A colonoscope has to do four unrelated jobs at the same time, in a space with no light, no straight lines, and no room to spare. It has to see. It has to light what it is seeing. It has to let a physician reach through it and remove something. And it has to hold the space open without leaving the patient uncomfortable for the rest of the day.
All of that is packed into a flexible tube a little over a centimetre thick and well over a metre long. This article is about how each of those jobs is actually done — the engineering, not the appointment.
The camera is at the far end
The intuitive place to put a camera is the end the operator holds. That is not where it is. In a modern instrument the image sensor sits at the tip — inside the patient — and what travels back up the tube is an electrical signal rather than a picture.
This removes a hard bottleneck. Older flexible instruments carried the image out physically, through a bundle of glass fibres to an eyepiece, which meant the picture could never contain more detail than there were fibres in the bundle. Moving the sensor to the tip means resolution is set by the chip instead of by the tube. Current high-definition instruments produce images in the range of roughly 850,000 to two million pixels.1
The sensor itself is only a few millimetres across, sitting behind a very wide-angle lens. That wide field is not a luxury — the inside of the colon is a series of folds, and a narrow field of view would mean looking straight past them.
The light comes from outside the body
There is no lamp at the tip. In standard clinical instruments the light is generated in a separate box on the equipment tower and piped down the entire length of the scope through bundles of optical fibre — the two pale circles in the diagram above.
The reason is heat and volume. Producing light bright enough to photograph a body cavity has historically meant a xenon arc lamp somewhere in the 100 to 300 watt range.1 That is not a thing you can put on the end of a tube inside a person. Separating the lamp from the point of delivery lets the illumination be as bright as it needs to be while the part that goes inside stays cool, thin and flexible.
Why the gas matters more than you would expect
To examine the wall of the colon you have to hold it open, and that means inflating it with gas. For most of the history of the procedure that gas was ordinary room air.
Air is a poor choice, and the reason is chemistry rather than medicine. Air is roughly four-fifths nitrogen, and nitrogen is barely absorbed across the bowel wall. Whatever is still in there when the procedure ends has to leave the way it came in. That is the source of the cramping and bloating people describe for hours afterwards.
Carbon dioxide behaves completely differently. It crosses the bowel wall into the bloodstream quickly and is cleared by the lungs — it is simply breathed out. The gas disappears on its own.
The difference is measurable, not theoretical. A meta-analysis pooling 24 randomised controlled trials and 3,996 patients found that carbon dioxide significantly reduced abdominal pain at every interval studied, from during the procedure through to 24 hours afterwards — with no difference in how completely or how quickly the examination could be carried out.2
Filtering the light to make blood vessels appear
This is the part that is genuinely clever, and it comes from a quirk of haemoglobin.
Haemoglobin does not absorb light evenly across the spectrum. It absorbs strongly in the blue, at around 415 nanometres, and again in the green, at around 540 nanometres.3 Under ordinary white light that selectivity is drowned out, because white light contains every wavelength at once and the reflected image is an average of all of them.
So the trick is to throw the rest away. Some instruments can switch, at the press of a button, from full-spectrum white light to two narrow bands centred near those two wavelengths. Anything containing blood absorbs that light and goes dark; the surrounding tissue reflects it and stays bright. Vessels that were nearly invisible a second earlier snap into contrast — with no dye injected or sprayed on anything.
There is a second effect built into the same choice of wavelengths. Shorter wavelengths do not penetrate tissue as deeply. Blue light at around 415 nm only reaches something like 0.15 to 0.30 mm, so it picks out the fine capillary network sitting right at the surface, while the green band reaches vessels a little deeper down.3 Two wavelengths, two depths, sampled at the same instant.
What this means if you are having the procedure
None of this changes what a colonoscopy is for. But it does explain a few things patients notice or have heard about:
- Why the image on the monitor is so bright and so wide-angled
- Why someone who had the procedure many years ago may describe an afterwards that sounds worse than what is typical today
- Why the operator sometimes switches the picture to an odd blue-green, and looks closely at something
Equipment and technique vary between centres, and the specifics of any individual procedure are a matter for the physician performing it. If you have questions about how yours will be done, that is exactly the right question to bring to the person doing it.
Dr. Stephane Gauthier provides gastroenterology care in North Bay and serves patients across Northern Ontario. His practice includes inflammatory bowel disease, colonoscopy and advanced endoscopy, liver disease, GERD and esophageal conditions, and internal medicine. He accepts patients by physician referral.
General information only. This article describes how a class of medical instrument works. It is not medical advice, it is not a recommendation for or against any procedure, and it does not describe any specific product, manufacturer or model. It cannot account for your individual circumstances. For guidance about your own health, speak with your family physician, nurse practitioner or specialist.
Un coloscope doit accomplir quatre tâches sans rapport les unes avec les autres, en même temps, dans un espace sans lumière, sans lignes droites et sans place à perdre. Il doit voir. Il doit éclairer ce qu'il regarde. Il doit permettre au médecin d'y passer un instrument et de retirer quelque chose. Et il doit maintenir l'espace ouvert sans laisser le patient inconfortable pour le reste de la journée.
Tout cela tient dans un tube flexible d'un peu plus d'un centimètre d'épaisseur et de bien plus d'un mètre de long. Cet article porte sur la façon dont chacune de ces tâches est réellement accomplie — l'ingénierie, pas le rendez-vous.
La caméra se trouve à l'autre bout
L'endroit intuitif où placer une caméra serait l'extrémité que tient l'opérateur. Ce n'est pas là qu'elle se trouve. Dans un instrument moderne, le capteur d'image est situé à l'extrémité distale — à l'intérieur du patient — et ce qui remonte le tube est un signal électrique plutôt qu'une image.
Cela élimine un goulot d'étranglement important. Les anciens instruments flexibles transportaient l'image physiquement, à travers un faisceau de fibres de verre jusqu'à un oculaire, ce qui signifiait que l'image ne pouvait jamais contenir plus de détails qu'il n'y avait de fibres dans le faisceau. Déplacer le capteur vers l'extrémité fait que la résolution dépend de la puce et non du tube. Les instruments haute définition actuels produisent des images d'environ 850 000 à deux millions de pixels.1
Le capteur lui-même ne fait que quelques millimètres de diamètre et se trouve derrière un objectif à très grand angle. Ce large champ de vision n'est pas un luxe : l'intérieur du côlon est une succession de replis, et un champ étroit reviendrait à passer juste à côté.
La lumière vient de l'extérieur du corps
Il n'y a pas de lampe à l'extrémité. Dans les instruments cliniques courants, la lumière est produite dans un boîtier distinct sur la colonne d'équipement, puis acheminée sur toute la longueur de l'appareil par des faisceaux de fibres optiques — les deux cercles pâles du schéma ci-dessus.
La raison tient à la chaleur et au volume. Produire une lumière assez vive pour photographier une cavité corporelle a longtemps exigé une lampe à arc au xénon d'une puissance de l'ordre de 100 à 300 watts.1 Ce n'est pas quelque chose que l'on peut fixer au bout d'un tube à l'intérieur d'une personne. Séparer la lampe du point de diffusion permet à l'éclairage d'être aussi puissant que nécessaire, tandis que la partie qui entre dans le corps reste froide, mince et souple.
Pourquoi le gaz compte plus qu'on ne le croirait
Pour examiner la paroi du côlon, il faut la maintenir ouverte, ce qui suppose de l'insuffler avec un gaz. Pendant la majeure partie de l'histoire de cet examen, ce gaz était tout simplement de l'air ambiant.
L'air est un mauvais choix, et la raison relève de la chimie plutôt que de la médecine. L'air est composé d'environ quatre cinquièmes d'azote, et l'azote est à peine absorbé à travers la paroi intestinale. Tout ce qui reste à la fin de l'examen doit ressortir par où il est entré. C'est là l'origine des crampes et des ballonnements que les gens décrivent pendant des heures par la suite.
Le dioxyde de carbone se comporte de façon complètement différente. Il traverse rapidement la paroi intestinale vers la circulation sanguine et est éliminé par les poumons — il est tout simplement expiré. Le gaz disparaît de lui-même.
La différence est mesurable, et non théorique. Une méta-analyse regroupant 24 essais randomisés contrôlés et 3 996 patients a constaté que le dioxyde de carbone réduisait significativement la douleur abdominale à tous les intervalles étudiés, pendant l'examen comme jusqu'à 24 heures plus tard — sans aucune différence quant à l'exhaustivité ou à la rapidité de l'examen.2
Filtrer la lumière pour faire apparaître les vaisseaux sanguins
C'est la partie réellement ingénieuse, et elle découle d'une particularité de l'hémoglobine.
L'hémoglobine n'absorbe pas la lumière de façon uniforme sur tout le spectre. Elle l'absorbe fortement dans le bleu, autour de 415 nanomètres, puis de nouveau dans le vert, autour de 540 nanomètres.3 Sous une lumière blanche ordinaire, cette sélectivité est noyée, car la lumière blanche contient toutes les longueurs d'onde à la fois et l'image réfléchie en est la moyenne.
L'astuce consiste donc à écarter le reste. Certains instruments peuvent passer, d'une simple pression sur un bouton, de la lumière blanche à spectre complet à deux bandes étroites centrées près de ces deux longueurs d'onde. Tout ce qui contient du sang absorbe cette lumière et devient sombre; les tissus environnants la réfléchissent et restent clairs. Des vaisseaux presque invisibles une seconde plus tôt ressortent brusquement — sans qu'aucun colorant n'ait été injecté ni pulvérisé.
Le même choix de longueurs d'onde produit un second effet. Les longueurs d'onde plus courtes pénètrent moins profondément dans les tissus. La lumière bleue à environ 415 nm n'atteint qu'environ 0,15 à 0,30 mm, ce qui met en évidence le fin réseau de capillaires situé juste à la surface, tandis que la bande verte atteint des vaisseaux un peu plus profonds.3 Deux longueurs d'onde, deux profondeurs, échantillonnées au même instant.
Ce que cela signifie si vous devez subir l'examen
Rien de tout cela ne change ce à quoi sert une coloscopie. Mais cela explique certaines choses que les patients remarquent ou dont ils ont entendu parler :
- Pourquoi l'image à l'écran est si lumineuse et si grand-angle
- Pourquoi une personne ayant subi l'examen il y a de nombreuses années peut en décrire les suites d'une manière qui semble pire que ce qui est habituel aujourd'hui
- Pourquoi l'opérateur bascule parfois l'image vers un étrange bleu-vert et observe attentivement quelque chose
L'équipement et les techniques varient d'un centre à l'autre, et les détails de chaque examen relèvent du médecin qui le pratique. Si vous avez des questions sur la façon dont le vôtre se déroulera, c'est précisément la question à poser à la personne qui l'effectuera.
Le Dr Stephane Gauthier offre des soins en gastroentérologie à North Bay et dessert des patients partout dans le Nord de l'Ontario. Sa pratique comprend les maladies inflammatoires de l'intestin, la coloscopie et l'endoscopie avancée, les maladies du foie, le RGO et les affections de l'œsophage, ainsi que la médecine interne. Il accepte les patients sur référence médicale.
Information générale seulement. Cet article décrit le fonctionnement d'une catégorie d'instrument médical. Il ne constitue pas un avis médical, ne recommande ni ne déconseille aucune intervention, et ne décrit aucun produit, fabricant ou modèle en particulier. Il ne peut pas tenir compte de votre situation personnelle. Pour des conseils sur votre propre santé, consultez votre médecin de famille, votre infirmière praticienne ou votre spécialiste.
Sources Sources
- ASGE Technology Committee. “High-definition and high-magnification endoscopes.” Gastrointestinal Endoscopy, 2014;80(6):919–927. PMID 25442091 · doi:10.1016/j.gie.2014.06.019
- Memon MA, Memon B, Yunus RM, Khan S. “Carbon Dioxide Versus Air Insufflation for Elective Colonoscopy: A Meta-Analysis and Systematic Review of Randomized Controlled Trials.” Surgical Laparoscopy, Endoscopy & Percutaneous Techniques, 2016;26(2):102–116. PMID 26841319 · doi:10.1097/SLE.0000000000000243
- Emura F, Saito Y, Ikematsu H. “Narrow-band imaging optical chromocolonoscopy: advantages and limitations.” World Journal of Gastroenterology, 2008;14(31):4867–4872. PMC2739938 · doi:10.3748/wjg.14.4867
