科技照亮健康未来：探秘人体内部的创新之光

科技照亮健康未来：探秘人体内部的创新之光

从最初的烛光和镜子系统，到如今能够提供高分辨率成像的先进光纤技术，内窥镜技术的发展不仅改变了医生的工作方式，更为患者带来了更安全、更精准的治疗选择。本文将带您深入了解这一医疗技术的演变历程及其在现代医学中的重要应用。

在俄亥俄州南部医学中心的手术室里，胃肠病高级医学主任杰西休顿医生（Dr. Jesse Houghton）正准备为一位患者进行可能挽救生命的手术。他站在软垫上，以保护膝盖、脚踝和臀部免受长时间手术的影响。作为胃肠科高级医疗总监，杰西利用先进的内窥镜技术进行微创手术，每年进行上千次这样的手术。

“我使用的内窥镜类型——胃镜、结肠镜、十二指肠镜——使我能够更好地检测隐藏在结肠内壁的息肉，”杰西说道。他和他的团队每年进行上千次这样的手术，这证明了技术进步和医生技能的发展，使得微创手术成为可能。

内窥镜技术的历史演变

在人类历史的大部分时间里，胃肠道出现的医疗问题——从息肉、溃疡到内出血和炎症性疾病——都极难甚至不可能被有效诊断和治疗。由于无法看到体内或器官内部，治疗主要依靠外部症状，如出血这样的症状，因此，感染、疾病或肿瘤容易被忽视而发展到晚期。

经过一个世纪的研究与发展，内窥镜应运而生。1806年，德国医生菲利普·博齐尼（Philipp Bozzini）发明了一套由烛光和镜子构成的系统。如今，现代的内窥镜是仅为几毫米粗的管状仪器，能够在体内传输高质量的光，同时传回高分辨率的实时图像。

持续的内窥镜创新使医生能够通过自然开口或非常小的切口，深入体内进行检查。内窥镜甚至可以帮助医生进行手术，挽救生命，例如在患者消化道内取样或切除肿瘤。

光纤技术的突破

自1964年以来，肖特扩大了其用于内窥镜光纤的玻璃光纤材料生产，以满足外科医生的高要求。“虽然光纤技术已经存在了很长时间，但关于如何处理玻璃光纤以及其在提高最终设备性能方面的应用，我们还有很多需要学习的地方，”肖特照明和影像事业部的高级产品经理扬·菲利普·施泰格勒(Jan Philipp Steigleder)解释道。

肖特的 PURAVIS® 玻璃光纤能够传输极白、自然和明亮的光，并在长距离内保持稳定的光传输，使医生能够更精确地诊断问题和进行手术。这种光传输的突破需要特殊设计的玻璃光纤。“这种光纤由两种不同折射率的玻璃组成，光纤芯棒和包层管，”施泰格勒解释道。“这意味着光在光纤内部反射并传输到末端——这些阶跃折射光纤确保光的传输损失最小。”

未来展望：机器人手术与人工智能

高度专业化的手术机器人帮助外科医生完成手术，目前属于前沿技术。医生可以坐在控制台前，通过摄像头观看手术区域的三维图像，远程控制机器人手臂，可避免医生的误操作。这将手术精度提升到了一个全新的水平。但即便如此，精确控制的机器人手臂仍然依赖于操作员在手术区域内的看到的图像。这意味着外科医生需要明亮、均匀的白光，这种光可以从光源处传输约6米到体内，照亮手术区域，并将人体组织的图像以尽可能自然的方式传回人眼。

“用技术术语来说，光需要有非常高的显色指数（CRI），”施泰格勒解释道。缺乏足够的CRI可能导致颜色偏差，这可能导致医生忽视或误解看到的体内情况，导致误诊。但如果控制台可以显示出手术区域的高清图像时，医生就可以借助工具像用自己的眼睛和手一样进行手术。

为了适应如手术机器人等新技术，高性能内窥镜已经成为不可或缺的医疗设备。“我们技术中心的许多讨论和创新都集中在：如何在增加光输出性能的同时，将客户的系统尺寸最小化，”施泰格勒解释道。“这包括寻找以智能方式排列柔性光纤的方法最大化光传输率，减少接口和热量的产生。我们的目标始终是尽可能多地将光通过内窥镜传输到体内。”

利用光对抗癌症

肖特的激光弥散光纤为癌症、脑肿瘤等疾病带来了颇具前景的新治疗形式。基于光的方法如光动力疗法（PDT）和光免疫疗法（PIT）利用激光精确照射癌细胞。患者需要服用药物，这些药物会附着在癌细胞上，并通过带有弥散光纤的探针精确引导到肿瘤的激光激活。

在对抗脑部肿瘤和癫痫方面，激光间质热疗（LITT）使用位于探针末端的激光弥散光纤。在患者接受MRI检查时，医生通过引导探针，用近红外范围内的激光加热到42摄氏度以上，破坏病变组织或癌细胞。肖特的激光弥散光纤创新，使这些有前景的治疗方法成为可能。施泰格勒解释道：“光输出的均匀性至关重要，弥散光纤必须高效且均匀地发射激光，以便均匀地加热病变组织并使其凝固和死亡。”

人工智能与内窥镜技术的结合

考虑到人工智能，它正在被研究用以帮助分析手术过程中器官的图像来监测操作。AI通过数千张图像进行训练，直到它识别出人类医生可能错过的模式。算法已经可以使用多光谱成像检查器官中的血流，而不需要对比剂。得益于高端内窥镜，使用各种波长进行照明和成像将为未来更多的诊断应用开辟机会。

先进的成像技术非常适合加速技术创新。使用可见光谱内外的波长提供了额外的数据点，使人工智能和机器学习能够识别细节，从而为外科医生提供更多的决策选项。

“内窥镜和整体医疗技术随着时间的推移不断发展，”杰西说道，自2008年从业以来，他看到了巨大的变化。“更好的技术带来了更好的图像质量，再加上最先进的工具，使我和其他医生在发现和去除可能转变为癌症或其他致命情况的息肉方面有了更大的成功机会，”他总结道，“因此，即使是最微小的改进也有可能挽救更多的生命。”

本文原文来自Schott