五、医生的好助手

1.窥视内部的镜子

今天许多种类的内窥镜已应用于临床诊断。由于优良的光源和光导系统，使得精确的观察成为现实，手术可以在电视屏幕下操作，并获得优质的屏幕影像和内窥镜手术成像资料。

世界上第一个内窥镜是1853年法国医生德索米奥创制的。最早的内窥镜被应用于直肠检查。医生在病人的肛门内插入一根硬管，借助于蜡烛的光亮，可以用肉眼直接观察直肠的病变。这种方法所能获得的诊断资料有限，病人不但很痛苦，而且由于器械很硬，造成穿孔的危险很大。尽管有这些缺点，内窥镜检查仍一直在继续应用与发展，并逐渐设计出不同用途与不同类型的器械。爱迪生发明灯泡后，内窥镜有了很大发展。但由于培养一个内窥镜医师需要许多年时间在实验室用很讲究的方法训练抱头技术。通过开放的管口很难看清病变和组织结构，而且没有示教镜。由一个小灯泡发光产生的光亮度很暗以致看不清楚，如果加强亮度，灯泡立刻断丝熄灭。

Storz-Hopkins内窥镜的使用则改变了这种情况。1911年Storz在德国的Tuttlingen出生，他的父亲建立了Gebruder Storz工厂。经过家族工厂的三年产品制作训练，随后他到德国的Leipzig工作。1945年二战以后，他返回家乡，父子俩组建了Karl Storz公司。在那个年代，德国只有三家制作耳鼻喉科器械的工厂，Storz很快生产了小的耳镜、鼻镜和喉镜的器械，然而市场打不开，因为在1949年政治改革以前，没有人愿意和德国人做交易。

不久他的主要兴趣转到光学系统上，观察眼震的French镜是当时的一个开拓。法国巴黎的肺科医师Lemoine已经使用当地Chantill和Drapier生产的硬管支气管镜，获得了良好的视野。Forrestier改进了光照设计，采用自动聚焦的灯泡和2mm厚的石英棒导光。Storz认识到有两种方式必须加以改进，以提供更好的内窥镜和图片资料：一是改善光学系统，提高显像程度；二是通过特殊的光导设备，提高照明程度。

过去许多年间，人们已经进行了大量的研究工作。1806年，Bozzinip（1773—1809）描述了照进肠腔的光学产品。巴黎的外科医师Desormeaux AJ.（1815—1894）发明了word内窥镜。Nltze MFC（1848—1906）和Leiter J（1830—1892）改进了膀胱镜。Marsh发表了关于支气管镜的优秀的文章。主要的技术难点是生产合适的光照而不影响视觉。阳光、蜡烛光、燃油和煤气灯都曾成功地使用过。巴黎的Trouve G（1873）首次使用了发光的铂金线作为体内的光源。Edison T（1847—1931）于1880年将小灯泡引入彻底改进的内窥镜。不需要冷却系统的迷你灯泡被安置在内窥镜的末端。然而这些灯泡太娇嫩，寿命短，一次检查过程中常常需要更换2～3次。

1959年英国Reading大学教授Hopkins HH博士发明了一种影响深远的棒状光学系统，获得了大不列颠专利，但是没有人对此感兴趣。1965年，Hopkins在德国的Photokina举行的摄影展览会上展示了他的发明。Storz立刻认识到新透镜系统的前景，仅仅几天后签订了合同，使得Storz-Hopkins内窥镜的生产得以实现。

同时，在1960年，Storz参加了荷兰的一个大会，被美国胃肠科医师展示的具有柔韧性的玻璃纤维胃镜原型所震惊。展示的是一个2cm宽、4m长的纤维光学系统，在末端有一个简单的灯泡照明，从这系统的一端可以看到末端的火柴盒。因此，玻璃纤维就用于引导视觉信息，然而Storz认识到这个系统被用作导光的目的，于是他申请了光导纤维系统与棒状透镜光学系统结合这一构想的专利。^［11］

棒状光学系统是在光轴内用玻璃棒替代小的透镜，改善了变形、反差、亮度，提供了宽视角和更小的直径。该系统还采用了明亮的光源，通过玻璃光导纤维沿光轴独立地传入窥镜末端，与视觉系统分离。

第一个这样的内窥镜原型在全欧洲的许多会议上展示过。外科医师和厂家之间的不断合作，进一步改进了这种诊断和手术设备，并且在相当大程度上影响了新的手术解剖技术和领导微创手术潮流。内窥镜的发明影响了许多专业，如胃肠科、泌尿科、神经外科、妇产科。

2.记录心脏活动的仪器

心电图（electrocardiogram，ECG）是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期所产生电活动变化的曲线图形，反映着心脏的电活动。它的发明与发展和许多科学家不懈的努力紧密联系在一起。

1745—1746年间，荷兰的Musschenbroek和波美拉尼亚的Ewald Georg Von Kleist制成了一种可以贮电和放电的莱顿瓶（Leyden jar），并进行了有关电的人体实验。Musschenbroek亲自将自己的双手用导线连接到莱顿瓶上，当放电的一瞬间，他感到了一种难以形容的恐怖感，这是人类对电进行试验性亲身感受的最早尝试之一。18世纪下半叶，人们开始研究电对生物组织的作用。1791年，意大利的解剖学家Luigi Galvani在解剖青蛙的实验中，发现切下来的蛙腿若碰到电器发出的火花就猛然抽动；而当电器开动时，即使不直接接触电火花，只用金属解剖刀触一下也是如此。于是得出结论：动物体内有肌肉电流。尽管这种说法后来被证明是错误的，它还是为人类进一步研究生物神经冲动的传导奠定了基础。

19世纪上半叶，电生理学研究又有了进一步的发展。1832年以来，意大利生理学家Carlo Matteucci进行了一系列有关蛙肌肉收缩方面的实验，发现一切正在收缩的肌肉都可以产生电流，并对Galvani的蛙标本作了修改，制成“检电蛙”，将其连接在被检验的肌肉上，如能引起前者收缩，证明有电流传导。德国的Emil Du Bois-Reymond等生理学家进一步证实了上述发现，并提出了“动作电位”的概念。1856年，德国沃尔兹堡的两位学者Von Kolliker和Muller使用“检电蛙”研究了心脏的动作电位，但是检电蛙标本只能记录到心脏电活动的出现和缺失，要对这种生物电活动的各种变化进行长时间的连续记录，则需要设计新的仪器。1873年，法国物理学家Lippmann发明了毛细管静电计后，法国生理学家Marey很快认识到，其灵敏度和反应速度非常适合于记录迅速变化着的生物电活动，于是设计了和这种仪器相匹配的光学记录系统，并于1876年对动物的心电活动作了记录。而将毛细管静电计用于对人的心电研究是由英国生理学家Desire Waller进行的。1887年，Waller在伦敦圣玛丽医院以自己为实验对象，将右手和左脚放入一对装有盐溶液的水盆里，同时连通溶液与静电计，他看到仪器上的水银柱伴随着心脏跳动而发生搏动，记录下第一幅人类的心电图。但是Waller应用的毛细管静电计相对粗糙，记录的图形只有心室波（称为V1波、V2波），且波形太小、不稳定、不易辨认，心房波则记录不到。1895年，荷兰生理学家爱因托汶（Willem Einthoven）在重复Waller的实验过程中，试着应用一种数学矫正方法获得了更为清晰的图形，并将其记录的心电波形分别标记为P、Q、R、S、T波（1904年，又在T波后记录到另一波——U波）。但由于每次的记录均须进行数学矫正，使用起来非常麻烦，所以临床仍然得不到广泛的应用。^［12］

1901年，爱因托汶发现减小弦线的重量可以增加电流计的灵敏度，于是采用了外表镀银的直径只有3微米的石英丝为弦线，发明了弦线型电流计。纤细的镀银石英弦线悬浮在两侧的磁铁之间，当有电流通过时，弦线便会来回摆动，用光源显微放大镜将摆动的过程投射到以25mm/s的速度运行的记录胶片上形成的心电振幅波形即心电图。最初设计制造的弦线式电流计重达600磅，装满座落在离莱顿大学附属医院一英里远的研究室中的一整间屋，为医院病人测量心电图时，需用很长的信号线将仪器与远方的病人连接起来才能进行。

爱因托汶发明的心电机(www.daowen.com)

爱因托汶认为，人体几乎是一个圆柱形的容积导体；右肩、左肩及左下肢是这个圆柱体中距离互相均等的3个点；心脏与上述3个点在同一平面上；心脏的激动过程是位于体腔中心的一对电偶。1903年，他将位于患者右臂、左臂和左腿的电极两两联接后再连接到弦线式电流计上，结果记录出图形稳定、振幅较高的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ标准导联心电图。1934年，美国教授Frank Wilson等人提出了疑问，认为这些导联的心电图只反映了心脏额面电活动的特点，并未反映出水平面的电活动情况，于是提出了单极肢体导联（VR、VL、VF）。1938年，英国心脏病协会与美国心脏学会联席会议上，胸前导联（V1～V6）被提了出来。1942年，Emanuel Goldberger在Wilson的研究基础上增加了单击肢体导联的电压，形成单极加压肢体导联（aVR、aVL、aVF）。1960年，第一个专用心电图波形自动识别系统建立起来，从此心电图仪进入到数字化发展的新时代。

注释：

［1］胡红一主编.中外医学发展简史.西安：第四军医大学出版社，2006：51

［2］傅维康撰.医药文化随笔（增订版）.上海：上海古籍出版社，2006：277

［3］文历阳主编.医学导论（第三版）.北京：人民卫生出版社，2008：13

［4］刘学礼著.诺贝尔奖百年鉴，蛇杖生辉：临床医学与药物.上海：上海科技教育出版社，2001：146

［5］张瑞琨著.教育生涯录——教育科学、自然科学史、自然辩证法文选.上海：华东

师范大学出版社，2008：106

［6］杨建邺著.科学的双刃剑：诺贝尔奖和蘑菇云.北京：商务印书馆，2008：15

［7］董树岩.中国光学史.湖南：湖南教育出版社，1986：152

［8］张里仁主编.医学影像设备学.北京：人民卫生出版社，2000：4

［9］谢振声.吴莲艇与中国第一台X线诊断仪.中国科技史料，1992，13（3）：34-36

［10］刘战存，王立军，吴继光.CT技术发明的历史回顾.首都师范大学学报（自然科学版），2008，29（3）：29

［11］迟放鲁编译.20世纪革命性的发明——内窥镜发展史.中国眼耳鼻喉科杂志，1998，3（5）：242-243

［12］王斌全，赵晓云.心电图的发明与发展.护理研究，2008，22（11）下旬版：3101