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隨著微創(chuàng)外科手術(shù)的加速普及，在術(shù)中被稱為“第三只眼”的內(nèi)窺鏡，技術(shù)和術(shù)式也在持續(xù)創(chuàng)新。據(jù)中信證券研報(bào)，2020年中國(guó)硬鏡設(shè)備市場(chǎng)外資三巨頭（Karl Storz、Stryker、Olympus）市占率達(dá)76%，國(guó)產(chǎn)裝備市占率不足10%。當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)內(nèi)窺鏡通過算法、光成像技術(shù)的迭代，逐漸進(jìn)入醫(yī)院主流視域，在各地政策利好之下，國(guó)產(chǎn)替代的進(jìn)程有望加速。2023年初，圖格醫(yī)療的3D4K熒光內(nèi)窺鏡獲得NMPA二類醫(yī)療器械注冊(cè)證，正式獲批上市，對(duì)于國(guó)產(chǎn)內(nèi)窺鏡發(fā)展具有重要價(jià)值。具體而言，3D可為臨床提供立體呈現(xiàn)效果，提高手術(shù)準(zhǔn)確度和效率，也可與2D視角進(jìn)行切換，不改變傳統(tǒng)使用習(xí)慣；4K則提供更為清晰的圖像畫面；熒光可精準(zhǔn)標(biāo)注病灶位置，為手術(shù)提供更好的導(dǎo)航定位?！?K+3D+熒光”疊加，當(dāng)前通過一根鏡子，能夠?qū)崿F(xiàn)3重功能。近日，圖格醫(yī)療創(chuàng)始人/CEO汪彥剛接受36氪采訪，講述圖格醫(yī)療內(nèi)窺鏡的性能，內(nèi)窺鏡的核心技術(shù)壁壘，及3D4K熒光內(nèi)窺鏡上市后的營(yíng)銷規(guī)劃。汪彥剛博士畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，在圖像處理和硬件實(shí)現(xiàn)方面經(jīng)驗(yàn)豐富；當(dāng)前圖格醫(yī)療團(tuán)隊(duì)近百人，研發(fā)團(tuán)隊(duì)占比約50%。在采訪過程中，汪彥剛多次提及圖格醫(yī)療的使命——“專注圖像，格物致知”。
3D4K熒光內(nèi)窺鏡，企業(yè)供圖
企業(yè)供圖
內(nèi)窺鏡的關(guān)鍵性能
作為一款國(guó)產(chǎn)替代率不足10%的高端醫(yī)療設(shè)備，內(nèi)窺鏡的關(guān)鍵性能可以從哪些維度理解？結(jié)合圖格醫(yī)療3D4K熒光內(nèi)窺鏡的特質(zhì)，汪彥剛總結(jié)了五個(gè)要素：清晰、精準(zhǔn)、快速、穩(wěn)定、智能。首先，內(nèi)窺鏡回傳圖像清晰，高分辨率、低畫質(zhì)噪聲，是內(nèi)窺鏡追逐的目標(biāo)。4K高清內(nèi)鏡生成的圖像分辨率是傳統(tǒng)高清內(nèi)窺鏡的4倍，能夠觀察到細(xì)微血管、神經(jīng)及筋膜層次及難以探查的病變區(qū)等。另外，通過雙目輔助設(shè)計(jì)，可以擴(kuò)大醫(yī)生視野范圍；設(shè)備內(nèi)置陀螺儀進(jìn)行檢測(cè)，圖像可以實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)。第二，圖像顯示精準(zhǔn)。除了上述血管與腔體背景、動(dòng)脈與靜脈等精準(zhǔn)區(qū)分，“熒光”較之于白光，能夠有選擇性地標(biāo)記癌癥病變部位，攝像頭實(shí)時(shí)捕捉熒光，呈現(xiàn)在監(jiān)視器上，輔助醫(yī)生進(jìn)行病灶精準(zhǔn)定位。第三，圖像顯示快速、低延遲。據(jù)介紹，圖格醫(yī)療的內(nèi)窺鏡主機(jī)延時(shí)低于30毫秒，系統(tǒng)延時(shí)（含顯示器）低于50毫秒。第四，在復(fù)雜的電磁、能量環(huán)境下，內(nèi)窺鏡表現(xiàn)穩(wěn)定，無閃爍黑屏等。“手術(shù)中，經(jīng)常需要和高頻電刀等聯(lián)合工作，能量特別大。我們的內(nèi)窺鏡在開電刀的情況下，數(shù)分鐘間沒有一個(gè)誤碼，”汪彥剛進(jìn)一步解釋道，光數(shù)據(jù)傳輸過程中，每秒有十幾G比特的數(shù)據(jù)，其中不能有一個(gè)比特的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，以從源頭上保證穩(wěn)定性。第五，作為未來的發(fā)展方向，智能化的內(nèi)窺鏡裝備除了能幫醫(yī)生“看到”，還可替代醫(yī)生進(jìn)行一部分的分析判斷，以排除術(shù)中干擾，提高手術(shù)安全性。此外，在設(shè)備互聯(lián)互通方面，也可用于MR手術(shù)導(dǎo)航、遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)等。3D4K熒光內(nèi)窺鏡，企業(yè)供圖ISP算法及光學(xué)成像技術(shù)
之所以能夠?qū)崿F(xiàn)多維度的高性能，ISP圖像算法、光學(xué)成像技術(shù)是內(nèi)窺鏡廠商的技術(shù)核心。光信號(hào)通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，得到的素材需要通過ISP算法進(jìn)行深加工，以實(shí)現(xiàn)去噪、銳化、顏色校正等圖像功能。“ISP算法發(fā)展數(shù)十年，在消費(fèi)電子、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域都有應(yīng)用，醫(yī)療級(jí)應(yīng)用對(duì)算法性能要求更加苛刻?！蓖魪﹦傇谶@一領(lǐng)域研究了17年，博士論文題目便是“視頻畫質(zhì)增強(qiáng)算法及其硬件實(shí)現(xiàn)”。據(jù)了解，圖格醫(yī)療自研了30多種算法，基于FPGA實(shí)時(shí)處理，每種算法都有其復(fù)雜度，運(yùn)行時(shí)會(huì)占用時(shí)間和內(nèi)存資源。對(duì)于醫(yī)療級(jí)內(nèi)窺鏡而言，術(shù)中醫(yī)生“手眼同步”是剛需，這就要求算法速度快、無延時(shí)。一旦成像速度慢，會(huì)導(dǎo)致醫(yī)生通過內(nèi)窺鏡看到的畫面與手部動(dòng)作不同步，影響手術(shù)進(jìn)程和質(zhì)量?！八惴ㄐ阅芨?，往往意味著復(fù)雜度高，但運(yùn)算量大，又可能導(dǎo)致速度慢。這一矛盾點(diǎn)的平衡，需要研發(fā)人員去精進(jìn)?！?/p>與ISP算法常規(guī)理念不同，內(nèi)窺鏡成像要求“還原、真實(shí)”，圖像對(duì)比度等需盡可能地接近腔體內(nèi)真實(shí)狀態(tài)。同時(shí)還存在特殊要求，如動(dòng)脈與靜脈的顏色要區(qū)分明確；附著在腹壁上的血管要立體清晰，與背景區(qū)分開來等。所以，內(nèi)窺鏡算法的設(shè)計(jì)需“從臨床中來，到臨床中去”，為此圖格醫(yī)療的算法工程師時(shí)常到醫(yī)院手術(shù)跟臺(tái)，以明確醫(yī)生術(shù)中真實(shí)需求。除了ISP算法，光學(xué)成像技術(shù)也是決定內(nèi)窺鏡性能的關(guān)鍵要素之一。不過，與日新月異的ISP算法不同，光學(xué)技術(shù)發(fā)展百年后，受制于材料學(xué)、精密加工工藝等，革新式的變化有限?！氨热鐚?shí)現(xiàn)熒光功能的分光棱鏡，原理并不復(fù)雜，但其中傳感器貼合對(duì)齊等工藝，對(duì)精度的要求極為苛刻。”汪彥剛介紹道，最終圖格醫(yī)療團(tuán)隊(duì)嘗試通過光電結(jié)合的技術(shù)解決光學(xué)工程難題。研發(fā)內(nèi)窺鏡，在光學(xué)技術(shù)上，既要求理論扎實(shí)深厚、工程實(shí)現(xiàn)精度，也要考慮臨床實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。例如內(nèi)窺鏡最前端的多組學(xué)光學(xué)棱鏡，尺寸很小，同時(shí)要平衡景深、分辨率、通光量等性能。在自研基礎(chǔ)上，圖格醫(yī)療也與國(guó)內(nèi)院士團(tuán)隊(duì)、光學(xué)加工團(tuán)隊(duì)等合作，尋求在光學(xué)技術(shù)和工程方面的突破。企業(yè)供圖
