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图格再次创“芯”|原生双4K荧光内窥镜摄像系统国内率先上市 ——硬科技|原研创新究竟有多难

作者: 动脉网 2021-09-01 09:18

近日,继原研4K内窥镜摄像系统之后,图格医疗再次创新,率先推出原生双4K荧光内窥镜摄像系统并已获准上市,CE/FDA同步取证。该产品自主研发,率先突破并掌握2μm超高精度立体配准技术,达到了世界先进水平,填补了长期以来高端医疗成像设备核心技术的空白,进一步加快了高端医用内窥镜的国产化替代步伐,意向订单纷至沓来。


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图格医疗原生双4K荧光内窥镜摄像系统具有清晰、精准、快速、稳定和智能五大技术亮点。例如“快速”,图格医疗整机系统延时只有40多毫秒,而国外某品牌系统延时在110毫秒左右。这些技术亮点都是为了更好地服务临床,给医生一双“慧眼”。


该系统双4K成像通路保证真4K成像,不仅拥有很好的“视力”,还能实现摄像头整体高温高压灭菌。作为国际上少数能满足此项要求的厂商,图格医疗力求完美,充分考虑医患关系和医院感染管理,保障前来医院就诊患者的安全,降低患者之间的交叉感染风险。


此外,该系统还具有多种先进功能:双镜联合和多屏异显有利于多设备图像融合观察;白光、荧光、融合、强度、混合模式等灵活切换;3种多路4K传输接口、多路4K@60Hz拍照录像、实时4K流媒体输出、超导光纤传输和TurbOR4K多方远程互动功能,对医院手术示教和远程会诊具有重要价值。


4K+荧光,“慧眼”通识


4K+荧光显影技术是将吲哚菁绿(ICG)注入目标血管或组织,通过吸收近红外光后释放出不同波长荧光的特性,再利用图像传感器捕捉荧光信号,并将信号传输到摄像主机处理,从而在监视器上实时成像,实现术中特定组织的靶向标记或示踪血液流动情况。通过术中标记荧光导航功能,实时精准定位脏器、肿瘤、结节及淋巴系统显影,辅助引导外科医生进行手术精准切除,被广泛应用于肝胆外科、胸外科、胃肠外科、泌尿外科、妇科等学科领域。


此次获准上市的4K荧光内窥镜摄像系统采用原生双4K CMOS技术,将输入的白光近红外光 (NIR)进行分光成像,利用自主研发的光电配准算法2μm超高精度立体配准技术,将真4K白光和荧光进行融合,具有清晰度高、数据量大、细节丰富、色彩还原度高等优点,彻底解决了单CMOS无法同时针对白光和荧光进行高分辨率清晰成像的固有缺陷,如“画质偏暗、荧光效果不强”等诸多核心问题,也突破了4 CMOS因为采用全高清成像晶片带来的“解析度不够一致性差”等瓶颈。


迎难而上,摘取皇冠上的明珠


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荧光成像系统原理图


如荧光成像系统原理图所示,一般意义上,荧光成像系统同时采集白光和荧光图像,并且分别进行光电转换,继而进行相应的图像处理。荧光成像系统主要包括荧光光源、摄像头、主机和显示器等部件,特定波段的荧光光源照射到有造影剂的人体组织,摄像头通过光学通路(包含镜子、光学适配器等部件)采集组织图像,并且通过分光的方式分别把白光和荧光图像分开,继而分别进行处理、融合和显示,给医生提供一个精准的手术影像。


荧光内窥镜摄像系统是微创手术成像设备中的“皇冠”,而分光模块就是这顶皇冠上的明珠,难、正确、高价值,这些词都适用于分光模块,图格医疗团队就是这样迎难而上,追求卓越。


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常见荧光成像分光技术原理图

 

如常见荧光成像分光技术原理图所示,目前市面上有多种解决方案,图(a)是单个4K CMOS传感器成像,不需要分光棱镜及传感器精密贴合,实现简单,但是荧光和白光无法准确分离,且R/G/B/NIR通道分辨率都只有2K(全高清),导致成像清晰度低、画质较差;图(b)和(c)采用分光棱镜,把图像的R/G/B/NIR通道在光学上分离,再采用4个2K传感器分别成像,再融合,基本原理一致,避免了图(a)中光学分离较差带来的串扰等问题,但本质是全高清成像系统,其中图(b)是用一组成熟的3CMOS白光通路,两组棱镜分立,难度相对小,但是往往会导致一致性较差;而图(c)更加科学的采用集成棱镜,难度较大,但是一致性较好,这也是一些国外方案厂商主力推销的板卡套件。


图(d)采用分光棱镜,且采用两组4K传感器分别采集,配准精度要求是图(b)和(c)的4倍,有效数据是其2倍,难度大,但是分辨率、一致性等关键指标好,能更好地满足临床需求,也是少数一线品牌的选择。


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常见荧光成像方案对比图


如常见荧光成像方案对比图所示,原生双4K成像方案难度大,称为皇冠上的明珠,其性能优异,可以满足临床精准手术的需求。


分光模块在产品设计、研发、制造等各个环节上,技术要求严苛,研发团队花了将近10个月的时间,寻访了德国、日本、意大利等国家的光学厂商的同类型产品。经严格评估和反复沟通后,这些国家的分光模块大多是全高清的分辨率,且无法升级扩展,部分厂商的部件性能更差,远远无法满足原生4K荧光内窥镜产品的设计要求,而且普遍认为我们提出的规格过高,精度、分辨率、光谱特性都无法实现。


“找不到,再难也要自己做!” 秉承“普及硬科技,为生命护航”的企业使命,研发团队决定自己攻坚这一难题,经过上百次的技术研讨,在实验室艰苦奋战了1000多个日日夜夜,这一技术难关终于被攻克了,成功解决了白光和近红外光成像的超高清微米级图像配准技术难题,刷新了国内外光学厂商对图格医疗的认知,也让图格人领略了那种“咬定青山不放松,无限风光在险峰”的成就感!


攻坚克难,微创中国“芯”


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图格医疗的微创中国“芯”


全球严重的“缺芯”危机仍在蔓延。据高盛投资分析,全球有169个行业均在一定程度上受芯片短缺的冲击很严重。在如此“缺芯”情势下,图格医疗专注硬科技,扛起微创中国“芯”的研发重任,全力钻研高端内窥镜关键技术,并成功在“芯”——基于FPGA的图像实时处理系统和“术”——图像处理算法取得了重大突破,拥有完全自主知识产权,创造“芯快术好,芯术合一”的微创中国“芯”,用中国智造引领4K荧光成像技术的“芯”未来。


虽然有很多人直接采购国外的板卡快速推出产品,也有很多人建议图格采用这种短、平、快的方式,综合成本风险都很低,可以快速有一个“差不多”的产品,但是图格没有走捷径,坚持自主研发,紧盯科技前沿,持续投入各种资源,一定要做出好产品,一路艰辛,却从未放弃。


在综合考虑解析度、色彩偏差、白平衡、信噪比、曝光、畸变、色散等影响图像视觉效果的关键因素,图格医疗勇闯“无人区”,领跑中国“芯”,成功构建起自主可控的全链路4K产品管线,为国产内窥镜装上中国“芯,彻底解决了国内高端内窥镜的“卡脖子”难题,并且这种核心成像技术也可以拓展到其他高端成像应用,也因此获得中国工程院吴光辉院士的鼓励和赞扬!


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进窄门,走远路,见微光


创始人汪彦刚博士曾说过:“高端内窥镜的研发之路远比我当初设想的更为艰辛,之前是无知无畏,后来是骑虎难下,更艰难的是,没有人知道到底什么时候才能研发成功,但是我们总觉得这个行业要有人去探索,去创造,中国的医生和病人需要先进的技术,我们不笨也足够专注,加上大环境越来越支持核心硬科技的突破,执著于优质产品,虽然道阻且长,但行则将至!”


国内医用内窥镜行业相对欧美日起步较晚,又面临着研发人才匮乏、技术壁垒高、开发风险大、交叉学科资源稀缺等重重困难,导致国内90%以上的市场份额长期被国外品牌垄断。“发展是第一要务、人才是第一资源、创新是第一动力”,从当初白手起家的6个人,发展到如今近百人的团队,同时引入资深行业精英加盟,让整个团队无论是在核心技术层面,还是在人才培养方面,都有了质的跨越,也让团队的整体创新力得到了快速提升。公司拥有储备知识产权70余项,其中发明专利39项,PCT发明专利5项。即将上市产品有:4K+3D+荧光内窥镜摄像系统、8K医用成像系统、输尿管软镜、膀胱软镜、电子胆道镜和电子支气管镜、手术示教室软件、医学影像工作站软件等。


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图格医学创新中心(上海)已搭建4K内窥镜演示实验平台

 

同时,图格医疗已与国内外一线品牌进行了战略合作,和中科院自动化研究所、东南大学、复旦大学附属肿瘤医院、武汉大学中南医院等多家科研院所及医疗机构交流协作,得到了很多专家的指导和协助,并将持续强化产学研医工合作,积极参与国家科研项目和地方重点研发计划项目。

 

图格医疗一直走在硬科技的前沿,坚持“进窄门,走远路,见微光”,专注图像,格物致知,为医生提供一双慧眼,立志成为医疗成像设备的引领者,微创手术提升的贡献者!

文章标签 医疗器械
注:文中如果涉及企业数据,均由受访者向分析师提供并确认。
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