第一節　喉鏡的發展簡史

喉鏡(laryngoscope)是內鏡大家庭中的一員，內鏡(也稱為內窺鏡或內視鏡)一詞的英文為“endoscopy”，起源于希臘語，系由字首“endo”(內部)，與動詞“skopein”(觀察)組合而成，原意為窺視人體內部腔道的一種方法。德國醫生Philipp Bozzini被譽為第一個內窺鏡發明人，他于1806年發明了內視鏡的光源傳導體(the light conductor)，稱之為“Lichtleiter”(圖1-1 A和B)，嘗試運用一支小小的金屬管搭配蠟燭光源來“窺視”病人的尿道、膀胱以及咽喉等器官。他這套外形很像長頸花瓶且可以用來觀察人體器官腔室的“燭光內窺鏡”，是日后內鏡發展的重要基石。1853年法國外科醫生Antoine Jean Desormeaux改進Bozzini的Lichtleiter，稱之為“Endoscope”(圖1-1 C和D)，其使用燃燒酒精和松節油的混合物作為內窺鏡的光源，可以更清楚地觀察尿道、膀胱、直腸和子宮等器官，被后人尊稱為“內鏡之父”。內鏡這一名稱就是從這個器具開始起用的。

一、間接喉鏡

間接喉鏡(indirect laryngoscope)是由西班牙一名聲樂教師Manuel García于1854年發明，次年首先向英國倫敦皇家協會報道了其利用鏡面反射作用來觀察聲帶運動情況的論文，成為歷史上觀察到自己喉部結構第一人，被稱為“喉鏡之父”(圖1-2 A)。隨后這項技術被一位維也納大學神經病學家Ludwig Türck教授所注意，并對間接喉鏡進行了設計和改進(圖1-2 B)，但由于方法不當，沒能夠很好的應用于喉部檢查。1858年當時在波蘭克拉科夫(Krakow)工作的生理學教授Johann Nepomuk Czermak來到維也納度假，聽說了Türck設計的間接喉鏡，非常感興趣，于是從Türck教授那里將間接喉鏡借走，在自己的試驗室使用Türck設計的間接喉鏡來重復García的檢查方法(圖1-2 C)，由于方法得當，取得了成功，并在病人身上得到了應用，隨后又設計通過凹面頭鏡聚光來觀察喉部，提高了這項技術的實用性，迅速在臨床上得到了推廣。后來Czermak又設計成可以由鼻咽腔觀察鼻腔后壁的后鼻鏡，這種通過鏡面反射作用觀察到喉部、鼻咽部及鼻腔后部的間接喉鏡，作為耳鼻咽喉科的一種最常用而簡便的檢查器械一直延續到現在。目前的間接喉鏡是一個有柄的圓形平面鏡，鏡面與鏡柄相交呈120°，鏡面的直徑有10、12、14、18、22、26mm不同大小，根據受檢者的咽腔情況可選取合適大小的間接喉鏡檢查(圖1-3A)。間接喉鏡不但器械簡單，操作方便，患者無痛苦，而且可看見鼻咽喉部清晰的影像及觀察到聲帶的運動。但是它也有難以克服的缺點:所視圖像是由鏡面反射作用的倒影;圖像因受鏡面大小的限制，不能同時看到所檢部位的全貌，且對某些較隱蔽的部位有時不易看到;對咽反射異常敏感者檢查困難;不適宜幼兒檢查;需要患者良好的配合，包括呼吸、吞咽;某些生理、病理原因影響檢查，如張口、伸舌困難，鼻咽粘連、閉鎖，會厭后傾等。

二、直接喉鏡

隨著醫學的不斷進步，這種利用鏡面反射間接觀察喉部的方法已不能滿足臨床上的需要。1895年，德國內科醫生Alfred Kirstein對硬性食管鏡進行了改進，發明了一種能夠直接觀察到喉部檢查器械，稱為“autoscope”，開辟了直接喉鏡(direct laryngoscope)臨床應用的先河。1906年，美國的Chevalier Jackson結合了硬性內鏡和電燈照明設計制造出著名的Jackson式直達喉鏡(圖1-3B)，以Jackson內鏡為基本原理的各式硬性喉內鏡應用了近半個世紀。由于最初的直接喉鏡需要檢查者用一只手提喉鏡柄，才能使直接喉鏡固定在某一位置，1910年德國醫生Gustav Killian設汁和介紹了一種原始的懸吊喉鏡(suspension laryngoscopy)，彌補了提舉喉鏡難以暴露喉腔的不足，改變了費力及不能持久的局面，使外科醫生的雙手解放出來。懸吊喉鏡的問世，它為20世紀中期逐步廣泛開展的顯微喉鏡手術奠定了基礎。1961年德國醫生Oskar Kleinsasser發明支撐喉鏡(self-retaining laryngoscope)，利用放在胸部的一種支撐裝置，將硬性喉鏡伸入咽喉部并固定，能夠很好地顯露出喉內的結構(圖1-3C)，這種原始的支撐喉鏡設備隨后得到逐步完善并在臨床上得到快速推廣應用，通過聯合應用光源、攝像頭、顯微鏡等設備，可以放大觀察喉部影像并進行手術操作。到了1970年，美國醫生Jako對支撐喉鏡進一步改良，率先將激光技術引進喉部手術。1972年，美國醫生Strong和Jako首先報道了在喉部顯微手術中使用了CO2激光。直接喉鏡屬于硬性內鏡的范疇，通過硬管在外部直接觀察無論從圖像的清晰度還是光線的亮度上受到了很大的制約。隨著20世紀60年代后Hopkins-玻璃纖維-桿狀透鏡光學系統得到成熟和發展后，出現了光線亮度和圖像清晰度明顯提高的硬性喉內鏡(圖1-3D)，其與直達喉鏡結合應用后，大大促進了喉部檢查和顯微外科技術的發展，這種技術一直延續使用到現在。直接喉鏡檢查喉部時需要用直接喉鏡將舌根及會厭挑起，患者在黏膜表面麻醉的情況下一般難以耐受，通常需要住院在全身麻醉條件下進行，因此不屬于喉部的常規檢查方法。自從纖維喉鏡及電子喉鏡開展以來，直接喉鏡作為一種檢查手段其應用范圍越來越小，但作為一種手術操作手段廣泛應用于臨床。

三、頻閃喉鏡

頻閃喉鏡(laryngostroboscope)又稱為動態喉鏡、喉閃光鏡、喉動態鏡或頻閃觀察器，是一種用來觀察聲帶振動的電子儀器。人發聲時聲帶作快速振動，肉眼無法分辨。為了能夠觀察到聲帶振動的現象，就必須借助于某種方法，使快速振動的聲帶速度“慢”下來，為肉眼所感受，這就是頻閃喉鏡檢查法。根據視覺殘留定律(Talbot定律)，每個形象在暴露后可以在視網膜上保留0.2秒，也就是說，如果物體的振動頻率大于5Hz時，肉眼將無法區別每個相位時的清晰影像，只能看到各相位形象疊加的彌散模糊影。聲帶振動頻率達80～1024Hz，肉眼不能看清它振動時的清晰圖像。物理學上，一個規律振動的物體被相同頻率的閃光所照射時，這個物體將固定在振動周期的某一相位上，產生靜止的圖像。如果閃光的頻率與振動頻率略有差別時，將呈現為速度減慢的運動圖像。把這個原理應用于振動著的聲帶，采用與聲帶振動同步的閃光作為光源，通過喉鏡檢查聲帶，就可以清晰地看到正在發音的聲帶靜態結構形象，若改變光照頻率，使它與聲帶振動的頻率保持一定差頻(0～2Hz)，就可以看到聲帶振動的“慢動”假象。頻閃喉鏡利用物理學原理通過頻閃光源代替平光使高速振動的聲帶變成為肉眼可見的慢速運動，從而使我們能觀察到聲帶黏膜上的細微變化及聲帶振動的規律，已成為目前檢查喉功能的一種無創、無損傷的精密儀器。頻閃喉鏡可以為喉科疾病(包括早期喉癌)的診斷和鑒別診斷、手術效果的判定、發音障礙的治療及發聲訓練等提供科學依據，它在喉科學、病理嗓音學、藝術嗓音學等領域占有重要位置。

頻閃喉鏡的發明要追溯到Plateau與Stampfer在1830年左右各自依據Talbot效應發明了應用在工業測速上的頻閃儀，用于觀察物體有規律的快速周期性活動。1878年德國內科醫生Max Joseph Oertel將工業上用的頻閃儀創新性的應用在聲帶研究中，他使用頻閃儀提供的光源代替普通光源，并使頻閃光源的頻率與音頻一致，首次在體內觀察了人類聲帶的“慢速”振動，實現了真正意義上的動態喉鏡檢查。早期的動態喉鏡由于缺少足夠亮度的照明，僅能使檢查者大致看清，無法用相機記錄圖像，直到1898年Musehold利用多次曝光的方法，第一次完成了動態喉鏡的圖像記錄。進入20世紀，鹵素燈等的引入解決了耳鼻喉檢查中的光源問題，動態喉鏡下的成像效果越來越好，Chevronton和Vies等應用攝影機記錄的聲帶運動的影像，不久被用于動態喉鏡拍攝聲帶的“慢速運動”，大大提高了其在臨床工作中的實用性。

最初的動態喉鏡多被用來進行嗓音學的研究，Seeman于1921年首次應用動態喉鏡觀察了單側喉返神經麻痹的聲帶運動。之后各種病變的聲帶振動在動態喉鏡下的研究越來越多。在20世紀中葉，動態喉鏡已被廣泛地應用在各種聲帶病變檢查。Smith在1954年提出了黏膜波的概念，開創了嗓音學研究的新時代，并成為了動態喉鏡最具特征性的診斷指標。20世紀六七十年代，Luchsinger同Shoenhaerl的工作確定了動態喉鏡的各種操作規范及檢查指標，這與現如今的動態喉鏡檢查已沒有太大差別。隨著動態喉鏡在臨床與科研方面應用的不斷深入，其自身也在不斷發展。1956年Timcke發明了同步動態喉鏡，通過麥克風捕捉的聲音基頻作為觸發信號產生頻閃光源，而不是以往手工調整頻率來擬合聲音的頻率。Wendler、Barth和Yoshida Kittel發明并完善了現代的電視動態喉鏡，Ocker、Frank和Shaikh等將纖維喉鏡技術引入動態喉鏡。

目前的動態喉鏡系統由頻閃光源、硬性內鏡(70°和90°)或軟性內鏡、麥克風、腳踏開關、攝像系統及顯示系統組成。硬性動態喉鏡光照充分，圖像清晰，解析度高;鏡頭固定，圖像穩定，桶裝效應小，便于定量分析;放大倍數高，視野廣，甚至可媲美喉顯微鏡;一般不需要麻醉，檢查時間短，患者的耐受性好。但是視野容易受到阻擋(嬰兒形會厭，舌根肥大，小下頜等)，旋轉的角度有限，對重建喉的聲帶評估不佳。軟性動態喉鏡靈活性強，視野不易受到舌根、會厭等阻擋，檢查時患者可以正常說話，甚至可以唱歌。通過鏡身旋轉，可以檢查一些非正常角度聲門，比如聲帶部分切除后的重建喉等。軟性動態喉鏡的缺點在于成像質量和亮度上不如硬性喉鏡，桶裝效應更加明顯。目前大多數醫師均主張兩種喉鏡檢查相配合，常規的門診檢查以硬性動態喉鏡為主，而軟性喉鏡用來補充檢查一些視野暴露不佳或咽反射敏感的患者。頻閃喉鏡下觀察的指標包括聲帶的振動方式、振動幅度、黏膜波特點、振動對稱性、周期性及閉合狀況等。

四、纖維喉鏡

由于鼻咽喉部各器官部位較深，又處在咽喉反射的敏感部位，硬性喉鏡檢查時患者有時很難配合，不適合在表面麻醉下進行操作，人們希望用可彎曲的軟管內鏡以減少檢查過程中病人的痛苦和降低并發癥。光導纖維的發展，為硬性不可彎曲內鏡變為可曲性內鏡提供了基礎。纖維光導學興起于19世紀70年代，英國科學家Tymdall首先發現纖細的玻璃纖維具有良好的透光特性，這一發現為纖維導光學的興起和發展奠定了基礎。到了1930年，德國學者Lamm提出了采用玻璃導光纖維制造可彎曲胃鏡的設計思想。此后在眾多研究者的不懈努力下，經過20多年的研究，到20世紀50年代初，荷蘭的Heel和美國Brien相繼將玻璃纖維制成束狀，束中每根導光玻璃纖維外面覆以一層低反光指數的透明物質，將束中每根玻璃纖維分隔開，使光線能通過每根纖維均一全反射的物理特性向前透射。英國Hopkins和Kapany又按光學原理將玻璃纖維有規則地排列成束，制造出了用于體腔觀察的內鏡，并稱之為纖維鏡(Fibroscope)。1957年美國消化科醫生Basil Hirschowitz與其他人合作發明了第一根用作檢查胃腸道的胃十二指腸纖維鏡(Gastro-duodenal fibroscope)　(圖1-4)，1960年美國Cytoscope Markers公司生產出商品化的纖維胃鏡在市場上開始銷售。但在當時，內鏡的照明是靠安裝在內鏡頂端的小的電燈泡來完成的，其缺陷是照明亮度有限，故不能夠有效地進行動態內鏡圖像的觀察和記錄。為了克服這一缺點，日本的Shigeto Ikeda設想通過玻璃導光纖維將外部更亮光源的光線傳送到內鏡的前端，從而取代安裝于前端的小燈泡，于1964年請求Machida公司生產出了世界上第一臺纖維支氣管鏡的原型。1966年日本生產出真正意義上的纖維支氣管鏡。纖維喉鏡(fibrolaryngoscope)的發展落后于纖維消化內鏡和纖維支氣管鏡，1968年日本東京大學言語與嗓聲醫學研究所的Sawashima和Hirose首先報道了用于喉部檢查的纖維喉鏡。1975年來自英國的臨床試驗報告顯示，間接軟管喉鏡檢查，雖然分辨率較硬性內鏡差，但是足以允許診斷喉部病變。這次臨床試驗證明，軟性喉鏡檢查在技術上容易操作，容易給年輕醫生示教，并且病人的耐受性良好。這些新發現導致了應用軟性內鏡技術來檢查喉的高潮，同時傳統的纖維光導技術的生產方法改進，更小直徑的內鏡分辨率提高，使軟性喉鏡檢查技術進一步普及。20世紀80年代后，纖維喉鏡的目鏡部分與攝像機連接，組合成電視纖維喉鏡，可將病變放大并在電視屏幕上實時顯示病變的圖像或手術過程，改變了過去醫師單人窺視及治療的狀態，能夠提供多人同時觀察，便于示教。另外利用錄像機將檢查或手術過程錄下來，為教學和科研提供了豐富的資料。

纖維內鏡是由玻璃纖維組成導光束和導像束來完成將體外冷光傳到腔內做照明，再將腔內黏膜圖像傳到體外供觀察。其中傳導圖像的纖維束構成了纖維內鏡的核心部分，它由數萬根極細的玻璃纖維組成。利用光學的“全反射”原理，將圖像從一端傳遞到另一端，導像束的纖維數目越多，所成的像分辨率越高(即圖像越清晰)。導像束單根纖維的直徑一般在8～12μm之間。傳遞光線的纖維束叫導光束，每根纖維的直徑可以較粗，以增加導光性，一般導光纖維束直徑為30μm。纖維內鏡的出現宣告軟性內鏡時代的到來，軟性內鏡鏡身較軟且纖細，前端彎曲部分靈活，可方便地進入人體復雜的內腔器官，既減少了病人的痛苦，又可到達硬性鏡無法到達的地方，使內鏡下的檢查及治療進入一個新的篇章，成為臨床上非常重要的診斷工具。

纖維喉鏡檢查系統由鏡體、冷光源和附件三部分所組成(圖1-5)，因其可經前鼻孔插入而檢查鼻咽、口咽、喉咽和喉部，故又稱之為纖維鼻咽喉鏡，在耳鼻咽喉科應用非常廣泛。纖維喉鏡有不同的種類和規格，其常用的纖維喉鏡的鏡體有效長度為300mm以上，遠端可向上、下彎曲達130°，視角可達到90°。目前臨床上常用的纖維喉鏡的外徑為2.2～5mm，可應用于兒童及成人的檢查。纖維喉鏡的優點在于:①鏡體細軟可以彎曲，患者不需要特殊體位。檢查時患者痛苦小，創傷小，對于頸部畸形、張口困難及體弱、危重患者均可進行檢查。②操作簡便，可更利于在自然的發音狀態下檢查喉部各種病變，并不影響言語結構。③鏡管末端可接近解剖及病變部位，特別是對于頸短、舌體肥厚、咽腔狹小及嬰兒型會厭患者的檢查效果好。利于聲門上區的檢查，并可同時觀察鼻、咽部的病變。④鏡體內具有管腔，能夠放入活檢鉗進行活檢及手術，同時可利用管腔進行負壓吸引以及通過管腔喉部局部給藥。⑤可與攝像系統及計算機系統連接，可利用計算機對記錄的圖像及視頻進行處理，便于研究及教學。

五、電子喉鏡

電子內鏡是繼硬性內鏡和纖維內鏡之后出現的新一代軟管內鏡，被認為是內鏡發展史上的一個重要里程碑事件。電子內鏡的出現與計算機和微電子技術的發展密不可分。1983年美國Welch Allyn公司研制并應用微型圖像傳感器——電荷耦合器件(charge coupled device，CCD)代替了纖維內鏡的光導纖維導像束，宣告了電子內鏡的誕生，實現了內鏡發展史上的一次歷史性突破。1984年在日本的消化疾病周大會上，富士公司發布聲明，研制出日本國內第一套電子內鏡。日本在電子內鏡的研發上處于世界的領先水平，隨后日本的奧林巴斯(Olympus)、潘太克斯(Pentax)等相繼生產出電子胃鏡、電子腸鏡及電子支氣管鏡，廣泛應用于臨床上。由于鼻咽喉部各器官解剖結構的特殊性，需要非常纖細的管徑才能通過鼻腔再探查到咽喉部，而20世紀80年代中后期生產的集成電路微型攝像機體積偏大，不能經鼻腔置入。到了20世紀90年代初，微型計算機集成電路的生產能力逐漸成熟，日本的Asahi Optical公司于1993年首先生產出外徑為4.9mm的電子鼻咽喉鏡(Pentax VNL-1530)。日本東京都立大冢病院(Tokyo Metropolitan Ohtsuka Hospital)的耳鼻喉科醫生Kawaida于1994年首先報道了該內鏡的使用情況(圖1-6)，并與纖維喉鏡做了對比，認為電子喉鏡(electronic laryngoscope)的圖像要明顯優于纖維喉鏡。1995年Asahi Optical公司又推出了帶活檢孔道的治療性電子鼻咽喉鏡Pentax VNL-2000。1996年日本的Olympus公司也生產出外徑為5mm的電子鼻咽喉鏡。隨后Kawaida于1998年和2002年又報道了更為纖細的內鏡前端為4.1mm的電子鼻咽喉鏡(Pentax VNL-1330)和內鏡前端為3.9mm的電子鼻咽喉鏡(Olympus ENF-240)的臨床應用情況(圖1-7A)，從此電子鼻咽喉鏡基本接近成熟狀態，并朝著更加纖細、更加高清的方向發展和完善。

電子內鏡與纖維內鏡外形相似，照明仍用玻璃纖維導光束，但成像原理完全不同，纖維內鏡以光導纖維(即導像束)來傳遞圖像，操作者是通過目鏡進行觀察，或者電視攝像轉接口安置在目鏡處，通過監視器屏幕觀察。而電子內鏡則在內鏡的前端裝有一個微型CCD，相當于一個微型電子攝像機，用CCD取代了纖維內鏡的導像束，操作者是通過監視器的屏幕進行觀察。圖像質量是電子內鏡的本質和最重要的性能指標，CCD是決定電子內鏡圖像質量的核心部件，它如同電子內鏡的心臟，CCD的基本構造是對光敏感的硅片，此硅片又被絕緣物分隔成柵狀的勢阱，每一個柵格代表一個成像元素，由一個二極管構成，當不同強度的光信號照射到CCD后，光子刺激硅片可產生相應能量的電荷蓄積于勢阱內，并以電荷耦合的方式將光信號轉變為電信號，這些分布電荷信息再經過視頻處理中心轉換成視頻信號，輸入到監視器上，監視器的屏幕上即可展現所要觀察到的圖像。CCD光敏面像素(picture element)的多寡決定像質的優劣。目前的制作工藝可在直徑約2mm的芯片上達到30萬～50萬像素。CCD僅能感受光信號的明暗強弱，只能得到黑白圖像。為了獲得彩色圖像，必須在光學通路中放置色濾光片，大體上有以下兩種方式:一種是順次方式(圖1-7B)，在光源與導光纖維之間放置一塊快速旋轉的圓盤形紅/綠/藍(R/G/B)三原色濾光片，使紅、綠、藍3種色光順次照射被攝物體上。CCD捕捉順序攝得R/G/B圖像信號，通過記憶裝置在視頻處理器中變換成同時信號，將圖像進行合成，在顯示器上得到同步真彩色圖像。另一種是同時方式(圖1-7C)，在CCD受光面裝置鑲嵌式原色或補色濾光片，受白色光源照射的對象物體發出的信號作用到CCD時，由于鑲嵌式濾光片的作用立即轉化為色信號，傳遞并貯存記憶進視頻處理器，紅、綠、藍三種色信號同時傳送，在時間上無差異。順次成像方式的CCD尺寸小，色彩重建效果逼真，圖像清晰度高。缺點是紅、黃、藍3種色信號的傳送有時間上的差異，如果被照物體移動度大時，會出現“彩虹效應”(圖像邊緣會產生紅、綠、藍色)。目前電子喉鏡產品主要采用同時成像方式。電子內鏡在成像質量上明顯優于纖維內鏡，明顯提高了對黏膜表面微細病變的觀察能力。另外，由于光導纖維內鏡由數萬根纖細的玻璃纖維傳導圖像，隨著使用次數的增多，玻璃纖維將逐漸折斷，視野中的黑點也將越來越多，視野變得暗淡不清楚。電子內鏡通過CCD導像，不存在玻璃纖維折斷和易受X線破壞的缺陷，因此電子內鏡的耐用性上要優于纖維內鏡。電子內鏡通過顯示器觀察，適合教學和觀摩，通過與計算機連接，建立內鏡影像工作站，在圖像的記錄、保存及檢索等方面有明顯的優勢。