費(fèi)夏瑋，李 圓，張菊根，戴黎陽，沈彥婷，李慧峰，吳振啟

(1.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院青浦分院泌尿外科，上海 201700； 2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院泌尿外科，上海 200011)

膀胱鏡系統(tǒng)是泌尿外科最基礎(chǔ)、最常用的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于下尿路腫瘤的診斷、D-J管拔除等操作，但目前的膀胱鏡系統(tǒng)存在一些不足之處，如構(gòu)成部件復(fù)雜(顯示器、光源系統(tǒng)、膀胱鏡操作部件、膀胱沖洗液)，還需專職護(hù)士配合，無法勝任于門診、床旁操作，臨床工作效率低下。鑒于此，本課題組為滿足泌尿外科微創(chuàng)化、直觀化、便攜化的臨床需求，以腔道內(nèi)鏡新技術(shù)的發(fā)展為契機(jī)，開展新型便攜式多功能尿道鏡和相關(guān)器械的研究，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的便攜式多功能尿道鏡。2020年課題組國內(nèi)率先發(fā)表便攜式多功能尿道鏡的研究報(bào)告[1]，現(xiàn)進(jìn)一步報(bào)告便攜式多功能尿道鏡的改進(jìn)型，具體如下。

1 便攜式多功能尿道鏡的結(jié)構(gòu)、參數(shù)

該系統(tǒng)由以下部分組成：插入部集成、方向控制集成系統(tǒng)、操作部、可視成像系統(tǒng)、光源照明系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換光學(xué)系統(tǒng)、外鞘管輔助部件、沖水柄(圖1、2)。圖像傳感器選用金屬氧化物半導(dǎo)體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)，攝像頭模組選用OVM6946，寬度為1/18英寸，LCD顯示器選用3寸真彩色液晶顯示屏，分辨率640×480，鋰電池3 000 mAh，可連續(xù)工作2 h。

圖1 便攜式多功能尿道鏡結(jié)構(gòu)圖及配套外鞘

圖2 改進(jìn)型便攜式多功能尿道鏡結(jié)構(gòu)示意圖

工作原理：本產(chǎn)品插入部前端安裝有CMOS圖像傳感器和照明光束，經(jīng)過照明光束照射到黏膜上，端部的CMOS將接收到的黏膜反射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過電纜線傳輸至圖像處理器，圖像處理器把這些信號(hào)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，操作者可以在監(jiān)視器上觀察到內(nèi)腔黏膜的彩色圖像。

軟件程序主要由顯示及人機(jī)交互模塊、邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和圖像數(shù)據(jù)處理模塊組成。顯示及人機(jī)交互模塊主要實(shí)現(xiàn)視頻圖像、人機(jī)交互界面、日期、時(shí)間、SD卡狀態(tài)、電量狀態(tài)等的顯示；邏輯控制模塊主要控制主程序、監(jiān)測(cè)電池電量、監(jiān)測(cè)SD卡讀取狀態(tài)和存儲(chǔ)空間、時(shí)鐘控制以及自動(dòng)關(guān)機(jī)等；數(shù)據(jù)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)圖片、視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及回放，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的管理等；圖像數(shù)據(jù)處理模塊主要實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的解碼和重構(gòu)，去除壞點(diǎn)及調(diào)整白平衡等圖像處理。

2 初代便攜式多功能尿道鏡的基本功能介紹

在泌尿外科的臨床工作中，尿路梗阻(前列腺增生、尿道狹窄等)導(dǎo)致導(dǎo)尿失敗的情況并不少見[2]，此時(shí)醫(yī)生可能選擇膀胱造瘺或尿道擴(kuò)張，但由于無法直視存在狹窄的尿道，尿道擴(kuò)張盲目性較大，易造成患者醫(yī)源性尿道損傷[3]。所以初代多功能尿道鏡設(shè)計(jì)時(shí)就加入了“可視尿道擴(kuò)張功能”這一技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)也能滿足泌尿科醫(yī)生在床旁或者門、急診完成膀胱鏡檢查、D-J管拔除等這些基本操作。

操作時(shí)，將儲(chǔ)水瓶內(nèi)倒入生理鹽水并連接鏡體，此時(shí)儲(chǔ)水瓶具有手柄的作用，食指扳動(dòng)扳機(jī)，生理鹽水就會(huì)進(jìn)入插入部的注水孔起到灌注擴(kuò)張尿道、膀胱的作用，同時(shí)由于該鏡自帶電源和顯示器，避免了傳統(tǒng)膀胱鏡需要連接220 V電源的不便性。當(dāng)需要拔除D-J管或者膀胱病變活檢時(shí)，操作鉗可進(jìn)入操作通道完成，整個(gè)操作可以由術(shù)者一人完成，無需助手協(xié)助。

同時(shí)，我們還設(shè)計(jì)研發(fā)了相應(yīng)的操作鞘以滿足其他的泌尿科常見操作，如留置導(dǎo)尿、尿道擴(kuò)張。將鏡體插入部插入相應(yīng)的操作鞘內(nèi)并扣緊可完成不同的操作。主要分為導(dǎo)尿管鞘、尿道擴(kuò)張鞘，功能如下：①不同型號(hào)的尿道擴(kuò)張鞘可在直視下逐步完成尿道擴(kuò)張，在了解尿道狹窄程度的同時(shí)，減少醫(yī)源性損傷；②將目前常用的前端封閉的尿管改為前端開放的尿管，直視下順著尿道走行完成留置導(dǎo)尿管，適用于常規(guī)導(dǎo)尿失敗的患者，臨時(shí)性解除下尿路梗阻，避免膀胱造瘺。

3 改進(jìn)型便攜式多功能尿道鏡驗(yàn)證及相關(guān)改進(jìn)的介紹

在原有多功能尿道鏡功能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上[1]，我們優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)。當(dāng)術(shù)者將多功能尿道鏡安裝完成，按壓手柄上的送水按鈕后，生理鹽水進(jìn)入注水口，隨后即可將插入部放入尿道進(jìn)行后續(xù)的臨床操作。改進(jìn)型樣機(jī)如圖3所示。

圖3 改進(jìn)型便攜式多功能尿道鏡樣機(jī)

本次結(jié)構(gòu)改進(jìn)了以下方面：①可拆卸充電式電池。內(nèi)含高容量鋰電池，滿足臨床工作需求的同時(shí)可拆卸，方便鏡體消毒。②外接可拆卸顯示器。成像顯示器可多角度調(diào)節(jié)，高清成像，顯示器拆卸后方便鏡體清洗、消毒。③全自動(dòng)負(fù)壓泵系統(tǒng)。避免了術(shù)者需手動(dòng)擠壓扳機(jī)而導(dǎo)致操作過程中出現(xiàn)的抖動(dòng)及長時(shí)間操作引起的手指酸痛。④顯示器內(nèi)帶有SD卡槽，可錄制視頻。⑤優(yōu)化手柄的人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，在醫(yī)師操作過程中，充分解放其雙手限制，以便于順利完成相關(guān)操作。

當(dāng)然，由于目前研發(fā)資金、制造技術(shù)的限制，該多功能尿道鏡還有較多的地方需要改進(jìn)。比如插入部由于集中了鉗道、注水孔、光束、CMOS傳感器，所以導(dǎo)致插入部直徑較大，目前樣機(jī)插入部外徑為8 mm，無法匹配細(xì)的導(dǎo)尿管鞘、尿道擴(kuò)張鞘，這方面的改進(jìn)主要在于生產(chǎn)制作工藝方面，優(yōu)化注水孔、鉗道、光束、CMOS傳感器的空間布局，研發(fā)生產(chǎn)更細(xì)的光束和CMOS傳感器，同時(shí)更細(xì)的操作鉗可以進(jìn)一步縮小鉗道的直徑，從而縮小插入部外徑；外接的顯示器改進(jìn)方面，由于目前的成像設(shè)備發(fā)展迅速，技術(shù)儲(chǔ)備完善，后期將改成更薄、分辨率更高且具有無線傳輸功能的顯示器，減輕整個(gè)尿道鏡重量的同時(shí)可同步至其他設(shè)備觀看。

4 展 望

便攜式多功能尿道鏡有望幫助醫(yī)生在床旁、門診、急診完成膀胱鏡檢查及組織活檢、D-J管拔除，特別是可視化下留置尿管、尿道擴(kuò)張是本尿道鏡的亮點(diǎn)。今后改進(jìn)的方向主要在于縮小鏡體插入部的直徑從而可以全方面匹配多型號(hào)的導(dǎo)尿管鞘和尿道擴(kuò)張鞘。同時(shí)，隨著后續(xù)改進(jìn)型便攜式多功能尿道鏡的生產(chǎn)，匹配合適的動(dòng)物(尿道粗細(xì)與人體相近)，進(jìn)一步完成動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證其可行性、安全性、有效性，為未來的臨床轉(zhuǎn)化提供科學(xué)的數(shù)據(jù)。