醫(yī)用內(nèi)鏡從原理上分類，大致上可分為光學(xué)和電子，我們分別以光學(xué)硬景和電子軟鏡為例，介紹其具體特點(diǎn)和差異。
1、光學(xué)硬鏡：光學(xué)硬鏡由機(jī)械系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)，和導(dǎo)光系統(tǒng)三部分組成。光學(xué)硬鏡的成像原理是先通過(guò)物鏡采集圖像，再由柱狀鏡片傳遞圖像，最后用目鏡放大圖像。
1）機(jī)械系統(tǒng)：不銹鋼合金鏡外管、內(nèi)管、鏡體、光錐、目鏡腔、眼罩是主要組成部分。鏡內(nèi)組成中，機(jī)械系統(tǒng)中的鏡體、鏡外管、內(nèi)管、光錐和目鏡腔的主要制作材料都是不銹鋼合金，而黑色眼罩的制作材料則是高分子耐高溫材料。鏡外組成中，激光無(wú)縫焊接而成的鏡外管和各鏡體的連接處，可以保證境內(nèi)成像不受外界環(huán)境和光線的干擾，提高了物鏡的密封性。其中，鏡體和眼罩通過(guò)精密儀器密封，鏡管和物鏡由膠粘或焊接密封，保證了使用過(guò)程中不會(huì)脫落，液體不會(huì)滲漏，氣體不會(huì)進(jìn)入。
2）光學(xué)系統(tǒng)：物鏡，柱透鏡組和目鏡組成了硬鏡的光學(xué)系統(tǒng)。其中，物鏡負(fù)責(zé)收集圖像，且其鏡片參數(shù)對(duì)內(nèi)鏡的視角和視野起了決定性作用，柱透鏡組的功能是傳輸圖像，目鏡的功能則是放大圖像并經(jīng)由眼罩傳出圖像。
3）導(dǎo)光系統(tǒng)：光學(xué)硬鏡的導(dǎo)光系統(tǒng)由傳輸光線的光纖組成，直徑通常為 0.03mm。光線先從物鏡端射出，照亮腔道，再通過(guò)物鏡鏡體將圖像傳導(dǎo)至光纖系統(tǒng)另一端的光錐處成像。
▲ 光學(xué)硬鏡組成部分 （資料來(lái)源：SCHÖLLYFIBEROPTICGMBH、安信證券研究中心）
2、電子軟鏡：主要由先端 CCD/CMOS 芯片、腔內(nèi)光源系統(tǒng)、軟鏡機(jī)械部分組成。從組成部件來(lái)看，電子軟鏡由先端、插入管和操作部三大模塊構(gòu)成，并由連接部將各模塊進(jìn)行串聯(lián)。電子軟鏡傳輸圖像的過(guò)程是由先端的微型圖像傳感器采集圖像，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再通過(guò)鏡身線路傳至攝像系統(tǒng)，最終形成圖像。電子軟鏡比硬鏡的可探測(cè)深度更深，細(xì)小的鏡片可以使鏡體輕松進(jìn)入鼻腔、耳道等細(xì)窄腔道，這是硬鏡無(wú)法觸及的區(qū)域，為醫(yī)生提供更準(zhǔn)確的患者信息。
▲ 電子軟鏡系統(tǒng)組成部分 （資料來(lái)源：SCHÖLLYFIBEROPTICGMBH、安信證券研究中心）
▲ 軟鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 （資料來(lái)源：奧林巴斯官網(wǎng)、安信證券研究中心）
電子內(nèi)鏡和光學(xué)內(nèi)鏡的區(qū)別是，電子內(nèi)鏡通過(guò)先端 CCD/CMOS 芯片采集圖像，鏡身傳導(dǎo)的是數(shù)字信號(hào)。而纖維軟鏡則是通過(guò)光學(xué)纖維，傳導(dǎo)物理圖像，沒(méi)有芯片電路。電子內(nèi)窺鏡在醫(yī)院內(nèi)鏡室的診斷和治療中起到非常重要的作用，具有靈活定好、分辨率高、易于診斷、管徑細(xì)等優(yōu)點(diǎn)。
▲ 電子內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)拆分 （資料來(lái)源：SCHÖLLYFIBEROPTICGMBH、安信證券研究中心）
醫(yī)用內(nèi)窺鏡從前端到后端所囊括的配件依次是：光源、鏡體、導(dǎo)線、主機(jī)、顯示器等，下面我們分別來(lái)看不同組成部分的主要功能和特點(diǎn)。
光源照明：傳統(tǒng)的電子內(nèi)鏡使用氙燈（白光）作為照明光，白光的寬帶光譜實(shí)際上是由 R/G/B（紅/綠/藍(lán)）3 種光組成的，其波長(zhǎng)分別為 605nm、540nm、415nm；可以使用 LED 光源，為冷光源且不產(chǎn)生熱效應(yīng)，即開即用。
病灶組織：傳統(tǒng)方法通過(guò)白光照射病灶可疊加色素內(nèi)鏡檢查，用不同的色素溶液，對(duì)黏膜進(jìn)行噴灑或口服，通過(guò)黏膜表面輪廓顯示或吸收特性的不同，區(qū)分癌變與非癌黏膜；目前多數(shù)通過(guò)疊加熒光劑（熒光內(nèi)鏡）將吲哚菁綠（ICG）注入目標(biāo)血管或組織，通過(guò)吸收近紅外光后釋放出不同波長(zhǎng)熒光的特性，再利用圖像傳感器捕捉熒光信號(hào)。
鏡體：（1）圖像傳感器：彩色 CCD/CMOS 將不同的光信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字電信號(hào)形式，多張捕捉到的圖片高速切換實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)視頻。（2）透鏡：標(biāo)配普通光學(xué)鏡頭放大 10 倍，即大于 10mm 的視線范圍；可疊加變焦鏡頭放大內(nèi)鏡（ME），增加高倍率的變焦鏡頭，使黏膜組織光學(xué)放大，目前廠家所使用的變焦倍數(shù)多在 80~120 倍以上。（3）鏡體可疊加：可疊加超聲探頭以觀察表層以下的組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)可疊加共焦顯微鏡（共聚焦內(nèi)鏡鏡頭、細(xì)胞學(xué)內(nèi)鏡），通過(guò)共聚焦探頭，獲取各層面的組織學(xué)圖像。并有望明顯減少活檢的次數(shù)，增加病理的檢查率。
導(dǎo)線：編碼電路通過(guò)導(dǎo)線將信號(hào)輸送到圖像處理器。
主機(jī)：（1）圖像處理功能：雙熒光處理；全彩熒光處理；4K 處理；3D 技術(shù)；除霧功能；血管增強(qiáng)；高動(dòng)態(tài)范圍；曝光修正等特殊圖像處理；（2）AI 算法處理：包括 AI ISP 圖像處理。
顯示器：可配備 4K 分辨率/高清分辨率。
▲ 醫(yī)用內(nèi)窺鏡主要構(gòu)成部分 （資料來(lái)源：沙利文、安信證券研究中心）
在上述內(nèi)窺鏡主要構(gòu)成部件中，最核心的技術(shù)壁壘主要包括光學(xué)鏡頭集成、圖像傳感器、鏡體設(shè)計(jì)與集成技術(shù)、圖像處理技術(shù)(包括降噪、邊緣增強(qiáng)技術(shù)等)。其中：
（1）成像鏡頭：內(nèi)窺鏡圖像分辨率決定了內(nèi)窺鏡成像的清晰度，是保障臨床疾病篩查檢出率和準(zhǔn)確率的關(guān)鍵。光學(xué)鏡頭是獲得光信號(hào)的關(guān)鍵，日企多憑借相機(jī)等光學(xué)業(yè)務(wù)起家，在變焦鏡頭、實(shí)現(xiàn)多停光學(xué)放大目分辨率不變等領(lǐng)域有豐富專利積累，而中國(guó)廠商高端數(shù)控機(jī)床加工、技術(shù)專利積累等還與進(jìn)口品牌有較大差距。
（2）圖像傳感器：圖像傳感器是把光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，現(xiàn)主要有 CCD 和 CMOS 傳感器。CCD 技術(shù)長(zhǎng)期被日本壟斷，2019 年 CCD 產(chǎn)業(yè)前七大廠商皆為日系廠商，占據(jù)全球 98.5%市場(chǎng)份額。相比于 CCD，CMOS 具備體積小、耗電量低、成本低、系統(tǒng)整合度高特點(diǎn)，CMOS 有望代替 CCD 圖像傳感器在內(nèi)鏡中的使用。相較 CCD 技術(shù)中國(guó)企業(yè)幾乎無(wú)影響力的現(xiàn)狀，在 CMOS 領(lǐng)域，中國(guó)韋爾股份 2019 年收購(gòu)的豪威科技在 CMOS 領(lǐng)域市占率約 11.5%;澳華內(nèi)鏡、開立醫(yī)療先后推出的 AQ-200、HD-550 均采用 CMOS 傳感器，新光維獲批的“4K 超高清內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)”，使用的也是 CMOS 傳感器。中國(guó)與海外企業(yè)在 CMOS 技術(shù)研發(fā)差距有望逐漸縮小
（3）圖像顯示：中國(guó)廠家在圖像后處理方面也實(shí)現(xiàn)突破，澳華內(nèi)鏡自研光學(xué)染色的 CBI 分光染色技術(shù)，使得醫(yī)生能更好觀察病變黏膜下的微血管結(jié)構(gòu)。開立醫(yī)療自研的光電復(fù)合染色成像 VIST 技術(shù)，保證畫面亮度和高分辨率圖像同時(shí)，凸顯早期病變的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化。綜合來(lái)看，邊緣增強(qiáng)技術(shù)瓶頸被攻克，國(guó)產(chǎn)廠家與進(jìn)口廠家的技術(shù)差距已經(jīng)縮小，未來(lái)國(guó)產(chǎn)廠商在高端技術(shù)領(lǐng)域有望持續(xù)攻克。
▲ 醫(yī)用內(nèi)窺鏡核心技術(shù) （資料來(lái)源：頭豹研究院、安信證券研究中心）
▲ 醫(yī)用內(nèi)窺鏡產(chǎn)業(yè)鏈 （資料來(lái)源：海泰新光招股書、安信證券研究中心）
▲ 內(nèi)窺鏡核心模塊 （資料來(lái)源：頭豹研究院、安信證券研究中心）
圖像傳感器：電子內(nèi)鏡中安裝的圖像傳感器能將光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，當(dāng)前主流的傳感器為 CCD 和 CMOS 兩大類。CCD 是采用耦合方式傳輸信號(hào)的探測(cè)元件，通常裝置在內(nèi)鏡前端，用于接收體腔內(nèi)黏膜面的反射光，并將這些光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號(hào)。隨后將捕捉到的圖片以高速切換的形式轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)視頻，最終在顯示器上展示受檢病灶的彩色黏膜圖像。相比之下，CMOS 則是將反射光先轉(zhuǎn)換為電子，再轉(zhuǎn)換為電壓，然后通過(guò)芯片上的 ADC 模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，其所示圖像具有高幀率的特點(diǎn)。CMOS 由于體積小、耗電量低、成本低以及系統(tǒng)整合度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為了突破技術(shù)掣肘的關(guān)鍵一環(huán)。
CCD 向 CMOS 迭代的技術(shù)革新帶來(lái)新一輪洗牌和格局重塑。CCD 圖像傳感器技術(shù)在全球范圍內(nèi)長(zhǎng)期由少數(shù)日系廠家主導(dǎo)，曾是“卡脖子”技術(shù)之一。但隨著 CMOS 傳感器的替代，國(guó)內(nèi)廠商在自主研發(fā)高端軟性和硬性內(nèi)窺鏡方面取得了重大突破。回顧國(guó)內(nèi) CMOS 的發(fā)展歷程，韋爾股份在 2019 年時(shí)收購(gòu)了豪威科技，率先進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)鏈整合，隨后澳華推出的 AQ-200、開立推出的 HD-550 內(nèi)鏡系統(tǒng)以及新光維的 4K 超高清內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)，均采用了 CMOS 傳感器。國(guó)內(nèi) CMOS 工業(yè)供應(yīng)鏈正在不斷完善，且隨著國(guó)產(chǎn)廠商加大對(duì) CMOS 圖像處理技術(shù)的投入，其使用性能及產(chǎn)品覆蓋率也在不斷接近甚至超越 CCD。CMOS 也逐漸成為越來(lái)越多國(guó)產(chǎn)內(nèi)鏡廠商對(duì)CCD 的首選替代。
▲ CCD和CMOS技術(shù)對(duì)比 （資料來(lái)源：CNKI、融匯研究、安信證券研究中心）
圖像處理：國(guó)產(chǎn)龍頭擁有了自主研發(fā)的染色成像技術(shù)，突破了外資技術(shù)壟斷。內(nèi)鏡光學(xué)染色技術(shù)原理是通過(guò)改變光波波長(zhǎng)的多種光譜組合，獲得更清晰的觀測(cè)黏膜不同層次的微血管和微結(jié)構(gòu)內(nèi)鏡圖像，輔助發(fā)現(xiàn)早期癌及癌前病變。內(nèi)鏡染色和放大技術(shù)的應(yīng)用對(duì)臨床早期癌癥的檢出發(fā)揮了重要作用。國(guó)產(chǎn)龍頭也逐步在光學(xué)染色上擁有了自主研發(fā)的能力并建立起自身優(yōu)勢(shì)。例如，開立醫(yī)療的 VIST 光電復(fù)合染色成像技術(shù)和澳華內(nèi)鏡的 CBI 分光染色技術(shù)。根據(jù)《國(guó)產(chǎn)內(nèi)鏡新光學(xué)染色技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的多中心研究》：進(jìn)口品牌內(nèi)鏡光學(xué)染色技術(shù)需要聯(lián)合放大內(nèi)鏡才能獲得對(duì)胃內(nèi)腸上皮化生較好的診斷價(jià)值，而國(guó)產(chǎn)內(nèi)鏡新光學(xué)染色 VIST 模式結(jié)合自身 40 倍弱放大在檢查過(guò)程中無(wú)需更換放大內(nèi)鏡延長(zhǎng)檢查時(shí)間，也未增加內(nèi)鏡檢查費(fèi)用，具有一定優(yōu)勢(shì)；且國(guó)產(chǎn)內(nèi)鏡新光學(xué)染色組相比對(duì)照組有更高的準(zhǔn)確率，總體正確率達(dá)到進(jìn)口內(nèi)鏡的判斷水平。
▲ 主要電子染色技術(shù)對(duì)比 （資料來(lái)源：中國(guó)消化內(nèi)鏡雜志，各公司官網(wǎng)、安信證券研究中心）
▲ 開立VIST技術(shù)圖示 （資料來(lái)源：開立醫(yī)療官網(wǎng)、安信證券研究中心）
▲ 澳華CBI技術(shù)圖示 （資料來(lái)源：澳華內(nèi)鏡官網(wǎng)、安信證券研究中心）
