染色法。

1896年, S.Riva-Rocci发明血压计;C.W.Purdy出版《实用性尿液分析和尿液诊断学》;Ferdinand widal为了鉴别伤寒杆菌发明凝聚试验。

1900年,F.G.Hopkins发现了色氨酸。

1902年,The DuBoscq视觉色度计首次引入临床实验室。

1903年,DuBoscq视觉色度计第一次被应用到临床实验室。

1904年,克里斯蒂安·玻尔发现在pH值和血红蛋白的氧含量之间的相辅相成的关系(波尔效应);M.Beijerinck第一次用纯培养的方式获得氧化硫细菌Tbiobacillustbioparus;第一个紫外线灯和第一个实用性电池发明。

1905年,H.J.Bechtold发现免疫扩散原理。

1908年,Todd and Sanford出版第一版《检验诊断学》。

1911年,Oskar Heimstadt发明荧光显微镜。

1913年,D.D.vanSlyke在洛克菲洛医院实验室被任命为药剂师;美国免疫者协会成立。

1916年,K.M.G.Siegbahn研发出X射线光学谱。P.A,Kohler研发成功色度浊度计的用法。

1918年, N.Wales 和 E.J.Copeland发明电冷藏箱(开尔文冷藏箱)。

1919年,N.W.Aston研制光谱仪。

1920年,血清磷浓度的临床试验方法确定;为了准确的检测诊断结果,静脉穿刺广泛传播。

1921年,第一次运用血清镁临床实验室方法。

1926年,阿恩钛氏发现了蛋白质的移动边界电泳;Theodor Svedberg用超速离心法确定了血红蛋白的分子量;美国临床病理学家学会任命“一个委员会的注册实验室技术员”对医疗技术人员界定和分类。

1928年,G.N.Papanicolaou首次报道了用阴道图片识别癌症,开创了临床细胞学检测;F.A.Paneth发现了放射化学。

1929年,Otto Folin在比色法中采用了滤光器;R.Gabreus将红细胞沉降率作为判断疾病严重程度的指数;M.knoll 和 E.Ruska发明了电子显微镜。

1930年,Kay首次研发出检测碱性磷酸酶的实验室方法,因此开辟了临床酶学;屈光计检查在检验科第一次被应用到测定尿液的蛋白质。

1932年,Cherry 和 Crandall研发出了血清脂肪酶活性的临床实验检测方法。

1934年,电子显微镜的商用研发。

1935年,贝克曼公司研发出了第一台测量PH值的仪器, ASCP首次要求取得医疗技师证书需要具有大学学位。

1938年,Somogyi发明了两大血清和尿液的淀粉酶临床检验方法。Gutman发明第一个酸性磷酸酶的检验方法。

1939年,Conway and Cook发明第一个检验血氨的方法。

1940年,在临床实验室,视觉比色计开始被光电比色计替取代;美国无线电公司展示第一个商用电子显微镜。

1941年,G.N.Papanicolaoou和H.F.Traut证明阴道涂片对于检测宫颈癌是有用的;A.J.P.Martin 和R.L.M.Synge用色层分析法,把氨基酸和缩氨酸分离开。

1943年,青霉素成功应用于疾病治疗。

1944年,在检验实验室里,William Sunderman申请蛋白质的屈光计检查。

1945年,S.Borgstrom完成凝血时间测试。

1946年,美国BD公司采用The Vacutainer采血;Arne Tiselius通过色层分析法分离出蛋白质。

1947年,Edwin Land发明显胶片照相机。

1950年,R.S.Yalow 和famineS.Berson发明放射免疫分析法;Levey 和 Jennings修改休哈特质量控制图表,以便在检验实验室使用。

1952年,医学博士Poulik发明免疫电泳。

1954年,Kuby发明血清肌酸磷酸激酶活性的实验室方法;A.Walsh发明原子吸收分光仪。

1955年,Wroblewski 和LaDue发明了血清乳酸脱氢酶的检验方法;Karmen发明了天冬氨酸转氨酶的检验方法; LeonardSkegges提出了“流式细胞术”的概念;Severo Ochoa合成了聚合酶。

1956年,Wroblewski 和LaDue发明血清丙氨酸转氨酶活性的方法。

1957年,Van Handel和Zilversmit为确定三酸甘油酯的指标,发明一个简便的检测方法。

1959年,泰克尼康公司(现Bayer公司)采用第一台检验科化学分析仪器,即单波道“自动分析仪器”;泰克尼康公司首次将火焰光度法应用到自动检测方法。

1960年,血清肌酸磷酸激酶同工酶的检验方法研发出来;人们发现在血清中的谷氨酰转酞酶;Feichtmeier发明机械吸量器(自动扩张器)。

1961年,美国BD公司采用一次性皮下注射器和针头。

1962年,Siegelman发现了谷氨酸脱氢酶的检验方法;IBM发明计算机的磁盘存储器。

1965年,发明扫描电子显微镜。

1967年,G.I.Abelev用患者的血清中提炼出来的α-胎甲球蛋白来检验是否得了睾丸恶性肿瘤。

1968年,杜邦公司引进第一台随机存取分析仪(自动电路分析器)。

1969年,反相高效液相色谱法更广泛的应用于分析化学领域。

1971年,Savory发明了在泰克尼康自动分析仪器上的血清白蛋白测定。

1973年,J.Westgard在实验室质控方面采用Westgard质控规则。

1975年,研发了激光细胞分类器;罗氏诊断首次将癌胚抗原测定商业化。

1976年,Micromedic公司采用第一台机械放射免疫检测仪。

1979年,M.C.Yank介绍了前列腺特异性抗原的检测作为识别肿瘤标志物的特征;R.Natio发明人造血液替代品;F.Evereaerts和T.Verheggen发明毛细管区带电泳。

1980年, D.Colcher发现CA-72血清肿瘤标志物,主要应用于检测直肠结肠癌。

1981年,H.Koprowski发现CA199,作为血清肿瘤标志物主要是为了检测胰腺癌;R.C.Bast发现CA125,作为血清肿瘤标志物,主要应用于检测卵巢癌。

1983年, Hybritech有限公司使前列腺特异性抗原检测商业化;山陶克公司使CA199检测商业化;剑桥大学生命科学公司介绍生物传感器;L.Lindholm介绍CA50作为血清肿瘤标志物检测结肠直肠癌。

1984年,基因技术公司生产出了基因工程凝血因子8号;发现DNA指纹图谱。

1985年,托拜厄斯介绍CA153作为血清肿瘤标志物,主要检测乳腺癌;R.K.Mullis等人发明聚合酶链反应技术;Centocor公司把CA125的检测商业化。

1986年,Centocor公司将CA72的检测商业化。

1987年,K.R.Bray介绍CA549作为血清肿瘤标志物主要检测乳腺癌;S.Fukuta介绍CA195作为血清肿瘤标志物主要检测结肠直肠癌;至少1215个表达基因被分配到特殊的染色体中。

1988年,Hybtitech把CA195商业化。

1989年,贝克曼仪器和应用生物科学公司把毛细管区带电泳装置商业化。

1992年,规定实施的化学发光免疫测定88号生效。

1993年,E.Koh,R.Ito和M.Bissell介绍第一个商业计划用于检验血管带电泳尿液的维他命C。

1998年,美国食品药品管理局批准达科的免疫组织化学的试验分析,多克隆抗体,为了检测原癌基因人类表皮生长因子受体2蛋白质,曲妥珠单抗的靶向目标,为了转移性乳腺癌的转基因工程疗法。

1999年,人类基因序列的持续破译有望显著扩大诊断结论和预先诊断结论。


(二)医学影像学发展简史

1. X线的发现及其命名

伟大的德国物理学家伦琴(1845-1923)于1895年11月8日下午,在黑暗的实验室里应用阴极射线管进行实验研究,偶然发现当阴极射线管放电时,放置在其旁边的荧光屏发出了可见光。实验中阴极射线管用不透光线的硬纸板遮挡,说明激发荧光屏发光的射线具有穿透性和荧光作用。为此,他又进行了深入的实验,发现该射线可使由不透光黑纸包裹的照相底片感光,为了验证其感光效应,伦琴为其夫人拍摄了佩戴结婚戒指手的照片,这就是人类第1张X线照片。经过多次重复实验后,他确信阴极射线管能发出一种肉眼看不见的射线.并用数学上未知数的最常用代号X,将其命名为X射线。

2. X线的诊断应用

由于伦琴夫人手的X线照片清楚显示了骨骼结构,使人类首次在活体透过皮肤观察到人体的内部结构。此后,数家国际著名厂商很快就生产出医用X线机,将X线用于全身各部位疾病的诊断,因而形成了诊断放射学。X线的发现开创了一个医学的新时代,伦琴也因此获得首届诺贝尔物理学奖。

最初,X线诊断主要用于骨骼系统和胸部疾病的诊断。随后,人们发明向自然对比度不佳的部位引入对比剂,人为增加对比度的各种造影方法,进而能显示心血管系统、胃肠道、脊髓、脑室和脑池等结构,扩展了X线的临床应用领域,取得良好的诊断效果,为现代医学影像学奠定了坚实的基础。

3. X线成像技术

1923年,Hevesy首先把核素示踪方法用于生物学研究;1925年,Blumgart第1次采用示踪方法测定了正常人及心脏病患者的血流速度。至20世纪50年代,出现伽玛闪烁成像(γ-scintigry)。1957年,HalAnger研制出第1台1闪烁照相机,使脏器动态显像和全身扫描一次成像成为可能。

(1)超声成像:20世纪50~60年代,超声成像开始在临床应用。首先是A型超声仪,用于对肝脏病灶的测距,然后是用于心脏的M型超声仪,继之出现适用于全身各部位的B型超声仪,最后是多普勒及彩色血流显像。目前,超声成像以其无创伤、无射线、普及率高、价格低廉、便于床旁检查等优点,成为多种疾病的首选和筛选检查手段。

(2)计算机体层摄影:1971年,X线计算机体层摄影(CT)问世,首次将传统X线检查的直接成像转变为利用探测器接收X线,再由计算机辅助技术间接成像。CT打破了人脑形态学的黑箱,使原来看不见的脑组织结构在活体得以显示,因而被公认为医学影像学发展的里程碑。20世纪80年代末出现的CT螺旋扫描技术,1998年发展为多层螺旋CT或者称多排螺旋CT,使数据采集加快。至2005年初,64排螺旋CT应用于临床,真正实现了容积数据采集,5s即可以完成心脏扫描,10s可获得整个人体的数据,所获图像的层厚更薄(亚毫米),一次扫描覆盖的范围更大(达4cm),可进行任意方位、层面的重建,加之具有强大的后处理功能,极大地扩展了CT在心血管领域的临床应用范围。MDCT促进了T血管造影(CTA)的发展,尤其冠状动脉CTA能清楚显示冠状动脉的3或4级分支.可进行大范围血管成像,已经被广泛应用于临床,并获好评。CTA图像可从多角度观察,无死角,经静脉注射对比剂创伤小,检查快速,观察心脏大血管整体情况清楚,除显示血管外,还能同时显示血管壁的钙化、动脉硬化斑块及其组成成分,结合CT图像能综合判断血管周围的情况。此外,MDCT还能进行实质性器官的灌注和空腔脏器的仿真内镜检查。目前,CT扫描已经成为最重要的影像学检查方法。受CT成像原理的启发,1975年第一台正电子发射计算机体层摄影(PET)仪问世,1979年发明单光子发射计算机体层摄影(SPECT)仪,使核医学(NM)在组织器官血流、灌注、受体和代谢显像方面形成完整体系,在影像诊断中发挥重要作用。

(3)磁共振成像:20世纪80年代初,磁共振成像(MRI)问世。经过20多年的发展,在传统MRI基础上,MRI已经有磁共振血管成像(MRA)、磁共振波谱(MRS)、磁共振弥散成像(MRDI)、磁共振灌注成像(MRPI)、功能磁共振成像(FMRI)、磁共振弥散张量成像(DTT)等新技术不断问世,使MRI成为重要的影像学检查方法之一。

(4)数字减影血管造影:值得一提的还有数字减影血管造影(DSA)。在20世纪70年代中期问世的DSA,使每次注入血管的对比剂用量大为减少,而血管显影的清晰度却有所提高,极大促进了介入放射学的发展,为介人影像学成为与传统内科化学药物治疗、外科手术治疗并列的第3大治疗方法奠定了坚实基础。

(5)计算机摄影:在20世纪末至21世纪初,计算机摄影(CR)和直接数字摄影(DDR)开始临床应用,使普通放射摄影检查实现数字化;后者又简称为数字化摄影(DR)。由于在此之前,其他影像学检查已经都是数字化图像,CR和DR的问世极大推动了图像传输与存储系统(PACS)的临床应用,应用PACS可以将各种成像技术获取的数字化图像在硬盘、光盘、磁带等不同存储介质上存储、传输,有利于图像的长期保存和远程调阅,可避免图像丢失,并消除了由使用胶片所带来的环境污染问题。

(三)超声诊断技术发展史

1. 超声技术的医学应用

1915年,法国物理学家Langevin研究水下超声探测时,首先发现超声波对水中动物产生致命性的物理作用,此后,Harwey发表了超声生物学效应的论文。1939年,Pohlman将其用于神经痛成功,由此导致了超声医学这一新兴学科的诞生;1942年,奥地利 K.T Dussik 率先使用A型超声装置来穿透性探测颅脑,并于1949年成功地获得了头部(包括脑室)的超声图象;1949年,美国的George Döring Ludwig测量出超声在人体软组织中的传播速度平均值为1540m/s;1951年,Wild 和 Reid 首先应用A型超声对人体检测并报道了了乳腺癌的回声图象;1952年,Howry设计成功B型超声仪,并由Wild和和井用于乳腺扫描,因此三人被称为乳腺超声的开拓者;1954年,Donald 应用超声波作妇产科检查,随后开始用于腹部器官的超声检查;Edler又创超声心动图检查技术,为心脏的扫描开辟了新的方向;1955年,Wild介绍直肠内体腔探查的平面位置显示器;1956年,有人研制出超声直射垂体治疗仪;1957年,日本里村对光波频移规律进行应用研究,开发出连续式D型诊断装置;1958年,Baum报告眼球扇形扫描,Donald 用BP型超声检测盆腔肿物和妊娠子宫;1962年,Fujimoto对甲状腺肿瘤的超声表现作了详尽描述,被誉为甲状腺超声研究先驱;1963年,Knight又把超声用于术中结石、肿瘤的定位探查,首创术中超声的先河,随即双晶片旋转式探头和脉冲多普勒相继诞生;1965年,Lallagen首先应用多普勒法检测胎心及某些血管疾病;1968年,Gramiak将染料靛氰蓝绿(indocy anine green)注入心内作造影剂行心脏声学造影,为心脏疾患的检查提供了又一非创伤性手段。上世纪70年代后,A型超声报告日益减少,B型应用愈加广泛。1971年,Bom利用20晶片电子线阵方形扫查心脏和胎儿成功;1972年,Kossf首先制成全自动超声仪;1973年,临床使用机械扇形和电子相控阵扇形实时成像;同期Johason和Tome等还分别对选通门脉冲多普勒及双工型脉冲多普勒作了报道。这些频移诊断技术的崛起,不仅提高心血管疾病的诊疗水平,也为彩色多普勒的开发奠定了基础。

2. 超声技术的研究进展

继Cormack和Housfield于1969年发明X-CT后,1975年Greenleaf又研制出以衰减系数和声速为参量的超声CT,比普通超声的分辨率要高4个数量级以上,目前已达0.09μm,完全可以与光学显微镜相媲美。1980年,Chaussy报告的体外震波碎石术,被公认是80年代超声医学的最大成就,在治疗肾、胆结石方面有独特价值;1981年,Diamagno等将超声与内窥镜技术结合在一起,制造出超声内窥镜,使超声扫描由体表进入了内脏器官,为胃肠、肝胆胰疾病的诊断提供了直接信息;还有人将激光、超声内镜融为一体,开发了激光超声内窥镜,集三者功能和作用于一身;1982年,美国的Bommer和日本的Namekawa等又分别设计出不同型号的彩色多普勒,它是继连续波和脉冲波式多普勒谱系显示之后的第三代多普勒超声仪,因其能给人以直观的循环血流图像,展示心脏和血管内血流时间和空间信息,故有“无创伤性心血管造影术”之称,而被誉为上世纪四大影像学新装置之一的超声全息摄影术。它可以对肿瘤和软组织内的病变进行三维立体显像,且图像清晰,对比度高,失真小,易复制。与此同时,对超声参量测量的研究也取得突破性进展,快速富利叶变换及电子计算机处理系统相继与超声技术进行了偶联,1983年,Donnell报道了组织定征型B′型超声定量成像的数学修正模型及诊断价值。Ichida又研制出高精度断层显像的非线性参量B/A实时显像仪,Yokoi还应用C型超声(三维超声)探查乳腺肿瘤,能对1mm的微小癌瘤做出正确的判断。1986年,Landini介绍了超声散射回波频谱分析技术的临床意义,特别是数字扫描转换器及激光数字成像系统和激光全息储存技术的应用,将有可能导致超声仪器的更新换代。

3. 介入性诊断与治疗

目前,超声医学只能显示组织器官的形态学变化,不能从病因、病理、生化的免疫学角度进行定性诊断。上世纪70年代中期用于临床的介入性超声技术不但可以弥补这一不足,还可作液体抽吸、药物注射、置管引流等治疗。1961年,Berlyne首先在工业A型超声探伤机监视下施行经皮穿刺抽吸活检;此后Honnover等又应用A、B超声定位肾穿刺,成功率达97%;1967年,Joyner还在M型超声引导下开展胸腔活检。1972年,Holm首创有中心孔的特殊活检用单晶片探头,并和Rasmussen一起对13例肝脏转移瘤行NAB细胞学诊断;同期Goldberg等介绍了2.25MHz专用穿刺探头的临床应用,显著提高了确诊率。1974年,Pedersen等报道肾脓肿的超声导向NAB,同时经穿刺针注入抗生素,取得明显疗效,开辟了介入性治疗的新纪元。Holm也对肾后性尿毒症患者采用穿刺扩张肾盂和留置导管引流法进行治疗成功。1975年,Hancke用穿刺抽液法治愈胰腺囊肿。1976年,Makuuchi报道了胰胆管造影检查术。1978年胰胆管造影术、1979年胆道引流术又接连问世。进入上世纪80年代,介入性超声最大的进步是Isler研制的细长穿刺针,因既往NAB诊断是依赖细胞学检查,但它却获得了组织学变化的信息,使诊断精确度大大上升。1981年,Bean又对肾囊肿施行95%酒精注射,为其治疗提供了新方法。1982年,Suzan在超声监控下完成取卵术,从而结束了剖腹或腹腔镜下取卵的历史。1983年,Guarnicri用超声导入干扰素及化疗药物治疗前列腺癌,获得较好疗效。为了进一步提高NAB的安全系数和成功率,Gallaham和Mortense分别介绍了二维超声心动图下心包和心肌活检的经验。Livrgn对1969-1982年文献报道的11700例NAB患者进行系统总结后发现,NAB是死亡率仅0.08;成功率高达95%。

(四)消化内窥镜发展简史

按照临床应用可分为诊断性消化内镜和治疗性消化内镜两大类;根据内镜属性和功能分为食管镜、胃镜、十二指肠镜、肠镜、内镜下逆行胰胆管造影(ERCP)、胆道镜、胰管镜、超声内镜、腹腔镜以及激光共聚焦镜。其发展历程,大致如图6-25。

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图6-25  内窥镜发展的历程

1. 硬管式内窥镜时代(1806-1932年)

1806年,德国法兰克福的Bozzini制造了一种以蜡烛为光源和一系列镜片组成的器具,用于观察动物的膀胱和直肠内部结构,虽未用于人体,但其开启了硬管式内镜发展的时代,他也因此被誉为内窥镜的发明人。

1868年德国医生库斯莫尔发明的胃镜也存在一定的缺陷,即自然光源太弱和硬质镜身造成的检查痛苦和消化道穿孔危险。

1879年柏林泌尿外科医生Nitze研制出了第一个含有光学系统的内窥镜,其前端含有一个棱镜,当时该内窥镜仅被用于泌尿系统,即被用作膀胱镜。几年后,第一个适用于临床的胃镜诞生,它是一种硬管式胃窥镜,由3根管子呈同心圆状设置,中心管为光学结构,第二层管腔内装上铂丝圈制的灯泡和水冷结构,外层壁上刻有刻度反应进镜深度。

2. 半可屈式内窥镜时代(1932-1953年)

在解决内窥镜的光源问题之后,如何提高窥镜的柔软性以减轻患者检查的痛苦和观察范围是另一个亟需解决的问题。1932年,德国人Schindler与器械制作师Georg Wolf合作研制出第一个半可屈式胃镜,命名为Wolf-Schindler式胃镜。它的光学系统由48个透镜组成,前端具有可屈性,可在胃内的弯曲30度到40度,使医生能清晰地观察胃粘膜图像。Wolf-Schindler式胃镜的问世,解决了胃镜检查的巨大阻碍,开辟了胃镜检查技术的新纪元,从此拉开了半可屈式内窥镜的序幕。1950年日本造出了世界上第一台胃内照相机,被视为软式胃镜的雏形。此后,许多人对Wolf-Schindler式胃镜进行了改造,使之功能更为齐全,我国最早可使用的半可屈式半可屈式胃镜出现在1957年。

3. 纤维内窥镜时代(1957-至今)

1953年,对于内镜来说是重要的一年,光导纤维技术被发明。次年,英国的Hopkings和Kapany研究了纤维的精密排列,有效解决了纤维束的图像传递,为纤维光学应用于内镜奠定了基础。1957年,Hirschowitz带领他的研究团队研制出了世界上第一个用于检查胃和十二指肠的光导纤维内镜。这种胃镜的镜身更加柔软,可在患者胃部回转自如,检查视野范围广,同时也极大地减少了患者的痛苦。20世纪60年代初,日本Olympus公司在光导纤维胃镜基础上,加装了活检装置及照相机。随着附属装置的不断改进,如手术器械、摄影系统的发展,使纤维内镜不但可用于诊断,且可用于手术治疗。

4. 电子内窥镜时代(1983-至今)

1983年美国Welch Allyn公司成功研制并应用微型图像传感器(charge coupled device, CCD)代替了内镜的光导纤维成像术,宣告了电子内镜的诞生。电子内窥镜主要由内镜(endoscopy)、电视信息系统(video information system center)和电视监视器(television monitor)三个主要部分组成,相对于普通光导纤维内镜的图像清晰,色泽逼真,分辨率更高,可供多人同时观看。电子内镜的问世,为百余年内窥镜的诊断和治疗开创了新的历史篇章,在临床、教学和科研中发挥了巨大的优势。

5. 磁控胶囊内窥镜时代(2001-至今)

1981年以色列的一名导弹工程师在亲身体验了结肠镜检查后,联想起了自己熟悉的智能导弹上的遥控摄像装置,由此产生了研制无线内窥镜的最初设想。随后不久,他成功研制了一种可吞咽的,胶囊大小的照相机,在通过胃肠道时,进行拍照并将图像传到体外。2001年,以色列Given公司在20世纪90年代将研制出的新型胶囊内镜——M2A胶囊内镜应用于临床,为消化道疾病的诊断带来了革命性的突破,2002年进入中国。

胶囊内镜即无线内镜,它由一个微型照相机、数字处理系统和无线收发系统等组成,受检者将胶囊内镜吞咽下后,可将受检者消化道图像无线传送到体外的接收器。与插入式的消化道内镜相比,胶囊内镜最大的优点是无痛、无创、安全和便捷,尤其是对小肠的检查具有独特优势。但因其不能取活检和治疗,因此使用时存在一定的局限性。

如今,消化内镜诊疗技术进入一个崭新的时代。诊断由表及里,由宏观到微观,治疗实现全方位、立体化、微创化。回顾过去一百多年的峥嵘岁月,消化内镜发展迅速,成绩斐然,这其中凝聚了无数人的智慧!展望消化内镜的未来,任重道远,前途光明。

未来,消化内镜将以无盲区、精细化、智能化以及微创化的趋势继续发展。

(五)支气管镜发展史

1. 传统硬质支气管镜阶段

1897年,有“支气管镜之父”之称的德国科学家柯连·古斯塔夫斯(Gustav Killian,1860-1921,图1),首先报道了用长25cm,直径为 8mm的食管镜为一名青年男性从气道内取出骨性异物,从而开创了硬直窥镜插入气管和对支气管进行内窥镜操作的历史先河。

1899年,被誉为美国的“气管食管学之父”的薛瓦利埃·杰克逊(Chevalier Jackson,1865-1958,图2)改良了食管镜,安装了独立的目镜,并在其末端设置了一个小灯,发明了用以照亮远端气道的辅助管道照明系统以及气道分泌物的吸引管。他还为支气管镜技术制订了规范化的操作程序。在他和学生们的不懈努力下,从1912 年以后,人们开始逐渐接受用支气管镜检查气管和主支气管,但在当时它的应用几乎完全局限在取气道异物上。1934年W.B.Saunders公司出版了Jackson 所著的气管镜、食管镜和胃镜的专著[张捷,王长利. 支气管镜发展史. 中华医史杂志,2006,36(2):96-99]。

20 世纪中叶,Broyles 等进一步发展了光学长焦距镜头,使其既能观察前方,又能旋转角度观察其他方向,从而能够检查双肺的上下肺叶支气管,并对操作器械进行了改进,使支气管镜发展到治疗气管主支气管疾病和肺结核,并且用于诊断肺癌,使硬质支气管镜检查成为胸外科的主要诊疗手段之一。1965年, Anderson等在描述了运用硬质支气管镜获取一例疑诊结核的弥漫性肺病患者的肺组织标本,并确诊为转移性腺癌,这是历史上第一次经支气管镜肺活检。

但毕竟传统硬质镜操作过程繁琐,对麻醉要求高,患者痛苦程度很大,而且设备的局限性使其对支气管的可视范围有限,大大限制了硬镜在临床的使用和发展。

2. 纤维支气管镜阶段

1968年日本国立癌中心气管食管镜室主任池田茂人(Shigeto Ikeda,1925-2001,图3),在Johns Hopkins医学院向世人介绍了纤维支气管镜,这被誉为支气管镜发展历史上的里程碑。[7]池田从1964年他还是胸外科医生时就开始认识到传统硬支气管镜的局限性,并着手研制以能传导光线的玻璃纤维束为光传导源的可曲式支气管镜。他和Asahi Pentax公司的Haruhiko Machida紧密合作,终于在1967 年当试验进行到第七次时取得了成功,制成了历史上第一台纤维支气管镜。1970 年池田教授来到了著名的Mayo Clinic,将由 Olympus公司制造的纤支镜介绍给Anderson 等人,并由他们在美国首先试用了3个月。随后纤支镜技术在世界迅速普及,直到今天仍然是胸外科医生、呼吸内科医生、麻醉医生、急诊医生、耳鼻喉科医生等临床工作中不可缺少的工具。

1974年,池田发起成立了世界支气管学协会(World Association of Bronchology,WAB),并在东京举行的第一届世界支气管学大会(World Congress for Bronchoscopy,WCB)上当选为协会主席。

纤支镜的问世使人们第一次完整地观察到了支气管树的腔内结构,池田等为包括亚段在内的各级气管、支气管、肺组织进行了重新命名,并于1972 年出版了英文版的纤支镜图谱。池田等很快发现了纤支镜在中心型肺癌的诊断中可以起到决定性作用,他与病理学家们一起将经纤支镜病灶活检和刷片细胞学检查作为诊断肺癌的常规手段,使纤支镜检查成为肺癌分期的重要依据。纤支镜在早期肺癌的发现中起了重要作用,使早期肺癌手术后5年生存率上升至 83%。除了常规检查外,纤支镜还被用于肺组织活检、肺泡灌洗、纵隔内支气管旁淋巴结针吸活检、肺部疾病的介入治疗、引导气管插管、机械通气的气道管理等 。

但纤支镜的管腔狭小、操作器械单一受限,吸引管道口径小易堵塞,使其对于很多气道疾病如大咯血及气道异物的治疗又受到了限制;光导纤维等光学器件传导的清晰度欠佳,使其对气管、支气管黏膜的早期细微病变无法识别。

3. 现代电子支气管镜、纤维支气管镜、电视硬支气管镜共用时代

1983年,美国 Welch Allyn公司研制成功了电子摄像式内镜。不久,日本 Asahi Pentax 公司即推出了电子支气管镜。电子支气管镜的清晰度高,影像色彩逼真,能观察到支气管粘膜细微的病变,配合以高清晰度电视监视系统和图像处理系统,极大的方便了诊断、教学和病案管理。近年来使用自荧光支气管镜对于原位癌和癌前病变诊断率明显提高。但电子支气管镜由于价格高、不便于携带等原因仍无法完全取代纤维支气管镜的部分功能。所以目前大多数单位的电子支气管镜仅限于在支气管镜室内进行诊断性操作;而纤支镜在辅助治疗上充分发挥了其便携性好的特点。

自1981年起,随着全麻技术安全性的提高和气道腔内介入治疗的兴起,硬质镜又重新受到许多医生的重视。硬质支气管镜具有操作孔道大、吸引管径粗、可以辅助机械通气等纤支镜和电子镜无法比拟的优势。对于摘取气道异物、治疗气道狭窄、治疗大咯血等仍是硬质支气管镜很好的治疗指征。近年来很多厂家又将硬质支气管镜进行改进,使用 CCD作为其图像采集元件,辅以电视影像系统,为气道内介入治疗提供了很好的操作平台。Yim等在最近的文献中首次报道了电视硬质支气管镜和纤维支气管镜双镜联合应用进行支气管内肺减容术的操作。这些都说明了电子支气管镜、纤支镜和硬质支气管镜各具特色,可以在诊断、治疗上优势互补发挥各自的作用。

4. 展望

纵观从支气管镜技术诞生至今100余年的发展历程,不难看出一代又一代富有创新精神的医生们不懈的努力和相关学科新技术的不断出现和完善是这门学科发展至今的动力源泉所在。支气管镜的发展为气道疾病诊断和治疗带来了前所未有的变革,一门新兴学科“介入性肺病学”也应运而生。介入性肺病学涉及的领域包括胸外科、呼吸内科、危重症医学科及麻醉科、放射科等多个临床学科,是以支气管镜为主要工具对气道、肺疾病进行介入性诊断和治疗的学科,也属于微创医学范畴。

另外,电子技术、计算机技术、医用材料学、纳米科学等的发展必定又将为支气管镜技术的发展注入新的活力,应用于消化道疾病诊断的胶囊式机器人已经问世,对于气道疾病能否出现更加微创、有效的诊疗方法,我们拭目以待。



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