从内窥镜手术看医疗创新

作者：小谷 卓也    来源：《日经数字健康》

欢迎访问e展厅 展厅 4 医疗设备/医疗器械展厅 B超诊断仪, 心电图仪, CT机, 眼科设备, 裂隙灯, ... 医疗领域现在正在推进多项技术创新，内窥镜手术领域也是其中之一。为了减轻手术对患者造成的负担，相关技术的应用越来越活跃。下面就从内窥镜手术领域来看一下医疗创新。 现在，替代会给患者带来巨大负担的开腹手术、使用外科用内窥镜（硬质内窥镜）的内窥镜手术的比例正在迅速提高。在低创化这一大的医疗趋势下，这种倾向在今后还会越来越明显。 支撑这种趋势的是技术创新，其中的关键技术是“影像技术”。因为内窥镜手术要一边看着插入体内（患部）的摄像头的影像一边做手术，没有影像技术就无法实施。 利用二维及低分辨率影像时，面临的课题是难以把握纵深感。因此需要采用三维（3D）显示、4K（4000×2000像素级）等高精细显示技术，实现真实感强的视觉效果。某医疗器械厂商指出，“在做内窥镜手术时，如果使用3D影像，就更容易把握缝合时的位置关系等，因此能够加快手术速度、减轻患者负担”。 关于影像技术在外科内镜领域的应用，主要有两大趋势，一是内窥镜本身的3D化和高精细化，二是对实现了3D化及高精细化的内窥镜获得的图像进行处理的周边设备的开发。下面就分别介绍这两方面的事例。 不断推进3D化 在内窥镜本身的3D化和高精细化方面，首先，3D化（3D内窥镜）的开发最近几年非常活跃。虽然3D内窥镜的实用案例目前还很少，但在全球最大的医疗器械展“MEDICA”等展会上，有很多企业都展出了试制品。估计今后这一市场会稳步扩大。 索尼预计，“到2015年，外科内镜的20％将支持3D”。索尼与奥林巴斯于2012年9月决定成立合资公司“索尼奥林巴斯医疗解决方案”，而索尼公开表明要通过该合资公司进行开发、设计、销售、制造的产品只有3D内窥镜一种。索尼预计这种新一代内窥镜的市场“到2020年将达到3300亿日元”，其目标是获得20％以上的市场份额。 采用超高清技术 索尼奥林巴斯医疗解决方案公司宣布，不仅要开发3D内窥镜，还将开发4K内窥镜。像这样的高精细化今后还将不断发展。 代表性事例是，采用8K（8000×4000像素级）影像信号、即“超高清”的内窥镜试制品已经问世。日本医学影像联盟（Medical Imaging Consortium，MIC）于2014年1月24日在东京举行了新闻发布会，宣布开发出了8K内窥镜，并成功实施了动物实验。MIC理事长兼日本国立成育医疗研究中心社会与临床研究中心副主任、医疗器械开发部长千叶敏雄表示，“这一成果是世界首例”。 动物实验是在2013年12月7日实施的，利用的动物是内脏与人类内脏极其接近的猪。实验取得的8K内窥镜手术成果主要有三方面：（1）能够利用内窥镜做微细手术、（2）将显示器变成了电视显微镜、（3）可利用腹腔内的空间。 缓解医生的紧张 微细手术方面，显微镜手术通常使用的0.02～0.029mm粗的丝线也能用肉眼看到。此外，还能看到以前的HD内窥镜看不到的肝脏微细血管的截面。 电视显微镜方面，即使将8K内窥镜拍摄的部分图像放大，也能够获得清晰的图像，因此医生在手术时无需佩戴“手术放大镜”等装备。 腹腔内的空间方面，即使内窥镜不靠近患处，也能够获得清晰的影像，因此能够确保空间，可以消除“医生担心内窥镜碰到手术器具等紧张的情绪”。 千叶理事长介绍说，这次的8K内窥镜“能够获得只有高精细影像才有的自然的纵深感”。不过，这种纵深感跟3D影像的立体感不同，因此，“即使8K内窥镜问世，也不会凌驾于3D内窥镜之上，而是与之并存。当然，如果能实现既支持8K又支持3D的内窥镜就太棒了”。 另一方面，关于4K和8K的区别，千叶理事长做了如下解释：“4K和8K与现行HD内窥镜的主要区别在于能否超越人类视力的极限。而4K和8K的区别主要是感觉上的，一旦看了8K，就不能回到4K了。” 采用夜视摄像头的技术 此外，还有企业在尝试利用自主技术提高内窥镜的“感光度”，已宣布涉足内窥镜用摄像头开发的先锋就是很好的例子。该公司于2012年10月底与大塚制药旗下的医疗器械厂商——大塚医疗设备公司达成了业务合作，双方将共同开发采用先锋摄像头的内窥镜，并通过大塚医疗设备公司推向市场。 先锋打算在内窥镜摄像头开发中采用“HEED-HARP”技术，借此实现与其他公司的传统产品的大幅差异化。HEED-HARP融合了先锋开发的冷阴极型平面电子源“HEED”（high-efficiency electron emission device）和以NHK放送技术研究所为中心开发的超高感光度光电转换膜“HARP”（high-gain avalancherushing amorphous photoconductor）。 当光从HARP膜一侧射入时，会在以非晶硒(a-Se)为主要成分的HARP膜内部生成与光量相对应的空穴。空穴在HARP膜内如雪崩般增加。这些空穴被HEED释放的电子中和，通过检测此时的电流便可形成图像。该技术以前曾在“NHK技研展”等场合公开过，受到了业内相关人士的极大关注。 采用该技术的摄像头（HEED-HARP摄像头）的最大特点是感光度高。比如，在周围照度为0.6lx（相当于月光）的环境下，也可以不用数字补偿处理而获得清晰的图像。 为了充分利用HEED-HARP技术的这一特点，先锋过去也曾在夜视摄像头等很多应用方面进行了摸索，试制出了相应的摄像头。但截至目前，该技术在任何用途上都未投入实用过。 作为新的应用领域，先锋将目光瞄准了内窥镜，希望通过将该技术用于观察黑暗的体内，使内窥镜具有新的特点。先锋向大塚医疗设备公司提出了这一想法，后者对HEED-HARP摄像头的实力非常感兴趣，因此决定共同开发内窥镜。 市场反应良好 在对内窥镜图像进行3D化和高精细化处理的外设开发方面，由于预计到3D及高精细的新一代内窥镜今后会普及，因此外设的开发最近变得活跃起来。 比如，索尼在2013年8月推出了与3D外科内镜配套使用的3D头戴式显示器（3D HMD）。执刀医生将其戴在头上，内窥镜的影像可直接显现在眼前（图）。 这款3D HMD由负责内窥镜影像信号输入输出及控制等的“头戴式图像处理器单元”和戴在头部的“头戴式显示器”构成。价格为开放式，预计市场售价在150万日元左右（约9.2万元人民币）。首先将在日本上市，年销售目标是1000台。 该产品的市场反应很好。索尼工作人员称，“没想到产品发布后，会有那么多医疗机构前来咨询。我们都忙不过来了”，“很多医疗机构说这款产品很有索尼特色”。 采用与家用3D HMD不同的设计 索尼在开发这款3D HMD时，采用了专门面向医疗机构的设计，根据已上市的家用3D HMD进行了改进。具体而言，提高了易佩戴性，长时间的手术也可使用；设置了调整用小窗，如果歪了也可由其他人帮助进行调整；采用可以看到手部附近的结构，便于取放手术器具。 这些设计是与日本东京医科牙科大学共同研究实现的。索尼于2012年4月启动了与日本东京医科牙科大学在医疗领域加快共同研究和人才培养等的项目。该项目一直在研究如何改进家用3D HMD，使其能用于内窥镜手术。 另外，医用3D HMD的显示部分跟家用3D HMD一样，采用有机EL面板。索尼介绍称“影像响应性出色，能够跟得上手术的速度来影像显示”。 戴眼镜还是裸眼？ 虽然3D HMD称得上是确认3D外科内镜等的影像的先进手段，但在医疗现场普遍采用的却是利用3D显示器确认影像的方法。索尼及松下等企业也参与了这场3D液晶显示器的市场争夺战。 松下健康医疗器械公司和索尼分别在2013年4月和8月推出了显示3D外科内镜影像等的26英寸和32英寸3D液晶显示器（松下健康医疗器械公司在2011年已推出了32英寸产品），像素数都是1920×1080。松下健康医疗器械公司表示“为了追求真实感，采用了不同于普通电视机的图像处理技术，对图像的强调处理不同”。 在3D显示方面，各显示器均采用在液晶面板上贴偏光滤光片、利用圆偏光眼镜观看的方式。利用眼镜观看3D影像的方式还有主动快门方式。但是，松下健康医疗器械公司指出，“在眼镜上装电池会变得很重，在长达数个小时的手术中一直佩戴会很辛苦，因此医生不喜欢”。所以很多人都认为“圆偏光方式是当前的标准方式”。 期待进一步的技术革新 如果不是3D HMD这样直接在眼前呈现影像、而是使用显示器的话，医生真正想要的是裸眼方式，而不是眼镜方式。松下健康医疗器械公司也表示“我们并不是没有考虑过裸眼方式”。 现在裸眼方式无法立即实现，是因为还没有出现能满足需求的3D显示技术。在内窥镜等外科手术领域，医生是一边做手术一边看显示器的。因此，即使视角改变，也要保证3D显示。而现在还没有能满足这种要求的裸眼3D显示技术。今后，需要针对医疗领域开发这种裸眼3D显示技术。 运用机器人技术 此外，日本东京医科牙科大学和东京工业大学正在开发可与执刀医生的头部动作联动来操作3D内窥镜的“内窥镜支架”。在内镜手术中，通常是由执刀医生以外的其他医生（助手）拿着摄像头，根据执刀医生的指令改变摄像头的位置。而如果采用这种内窥镜支架，执刀医生可以直观地控制摄像头，而不再需要助手帮其拿着摄像头。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/14/2014)