J Biomed Eng Res:335-343 2010 지영준 우지환 Current and Future Technologies for a Gastrointestinal Endoscopy Youngjoon Chee Jihwan Woo Dept of Biomedical Engineering University of Ulsan Ulsan Korea (Received September 13 2010 Accepted September 18 2010 This article presents a review of technologies for an endoscope The classification according to the clinical applications and the imaging modalities are summarized The major parts are focused on describing the gastrointestinal endoscope s structures and mechanisms The details of the image enhanced endoscopic techniques such as NBI(narrow band imaging OCT(optical coherence tomography and EUS (endoscopic ultrasound are also explained Finally the trend of NOTES(natural orifice transluminal endoscopic surgery which is new fusion technology in the field of endoscopic diagnosis and surgery is introduced endoscope gastrointestinal endoscope image enhanced endoscope electronic endoscope NOTES spectral imaging Ⅰ 서 론 medicine (endoscope (minimally invasive (gastroscope (colonoscope (gastrointestinal endoscope Corresponding Author : 우지환 울산광역시 남구 대학로 102 울산대학교 의공학과 Tel : +82-52-259-1308 / Fax : +82-52-259-1306 E-mail : jhwoo@ulsanackr 본 연구는 한국연구재단에서 시행하는 일반연구자 지원사업(2009-0064912 의 지원으로 수행되었음 Ⅱ 내시경의 종류와 용도에 따른 분류 (endoscope (endo- (scope (rigid endoscope (flexible endoscope ( (rodlens Vol 31 October 2010 335
Current and Future Technologies for a Gastrointestinal Endoscopy (laparoscope (arthroscope (sinuscope 50mm-300 mm (cystoscope 19mm-10mm 1 1990 device (charge coupled ( (field of view angle ( 135 2-3 bar 10-15 (autoclavable 1980 coherent fiber bundle fiber bundle (image guide using (light source (illumination [12] (coherent fiber bundle 1980 ( CMOS 이경(耳鏡 Otocope 비경(鼻鏡 Sinuscope 위내시경(衛內視鏡 Gastroscope : 식도와 십이지장을 합하여 후두경(喉頭鏡 Laryngoscope ESD(esophagus-Stomach-Duodeno Endoscope이라고 부르기도 함 복강경(腹腔鏡 Laparoscope 방광경(膀胱鏡 Cystoscope 대장경(大藏鏡 Colonoscope 관절경(關節鏡 Arthroscope 소화기 내시경으로서 과거에는 Fiber Bundle을 로드렌즈를 사용한 경성경 사용하였으나 현대에는 거의 사용하였으나 현대에는 거의 전자식 촬상소자방식으로 바뀌어 전자내시경으로 부르기도 함 그림 1 인체 사용 부위별 내시경의 명칭과 분류 Fig 1 Variations and classifications of endoscopes 336 J Biomed Eng Res 5-10 (fiberscope 3-5mm
Youngjoon Chee Jihwan Woo 조절부 선단부 굴절부 연결부 그림 2 소화기 내시경의 외관과 부위별 명칭 Fig 2 Gastrointestinal endoscope and its divisions according to the functions Ⅲ ( 90% 3 소화기 내시경의 구조와 이에 필요한 기술 2 [3] (1 (distal tip (2 (bending part (3 (control part (4 (connection part [3] A 선단부(distal tip 3 ( ( (biopsy (instrumentchannel / [13] 9-12mm 3 9-10mm 3-4mm 광섬유다발 물분사튜브 선단부 플라스틱 캡 조명용 광섬유 조명용 렌즈 물분자 대물렌즈 물/ 공기 노즐 물/ 공기 튜브 촬상소자( 촬상소자 유닛 기구통로 그림 3 선단부 전면과 내부 구성도 Fig 3 Front view and cross-section view of the distal tip in a gastrointestinal endoscope Vol 31 October 2010 337
Current and Future Technologies for a Gastrointestinal Endoscopy 1/6 definition 40 SD(standard (sensitivity CMOS (leakage 3-100mm (iris (sensitivity range ( (dynamic C 기타 부위 B 굴절부와 방향조절 휠 2 / (suction 4 (wire Up 210 Down 90 Left/Right 180 (endoscopist 4 (hand-eye coordination 흡인기 제어밸브 물/공기 기구 밸브 제어밸브 (생검기구 통로 노즐 물병연결튜브 물공급채널 물분사채널 광원 연결부 광원장치 물분사 연결 램프 공기 통로 흡인 튜브 흡인기 연결부 공기 펌프 물병 그림 4 내시경 내부의 배관구조 Fig 4 The internal tubes in a gastrointestinal endoscope 338 J Biomed Eng Res
Youngjoon Chee Jihwan Woo 모니터 16:9 소화기 내시경 HD-SDI(high definition serial digital interface HDMI(high definition multimedia interface DVI(digital video interface HD SD HDTV HD HD [47] 광원장치와 영상처리장치 기록저장장치 프린터 내시경 카트 B 스펙트럼 영상화 (white light 그림 5 소화기 내시경 시스템 Fig 5 Endoscope system including light source and visualization equipment (chromoend oscopy NBI (narrow band imaging [48] Xenon short arc (monochrome Red Green Blue Red Green Blue 5 415nm 540nm R/G/B (pseudo-color NBI NBI Ⅳ 새로운 영상화 기법 6 RGB A 고해상도 내시경 (High Definition Endoscope 3 (sequential method NBI 415nm 540nm pseudo-color Pentax Fujinon 100000-400000 SD(standard definition HD(high definition 100 1080i 720p HDTV (native resolution Vol 31 October 2010 339
Current and Future Technologies for a Gastrointestinal Endoscopy NB 필터 B NBI 광원 NBI 영상 415nm 백색광원 R G 540nm RAMDAC 모니터 광원장치 통상의 컬러 RGB 영상 영상처리장치 그림 6 스펙트럼 영상화를 위한 광원장치와 촬상소자 작동방식 Fig 6 Light source and operation mechanism for spectral imaging and normal color image RCB [56]NBI (spectral imaging Pentax i-scan Fujinon FICE (auto fluorescence imaging AFI multimodal endoscope C 초음파 내시경(endoscopic ultrasound 과 OCT(optical coherent tomography (tomography (instrument channel (single element ultrasound transducer (radial image [13](endoscopic ultrasound EUS 7 (optical coherent tomography OCT OCT 그림 7 내시경용 초음파 트랜스듀서와 획득 영상의 예 Fig 7 An endoscopic ultrasound transducer and its image 340 J Biomed Eng Res
Youngjoon Chee Jihwan Woo 7 250 500 500 그림 8 공초점 현미-내시경 좌측 상단은 점막에 선단부를 대어 조직의 횡단면 영상을 얻는 모식도와 공초점 현미-내시경의 선단부 전면을 묘사하고 있으며 우측에깊이에따른 횡단면획등영상을표현함 좌측하단은일반적인현미경조직검사영상이고 우측이공초점현미-내시경을통해 획득한영상의예 Fig 8 Schematic of a confocal microscope By probing the mucosal tissue using a confocal micro-endoscope(upper left each horizontal plane (upper right can be acquired A typical histological image (lower left and a horizontal section image (lower right by the microendoscope are shown D 공초점 현미-내시경 (confocal microendoscope LED CMOS (biopsy (dichromatic mirror (confocal microscope ( PENTAX 0-250μm 500μm 500μm Ⅴ 기계 장치를 이용한 새로운 내시경 기술 [12] 8 E 캡슐형 내시경 10mm (cold light source Vol 31 October 2010 341
Current and Future Technologies for a Gastrointestinal Endoscopy Electrohydraulic deflection Driving unit Inverted sleeve Endoscope Sheath Handheld device Working channel Camera head 그림 9 Invendo Medical사의 새로운 삽입 및 굴절 방식과 전동화된 조절장치가 구현된 대장내시경(colonoscope Fig 9 Colonoscope from Invendo GmbH Germany LED (light emitting diode (multi-modal endoscope LED LED 9 [11] Invendo Ⅵ 내시경 개발 기술의 방향 HD (nasal endoscope (endoscopic surgical instrument NOTES (natural orifice trans-luminal endoscopic surgery [910] (biopsy notes (Minimally Invasive Surgery NOTES NOTES (hybrid - Ⅶ 소화기 내시경의 국산화 (optical biopsy 342 J Biomed Eng Res
Youngjoon Chee Jihwan Woo 3 3 3 IT NOTES Optical Biopsy NOTES 참고문헌 [1] PB Cotton and CB Williams Practical Gastrointestinal Endoscopy5 th edmassachusettsusa:blackwellpublishing Ltd 2003 pp6-16 [2] MVSivakGastrointestinalEndoscopy2 nd edpennsylvania USA: Saunders Company 2000 pp 16-49 [3] J Baillie MB and W Salem The endoscope Gastrointestinal Endoscopy vol65 No6 pp886-893 2007 [4] A Larghi PG Lecca and G Costamagna High-resolution narrow band imaging endoscopy Gut vol57 pp976-986 2008 [5] Hiroyuki Osawa MD Mitsuyo Yoshizawa H Yamamoto et al Optimal band imaging system can facilitate detection of changes in depressed-type early gastric cancer Gastrointestinal Endoscopy vol67 pp226-234 2008 [6] S Takeuchi K Abe and D Ayame Endoscopic Apparatus US2006/0197830 USPTO [7] ASGE Technology Committee High-resolution and highmagnification endoscopes Gastrointestinal Endoscopy vol69 No 3 pp399-407 2009 [8] K Kuznetsov R Lambert and JF Rey Narrow-Band Imaging: Potential and Limitations Endoscopy vol38 pp76-81 2006 [9] M Kevin W Reavis and S Melvin Advanced endoscopic technologies Surgical Endoscopy vol22 pp1533-1546 2008 [10] WM White GP Haber MJ Doerr et al Natural orifice translumenal endoscopic surgery Urol Clin North Am vol36 No2 pp 147-55 2009 [11] H Tajiri Future perspectives of gastrointestinal endoscopy and joint academic-industrial research following technological innovation in medical and biological engineering Digestive Endoscopy vol17 pps97-s104 2005 [12] O Watanabe T Ando O Maeda et al Confocal endomicroscopy in patients with ulcerative colitis J Gastroenterol Hepatol vol23 ps286-902008 [13] ASGE Technology Committee Endoscopic ultrasound probes Gastrointestinal Endoscopy vol63 No 6 pp751-754 2006 Vol 31 October 2010 343