日本超低价的极细镜头，助力一次性内窥镜成本控制

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不久前，在我国内窥镜领域中，新光维医疗正式向港交所递交招股资料。其招股书中提到了五大内窥镜核心技术，分别是一次性使用内窥镜技术、超高清医用成像技术、3D医用成像技术、特殊光医用成像技术和极细内窥镜成像技术。
通览全文，我们发现在对这五大技术的介绍上，极细内窥镜成像技术似乎始终裹着神秘的面纱。还处于在研序列的极细内窥镜，既没有详细的产品介绍，也没有市场竞品的介绍。
近日，动脉网了解到日本有一家企业正在生产与极细内窥镜相关的极细GI（Graded Index）镜头。作为内窥镜系统的关键部件之一，我们将通过这个项目来一探究竟。
什么是“极细内窥镜”？

首先，我们要了解“极细内窥镜”究竟是什么？根据弗若斯特沙利文，极细内窥镜并没有公认的定义。据The American Society for Gastrointestinal Endoscopy刊发的文章看，极细内窥镜主要是指插入部分直径在6㎜以下的内窥镜（包含6㎜），可以通过患者的鼻孔或口腔进入体内。
随着技术的发展，市场上已经有很多医用内窥镜厂商可以达到这一标准。因此，对于极细内窥镜的要求已经升级，插入部小于1㎜成为“真”极细内窥镜的新标准。
目前，有许多内窥镜厂商正在挑战开发这样的极细内窥镜。但由于极细内窥镜的设计特点，要做到插入部小于1㎜，往往需要与独立光源和独立的图像处理器一同使用，所以要求这二者进行一体微小化整合。
从6㎜到1㎜，数值的变化是对内窥镜厂商精密制造能力的考验，全球能够生产这样极细内窥镜的企业寥寥无几。
虽然开发难度大，但研发生产“极细”内窥镜很有必要。极细内窥镜由于“细”的特点，应用场景也自然扩展到泪管、乳腺管、牙根管、耳朵等的诊疗。这些部位要么腔道狭窄，要么结构复杂，对于内窥镜的要求比较高。
对于人体细小腔道，以前只能通过B超、医学CT等从体外进行成像观察，面临成像分辨率低、难以实时观察的缺陷。然而利用极细内窥镜可以直接进入普通内窥镜难以进入的人体腔道，实时显示人体内组织的图像，方便医生直观地进行判断。
同时，内窥镜作为一种治疗手段，医生可以在直视下进行相应治疗。以泪道内窥镜为例，它需要搭载诊断用的照明和摄像纤维、冲洗装置，以及治疗用的激光纤维等，对内窥镜大小要求极高。但用极细内窥镜进行治疗，可以减少对正常组织的损伤和对其他部位功能的影响，手术的持续时间也较短，术后恢复快。
因此，对于眼科、牙科、耳科、咽喉科等科室来说，极细内窥镜可以解决临床上对精细化医疗器械的需求。与此同时，也能看到极细内窥镜所拥有的广阔的应用前景。
前文所提到的日本企业，其所研发的GI镜头的直径可以低至0.1㎜，应用到内窥镜上则可以将其指杆直径控制在1㎜以下，是目前市场上主流产品的一半。其可以成为极细内窥镜模组的重要组成之一。

来源：日方企业
极细GI镜头，25年慢工出细活
什么是GI镜头？
GI（Graded Index），即渐变折射率。GI镜头，则是具有折射率分布的柱面镜头，其折射率是从中心向外围递减的。
GI镜头在成像上主要具备两点优势，其一，通过多层精确控制折射率分布的形成，还可以形成局部色散控制分布来控制色差；其二，成像分辨率可达50万像素，通过进一步的技术改进，预计未来可实现200万像素。
日本的光学技术在世界范围内非常领先，关于GI镜头，日本板硝子（NSG）、尼康、奥林巴斯等日本顶级光学厂商也曾挑战过，但因为迟迟不能得到结果的印证和公司的运营决策等因素，最终停止。
而这家日本企业对GI镜头的研发达25年之久，中间经历无数次反复试验才攻克GI技术。这项GI技术得到过日本科学技术厅的资助，曾被诸多日本主流媒体报道。
日方企业表示：给玻璃一个折射率分布，日本的Nippon Sheet Glass成功将其制成GI镜头，并作为品牌名称SELFOC镜头投入实际使用，且用于了内窥镜。然而对于塑料，高度精确的折射率分布在世界上还没有任何公司成功，我们是目前唯一一家成功的企业。
极细GI镜头最早开始于日本庆应义塾大学理工部的小池教授开发的塑料GI镜头。
尚在项目早期，研究团队就迎来第一个挑战：由于镜头充满气泡而阻挡了光的通过，因此无法清晰成像。经过努力，企业研发团队开发了一种新的制造方法，实现了无气泡GI镜头。
但GI镜头最具挑战性的是控制折射率分布的变化。创建高度精确分布的技术是一种在PMMA材料（polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯）中获得特殊纳米粒子所需分布的技术，只有在特殊压力、特殊温度的几种条件下才有可能实现。
仅两年前，经过数次迭代后这个难关才算攻克，极细GI镜头终于迎来清晰的成像效果。

来源：日方企业
超低价GI镜头，助力一次性内窥镜
极细GI镜头的另一个突出优势是成本控制。得益于极细GI镜头原材料的选择，不仅使其实现了超低价；还具有良好的柔韧性，即使跌落不会破裂，用力弯曲也难以折断。
GI镜头的原材料是PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），又称亚克力或有机玻璃。这是一种高分子聚合物，是常见的玻璃替代材料，具有高透明度、低价格、易于机械加工等优点。由此，GI镜头的生产成本很低。
日方企业表示，通过设计和材料的选择，极细GI镜头可以将传统内窥镜的价格从几百万日元（约几十万元人民币）降低到一百万日元（约六万元人民币）以下。
一次性内窥镜，可以解决临床上交叉感染的痛点。目前，国内一次性内窥镜的市场空间超百亿元。但一次性内窥镜要推广使用，还需要解决好于成本控制和成像等产品性能上的问题。
而极细GI镜头凭借其成像清晰、成本低两大优势，可以助力一次性内窥镜低成本量产。其主要应用于内窥镜中的硬镜，可在眼科、消化外科、胸外科等多个领域使用。
综上所述，极细GI内窥镜的特点表现于以下几点：

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  镜头极细，直径0.1㎜，仅通过100微米的线性GI即可实现视频传输；
  
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  图像分辨率高，可达50万像素，通过技术改进未来可实现200万像素；
  
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  价格低，可用作⼀次性内窥镜；
  
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  柔韧性好，不易折断。
  

深耕光学镜头领域，产品远销世界

参与极细GI镜头项目的团队是由来自日本国立大学的有机化学专家、日本大公司出身的光学专家、塑料加工工程师和塑料聚合工程师等组成，他们在各自的专业领域均积累了30多年的丰富经验。
研发极细GI镜头的日方企业，则在光学镜头垂直领域深耕了36年，1985年开始进入医疗领域。其产品被Apple、Google、SONY、Panasonic、京瓷、奥林巴斯、欧姆龙、丰田汽车、本田汽车、东京大学、京都大学、资生堂、花王、小林制药、大正制药等日本以及世界知名企业购买。
其产品还取得诸多世界首创成就。例如，1987年公司开发了世界上第一台“Touch and View 视频放大镜”，只需放到目标对象上就可以在监视器上进行放大观察。1988年，研制了世界上第一台便携式数码显微镜，该产品现已经售出35万多个，被引入许多行业和全球性公司的质量控制中，包括美国的NASA（美国航空航天局）。
日方企业表示：苹果原CEO史蒂夫・乔布斯在主题演讲中介绍了我们的产品，并给予了高度评价。我们的产品在与日本尼康的产品竞争中，最终被NASA采用。在与德国的ZEISS竞争中被诺基亚采用。在日本NEC和富士通的智能手机采用了我司的镜头。
此外，在医疗领域，日方企业对是否患有阿尔茨海默症、抑郁症的精神诊断设备和对宠物心情状态的诊断设备等新产品已经面市；关于新冠、SARS、流感等上呼吸道感染的检测设备正在申请医疗认证中；对阿尔茨海默症、抑郁症的治疗设备也在研发中。
动脉网了解到，这款极细GI镜头目前已经完成了实验室阶段的验证，正待市场化。这家日方企业表示，为了使产品尽快得到应用，希望技术转移给中国有实力的企业，由中国企业来实现量产和商业化落地。
参考资料：新光维医疗招股书
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