內(nèi)窺鏡的發(fā)展主要經(jīng)歷了四個階段。從最初的硬管式內(nèi)窺鏡(1806-1932)、半曲式內(nèi)窺鏡(1932-1957)、纖維式內(nèi)窺鏡(1957以后)，到了如今的電子內(nèi)窺鏡(1983以后)，內(nèi)窺鏡行業(yè)已邁入滿足日益增長的醫(yī)療需求及更高的治療標準的創(chuàng)新優(yōu)化階段。現(xiàn)今日本三大家奧林巴斯、富士、賓得在內(nèi)窺鏡的領域有著比較雄厚的技術(shù)積累和市場占有率，國產(chǎn)的內(nèi)窺鏡研發(fā)時間不長，實際上不到20年，但是近幾年的發(fā)展速度非?？?，也取得了一些突破。
這是一張硬管內(nèi)窺鏡的示意圖，可以看到，硬管內(nèi)窺鏡從外邊看就是一個長長的硬的管子，成像系統(tǒng)處于它長長硬管的中心，在成像系統(tǒng)的四周布著照明光纖，為我們的圖像視野提供照明。硬管內(nèi)窺鏡的成像系統(tǒng)主要分為三大部分，目鏡、中近鏡、物鏡，它具備圖像清晰度高、操作難度低等優(yōu)點，被廣泛應用于外科手術(shù)的場景當中。光纖鏡與硬鏡最大的區(qū)別是，光纖鏡中目鏡跟物鏡的中間部分采用成像光纖束來進行圖像的傳輸，圖像的光線束的排列是由很多根很小的光纖絲來組成的，每個光纖絲的直徑大約在3微米左右，整個光纖絲的前端和末端都是按順序排列的，所以可以實現(xiàn)圖像的傳輸。
電子內(nèi)窺鏡相比于前兩個結(jié)構(gòu)，它去除了中近鏡和目鏡，直接將物鏡的圖像呈現(xiàn)在我們的圖像傳感器當中，這樣就可以使得整個光學系統(tǒng)非常緊湊，它可以實現(xiàn)更大的視場角，并且具備更好的功能擴展性，它適用于所有人體自然腔道。電子內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)：光源、鏡體基于我司主要是在電子內(nèi)窺鏡的領域，我就接下來這個電子內(nèi)窺鏡的領域展開說明。一個完整的電子內(nèi)窺鏡的系統(tǒng)主要分為五大部分，第一是光源，第二是鏡體，第三是圖像處理器，第四部分是顯示器，第五是臺車。他們共同組成了整個電子內(nèi)鏡的系統(tǒng)。它的特點在于，成像系統(tǒng)位于鏡體的頭端部，直接伸到人體的體內(nèi)的。電子內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)來說，我們主要會針對光源跟鏡體這兩大部分進行設計。提到內(nèi)窺鏡的光源，可能主要有這樣的一個發(fā)展路徑。首先是傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡的光源，具有亮度高、顯示指數(shù)高的優(yōu)點，但是壽命比較短只有500個小時，已經(jīng)被逐步替代了。隨著高亮度和高顯示指數(shù)的LED發(fā)展，LED光源逐步成為內(nèi)窺鏡光源的主角，結(jié)合多色LED的應用，我們可以實現(xiàn)多種照明模式的光源的開發(fā)。進行多種照明模式的開發(fā)的好處是，可以實現(xiàn)各種不同的照明效果、圖像效果，可以應對不同的臨床場景。激光光源是公認第三代光源，它的亮度高、指向性好，擴展量小，可以帶來光源的很高的耦合的效率，如果應用在電子內(nèi)窺鏡當中可以使光纖的直徑變得特別小，并且可以帶來系統(tǒng)的多功能化的優(yōu)勢。我司2019年推出的四波長的LED的合束光源，它由紅綠藍等四款光源組成的，并且每個波段是獨立可調(diào)的，它可以實現(xiàn)更高的光譜自由度。通過照明的光譜和適配血紅蛋白吸收分曲線的關系，我們定義了三種不同的照明模式。例如，胃底大彎側(cè)的一處出現(xiàn)平坦型病變，病灶邊緣發(fā)紅，中心發(fā)白。在SFI聚譜成像技術(shù)模式下，病灶邊界呈現(xiàn)得更清晰，病灶與正常組織的顏色對比度得到放大；幽門處的病變圖像在白光下可以看到兩處隆起型的病灶，但是黏膜表面微結(jié)構(gòu)看不清楚，而在VIST光電復合染色成像技術(shù)模式下能夠比較清楚地呈現(xiàn)。這為病變性質(zhì)的判斷提供了有價值的信息。鏡體是整個電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)當中最為核心并且工藝最復雜、可靠性要求最高的部分，包括導光部、操作部、插入部和頭端部。其中的導光部是與光源相連接，我們光學需要考慮到光效的耦合，頭端部是集中成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。電子內(nèi)窺鏡光學系統(tǒng)的發(fā)展趨勢比較直接，我們追求更好的圖像效果和更小的外鏡尺寸，有時候這兩點往往是相互制約的，所以如何在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)最佳的圖像效果，這是電子內(nèi)窺鏡光學設計的一個重點和難點。提到電子內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)，我們必須要提到幾個參數(shù)，首先成像部分的參數(shù)就關注視場角、分辨率、觀察距離，照明是考慮到照明效率、照明角度和照明的均勻性。醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)需要更大的視場角，可以帶來更大的一個圖像效果，擴展到更大的范圍。常規(guī)的胃鏡和腸鏡視場角是140度，由于腸道褶皺的存在，它勢必在140度的視場角存在一點的盲道。下消化道特別是腸道對下視場角的需求更為迫切，目前170度的腸鏡也有很成熟的產(chǎn)品。環(huán)式內(nèi)鏡的概念也被廣泛提出，環(huán)視內(nèi)鏡在具備前視場角的同時，可以同時提供側(cè)后方的視野，可以給到腸鏡的褶皺區(qū)帶來更小的盲區(qū)，從而進一步降低腸道的漏診率。更大的一個視場角同樣需要適配照明角度更大的照明系統(tǒng)，這兩者互相關聯(lián)和適配才能得到很好的圖像效果。放大內(nèi)鏡和細胞學的內(nèi)鏡是為了追求更高的光學分辨率。放大內(nèi)鏡在光學物鏡里面具備了一組變焦組，可以實現(xiàn)放大倍率的變化。細胞學內(nèi)鏡可以直接觀察到細胞和細胞核的狀態(tài)，真正意義上可以實現(xiàn)“光學活檢”的概念。觀察距離又稱為景深。常規(guī)的電子內(nèi)窺鏡的物鏡是一個定焦系統(tǒng)，定焦系統(tǒng)勢必存在最清晰的物距，只有一個點。如果偏離了這個位置，前端和后端的分辨率勢必會下降，所以會有一個景深的概念。更寬的觀察距離有兩種實現(xiàn)方式，首先進行對角，分別對近景端和遠景端進行對角，還可以進行景深的擴展。景深擴展通過雙焦點成像，同時拍攝和融合不同焦面處的圖像，實現(xiàn)景色的擴展。最小的外徑尺寸可以帶來內(nèi)鏡的舒適化，這是一直不變的發(fā)展趨勢，但受限于微小光學鏡片加工行業(yè)和微小光電元器件的發(fā)展，這是目前的一個主要的難點。電子內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)離不開光學元器件的發(fā)展，也離不開光學加工、光學調(diào)試、光學測試所有的產(chǎn)業(yè)鏈，我們各個產(chǎn)業(yè)鏈是需要相輔相成的，才能實現(xiàn)一個比較好的圖像效果。
