内窥镜的发展主要经历了四个阶段。从最初的硬管式内窥镜(1806-1932)、半曲式内窥镜(1932-1957)、纤维式内窥镜(1957以后)，到了如今的电子内窥镜(1983以后)，内窥镜行业已迈入满足日益增长的医疗需求及更高的治疗标准的创新优化阶段。现今日本三大家奥林巴斯、富士、宾得在内窥镜的领域有着比较雄厚的技术积累和市场占有率，国产的内窥镜研发时间不长，实际上不到20年，但是近几年的发展速度非常快，也取得了一些突破。
这是一张硬管内窥镜的示意图，可以看到，硬管内窥镜从外边看就是一个长长的硬的管子，成像系统处于它长长硬管的中心，在成像系统的四周布着照明光纤，为我们的图像视野提供照明。硬管内窥镜的成像系统主要分为三大部分，目镜、中近镜、物镜，它具备图像清晰度高、操作难度低等优点，被广泛应用于外科手术的场景当中。光纤镜与硬镜最大的区别是，光纤镜中目镜跟物镜的中间部分采用成像光纤束来进行图像的传输，图像的光线束的排列是由很多根很小的光纤丝来组成的，每个光纤丝的直径大约在3微米左右，整个光纤丝的前端和末端都是按顺序排列的，所以可以实现图像的传输。
电子内窥镜相比于前两个结构，它去除了中近镜和目镜，直接将物镜的图像呈现在我们的图像传感器当中，这样就可以使得整个光学系统非常紧凑，它可以实现更大的视场角，并且具备更好的功能扩展性，它适用于所有人体自然腔道。基于我司主要是在电子内窥镜的领域，我就接下来这个电子内窥镜的领域展开说明。一个完整的电子内窥镜的系统主要分为五大部分，第一是光源，第二是镜体，第三是图像处理器，第四部分是显示器，第五是台车。他们共同组成了整个电子内镜的系统。它的特点在于，成像系统位于镜体的头端部，直接伸到人体的体内的。电子内窥镜的光学系统来说，我们主要会针对光源跟镜体这两大部分进行设计。提到内窥镜的光源，可能主要有这样的一个发展路径。首先是传统的内窥镜的光源，具有亮度高、显示指数高的优点，但是寿命比较短只有500个小时，已经被逐步替代了。随着高亮度和高显示指数的LED发展，LED光源逐步成为内窥镜光源的主角，结合多色LED的应用，我们可以实现多种照明模式的光源的开发。进行多种照明模式的开发的好处是，可以实现各种不同的照明效果、图像效果，可以应对不同的临床场景。激光光源是公认第三代光源，它的亮度高、指向性好，扩展量小，可以带来光源的很高的耦合的效率，如果应用在电子内窥镜当中可以使光纤的直径变得特别小，并且可以带来系统的多功能化的优势。我司2019年推出的四波长的LED的合束光源，它由红绿蓝等四款光源组成的，并且每个波段是独立可调的，它可以实现更高的光谱自由度。通过照明的光谱和适配血红蛋白吸收分曲线的关系，我们定义了三种不同的照明模式。例如，胃底大弯侧的一处出现平坦型病变，病灶边缘发红，中心发白。在SFI聚谱成像技术模式下，病灶边界呈现得更清晰，病灶与正常组织的颜色对比度得到放大；幽门处的病变图像在白光下可以看到两处隆起型的病灶，但是黏膜表面微结构看不清楚，而在VIST光电复合染色成像技术模式下能够比较清楚地呈现。这为病变性质的判断提供了有价值的信息。镜体是整个电子内窥镜系统当中最为核心并且工艺最复杂、可靠性要求最高的部分，包括导光部、操作部、插入部和头端部。其中的导光部是与光源相连接，我们光学需要考虑到光效的耦合，头端部是集中成像系统和照明系统。电子内窥镜光学系统的发展趋势比较直接，我们追求更好的图像效果和更小的外镜尺寸，有时候这两点往往是相互制约的，所以如何在有限的空间内实现最佳的图像效果，这是电子内窥镜光学设计的一个重点和难点。提到电子内窥镜的光学系统，我们必须要提到几个参数，首先成像部分的参数就关注视场角、分辨率、观察距离，照明是考虑到照明效率、照明角度和照明的均匀性。医用电子内窥镜系统需要更大的视场角，可以带来更大的一个图像效果，扩展到更大的范围。常规的胃镜和肠镜视场角是140度，由于肠道褶皱的存在，它势必在140度的视场角存在一点的盲道。下消化道特别是肠道对下视场角的需求更为迫切，目前170度的肠镜也有很成熟的产品。环式内镜的概念也被广泛提出，环视内镜在具备前视场角的同时，可以同时提供侧后方的视野，可以给到肠镜的褶皱区带来更小的盲区，从而进一步降低肠道的漏诊率。更大的一个视场角同样需要适配照明角度更大的照明系统，这两者互相关联和适配才能得到很好的图像效果。放大内镜和细胞学的内镜是为了追求更高的光学分辨率。放大内镜在光学物镜里面具备了一组变焦组，可以实现放大倍率的变化。细胞学内镜可以直接观察到细胞和细胞核的状态，真正意义上可以实现“光学活检”的概念。观察距离又称为景深。常规的电子内窥镜的物镜是一个定焦系统，定焦系统势必存在最清晰的物距，只有一个点。如果偏离了这个位置，前端和后端的分辨率势必会下降，所以会有一个景深的概念。更宽的观察距离有两种实现方式，首先进行对角，分别对近景端和远景端进行对角，还可以进行景深的扩展。景深扩展通过双焦点成像，同时拍摄和融合不同焦面处的图像，实现景色的扩展。最小的外径尺寸可以带来内镜的舒适化，这是一直不变的发展趋势，但受限于微小光学镜片加工行业和微小光电元器件的发展，这是目前的一个主要的难点。电子内窥镜的光学系统离不开光学元器件的发展，也离不开光学加工、光学调试、光学测试所有的产业链，我们各个产业链是需要相辅相成的，才能实现一个比较好的图像效果。2023深圳国际医疗器械展览会，8月29-31日将在深圳国际会展中心隆重举行，展会产品涵盖：医用电子、医学影像设备、病房护理及辅助设备、医用敷料、体外诊断试剂、光学、急救、康复护理以及医疗信息技术等产品，服务于医疗器械行业从源头到终端整条医疗产业链。
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