第一节　喉镜的发展简史

喉镜(laryngoscope)是内镜大家庭中的一员，内镜(也称为内窥镜或内视镜)一词的英文为“endoscopy”，起源于希腊语，系由字首“endo”(内部)，与动词“skopein”(观察)组合而成，原意为窥视人体内部腔道的一种方法。德国医生Philipp Bozzini被誉为第一个内窥镜发明人，他于1806年发明了内视镜的光源传导体(the light conductor)，称之为“Lichtleiter”(图1-1 A和B)，尝试运用一支小小的金属管搭配蜡烛光源来“窥视”病人的尿道、膀胱以及咽喉等器官。他这套外形很像长颈花瓶且可以用来观察人体器官腔室的“烛光内窥镜”，是日后内镜发展的重要基石。1853年法国外科医生Antoine Jean Desormeaux改进Bozzini的Lichtleiter，称之为“Endoscope”(图1-1 C和D)，其使用燃烧酒精和松节油的混合物作为内窥镜的光源，可以更清楚地观察尿道、膀胱、直肠和子宫等器官，被后人尊称为“内镜之父”。内镜这一名称就是从这个器具开始起用的。

一、间接喉镜

间接喉镜(indirect laryngoscope)是由西班牙一名声乐教师Manuel García于1854年发明，次年首先向英国伦敦皇家协会报道了其利用镜面反射作用来观察声带运动情况的论文，成为历史上观察到自己喉部结构第一人，被称为“喉镜之父”(图1-2 A)。随后这项技术被一位维也纳大学神经病学家Ludwig Türck教授所注意，并对间接喉镜进行了设计和改进(图1-2 B)，但由于方法不当，没能够很好的应用于喉部检查。1858年当时在波兰克拉科夫(Krakow)工作的生理学教授Johann Nepomuk Czermak来到维也纳度假，听说了Türck设计的间接喉镜，非常感兴趣，于是从Türck教授那里将间接喉镜借走，在自己的试验室使用Türck设计的间接喉镜来重复García的检查方法(图1-2 C)，由于方法得当，取得了成功，并在病人身上得到了应用，随后又设计通过凹面头镜聚光来观察喉部，提高了这项技术的实用性，迅速在临床上得到了推广。后来Czermak又设计成可以由鼻咽腔观察鼻腔后壁的后鼻镜，这种通过镜面反射作用观察到喉部、鼻咽部及鼻腔后部的间接喉镜，作为耳鼻咽喉科的一种最常用而简便的检查器械一直延续到现在。目前的间接喉镜是一个有柄的圆形平面镜，镜面与镜柄相交呈120°，镜面的直径有10、12、14、18、22、26mm不同大小，根据受检者的咽腔情况可选取合适大小的间接喉镜检查(图1-3A)。间接喉镜不但器械简单，操作方便，患者无痛苦，而且可看见鼻咽喉部清晰的影像及观察到声带的运动。但是它也有难以克服的缺点:所视图像是由镜面反射作用的倒影;图像因受镜面大小的限制，不能同时看到所检部位的全貌，且对某些较隐蔽的部位有时不易看到;对咽反射异常敏感者检查困难;不适宜幼儿检查;需要患者良好的配合，包括呼吸、吞咽;某些生理、病理原因影响检查，如张口、伸舌困难，鼻咽粘连、闭锁，会厌后倾等。

二、直接喉镜

随着医学的不断进步，这种利用镜面反射间接观察喉部的方法已不能满足临床上的需要。1895年，德国内科医生Alfred Kirstein对硬性食管镜进行了改进，发明了一种能够直接观察到喉部检查器械，称为“autoscope”，开辟了直接喉镜(direct laryngoscope)临床应用的先河。1906年，美国的Chevalier Jackson结合了硬性内镜和电灯照明设计制造出著名的Jackson式直达喉镜(图1-3B)，以Jackson内镜为基本原理的各式硬性喉内镜应用了近半个世纪。由于最初的直接喉镜需要检查者用一只手提喉镜柄，才能使直接喉镜固定在某一位置，1910年德国医生Gustav Killian设汁和介绍了一种原始的悬吊喉镜(suspension laryngoscopy)，弥补了提举喉镜难以暴露喉腔的不足，改变了费力及不能持久的局面，使外科医生的双手解放出来。悬吊喉镜的问世，它为20世纪中期逐步广泛开展的显微喉镜手术奠定了基础。1961年德国医生Oskar Kleinsasser发明支撑喉镜(self-retaining laryngoscope)，利用放在胸部的一种支撑装置，将硬性喉镜伸入咽喉部并固定，能够很好地显露出喉内的结构(图1-3C)，这种原始的支撑喉镜设备随后得到逐步完善并在临床上得到快速推广应用，通过联合应用光源、摄像头、显微镜等设备，可以放大观察喉部影像并进行手术操作。到了1970年，美国医生Jako对支撑喉镜进一步改良，率先将激光技术引进喉部手术。1972年，美国医生Strong和Jako首先报道了在喉部显微手术中使用了CO2激光。直接喉镜属于硬性内镜的范畴，通过硬管在外部直接观察无论从图像的清晰度还是光线的亮度上受到了很大的制约。随着20世纪60年代后Hopkins-玻璃纤维-杆状透镜光学系统得到成熟和发展后，出现了光线亮度和图像清晰度明显提高的硬性喉内镜(图1-3D)，其与直达喉镜结合应用后，大大促进了喉部检查和显微外科技术的发展，这种技术一直延续使用到现在。直接喉镜检查喉部时需要用直接喉镜将舌根及会厌挑起，患者在黏膜表面麻醉的情况下一般难以耐受，通常需要住院在全身麻醉条件下进行，因此不属于喉部的常规检查方法。自从纤维喉镜及电子喉镜开展以来，直接喉镜作为一种检查手段其应用范围越来越小，但作为一种手术操作手段广泛应用于临床。

三、频闪喉镜

频闪喉镜(laryngostroboscope)又称为动态喉镜、喉闪光镜、喉动态镜或频闪观察器，是一种用来观察声带振动的电子仪器。人发声时声带作快速振动，肉眼无法分辨。为了能够观察到声带振动的现象，就必须借助于某种方法，使快速振动的声带速度“慢”下来，为肉眼所感受，这就是频闪喉镜检查法。根据视觉残留定律(Talbot定律)，每个形象在暴露后可以在视网膜上保留0.2秒，也就是说，如果物体的振动频率大于5Hz时，肉眼将无法区别每个相位时的清晰影像，只能看到各相位形象叠加的弥散模糊影。声带振动频率达80～1024Hz，肉眼不能看清它振动时的清晰图像。物理学上，一个规律振动的物体被相同频率的闪光所照射时，这个物体将固定在振动周期的某一相位上，产生静止的图像。如果闪光的频率与振动频率略有差别时，将呈现为速度减慢的运动图像。把这个原理应用于振动着的声带，采用与声带振动同步的闪光作为光源，通过喉镜检查声带，就可以清晰地看到正在发音的声带静态结构形象，若改变光照频率，使它与声带振动的频率保持一定差频(0～2Hz)，就可以看到声带振动的“慢动”假象。频闪喉镜利用物理学原理通过频闪光源代替平光使高速振动的声带变成为肉眼可见的慢速运动，从而使我们能观察到声带黏膜上的细微变化及声带振动的规律，已成为目前检查喉功能的一种无创、无损伤的精密仪器。频闪喉镜可以为喉科疾病(包括早期喉癌)的诊断和鉴别诊断、手术效果的判定、发音障碍的治疗及发声训练等提供科学依据，它在喉科学、病理嗓音学、艺术嗓音学等领域占有重要位置。

频闪喉镜的发明要追溯到Plateau与Stampfer在1830年左右各自依据Talbot效应发明了应用在工业测速上的频闪仪，用于观察物体有规律的快速周期性活动。1878年德国内科医生Max Joseph Oertel将工业上用的频闪仪创新性的应用在声带研究中，他使用频闪仪提供的光源代替普通光源，并使频闪光源的频率与音频一致，首次在体内观察了人类声带的“慢速”振动，实现了真正意义上的动态喉镜检查。早期的动态喉镜由于缺少足够亮度的照明，仅能使检查者大致看清，无法用相机记录图像，直到1898年Musehold利用多次曝光的方法，第一次完成了动态喉镜的图像记录。进入20世纪，卤素灯等的引入解决了耳鼻喉检查中的光源问题，动态喉镜下的成像效果越来越好，Chevronton和Vies等应用摄影机记录的声带运动的影像，不久被用于动态喉镜拍摄声带的“慢速运动”，大大提高了其在临床工作中的实用性。

最初的动态喉镜多被用来进行嗓音学的研究，Seeman于1921年首次应用动态喉镜观察了单侧喉返神经麻痹的声带运动。之后各种病变的声带振动在动态喉镜下的研究越来越多。在20世纪中叶，动态喉镜已被广泛地应用在各种声带病变检查。Smith在1954年提出了黏膜波的概念，开创了嗓音学研究的新时代，并成为了动态喉镜最具特征性的诊断指标。20世纪六七十年代，Luchsinger同Shoenhaerl的工作确定了动态喉镜的各种操作规范及检查指标，这与现如今的动态喉镜检查已没有太大差别。随着动态喉镜在临床与科研方面应用的不断深入，其自身也在不断发展。1956年Timcke发明了同步动态喉镜，通过麦克风捕捉的声音基频作为触发信号产生频闪光源，而不是以往手工调整频率来拟合声音的频率。Wendler、Barth和Yoshida Kittel发明并完善了现代的电视动态喉镜，Ocker、Frank和Shaikh等将纤维喉镜技术引入动态喉镜。

目前的动态喉镜系统由频闪光源、硬性内镜(70°和90°)或软性内镜、麦克风、脚踏开关、摄像系统及显示系统组成。硬性动态喉镜光照充分，图像清晰，解析度高;镜头固定，图像稳定，桶装效应小，便于定量分析;放大倍数高，视野广，甚至可媲美喉显微镜;一般不需要麻醉，检查时间短，患者的耐受性好。但是视野容易受到阻挡(婴儿形会厌，舌根肥大，小下颌等)，旋转的角度有限，对重建喉的声带评估不佳。软性动态喉镜灵活性强，视野不易受到舌根、会厌等阻挡，检查时患者可以正常说话，甚至可以唱歌。通过镜身旋转，可以检查一些非正常角度声门，比如声带部分切除后的重建喉等。软性动态喉镜的缺点在于成像质量和亮度上不如硬性喉镜，桶装效应更加明显。目前大多数医师均主张两种喉镜检查相配合，常规的门诊检查以硬性动态喉镜为主，而软性喉镜用来补充检查一些视野暴露不佳或咽反射敏感的患者。频闪喉镜下观察的指标包括声带的振动方式、振动幅度、黏膜波特点、振动对称性、周期性及闭合状况等。

四、纤维喉镜

由于鼻咽喉部各器官部位较深，又处在咽喉反射的敏感部位，硬性喉镜检查时患者有时很难配合，不适合在表面麻醉下进行操作，人们希望用可弯曲的软管内镜以减少检查过程中病人的痛苦和降低并发症。光导纤维的发展，为硬性不可弯曲内镜变为可曲性内镜提供了基础。纤维光导学兴起于19世纪70年代，英国科学家Tymdall首先发现纤细的玻璃纤维具有良好的透光特性，这一发现为纤维导光学的兴起和发展奠定了基础。到了1930年，德国学者Lamm提出了采用玻璃导光纤维制造可弯曲胃镜的设计思想。此后在众多研究者的不懈努力下，经过20多年的研究，到20世纪50年代初，荷兰的Heel和美国Brien相继将玻璃纤维制成束状，束中每根导光玻璃纤维外面覆以一层低反光指数的透明物质，将束中每根玻璃纤维分隔开，使光线能通过每根纤维均一全反射的物理特性向前透射。英国Hopkins和Kapany又按光学原理将玻璃纤维有规则地排列成束，制造出了用于体腔观察的内镜，并称之为纤维镜(Fibroscope)。1957年美国消化科医生Basil Hirschowitz与其他人合作发明了第一根用作检查胃肠道的胃十二指肠纤维镜(Gastro-duodenal fibroscope)　(图1-4)，1960年美国Cytoscope Markers公司生产出商品化的纤维胃镜在市场上开始销售。但在当时，内镜的照明是靠安装在内镜顶端的小的电灯泡来完成的，其缺陷是照明亮度有限，故不能够有效地进行动态内镜图像的观察和记录。为了克服这一缺点，日本的Shigeto Ikeda设想通过玻璃导光纤维将外部更亮光源的光线传送到内镜的前端，从而取代安装于前端的小灯泡，于1964年请求Machida公司生产出了世界上第一台纤维支气管镜的原型。1966年日本生产出真正意义上的纤维支气管镜。纤维喉镜(fibrolaryngoscope)的发展落后于纤维消化内镜和纤维支气管镜，1968年日本东京大学言语与嗓声医学研究所的Sawashima和Hirose首先报道了用于喉部检查的纤维喉镜。1975年来自英国的临床试验报告显示，间接软管喉镜检查，虽然分辨率较硬性内镜差，但是足以允许诊断喉部病变。这次临床试验证明，软性喉镜检查在技术上容易操作，容易给年轻医生示教，并且病人的耐受性良好。这些新发现导致了应用软性内镜技术来检查喉的高潮，同时传统的纤维光导技术的生产方法改进，更小直径的内镜分辨率提高，使软性喉镜检查技术进一步普及。20世纪80年代后，纤维喉镜的目镜部分与摄像机连接，组合成电视纤维喉镜，可将病变放大并在电视屏幕上实时显示病变的图像或手术过程，改变了过去医师单人窥视及治疗的状态，能够提供多人同时观察，便于示教。另外利用录像机将检查或手术过程录下来，为教学和科研提供了丰富的资料。

纤维内镜是由玻璃纤维组成导光束和导像束来完成将体外冷光传到腔内做照明，再将腔内黏膜图像传到体外供观察。其中传导图像的纤维束构成了纤维内镜的核心部分，它由数万根极细的玻璃纤维组成。利用光学的“全反射”原理，将图像从一端传递到另一端，导像束的纤维数目越多，所成的像分辨率越高(即图像越清晰)。导像束单根纤维的直径一般在8～12μm之间。传递光线的纤维束叫导光束，每根纤维的直径可以较粗，以增加导光性，一般导光纤维束直径为30μm。纤维内镜的出现宣告软性内镜时代的到来，软性内镜镜身较软且纤细，前端弯曲部分灵活，可方便地进入人体复杂的内腔器官，既减少了病人的痛苦，又可到达硬性镜无法到达的地方，使内镜下的检查及治疗进入一个新的篇章，成为临床上非常重要的诊断工具。

纤维喉镜检查系统由镜体、冷光源和附件三部分所组成(图1-5)，因其可经前鼻孔插入而检查鼻咽、口咽、喉咽和喉部，故又称之为纤维鼻咽喉镜，在耳鼻咽喉科应用非常广泛。纤维喉镜有不同的种类和规格，其常用的纤维喉镜的镜体有效长度为300mm以上，远端可向上、下弯曲达130°，视角可达到90°。目前临床上常用的纤维喉镜的外径为2.2～5mm，可应用于儿童及成人的检查。纤维喉镜的优点在于:①镜体细软可以弯曲，患者不需要特殊体位。检查时患者痛苦小，创伤小，对于颈部畸形、张口困难及体弱、危重患者均可进行检查。②操作简便，可更利于在自然的发音状态下检查喉部各种病变，并不影响言语结构。③镜管末端可接近解剖及病变部位，特别是对于颈短、舌体肥厚、咽腔狭小及婴儿型会厌患者的检查效果好。利于声门上区的检查，并可同时观察鼻、咽部的病变。④镜体内具有管腔，能够放入活检钳进行活检及手术，同时可利用管腔进行负压吸引以及通过管腔喉部局部给药。⑤可与摄像系统及计算机系统连接，可利用计算机对记录的图像及视频进行处理，便于研究及教学。

五、电子喉镜

电子内镜是继硬性内镜和纤维内镜之后出现的新一代软管内镜，被认为是内镜发展史上的一个重要里程碑事件。电子内镜的出现与计算机和微电子技术的发展密不可分。1983年美国Welch Allyn公司研制并应用微型图像传感器——电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)代替了纤维内镜的光导纤维导像束，宣告了电子内镜的诞生，实现了内镜发展史上的一次历史性突破。1984年在日本的消化疾病周大会上，富士公司发布声明，研制出日本国内第一套电子内镜。日本在电子内镜的研发上处于世界的领先水平，随后日本的奥林巴斯(Olympus)、潘太克斯(Pentax)等相继生产出电子胃镜、电子肠镜及电子支气管镜，广泛应用于临床上。由于鼻咽喉部各器官解剖结构的特殊性，需要非常纤细的管径才能通过鼻腔再探查到咽喉部，而20世纪80年代中后期生产的集成电路微型摄像机体积偏大，不能经鼻腔置入。到了20世纪90年代初，微型计算机集成电路的生产能力逐渐成熟，日本的Asahi Optical公司于1993年首先生产出外径为4.9mm的电子鼻咽喉镜(Pentax VNL-1530)。日本东京都立大冢病院(Tokyo Metropolitan Ohtsuka Hospital)的耳鼻喉科医生Kawaida于1994年首先报道了该内镜的使用情况(图1-6)，并与纤维喉镜做了对比，认为电子喉镜(electronic laryngoscope)的图像要明显优于纤维喉镜。1995年Asahi Optical公司又推出了带活检孔道的治疗性电子鼻咽喉镜Pentax VNL-2000。1996年日本的Olympus公司也生产出外径为5mm的电子鼻咽喉镜。随后Kawaida于1998年和2002年又报道了更为纤细的内镜前端为4.1mm的电子鼻咽喉镜(Pentax VNL-1330)和内镜前端为3.9mm的电子鼻咽喉镜(Olympus ENF-240)的临床应用情况(图1-7A)，从此电子鼻咽喉镜基本接近成熟状态，并朝着更加纤细、更加高清的方向发展和完善。

电子内镜与纤维内镜外形相似，照明仍用玻璃纤维导光束，但成像原理完全不同，纤维内镜以光导纤维(即导像束)来传递图像，操作者是通过目镜进行观察，或者电视摄像转接口安置在目镜处，通过监视器屏幕观察。而电子内镜则在内镜的前端装有一个微型CCD，相当于一个微型电子摄像机，用CCD取代了纤维内镜的导像束，操作者是通过监视器的屏幕进行观察。图像质量是电子内镜的本质和最重要的性能指标，CCD是决定电子内镜图像质量的核心部件，它如同电子内镜的心脏，CCD的基本构造是对光敏感的硅片，此硅片又被绝缘物分隔成栅状的势阱，每一个栅格代表一个成像元素，由一个二极管构成，当不同强度的光信号照射到CCD后，光子刺激硅片可产生相应能量的电荷蓄积于势阱内，并以电荷耦合的方式将光信号转变为电信号，这些分布电荷信息再经过视频处理中心转换成视频信号，输入到监视器上，监视器的屏幕上即可展现所要观察到的图像。CCD光敏面像素(picture element)的多寡决定像质的优劣。目前的制作工艺可在直径约2mm的芯片上达到30万～50万像素。CCD仅能感受光信号的明暗强弱，只能得到黑白图像。为了获得彩色图像，必须在光学通路中放置色滤光片，大体上有以下两种方式:一种是顺次方式(图1-7B)，在光源与导光纤维之间放置一块快速旋转的圆盘形红/绿/蓝(R/G/B)三原色滤光片，使红、绿、蓝3种色光顺次照射被摄物体上。CCD捕捉顺序摄得R/G/B图像信号，通过记忆装置在视频处理器中变换成同时信号，将图像进行合成，在显示器上得到同步真彩色图像。另一种是同时方式(图1-7C)，在CCD受光面装置镶嵌式原色或补色滤光片，受白色光源照射的对象物体发出的信号作用到CCD时，由于镶嵌式滤光片的作用立即转化为色信号，传递并贮存记忆进视频处理器，红、绿、蓝三种色信号同时传送，在时间上无差异。顺次成像方式的CCD尺寸小，色彩重建效果逼真，图像清晰度高。缺点是红、黄、蓝3种色信号的传送有时间上的差异，如果被照物体移动度大时，会出现“彩虹效应”(图像边缘会产生红、绿、蓝色)。目前电子喉镜产品主要采用同时成像方式。电子内镜在成像质量上明显优于纤维内镜，明显提高了对黏膜表面微细病变的观察能力。另外，由于光导纤维内镜由数万根纤细的玻璃纤维传导图像，随着使用次数的增多，玻璃纤维将逐渐折断，视野中的黑点也将越来越多，视野变得暗淡不清楚。电子内镜通过CCD导像，不存在玻璃纤维折断和易受X线破坏的缺陷，因此电子内镜的耐用性上要优于纤维内镜。电子内镜通过显示器观察，适合教学和观摩，通过与计算机连接，建立内镜影像工作站，在图像的记录、保存及检索等方面有明显的优势。