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神经内镜发展史

发布时间:2015-09-11作者:神经内镜

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 神经内镜发展史

  内镜(endoscope)是一种能够将光线导入人体腔道并进行观察和操作的工具。1806年,德国医师Philipp Bozzini发明了内镜,对尿道和直肠进行观察(图1),并首次提出了可以通过扩大人体的自然腔隙来为外科手术获得更好视野的理念。用于神经外科的内镜简称神经内镜(neuroendoscope)。神经内镜的临床应用已有近1个世纪的历史,几经兴衰,现已成为现代微创神经外科的重要组成部分。

  一、神经内镜及相关技术的发展

  1910年,美国泌尿外科医生 Lespinasse在芝加哥首次应用硬性膀胱镜对2例患有脑积水的患儿实施侧脑室脉络丛电灼术,尽管手术效果较差(1例术中死亡,1例术后存活5年),但他开创了神经外科应用内镜的先河。1922年,美国神经外科创始人之一的 Dandy报道了应用内镜进行脉络丛切除术治疗脑积水,虽然手术最终没有成功,但他首次提出了“脑室镜”的概念,后人将其称为“神经内镜之父”(图2)。1923年,Fay和Grant成功的应用膀胱镜对患有脑积水的儿童进行脑室内照相。然而,照片曝光的时间长达30-90秒,反映了当时照明条件的不足。同年,马萨诸塞州总医院的 Mixter首次报道了内镜下三脑室底造瘘(endoscopic third ventriculostomy,ETV)来治疗梗阻性脑积水,他应用尿道镜对一位9个月大患有梗阻性脑积水的女婴成功的施行了第一例三脑室底造瘘术,使其梗阻性脑积水得以缓解。然而,他的报道当时并没有引起人们的广泛关注。1932年,Dandy又一次报道了应用内镜进行侧脑室脉络丛切除术治疗脑积水,这一次他取得了成功,但是他发现内镜手术的效果与开颅手术相比并没有显著地优势。1934年,Putnam报道了应用内镜对脉络丛进行烧灼。他对7例患者先后进行了12次手术,其中3例取得了成功;2例死亡。9年后他又报道了对42例患者进行的内镜下脉络丛切除术,其中10例死亡,15例没有效果,7例成功的降低了颅内压。在Mixter报道ETV后的12年里,没有关于ETV的相关报道。直到1935年,Scarff报道了应用“新式内镜”的手术结果,这种“新式内镜”装有一个可动的消毒电极,一个防止脑室塌陷的灌洗系统以及一个可拆卸的能够专门在第三脑室底部造瘘的手术钻头。他应用这种内镜对一例患者行ETV,取得了激动人心的结果:术后6周患者的头围减少了3cm。然而,最终手术以失败告终,患者死亡。通过尸体解剖他发现该例患者三脑室底的瘘口愈合了。Scarff认为这一病例说明了ETV的可行性,但他指出行ETV时必须要扩大造瘘口,而不应该仅仅只是穿刺。

  上述阶段实际上并没有真正的神经内镜,神经外科内镜手术多是借用其它临床学科的内镜进行操作,而且仅仅是用来尝试治疗脑积水,由于当时所用的内镜管径粗大,光学质量、照明和放大效果差,又缺少相应的手术器械,因此手术创伤大,疗效差,死亡率高。甚至像Dandy这样技术超群的神经外科医生在内镜的应用中也屡遭挫折。虽然在接下来的几十年中Fay、Grant、Putnam、Scarff以及其他一少部分神经外科医生继续进行着神经内镜的操作,但是由于设备和相关技术的不足以及患者很高的死亡率,绝大部分的神经外科医生并没有进行这项技术的尝试,而神经内镜技术也始终没有在神经外科领域得到应有的重视。到了1952年,Frank Nulsen和Eugene Spitz Holter开发了脑室-腹腔分流的阀门系统来治疗脑积水,使脑积水手术的死亡率大大降低,同时也标志着脑脊液分流术的盛行以及早期神经内镜应用的终止。1960年显微神经外科的出现更进一步的使早期神经内镜退出历史舞台。显微镜能够解决早期神经内镜的所有缺点,能够使神经外科医生在脑内深部以及颅底部位的手术中获得充足的照明和放大。随着显微神经外科的普及,神经内镜的应用更加减少。60年代,文献中有关神经内镜治疗神经外科疾病的报道寥寥无几。在很长一段时间内神经内镜的应用仅限于脉络丛切除以及电灼等狭小的范围。

  上个世纪60-70年代,随着Hopkins柱状透镜系统、光导纤维等技术的出现,神经内镜又进入了一个新的时期:1959年英国雷丁大学的物理学教授Hopkins制作了现代的光导纤维内镜,在Karl Storz的协助下,他们将柱状透镜系统应用于内镜,并结合光纤技术使图像的照明度和分辨力极大的提高;使得制造外径小、亮度高的内镜成为可能(图3)。从那时起,越来越多高清晰度、多用途、灵活简便的神经内镜相继问世:1975年,Griffith报道应用新型内镜技术进行三脑室底造瘘术和脉络丛烧灼,手术效果较以往明显提高。1977年,Apuzzo等使用带有侧视角的内镜观察鞍内病变以及Willis环周围动脉瘤和退变的腰椎间盘,取得良好的手术效果,并且提出应该在显微外科手术的同时应用神经内镜。1978年,Fukushima报道使用弹性带有显微玻璃镜片的软性内镜处理多种神经外科疾病,他还报告用直径1.45mm的内镜在尸体上观察了枕大池、桥小脑角、C1-2蛛网膜下腔和Mechel腔。80年代,CCD的问世使电子内镜应运而生。与此同时,CT及MRI影像学技术的出现也为内镜的开展提供了契机。锁孔技术以及微侵袭外科等理念也为现代内镜神经外科的发展奠定了基础。此后,内镜神经外科迅速发展,并与显微神经外科、立体定向技术、激光技术、术中超声导向、神经导航技术、超声波手术刀,以及人工智能机器人等技术相结合,使内镜手术具备了定位准、创伤小、效果好、费用低等特点和优势,其治疗范围也越来越广,从囊性病变到实性肿瘤、从腔隙内病变到髓内病变、从头颅到椎管,其内容更加丰富:1985年,奥地利神经外科专家Auer 发表文章介绍应用直径6mm的内镜治疗颅内血肿;1992年,他又将超声、立体定向、激光同时用于内镜手术,称为超声立体定向内镜(Ultrasound Stereotaxic Endoscopy),认为与传统神经外科手术相比,内镜神经外科手术创伤更小。1989年,德国神经外科医生Bauer也将内镜用于立体定向手术,称之为内镜立体定向术(Endoscopic Stereotaxy), 最初他仅用于立体定向活检,但随着内镜操作的熟练,他进一步将其应用于脑积水、间质或脑室内囊肿、脑脓肿、脑内血肿、脊髓空洞症等疾病的治疗以及低级别胶质瘤的间质内放射治疗,手术取得了十分好的效果。为了使神经内镜手术操作更加精确,侵袭性更小,Hongo 利用机器人远程控制显微操作系统在1个人的尸头上尝试了内镜手术操作,认为该系统可提高手术的精确性,减轻手术创伤。Zimmermann将人工智能机器人、神经导航系统与神经内镜技术相结合为3例病人成功地进行了治疗,证明了机器人辅助内镜手术的可行性和精确性(图4)。

  过去的30年里,图像传导,数据资料处理以及光学技术的发展使神经内镜作为一种具有巨大潜力的手术工具被重新重视起来。目前,现代神经内镜已经应用到几乎所有的神经外科疾病的治疗当中,除了被普遍接受的内镜下三脑室底造瘘术,经蝶垂体瘤切除术以及脑内囊肿造瘘等常规手术,在脑室病变、颅底肿瘤、先天畸形、脊柱脊髓病变、复杂性脑积水、颅内寄生虫、血肿以及疼痛治疗等方面,神经内镜也体现出其得天独厚的优势。治疗疾病的多样化表明了神经内镜在神经外科中的巨大潜力,现代神经内镜技术已经成为现代神经外科的一个重要分支。同时,神经内镜在复杂的颅底肿瘤、脑室系统疾病的诊疗方面仍然有发挥更大作用的空间,更值得一提的是,在脊髓脊柱疾病的诊疗中,神经内镜技术有着无可限量的发展前景,其必将会成为神经外科医生不可或缺的工具,发挥越来越大的作用。

  二、神经内镜的发展

  神经内镜的发展可分为硬式内镜、光导纤维内镜、电子内镜三个主要发展阶段。

  (一)硬式内镜阶段(1806-1957)

  1806年,Philipp Bozzini发明了硬式内镜,由一花瓶状光源盒和一系列镜片组成,光源盒内有蜡烛进行照明。1895年Rosenhein研制出硬式内镜,由3根管子组成,呈同心圆状排列,中心管为光学结构,第二层管腔内装上铂丝圈的灯泡和水冷结构,外层壁上刻有刻度,显示进境深度。1910年,Lespinasse使用的内镜就是普通的膀胱镜,Dandy将其命名为“脑室镜”。1934年,Putnan发明了柱状的硬质内镜,内置双极电凝的电极头,通过烧灼脉络丛治疗脑积水。同年,Scarff将内镜前端的物镜弯曲一定角度,使视野变大。此后,许多人对内镜进行了改造,使之功能更齐全,更实用。

  (二)光导纤维内镜阶段(1957年至今)

  1954年,英国的Hopkins和Kapany等人研究图像在一束弯曲的玻璃纤维内传送的规律,发明了光导纤维技术。1957年,Hischowitz及助手在美国内镜学会上展示了自制的光导纤维内镜。60年代初,日本Olympus公司在光导纤维内镜基础上,增加了活检装置与照相机。1967年Machida公司采用外部冷光源,使光亮度大增。近10年来,随着附属设备的不断改进,如手术器械、摄影系统的发展,纤维内镜不但可用于诊断,而且可用于手术治疗。光导纤维应用于临床医学以来,内镜的光学系统不断改进和完善,纤维内镜图像日益清晰,观察视野越来越大,而内镜的直径越来越细,操作更方便,损伤更小。

  (三)电子内镜时代(1983年以后)

  1983年Welch Allyn公司研制成功了电子摄像式内镜,即电子内镜。电子内镜是继第一代硬性内镜和第二代光导纤维内镜之后,出现的第三代内镜。

  内镜前端装有高度敏感的微型摄像机,将记录的图像以电讯号方式传至视频处理系统,然后把信号转变为显示器的图像。

  电子内镜应用于临床以来,到目前为止,已生产出第三代电子内镜,并应用于临床。生产电子内镜的著名公司为美国的Welch Allyn和日本的Olympus。电子内镜的问世,为内镜的诊断和治疗开创了新篇章,电子内镜已在临床、教学和科研中发挥了越来越大的作用。

  电子内镜是目前功能最全、最有开发前景的内镜设备。电子技术的应用,使图像更加清晰、逼真,经过不断发展和完善,图像分辨力还将不断提高。利用视频技术调整红、蓝、绿三色,调整不同颜色区观察不同的组织结构,可使各种组织结构得到最佳分辨力。将图像分析技术应用于电子内镜检查,还可对病变进行定量分析,进行温度测定,还可将超声探头装在内镜前端进行超声检查。此外,还可以应用通信线路将电子内镜图像传至远方,进行临床病例的远程会诊。

  总之,多功能的电子内镜在疾病的诊治,研究疾病的发病机制与病理变化等方面,将会发挥越来越大的作用。

  三、神经内镜理念的发展

  早期的神经内镜就是普通的膀胱镜,神经内镜的应用仅限于三脑室底造瘘和脉络丛烧灼等简单操作,这一期间由于内镜的直径较大,照明和放大效果不好,缺乏灵活性,不能满足大多数神经外科的需要,对于应用内镜进行神经外科手术的理解仅仅限于脑积水的治疗。

  随着现代光学技术、神经影像技术及显微手术器械的高度发展,神经内镜已从诊断和治疗两方面渗入到神经外科的各个领域。其适应症越来越宽,手术效果越来越好。同时,关于现代神经内镜技术的相关理念也层出不穷:

  1986年,Griffith总结神经内镜技术,提出“内镜神经外科”,从此神经内镜发展进入一个新的阶段,在相关科学进步带动下,内镜及其配套器械更新的速度明显加快,逐步向小型、高分辨和立体放大方向发展,通过内镜可进行照明、冲洗、吸引、止血、切割、球囊扩张、摄影和录像等复杂操作,使内镜的治疗范围越来越广,除了用于治疗脑积水外,还常用于颅底疾病、动脉瘤手术、桥小脑角手术、鞍区手术以及经蝶垂体腺瘤、表皮样囊肿、颅咽管瘤和颅内血肿等疾病的治疗。德国神经外科医生Bauer于1994年提出“微创(内镜)神经外科(minimally invasive endoscopic neurosurgery,MIEN)”的概念。同年,德国Mainz大学的Axel Pemeczky出版了世界上第一部《神经内镜解剖学》,为当代神经内镜的发展奠定了基础。他还与Nikolai在1998年提出了“内镜辅助显微神经外科(endoscopic-assisted microneurosurgery)”的概念,强调了内镜在显微神经外科中的重要作用,并且将内镜操作细分为四类:①内镜神经外科(endoscopic neurosurgery,EN)是指所有的手术操作完全是通过内镜来完成的,需要使用专门的内镜器械通过内镜管腔来完成手术操作。常用于脑积水、侧脑室、三脑室囊肿以及鞍上蛛网膜囊肿等病变的治疗。对于脑室内的肿瘤可以在内镜下取活检,小的窄蒂的肿瘤亦可以作到全切除。②内镜辅助显微神经外科(endoscope-assisted microneurosurgery,EAM)是在显微神经外科手术中,用内镜观察术中难以发现的死角部位。用于特殊部位和解剖结构复杂的囊肿切除以及动脉瘤夹闭术、三叉神经减压术以及桥小脑角区胆脂瘤切除术等。③内镜控制显微神经外科(endoscope-controlled microneurosurgery,ECM)是在内镜影像的导引下,使用常规显微神经外科手术器械完成显微神经外科手术。它与EAM的区别在于主要操作都是在内镜下完成。而与EN的区别在于EN是在内镜管道内进行手术操作,而ECM是在内镜外进行操作。典型的ECM是神经内镜下经单鼻孔切除垂体腺瘤,目前已成为常规手术。④内镜观察(endoscopic inspection,EI)是指在神经外科操作中利用内镜进行辅助观察,不进行其他操作。目前,主要用于颅内动脉瘤结构、桥小脑角区或其他颅底肿瘤的观察。

  当前,随着单纯应用神经内镜进行各种神经外科手术的广泛开展,我们感到非常有必要对内镜神经外科赋予其新的定义。由于单纯内镜操作过程中除了内镜没有其他的光学器械,手术过程中更没有主次之分,所以所谓的“辅助”或者“控制”并不能很恰当的阐述这种手术方式,反而使人容易产生误解。在这里,我们根据内镜手术操作的途径是完全在内镜中还是在内镜外将内镜神经外科分为如下两类:

  1、轴内内镜神经外科(intra-axial endoscopic neurosurgery ,IAEN),简称内境内神经外科(IEN):手术过程中内镜是唯一的光学设备,所有的手术操作都是通过内镜的工作管道来完成(图5)。这种手术包括三脑室底造瘘术,脑室内囊肿造瘘,透明隔造瘘,脑室内活检以及肿瘤切除。

  2、轴外内镜神经外科(extra-axial endoscopic neurosurgery ,EAEN),简称内镜外神经外科(XEN):手术过程中内镜是唯一的光学设备,所有的手术操作是在内镜之外来完成的(图6)。实际上,这种手术方式并不需要内镜工作管道。它包括了内镜下经蝶垂体瘤切除术,脑实质肿瘤,一些蛛网膜囊肿造瘘、切除以及Chiari畸形等的手术。与内镜内手术操作过程不同的是所有的手术操作均在内镜之外完成。

  神经内镜技术的未来发展仍具有广阔的空间。作为现代神经外科技术体系中的一员,其技术优势伴随着科学技术的进步迅速发展。随着仪器设备的进一步改善,技术方法的进一步成熟,神经内镜手术技术相关理念也会与时俱进,成为现代神经外科众多理论基础之一。

  四、我国神经内镜工作的进展

  我国内镜神经外科工作起步较晚,最初在90年代中期才尝试开展,开展的城市主要集中在北京、上海、黑龙江和广州等地。近年来,国内许多省市的神经外科相继购置了神经内镜设备,从不同角度开展了一些工作,神经内镜技术应用的范围现已基本和国际接轨。当前全国累计神经内镜手术上万例。治疗病种以脑肿瘤、脑积水、脑出血、颅内囊肿等为主,其中脑肿瘤占近50%,主要包括垂体瘤、表皮样囊肿、颅咽管瘤、脊索瘤、脑室内肿瘤。开展的技术内容主要是颅底内镜、脑室脑池内镜,而脊髓脊柱内镜开展的相对较少。近来无论是从手术例数,还是手术效果上都有明显的提高。

  随着神经内镜技术的广泛开展,人们的观念随着技术进步发生了巨大变化。10年前尽管国内已有一些单位开展了部分神经内镜的相关工作,但在绝大多数神经外科医生中,仍然对这项技术处于无知、迷茫、甚至有不屑和排斥。有的学术会议上一些学者的发言,常常将神经内镜技术与以显微神经外科技术为代表的现代神经外科技术对立起来。国内一批优秀的学者,正是在这种情况下,积极引进新技术,做了大量的技术研发、转化以及临床病例应用研究,提高了神经内镜技术的应用水平,对进一步减少手术创伤,提高疗效,缩短住院时间,减少医疗费用等起到了十分重要的作用。也正是这些事实,使更多的医生认识到这项技术的重要性,并积极坚持临床研究和技术应用,促进了神经内镜技术的有序发展。

  学术上,1998年至2008年的10年间,我国共发表神经内镜相关的中文论文581篇,英文论文17篇。年发表文章的数量逐年增长。文章的内容以学术论文为主占63%,其他为解剖、综述、基础研究等。在近l0年中,全国性神经内镜技术各种培训班、研讨会平均每年都有1-2次,省或区域性的有2-4次,培训内容包括了技能训练、理论授课、现场手术演示等,充分发挥了近距离、互动式学术交流的优势。强化国际间交流,促进了神经内镜技术发展的先进性。近l0年间在神经内镜方面的国际间交流不断扩大,据不完全统计,每年都有以学习班、学术会议等形式请来进行学术交流的国际学者,包括美国、德国、日本、意大利、法国、澳大利亚、韩国等。国内很多专家积极参加国际相关学术会议,促进了

  新技术研究、开发和应用水平与国际接轨。

  总之,同发达国家相比,我国的神经内镜工作还有很大差距,由于设备、环境以及人的观念等多方面的因素影响,内镜神经外科的开展仍较局限,有些领域尚待开发。随着我国神经内镜工作日益成熟和系统化,技术逐渐成熟,内镜神经外科必将在我国神经外科的发展中发挥越来越重要的作用。


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