광학 기술이 실제로 위장관 진단에 도움이 될 수 있나요?

영상 기술과 내시경 기술 모두 육안으로 직접 볼 수 없는 것들을 엑스레이, 초음파, 광섬유 기술을 통해 의사에게 제시해 주므로 의사는 더 이상 배를 통해 추측할 필요가 없다. 진단의 정확성은 전통적인 병력 및 신체 검사와 비교할 수 없습니다. 현대의학의 위장질환 진단의 발전은 광학기술의 발전과 불가분의 관계입니다.

내시경 진단을 향상시키는 광학 기술의 주요 방법 중 하나는 해상도를 높이는 것입니다. 사진에 익숙한 사람이라면 해상도가 카메라에 어떤 의미인지 알 것이며, 해상도는 내시경에도 중요합니다. 동일한 내용의 디지털 사진은 해상도가 높으면 더 크게 인쇄할 수 있고, 해상도가 낮은 디지털 사진은 더 작게 인쇄할 수 있습니다. 따라서 웨딩 사진 매장의 사진은 해상도가 높아야 포스터 크기로 인쇄할 때 매우 선명해집니다. 일반 카드 기계로 촬영하면 포스터 크기로 인쇄할 때 모자이크가 나타납니다. 사진에 대해 아무것도 모르신다면 인터넷에서 영화를 다운받으셨겠죠? 종종 수십 기가바이트에 달하는 고화질 영화가 비디오 웹사이트의 소위 표준 화질 영화와 다를 수 있습니까? 실제로 내시경 진단은 실시간 동적 관찰을 통해 내시경 진단이 이뤄지고, 저장된 영상은 주로 기사 작성이나 회의에서 연설할 때 사용하는 영상 스크린샷이기 때문에 영화에 가깝다.

내시경의 해상도가 높을수록 더 자세한 내용을 볼 수 있는데, 위장병 진단에 무슨 소용이 있을까요? 정말 유용해요. 이전의 조기 위암 진단에 관한 기사를 읽어본 친구들은 이미 알고 있을 것입니다. 위 내시경 검사의 중요한 의미는 증상이 없는 조기 위암을 발견하는 것입니다. 초기 위암은 진행성 위암에 비해 면적이 더 작고, 표면이 기본적으로 주변 정상 점막과 평행하며 뚜렷한 돌출이나 함몰이 없습니다. 하지만 잘 살펴보면 이곳은 주변과는 다르다는 것을 알 수 있다. 왜 다른가요? 다른 점은 위 구덩이입니다. 위내시경으로 보면 위점막은 매우 매끄러우나, 확대하거나 해상도가 충분히 높으면 전혀 매끄럽지 않은 규칙적으로 배열된 함몰된 구멍이나 자갈 같은 돌기물이 있는 것을 볼 수 있습니다. 위는 정상적인 위 구덩이입니다. 암세포의 침입으로 인해 초기 위암의 위구덩이는 매우 불규칙해지거나 심지어 완전히 사라지게 됩니다. 상대적으로 해상도가 낮은 구식 위내시경을 사용한다면 이러한 미묘한 변화를 감지하지 못할 수도 있습니다. 대형 디스플레이 화면과 결합된 새로운 고해상도 위 내시경은 위의 오목한 부분을 명확하게 표시할 수 있습니다. 이러한 변화는 자연스럽게 감지하기가 더 쉽습니다. 처음으로 고해상도 내시경을 사용하는 느낌은 '왕의 귀환' 고화질판을 처음 봤을 때와 같았고, 모든 수병들은 목에 역겨운 스카프를 두르고 있었다. 이전에는 일반 DVD를 여러 번 시청했지만 억압하는 사람들은 관심을 기울이지 않았습니다.

확대내시경은 고해상도 내시경을 기반으로 개발됐다. 그러나 일부 고해상도 내시경에는 이러한 기능이 장착되어 있지만 대부분은 그렇지 않습니다. 고해상도 내시경은 자동 초점 기능을 갖추고 있으며 대상과 렌즈가 점점 가까워질수록 초점을 자동으로 조정하여 이미지를 선명하게 유지합니다. 더 선명하게 보려면 가까이 다가가야 하지만, 너무 가까이 다가가면 자동 초점이 불가능해 초점 거리를 고정해야 합니다. 확대 내시경이 매우 가까우면 또 다른 고정 초점 거리가 활성화됩니다. 이 초점 거리는 자동으로 조정될 수 없으므로 내시경을 장착할 때 점막과 렌즈 사이의 고정 거리를 유지하기 위해 투명 캡을 추가해야 하는 경우가 많습니다. 위 점막.

해상도를 높이는 방법은 주로 렌즈의 개선에 달려있습니다. 디지털 카메라의 픽셀값이 급격히 증가하는 것과 함께 내시경 렌즈의 픽셀값도 지속적으로 향상되어 왔습니다. 처음에는 수십만 픽셀에서 오늘날에는 수백만 픽셀로 늘어났습니다. 하지만 광원인 내시경의 해상도를 높이는 또 다른 방법이 있다. 인체 내부를 관찰하기 위해서는 충분한 광원이 제공되어야 하며, 그렇지 않으면 완전히 어두워져 질병 진단은커녕 진입조차 불가능하게 된다. 내시경의 광원은 적색, 녹색, 청색 광원을 적절한 강도로 혼합하여 얻은 백색광으로, 위점막의 각 층은 3색광의 흡수와 반사율이 달라서 영상을 형성합니다. 인간의 점막 조직은 본질적으로 무색이며, 그 색은 혈액의 헴 때문입니다. 세 가지 빛의 색 중에서 빨간색 빛은 파장이 가장 길고 투과력이 가장 강한 반면, 파란색 빛은 파장이 가장 짧고 투과력이 가장 약합니다. 파장이 짧을수록 생성되는 픽셀의 수가 작아지고, 단위 면적당 픽셀 수가 많아져 해상도가 높아집니다. 이 원리를 바탕으로 올림푸스는 협대역 이미징 기술 개발에 앞장섰습니다. 내시경이 광원에 들어가면 백색광에서 단색의 청색광으로 전환될 수 있으며, 이는 스펙트럼의 대역폭을 좁은 범위로 제한합니다. 이렇게 하면 밝기는 감소하지만 해상도는 향상됩니다.

그러나 협대역 이미징의 중요성은 이보다 더 뛰어납니다. 여기에는 광학의 또 다른 측면인 대비가 포함됩니다. 대비란 무엇입니까? 의미가 없나요? 예를 들어 아래 두 그림에는 각각 100개의 점이 있습니다. 첫 번째 사진에 빨간색과 파란색이 몇 개 있는지 물어보면 지금은 대답하기 어려울 수도 있으니 잘 세어봐야 할 것 같아요. 하지만 두 번째 사진이라면 빨간색 반, 파란색 반이 각각 50개씩 있다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 작은 점들을 분류해 가지런히 배열한 뒤 혼란스러운 배열이 레이어로 바뀌면서 서로의 간섭이 사라지기 때문이다. 백색광을 사용하면 자연상태와 일치하는 이미지를 얻을 수 있지만 다양한 색상의 빛의 빛 투과도가 다르기 때문에 깊고 얕은 정보가 혼합되어 일부 세부 사항이 모호해질 수 있습니다. 입사 광원의 스펙트럼을 좁힌 후 빛은 얕은 층에만 도달할 수 있으므로 깊은 층의 간섭 없이 얕은 세부 사항이 더 명확하게 표시됩니다. 위 중심와(gastric fovea)의 변화는 피상적입니다.

21세기에 들어와 내시경 기술은 처음으로 레이저를 입사광원으로 활용했다. 사실 이는 새로운 것이 아니다. 레이저 초점현미경이라 불리는 실험실에서 흔히 사용하는 일종의 현미경을 소형화해 내시경과 일체화한 것에 불과하다. 왜 레이저를 사용하나요? 먼저 레이저의 특성을 이해해야 합니다. 첫째, 일반 빛에 비해 레이저 빛은 발산이 적고 투사 위치에 더 정확하게 도달할 수 있습니다. 둘째, 레이저 스펙트럼의 주파수가 더 균일하고, 여기된 레이저의 색상이 더 순수하며, 더 작은 픽셀을 얻을 수 있습니다. 첫 번째 기능을 사용하면 관찰된 점막 조직을 층별로 스캔할 수 있으며 스캔 두께는 수 마이크론에 불과합니다. 이렇게 하면 무슨 소용이 있나요? 꼭 잘라야 하는 병리검사와 같은 의미이다. 인체 조직은 불투명하기 때문에 블록으로 보면 표면만 보일 뿐 내부를 분석해 빛이 투과될 정도로 얇게 잘라 3차원 조직을 2차원 조직으로 변환하는 작업이 필요하다. -관찰할 수 있는 차원 이미지. 그리고 두 번째 기능을 사용하면 해상도를 더 높은 수준으로 높일 수 있습니다. 확대형 내시경은 100배까지만 확대할 수 있으며, 그 이상 확대하면 모자이크 현상이 나타납니다. 그러나 특수 초점 내시경은 최대 500~1,000배까지 확대할 수 있으며 이는 일반 현미경의 능력에 도달하거나 그 이상입니다. 위 중심와는 물론, 세포와 모세혈관까지 선명하게 표시할 수 있습니다. 기존의 고속 스캐닝 프로브형 ***초점 현미경은 모세혈관에서 굴러다니는 적혈구의 역동적인 영상도 표시할 수 있습니다. 나는 이전에 과학과 교육 영화에서만 이것을 본 적이 있었습니다. 모든 사람들이 초점 미세내시경이 임상에서 얼마나 효과적인지에 대해 여전히 의구심을 갖고 있지만, 이는 의심할 여지없이 내시경 분야의 현재 광학 기술을 궁극적으로 보여주는 것입니다.

렌즈와 광원 기술이 위 질환 진단을 위한 탄약을 제공한다면, 현대 광섬유 전송 기술은 이러한 탄약을 발사하는 도구입니다. 앞서 언급했듯이 인간의 위장관은 칠흑같이 어두워서 선명하게 보려면 광원이 있어야 합니다. 광섬유 기술 이전에는 입사광과 반사광이 모두 직선으로만 이동할 수 있었기 때문에 내시경은 직선으로만 움직일 수 있었습니다. 위내시경을 수행하는 것은 무술 쇼에서 칼을 삼키는 것과 같았으며 환자가 머리를 세게 뒤로 젖혀야 했습니다. 그것은 매우 고통스러웠습니다. 대장내시경? 그것에 대해 생각조차하지 마십시오. 광섬유 기술을 적용하면 빛이 곡면 렌즈 본체를 따라 손실 없이 전파될 수 있어 유연한 내시경이 현실화됩니다. 소화기 내시경 외에도 기관지경, 방광경 검사 등도 광섬유 기술의 이점을 누릴 수 있습니다.

물론 광학기술은 도구일 뿐이다. 질병을 진단하려면 의사의 주관적인 판단에도 의존해야 합니다. 예를 들어, 위구덩이나 결장선와 같은 표면 미세구조의 변화는 정상, 염증성, 전암성 병변에서 암에 이르기까지 규칙적인 패턴을 따릅니다. 이러한 규칙은 병리학에 대한 이해를 바탕으로 전문가의 장기간 관찰을 통해 요약한 후, 학술회의, 교육, 논문 출판을 통해 전 세계 내시경 의사들이 학습하고 숙달하며 실제로 검증됩니다. 모든 사람이 이러한 규칙이 실제로 실현 가능하다는 것을 알게 되면 그 규칙은 교과서와 안내서의 단어가 됩니다. 실현 가능하지 않다면, 아무리 큰 소리로 외쳐도, 고위 관료들이 얼마나 많이 지지하든, 국가상을 받든, 대부분의 임상의는 여전히 이를 포기할 것입니다.

(저자: lw56102, 건강한 중국인 네트워크 편집장, 대중과학 작가)