کلمه آندوسکوپ از 2 کلمه یونانی به معنای « درون » و « دیدن » تشکیل شده است . عبارت endoscopy به معنای استفاده از تجهیزات برای معاینه درون ارگان های حفره مانند بدن به صورت دیداری است . در علم پزشکی از دیر باز تمایل و رغبت برای دیدن اجزای درون بدن نیروی محرکی بوده است تا بدان وسیله بتوان به بیماران کمک کرد . در کنار جراحی باز ، این روش معاینه و جراحی با کمترین تهاجم به بدن ، روشی ظریف و استادانه و ماهرانه البته با کمترین مشکل برای بیمار محسوب می شود .
طبیعت راه رسیدن به این هدف را فراهم آورده است . دستیابی به درون ، از طریق حفرات و سوراخ های بدن انسان امکان پذیر است .
برای اولین بار در سال 1868 ، آدولف کاسمال با وارد کردن لوله ای غیر قابل انعطاف به داخل معده یکی از بیماران خود آندوسکوپی (gastrointestinal) Gl را پایه گذاری کرد . در سال 1881 پزشک اتریشی آقای johann bonmilulioz به دنبال تحقیقات صورت گرفته با همکاری صنعتگران معروف آن زمان مبادرت به اختراع اولین گاستروسکوپ نمود که انتهای دیستال آن (distal tip) نوری داشت که توسط لامپ پلاتینی تامین می شد در ادامه تحقیقات ارزشمند جهت ساخت اولین گاستروسکوپ جایگزینی فرم خاصی از لامپ ادیسونی به لامپ پلاتینی نیز مورد بررسی قرار گرفت . در سال Elsner گاستروسکوپ غیر قابل انعطافی را عرضه نمود که از سیستم لنزی بهره مند بود . به همین سبب امکان استفاده از نوک ابزار دستگاه به صورت لاستیکی میسر و به تبع آن صدمات به حداقل می رسید .
امروزه در مسیر پیشرفت و تکامل علم آندوسکوپی از سیستم های نور پیشرفته ای برای انتقال تصاویر و همچنین انتقال نور و روشنائی بهره گرفته می شود و این در حالی است که حدود 100 سال پیش انتقال تصویر حتی بدون استفاده از لنز و تنها با استفاده از یک تیوپ صورت می گرفته است .
اگر چه ساخت آندوسکوپ های نیمه انعطاف پذیر تحول بزرگ در سیر مراحل تکامل آندوسکوپ ها بود اما عدم توانائی آن ها در برداشتن نمونه های بیوپسی و محدودیت دید تمامی زوایا باعث گردید تا آندوسکوپ های فیبر نوری ارایه شوند . در سال 1965 تیم تحقیقاتی متشکل از Curtis , Hirschowitz موفق شدند اجزاء فیبروسکوپ را مهیا کنند ولی تنها مشکلی که در این زمینه وجود داشت کیفیت پایین دسته فیبرهای نوری بود که به دلیل نشت نور بین پرتو ها به وجود می آمد .
با استفاده از پوشش شیشه ای با ضریب شکست کمتر این مشکل نیز تا حدی
مرتفع گردید و بدین ترتیب اولین فیبروسکوپ در سال 1957 به جامعه پزشکی عرضه شد .
در حال حاضر از آندوسکوپ ها نه تنها در درمان بیماری ها و نه تنها در علم پزشکی بلکه در علم مکانیک ( دیدن اجزا و قطعات درون ماشین آلات مختلف ) و باستان شناسی ( نگاه کردن به سازه های درونی کلیساهای قدیمی با استفاده از تلسکوپ آندوسکوپ ها ) نیز استفاده می شود .
منابع نور
در گذشته منبع نور مورد استفاده در آندوسکوپی ، لامپ های تصویر تنگستن بودند که بر سر تلسکوپ گذاشته شده و به داخل بدن فرستاده می شد ، چون این لامپ ها از ابتدا به منظور خاص آندوسکوپی طراحی آن ها هدر می رفت یا به اصطلاح گم می شد و دلیل آن هم این بود که نقاط نورانی خروجی از لامپ (outpur spot) از نظر اپتیکی با ناحیه فعال الیاف فیبر نوری همخوانی کافی نداشتند . به علاوه نور لامپ های تنگستن زرد رنگ است و این موضوع روی ظاهر رنگ بافت تاثیر می گذارد که این پدیده هم به نوبه خود می تواند ظاهر منطقه ملتهب را عوض کند .
منابع نور با شدت پایین ( منابع نور آزمایشگاهی ) و منابع نور با شدت بالا
یک منبع نور استفاده شده برای آندوسکوپی بایستی شرایط زیر را دارا باشد .
1 روشنائی کافی که بتواند میدان دید را به خوبی روشن کند و همچنین خلوص رنگ بالا که از طریق آن بتوان به معاینات و جراحی های آندوسکوپی در نقاط ظریف و حساس بدن پرداخت .
2 تشعشع مادون قرمز که منجر به انتقال حرارت تشعشعی به داخل حفرات بدن می شود تا حد امکان حداقل گردد ( این تشعشعات ممکن است منجر به سوختن بافت در محل تماس با آن شود )
3 الکتریکی منابع تغییر مبدل ها بایستی از پرسنل اتاق عمل کاملا ایزوله شده باشند طوری که هیچ گونه ارتباطی در این بین برقرار نباشد .
4 فن های استفاده شده برای کاستن حرارت نبایستی حجم خیلی زیادی از فضا را اشغال کنند طور که باعث ایجاد اغتشاش (tubulence) و نویز و سر و صدای اضافی بشوند .
با پیشرفت علم آندوسکوپی تقاضای فرایند هایی برای استفاده از منابع نور با شدت بالا صورت گرفت . این منابع امروزه به طور وسیعی در موارد زیر استفاده می شوند :
1 ) اعمال جراحی که در آن ها از آندوسکوپی فیبرنوری از نوع Flexble ( انعطاف پذیر ) استفاده می شود .
2 ) اعمال جراحی که در آن ها از فیبر های نوری انعطاف پذیر با اتصالات مورد نیاز برای مقاصد آموزشی استفاده می شود .
3 ) کاربردهای مستند سازی که ممکن است به صورت سینماتوگرافی یا تلویزیونی باشد .
برای منابع نوری از لامپ های مختلفی مانند گزنون ، کوارتز ، هالوژن ، بخار جیوه و غیره استفاده می شود .
لامپ های هالوژن دارای توان 150 وات هستند و نور زدی ایجاد می کنند و برای حالت استفاده با چشمی مناسب هستند لامپ های metal ، توانی تا حد 250 وات ایجاد می کنند و نور آن ها سفید است . لامپ های زنون توان در حدود 300 وات ایجاد می کنند که این مورد آخر بیشتر در آندوسکوپی قفسه سینه و اطراف قلب که رگ های خونی فراوانی وجود دارند استفاده می شود . زیرا خون تیره رنگ بوده و برای دیدن این نواحی ، باید از منبع نور با توان بالا استفاده شود .
این منابع نور کوچک و فشرده می توانند میدان دید حدود 70 درجه را در فیبرهای اپتیک به وجود آورند .
نور از طریق فیبر نوری از منبع نور سرد به تلسکوپ یا فیبروسکوپ منتقل می شود . علت این که به این منبع نور ، واژه سرد اطلاق می شود آن است که نور در محل دیگری ایجاد می شود و از طریق فیبر به محل منتقل می شود ، بنابراین نور مربوطه گرمائی ندارد .این منابع دو وظیفه اصلی بر عهده دارند . وظیفه اول این منابع تامین انرژی روشنائی مناسب برای انتقال داخل بدن و دوم تامین هوای فشرده مناسب و نیز هدایت آب و هوای فشرده به سر فیبروسکوپ به منظور شستشوی لنزهای انتهائی دستگاه می باشد در یک تقسیم بندی منابع نور سرد بر اساس لامپ استفاده شده در آن ها تفکیک و مشخص می شوند که در قسمت قبل توضیح داده شد .
بافت مورد نظر که توسط آندوسکوپ دیده می شود 2 خاصیت مهم جذب (absorption) و پراکندگی ( Scattering ) را در مقابل نور از خود نشان می دهد :
(Absorption) : تبدیل انرژی مکانیکی به گرمائی هنگام عبور نور از بافت را گویند که علت آن نزدیکی ملکول ها کنار همدیگر و اصطکاک آن هاست .
( Scattering ) : وقتی نور به ذرات بافت برخورد می کند ، اگر ذرات نسبت به طول موج دارای ابعاد کوچک تری باشند هر کدام از آنها پرتو را گرفته و خود را مثل یک منبع تولید نور عمل کرده ، به کلیه جهات انرژی می فرستند . این پدیده در داخل هر بافت اتفاق می افتد نه در مرز مشترک بین دو بافت . پس پراکندگی در تمام جهات رخ می دهد هر دو این خاصیت ها به رنگ نور تابیده شده و طول موج آن بستگی دارند . خون ، طول موج های مربوط به رنگ های آبی و سبز را به شدت جذب می کند به همین دلیل تصویر حاصل از آندوسکوپی ، هنگامی که در بافت خونریزی اتفاق افتاده باشد ، تیره می گردد . همچنین هنگام انجام عمل سیستوسکوپی ( معاینه مثانه ) در مثانه ای که از مایع شستشو پر شده است اغلب داخل مثانه تیره و تار به نظر می رسد که علام Scattering شدید نور تابیده شده است .
آندوسکوپ های rigid ( سخت )
آندوسکوپ ها معمولا در قسمت ابتدائی از یک تلسکوپ یا فیبروسکوپ تشکیل شده اند . فرق تلسکوپ با فیبروسکوپ در این است که فیبروسکوپ قابلیت انعطاف و چرخش را دارد در حالی که در تلسکوپ ، با یک سیستم صلب روبرو هستیم که سر آن قابلیت حرکت کردن ندارد . آندوسکوپ های rigid غیر قابل انعطاف بوده که کاربردهای خاص خود را دارا هستند . در مقابل آندوسکوپ های Flexible ( قابل انعطاف ) برای مواردی که مسیر آندوسکوپی در بدن دارای پیچ و خم زیادی است استفاده می شوند مثل گاستروسکوپی یا برونکوسکوپی
این آندوسکوپ ها از قسمت های اصلی زیر تشکیل شده اند :
1 سیستم نوری
2 قسمت مکانیکی که روی سیستم نوری نصب می شود و آن را از آسیب های خارجی محفوظ نگه می دارد .
3 سیستم هدایت نوری داخل آندوسکوپ برای روشن کردن مسیر ، حین عمل آندوسکوپی
استفاده از لنزهای ساده
آندوسکوپ های قدیمی با هدف افزایش زاویه دید بافت با استفاده از لنزهای معمولی با قطر کم ساخته می شدند . با استفاده از لنزها در فواصل مناسب ، بافتی که در فاصله معین قرار گرفته تصویر بزرگ تری در چشم ایجاد می کند نسبت به زمانیکه نخواهیم از لنزها استفاده کنیم . این تصویر با استفاده از یک یا چند رله انتقال داده می شود .
آندوسکوپ های با لنز های میله ای ( نسل بعدی آندوسکوپ ها )
با جایگزینی لنزهای میله ای به جای لنزهای ساده قبلی نسل جدید آندوسکوپ ها شکل گرفت که با نام HopKins rod lens endoscope ثبت شده است و در حال حاضر متداول ترین طرح در سیستم های نوری به شمار می رود .
طول لنز های به کار رفته در تلسکوپ به چند سانتیمتر رسیده و لنزهای میله ای هاپکینز شکل می گیرد ( لنزهای میله ای بلند و فشرده )
در سیستم قدیمی فضای خالی بین لنزها بسیار زیاد است نور اسکتر شده ( پراکنده ) به دیوارهای داخلی برخورد کرده به نوبه خود پراکنده می شود و به این ترتیب از وضوح تصویر می کاهد . در حالیکه در سیستم جدید با قطر بسیار کوچک تر و انعکاس نور بسیار بیشتر ، تصویر روشن تر و واضح تری ایجاد کرده ، زوایه دید وسیعی دارند .
نکته مهم قابل ذکر دیگر غلافی است که این لنزها را می پوشاند . اگر این غلاف پوششی باشد که خاصیت شدید بازتابندگی نور را داشته باشد مقدار زیادی از نور در تلسکوپ هدر می رود و یا به اصطلاح گم می شود این مساله هنگامی نمود بیشتری پیدا می کند که ما مجبور باشیم مثلا از 30 سطح غلاف پشت سر هم استفاده کنیم . پس خاصیت بازتابنگی این غلاف ها بسیار در طراحی تلسکوپ ها مهم می باشد .
فیبرهای نوری و فیبروسکوپ ها
میله های شیشه ای خاصیت فیزکی هدایت نور را دارند . چنانچه قرار باشد از یک دسته فیبر برای گسیل تصویر از داخل بدن استفاده شود باید عوامل مختلفی در نظر گرفته شود . بر اثر جذب و پراکندگی نور در شیشه از شدت آن کم می شود و مقدار کاهش نیز به طول مورد بستگی دارد . امروزه روش های ساخت چنان است که در طول مورد نظر برای مشاهده اجزای درونی بدن میزان اتلاف نور بسیار کم است . همچنین در هنگام ورود و خروج نور از فیبر و در ضمن بازتاب ها در امتداد طول فیبر ، اتلاف نور پیش می آید . برای این منظور سیستم 2 قسمتی شامل یک بسته و یک سیستم محافظت با صفحات پوششی ( Cladding ) با شاخص های انکساری متفاوت مورد نیاز است.
انتقال نور از طریق فیبر نوری از قوانین بازتابش و شکست پیروی می کند . اگر پرتویی از داخل محیط با ضریب شکست بالاتر به مرز آن محیط با محیطی دیگر بتابد ، در صورتیکه زوایه تابش بیش از حد خاصی باشد ، نور به طور کامل به محیط اول باز می تابد . به این پدیده انعکاس کلی می گویند و در واقع مبنای انتقال نور در فیبرهای نوری است . هر فیبر نوری از دو لایه ساخته شده است که لایه بیرونی ضریب شکست کمتری دارد و ضریب شکست محیط درونی کم تر است . اگر نور با زوایه مناسب ( که از طریق دستگاه های نوری مثل عدسی ها و آیینه ها تامین می شود ) به محیط درونی تابانده شود درون آن به دام خواهد افتاد .
لنزهای ذکر شده در قبل نیز تصویر را به وسیله فیبرهای نوری به قسمت چشمی تشکیل شده و پزشک می تواند آن را مشاهده کند .
اگر میله های شیشه ای به اندازه کافی بازیک شوند یک مسیر هدایت نوری قابل انعطاف از مواد شکننده و نازک خواهیم داشت که فیبر شیشه ای نامیده می شود (Glsaa fiber ) کارل اشتورز این خاصیت انتقال نور را برای روشنایی آندوسکوپ ها معرفی کرد . برای این منظرو الیافی از فیبرهای شیشه ای غیر چسباک و منظم را استفاده کرد فیبرهای شیشه ای تقریبا دارای قطر 10 میکرومتر هستند . اگر فیبرها نازک تر از این باشند درون رنج طول موج های نور معمولی قرار می گیرند ( نور قرمز : 8/0 میکرومتر ) . در این قطرها ، فیبرهای شیشه ای دیگر به عنوان یک لوله برای انتقال نور عمل نمی کنند و distortion و اتلاف نور بارزی اتفاق می افتد . چنان چه قطر فیبر خیلی کم باشد ، آثار پراش با گسیل خطی تداخل پیدا می کند . به همین خاطر از لحاظ قطر محدودیت دارند .
انتقال تصویر
اگر هر کدام از فیبرها داخل یک ماتریس منظم قرار داده شوند انتقال تصویر را خواهیم داشت . این مفهوم همان است که image waveguide ( هدایت تصویر ) نامیده می شود . این ماتریس منظم شده قابل انعطاف است و دارای عناصر مرکزی و المان های ارزشمند بسیاری است که یک فیبروسکوپ را تشکیل می دهد . فرآیند ساخت فیبروسکوپ ها بسیار هزینه بر است . در حدود 20000 فیبر نوری منظم ( الیاف فیبر نوری ) در یک image waveguide شرکت دارند .