L'endoscopie électronique a été créée et utilisée pour la première fois en clinique en 1983 par l'American Welch Allyn Company. La caractéristique de l'endoscope électronique est qu'il ne transmet pas d'images à travers des prismes ou des fibres optiques. Au lieu de cela, il convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique via un CCD appelé « mini-caméra » installé sur le dessus de l'endoscope, puis traite l'image pour l'afficher sur le moniteur de télévision. Par conséquent, le mécanisme des endoscopes électroniques transmettant des images est complètement différent de celui des endoscopes traditionnels. Grâce au traitement vidéo, les images peuvent être traitées de différentes manières et les images peuvent être stockées et reproduites de différentes manières. Les chercheurs étrangers considèrent les endoscopes électroniques comme le troisième jalon dans l'histoire du développement du système digestif.
1. Principes de base de l'endoscopie électronique
Le concept de base du dispositif solide couplé (dispositif de charge de couple CCD). La structure de base du CCD est une plaquette de silicium sensible à la lumière. Cette plaquette de silicium est séparée en puits de potentiel en forme de montagne par des isolants. Lorsque des signaux lumineux de différentes intensités sont irradiés vers le CCD, la stimulation photonique de la puce de silicium peut générer des charges avec l'énergie correspondante et les accumuler dans le puits de potentiel, convertir le signal optique en signal électrique de manière couplée aux charges, et transmettre au processeur vidéo pour terminer la transmission et la régénération de l'image. Par conséquent, l’angle de l’image conductrice peut également être considéré comme l’unité de pixel. Plus le puits de potentiel est petit, c'est-à-dire plus il y a de pixels, plus la conduction de l'image sera précise.
La méthode d'imagerie couleur par endoscope électronique : le CCD ne peut détecter que l'intensité lumineuse et sombre du signal lumineux et ne peut obtenir que des images en noir et blanc. Afin d'obtenir des images en couleur, des filtres de couleur doivent être placés dans le chemin optique. Il existe généralement deux manières :
Méthode séquentielle de surface : placez une plaque circulaire avec 3 filtres colorés fixés entre la source lumineuse et la fibre guide de lumière. Lorsque la plaque circulaire tourne, les trois couleurs de lumière rouge, verte et bleue éclaireront l'objet de manière séquentielle. objet. Les trois signaux de couleur rouge, vert et bleu générés par la caméra CCD sont également transmis séquentiellement (avec des différences horaires) et stockés dans le processeur vidéo. Les produits de première et troisième génération de Welch Aiiyn, Fujitsu et Olympus adoptent tous cette méthode de colorisation.
Méthode simultanée : installez un filtre de couleur primaire ou de couleur complémentaire incrusté sur la surface réceptrice de lumière du CCD. Lorsque le signal émis par l'objet éclairé par la source de lumière blanche agit sur le CCD, il est immédiatement converti en signal de couleur grâce à l'action du filtre incrusté, et est transmis et stocké en mémoire. En entrant dans le processeur vidéo, les signaux de couleur rouge, vert et bleu sont transmis simultanément sans différence de temps. Les produits de deuxième génération de Toshiba et Olympus utilisent tous cette méthode de colorisation. La caractéristique de la méthode séquentielle de surface est que le nombre de pixels de chacune des trois couleurs primaires rouge, vert et bleu est égal au nombre de pixels du CCD. Par exemple, il est généralement de 30 000, et les pixels des trois couleurs primaires rouge, jaune et bleu sont également de 30 000. Dans le même temps, le nombre de pixels des trois couleurs primaires ou couleurs complémentaires du procédé est également respectivement de 30 000 décibels. Le nombre de pixels des trois couleurs primaires ou couleurs complémentaires dans le mode simultané est lié au nombre de filtres de couleur correspondants du filtre de couleur mosaïque. La résolution des endoscopes électroniques est liée au nombre de pixels. Plus il y a de pixels, meilleure est la qualité de l'image. Par conséquent, si le nombre de pixels CCD est le même, la résolution de la méthode séquentielle en surface est meilleure que celle de la méthode simultanée. Cependant, l’inconvénient de la méthode séquentielle de surface est qu’il existe une différence de temps dans la transmission des trois signaux de couleur rouge, jaune et bleu, ce qui peut provoquer un flou de l’image.
Processeur vidéo : A principalement les deux fonctions suivantes : ① Fournit une source de lumière de couleur divisée pour l'endoscope électronique séquentiel à surface rouge, jaune et bleue ; ② Convertissez le signal analogique fourni par le CCD de l'endoscope électronique en un signal de code binaire. Une fois converties, les images peuvent être stockées sur des bandes vidéo, des disques durs d'ordinateur, des disques laser, ou copiées, imprimées, etc. Si nécessaire, l'image peut être régénérée et comparée à des images du passé ou du futur. De plus, le processeur vidéo peut être équipé d'une imprimante, qui peut imprimer et stocker les données relatives au patient et à son état.
Endoscope électronique : à l'exception du fait qu'il ne dispose pas d'oculaire pour l'observation, les autres structures mécaniques de l'endoscope électronique - système d'alimentation en air et en eau, canal de prélèvement sous tension, bouton d'angle, etc. sont exactement les mêmes que celles de l'endoscope optique. La pièce de rechange de l'oculaire varie d'une usine à l'autre. Le produit de Welch Allyn le remplace par un trou de biopsie, et le produit d'Olympus le remplace par un bouton de commande pour les images d'agglutination ou les images photographiques.
2. Comparaison des performances entre les endoscopes électroniques et les endoscopes optiques
Méthode d'observation : La partie opérationnelle de l'endoscope optique est équipée d'un oculaire. L'opérateur doit observer l'image à travers l'oculaire. Bien qu'une caméra TV puisse être connectée à la partie oculaire et que l'image soit affichée sur l'écran fluorescent via le système TV, l'image est beaucoup moins claire que celle de l'endoscope électronique. . L'endoscopie électronique utilise un moniteur TV haute performance pour afficher des images couleur claires et non déformées, qui peuvent être visualisées par plusieurs personnes en même temps, ce qui est propice à l'enseignement et à la consultation. Il favorise la communication entre assistants et opérateurs lors des différents traitements endoscopiques. travailler en étroite collaboration avec. De plus, étant donné que le chirurgien utilise les deux yeux pour visualiser les images claires sur le moniteur haute performance, il peut éviter la fatigue visuelle provoquée par l'oculaire d'observation monoculaire et les effets néfastes sur les yeux provoqués par une forte stimulation lumineuse à long terme.
Performances d'insertion : La qualité des performances d'insertion est liée à des facteurs tels que la forme, l'épaisseur, la douceur de l'endoscope et la longueur de la partie dure au sommet de l'endoscope. Le dispositif supérieur de l'endoscope électronique a une taille de 3, qui occupe un certain volume. La taille du 3 doit être réduite, sinon la longueur de la partie dure en haut de l'endoscope sera augmentée et les performances d'insertion de l'endoscope électronique seront réduites. Dans les premiers produits, la partie dure située au sommet de l'endoscope était trop longue et les performances d'insertion n'étaient pas aussi bonnes que celles de modèles similaires d'endoscopes optiques. Cependant, les nouveaux produits de ces dernières années ont surmonté les inconvénients ci-dessus et leurs performances d'insertion sont exactement les mêmes que celles de modèles similaires d'endoscopes optiques.
Propriétés optiques
Angle de vision : dans les premiers produits, l'angle de vision était relativement petit, allant de 75° à 105°. Dans les produits récents, l'angle de vision a été étendu à 120° et la plage de profondeur de champ est de 3 à 100 mm, ce qui offre exactement les mêmes performances optiques que les gastroscopes optiques similaires.
Reproductibilité de la tonalité de couleur : Les facteurs qui affectent le pigment de l'image de l'endoscope à fibre sont l'objectif, la fibre optique et l'oculaire. Parmi eux, la fibre optique suspendue a la plus grande influence. Une fibre optique d'une longueur supérieure à 1 m peut absorber la lumière d'une certaine longueur d'onde et affecter l'image interne. Ton. Les facteurs qui affectent les endoscopes électroniques sont les caractéristiques du CCD, du processeur vidéo et du moniteur. Par rapport aux endoscopes optiques, les facteurs qui affectent les endoscopes électroniques sont plus nombreux et complexes. Kenzo Mitsuzane a déjà utilisé un analyseur de couleurs TV et diverses normes de couleurs pour mesurer la reproductibilité des tons de couleur de l'endoscope électronique Olympus GIF-Q100 et de l'endoscope optique GIF-Q10. Les résultats de mesure ont montré que la reproductibilité des tons de couleur de l’endoscope électronique était excellente. en endoscopie optique.
Capacité diagnostique des lésions microscopiques : Tatsuo Katsube a réalisé une endoscopie optique et une endoscopie électronique sur 45 patients atteints de diverses maladies gastriques avant la chirurgie et a comparé les résultats de l'examen avec la pathologie chirurgicale. Il a conclu que la gastroscopie électronique permet de détecter des lésions microscopiques. La capacité diagnostique des lésions est meilleure que celle de l'endoscopie optique. Il lui est plus facile d'identifier les vaisseaux sanguins exposés au saignement de l'ulcère gastrique et les caractéristiques de l'épithélium régénéré environnant, et il est plus facile de poser un diagnostic différentiel entre l'épithélium atypique plat et surélevé et le cancer gastrique précoce de type IIa. De plus, comme l'image de l'endoscopie électronique est claire et a un certain effet de grossissement, elle peut afficher de subtils changements de couleur et d'autres changements de caractère sur la surface de la muqueuse, améliorant ainsi la détection du cancer gastrique précoce de micro-type II b et II c. Dans une certaine mesure. Taux. Satake Yiji estime que la coloscopie électronique a amélioré le taux de détection des petits polypes du côlon (diamètre <0,5 cm>).
Performance de sauvegarde des images : les endoscopes optiques ne peuvent enregistrer et sauvegarder que les images transmises par les fibres optiques via la photographie. La méthode est monotone et les images ne sont pas assez claires. Étant donné que les endoscopes électroniques utilisent des CCD pour convertir les signaux optiques en signaux électriques, les images peuvent être enregistrées et sauvegardées de différentes manières après avoir été traitées par un processeur vidéo. ①Utilisez un magnétophone pour enregistrer l'image claire de l'endoscope électronique et enregistrer l'image dynamique ; ②Après avoir « gelé » l'image construite électroniquement, utilisez un appareil photo 35 mm pour enregistrer l'image fixe ; ③Utilisez le disque laser pour enregistrer à la fois des images dynamiques et il peut enregistrer des images entrantes, et la capacité d'enregistrement maximale d'images fixes est de 24 000 images ; ④ Il peut enregistrer 50 images fixes à l'aide de disques en plastique souple. L'endoscope électronique peut également être connecté à un ordinateur électronique, et le nom, le sexe, l'âge, les principaux symptômes, les résultats de diagnostic et d'autres données cliniques du patient ainsi que diverses images enregistrées peuvent être saisis dans l'ordinateur. Lorsqu'il est nécessaire de suivre le patient ou de réaliser des statistiques sur un grand nombre de cas, lors d'une recherche, vous pouvez rechercher diverses informations à tout moment.
Durabilité : les endoscopes à fibre optique comportent des dizaines de milliers de fines fibres de verre qui transmettent les images. À mesure que le nombre d'utilisations augmente, la fibre de verre se brisera progressivement et l'électricité noire dans le champ de vision augmentera progressivement, la rendant sombre et floue. Les endoscopes électroniques sont guidés par des CCD et ne présentent pas les défauts des extrémités en fibre de verre et ne sont pas facilement endommagés par les rayons X. Par conséquent, la durabilité des endoscopes électroniques est due aux endoscopes à fibre optique.
3. L'avenir de l'endoscopie électronique
L'endoscopie électronique utilise le CCD pour convertir les signaux lumineux en signaux électriques. Par conséquent, il est possible d'effectuer un traitement d'image via un ordinateur électronique pour améliorer ou affaiblir sélectivement les informations structurelles des informations de couleur, permettant ainsi à l'observateur de diagnostiquer plus facilement la présence de lésions humaines. et un diagnostic qualitatif. Les méthodes de traitement d'images actuellement en recherche et développement sont les suivantes :
Le traitement différentiel et d'autres méthodes améliorent le contour morphologique de l'image : l'image est composée de composants de différentes fréquences - des composants haute fréquence qui représentent les changements brusques et les parties fines de l'image, des composants basse fréquence qui représentent les changements lents et rugueux. parties de l’image et la valeur moyenne de l’image entière. Composante CC. Les composants haute fréquence sont améliorés grâce à un traitement différentiel pour rendre les contours de l'image plus visibles.
Améliorez ou affaiblissez un certain ton en RVB pour rendre la lésion plus visible et plus facile à repérer.
Le contraste amélioré en niveaux de gris des signaux RVB peut rendre plus clairement visibles les limites, les taches muqueuses, les rougeurs et les veines sous-muqueuses des lésions précoces du cancer gastrique de type IIb.
Les ordinateurs électroniques mesurent quantitativement les informations sur la structure de l’image (convexo-concave) et les informations sur la couleur, ce qui est utile pour fournir une base objective au diagnostic et aux modifications des lésions.
En outre, l'endoscopie électronique permettant de mesurer la température et le débit sanguin de la muqueuse du tube digestif est également développée et étudiée.
Bien que les endoscopes électroniques présentent les avantages ci-dessus par rapport aux endoscopes optiques ordinaires et qu'il existe encore une marge de développement considérable dans le domaine du traitement d'images, ils sont actuellement assez chers. Les unités de médecine générale sont toujours équipées d'endoscopes à fibre optique pour le diagnostic et le traitement. Utilisation économique.
