科技照亮健康未来：探秘人体内部的创新之光
从最初由烛光和镜子搭建的系统，到现在可以提供高分辨率成像的先进光纤技术，现代微创手术工具通过自然开口或小切口实现了精确的、拯救生命的手术。这一技术的进步不仅使高级胃肠病学医学主任杰西休顿医生（Dr. Jesse Houghton）每年能够执行上千例微创胃肠手术，也成为推动全球健康领域更广泛创新的动力，例如人工智能、机器人手术和有前景的癌症治疗。
实现未来的微创机器人手术：
- 现代内窥镜，从最初的蜡烛光和镜子系统发展而来，到如今能够传输高分辨率图像，并通过自然开口或微小切口进行复杂操作，显著改善了患者的治疗效果。
- 胃肠科高级医疗总监 Dr. Jesse Houghton 利用先进的内窥镜技术进行微创手术，使他能够比以往更有效地检测和治疗胃肠道疾病。
- 光纤技术的持续创新，包括高质量的光传输以及与人工智能和机器人系统的整合，正在扩展微创医疗手术的能力。
杰西休顿医生（Jesse Houghton）正在为面前这位沉睡的患者准备一场可能挽救生命的手术，他站在一个软垫上，以保护膝盖、脚踝和臀部免受长时间手术的影响。作为俄亥俄州南部医学中心胃肠病高级医学主任，杰西拥有世代相传的专业知识和先进技术，使他能够深入人体内部——这是几个世纪以来的医生从未能做到的。
“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。
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。
今天，美国每年进行大约2000万次胃肠内窥镜检查。100年前，这些手术和得以挽救的生命大多数会被认为是不可能完成的任务。那么，今天这样的技术是如何发展而来的呢
突破性进展：光纤引领微创手术的发展
历史上，要进行难以触及部位的手术，需要通过大手术和大切口，以便充分照亮手术区域。为了找到解决方案，医生、科学家和医疗先锋花费了数十年时间，寻找无需大面积开刀就能看到人体内部的方法。
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。
回到手术室，杰西由一位注册麻醉师（CRNA）陪同，监测患者的生命体征并给予镇静剂，还有一位内窥镜技师帮助医生进行活检和操作工具，以及一位护士协助监测患者并记录时间、活检和药物等信息。
“我的左手操作两个按钮，通过充气能打开胃肠道进行抽吸，并且用水喷射清洁内窥镜镜头，”杰西解释道。“内窥镜上有两个轮子，可以使底部的镜管上下左右移动。”
医生用另一只手将内窥镜管向内检查胃肠道的整个区域。“内窥镜管的一端有一个明亮的光源、一个摄像头和一个工作通道，我们可以通过它进行活检以及作为插入工具，”杰西解释道。
“光纤束连接到摄像头上，先传输到架子上的处理器，再传输到患者上方天花板上的高清监视器上，”他继续说道。“投射到监视器上的高分辨率图像被放大了数倍，使我能够更好地检测隐藏在结肠内壁的息肉——其中大多数都有可能转变为结肠癌。”
休顿医生(Dr. Houghton) 是俄亥俄州南部医学中心胃肠病高级医学主任，全职从事该领域的工作。他每年进行上千次胃肠镜检查，并著有《医生没空告诉你的事：胃肠系统》一书。
胆囊手术非常好地体现了这种微创手术的效果。过去，像杰西这样的外科医生需要将患者的腹部大幅度切开，才能有足够的空间进行手术。因此，这种手术常常留下明显的疤痕，并且需要较长时间才能痊愈。
现在，这种手术通过刚性内窥镜进行——在腹部使用时称为腹腔镜——只需要在皮肤上切开三到四个小切口，用于插入内窥镜和其他手术工具，如剪刀、冲吸器或缝合器。腹腔会被充气以便有充足的手术空间，也方便检查，然后医生使用手术工具移除胆囊。
自上世纪90年代中以来，这种微创手术一直是切除胆囊的首选方法。在美国，大约75%的胆囊手术使用这种微创腹腔镜方法，而在德国和法国，这一比例已上升到90%以上。
特种玻璃的光纤创新
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。“特别是在医用技术领域，光纤是一种高性能材料，每天都能发现更多关于其物理、化学和机械多样性的知识，这非常令人兴奋。”
扬·菲利普·施泰格勒(Jan Philipp Steigleder )是肖特照明和影像事业部的高级产品经理。他拥有工艺工程学士学位，于2007年加入肖特，曾在研发以及照明和影像领域担任过多个职位，最近的职位是应用工程师和高级技术销售经理。
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。
扬表示，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，”他解释道。“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。”
尽管最初的内窥镜只是烛光和镜子的简单系统，但它始终处于医疗创新的前沿，推动着患者护理和治疗效果的改善。同样地，从仅仅传输光到传输视觉图像数据——内窥镜的创新和发展与医疗领域的广泛创新息息相关，如人工智能和手术机器人。换句话说，随着新技术的出现和发展，内窥镜也必须随之进步。
展望明天：手术机器人、人工智能诊断及其未来
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），”扬解释道。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，”扬解释道。“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：
因此，随着人工智能（AI）和三维成像等新技术的出现，这些内窥镜必须集成光以及先进的组件如相机芯片和图像传感器在一个非常小型的装置中。
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。
“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。”