內窺鏡成像技術的專利分析

涂燕君 李香波

摘 要 本文對國內外內窺鏡的產業現狀和主要申請人進行分析，并具體分析了廣州寶膽和奧林巴斯兩家公司在內窺鏡領域的不同研發路徑，總結了內窺鏡目前的主流技術，為國內企業在內窺鏡領域的研發提供了方向。

關鍵詞 內窺鏡 成像 專利分析

中圖分類號：TN 911文獻標識碼：A

醫用內窺鏡為當前應用廣泛的一種醫療儀器。醫生通過內窺鏡能觀察到體腔臟器的組織形態，方便診斷，且觀察到的圖像能輸出、存儲和處理。醫用內窺鏡損傷小、恢復快，其診療優勢已被醫學界所共識。據統計，中國內窺鏡的市場規模已達百億元之上，其市場潛力巨大。

相比國際內窺鏡器械勢不可擋的發展勢頭，我國內窺鏡器械企業起步相對較晚，高端內窺鏡主要依賴進口，大部分的市場份額為國外品牌擠占。《醫療器械科技產業“十二五”專項規劃》把醫療器械創新納入到科技部重點專項范疇，明確提出促進醫療器械領域新產品產業化和新技術應用，重點支持包括掌握核心部件和關鍵技術的醫療設備。因此，對內窺鏡領域國內外專利情況開展專利分析研究，對提高我國內窺鏡領域的技術研發和產業利用水平及促進產業發展，具有十分重要的意義。

1國外產業現狀

2015年全球內窺鏡市場的規模已達到300億美元，根據市場分析公司的預測，在2010-2018年間，整個市場將以年均7.45%的速度快速增長。同時，隨著新興經濟體如亞洲等地區的經濟發展及微創手術需求的提高，亞洲市場的份額逐步提高。目前世界上生產內窺鏡的主要國外公司為：日本奧林巴斯株式會社（OLYMPUS）、日本富士膠片株式會社（FUJIFILM）、日本賓得（PENTAX）、美國伊西康公司（ETHICON）、日本豪雅株式會社（HOYA）、日本佳能株式會社（CANON）、美國波士頓科學公司（BOSTON SCIENTIFIC），其中尤以日本的奧林巴斯公司、富士膠片公司規模較大，涉及的產品線也較全面，且更多集中在高端市場。圖1為內窺鏡專利在全球的主要申請人及其申請量占全球申請總量的比例。

2國內產業現狀

我國的微創介入手術自進入21世紀以來迅猛發展，但與其相應的介入器械發展并不均衡。以內窺鏡為例，盡管2015年的銷售額高達億人民幣，但在電子內窺鏡領域其核心技術上嚴重依賴進口，且由于過度依賴進口而導致產品價格偏高。目前，國內生產內窺鏡的主要公司為：廣州寶膽醫療器械科技有限公司、重慶金山科技、深圳先進技術研究院、深圳開立生物醫療科技股份有限公司、深圳市資福技術有限公司、杭州好克光電儀器有限公司。以廣州寶膽醫療器械公司為例，其專利申請主要集中在硬質內窺鏡領域，在中低端市場具有一定的市場份額。附圖2為內窺鏡專利在我國的主要申請人及其申請量占在華申請總量的比例。

3國內外申請量最大的申請人分析

目前，國內和國外申請人中，申請量最大的申請人分別是廣州寶膽醫療器械公司和奧林巴斯株式會社，下面對這兩個申請人的專利技術進行重點分析。

3.1廣州寶膽醫療器械公司的內窺鏡專利分析

廣州寶膽公司在內窺鏡技術中研究的改進點主要涉及：掃描方式的改進（超聲掃描（CN101703415）、共聚焦掃描（CN101773380）、微波掃描（CN101912305）、彩色多普勒超聲掃描（CN102008283）、紅外線掃描（CN102045448）、激光掃描（CN102525395）），多CCD陣列立體三維成像（CN102058382）、智能電子內窺鏡（CN102188230）、具有預警功能的內窺鏡（CN103190953）、帶充氣氣囊的內窺鏡（CN103356157）、可彎曲的硬質內窺鏡（CN103622663）。可見，廣州寶膽公司對內窺鏡領域的改進集中在硬質內窺鏡，涉及掃描方式、端頭結構的改進。而在2011年，其申請了一篇關于利用多CCD陣列進行立體影像重構的三維立體電子 胃鏡的專利CN102058382，其將多CCD陣列運用于胃鏡中以提高圖像分辨率，這也是其首次對鏡頭的改進;同年，其申請了智能電子內窺鏡CN102188230，其采用智能機器手和計算機技術的結合提高手術精度;盡管這兩篇專利的改進基礎是硬質內窺鏡，但其改進方向與以往不同，更多涉及內窺鏡的鏡頭和智能化的核心技術，這也是國內內窺鏡朝向中高端化邁進的重要標志。同時，值得注意的是，廣州寶膽在2009年及2010年分別向美國申請了1件專利申請，這也是其走出國門的第一步。圖3是寶膽公司專利中各類型專利申請的占比。

3.2奧林巴斯公司的專利分析

奧林巴斯公司在內窺鏡領域具有絕對壟斷地位，其產品研發與核心技術也走在世界前列。目前，奧林巴斯公司對內窺鏡的研發主要集中在電子內窺鏡領域。奧林巴斯公司申請的電子內窺鏡相關專利中發明點涉及以下幾個方面：放大成像內窺鏡、窄帶光譜成像技術、自體熒光顯像。下面將對上述專利的技術要點作簡要介紹。

3.2.1放大成像內窺鏡

放大成像內窺鏡是具有放大倍數十倍到上百倍的電子內窺鏡，其采用光學放大鏡頭和高分辨率的CCD器件實現高放大倍數。為了獲得高分辨率圖像，奧林巴斯公司從不同方面進行了研究，相關專利概述如下：

WO2006/006525A1提供了一種圖像處理方法，采用不同的倍率拍攝圖像，根據對象圖像的大小和表示重復區域的信息生成圖像模型生成單元，用該模型來檢索貼合對象圖像在較低倍率圖像信息中的配置位置的攝影位置計算單元;并根據配置位置將上述部分圖像貼合起來生成上述對象圖像的高精細圖像生成單元。JP2007313166A提供了一種帶有同步的原色成像元件和光學物鏡系統，光學物鏡系統具有可調節焦距和固態圖像傳感器，且固態圖像傳感器能讀取有效像素30萬以上的原色單板的全部像素，該固態圖像傳感器滿足1.95

3.2.2窄帶光譜成像技術

窄帶光譜成像NBI是一種新型的無創的光學圖像增強技術，可以清晰地對淺表生物微血管形態改變及紋理進行可視化。奧林巴斯公司的相關專利概述如下：

JP特開2002-95635A公開了一種窄帶域光內窺鏡裝置，該窄帶域光內窺鏡裝置將可見光區域的照明光作為離散的分光特性的、窄帶域的、RGB的按面順序的光而照射到生物體組織上，得到生物體組織的黏膜附近的組織信息。WO2006/025334A1公開了一種窄帶域光內窺鏡裝置，其采用調光基準信號生成電路對觀察用普通光和窄帶光觀察時，變更多個波長域進行拍攝的色彩信號成分的比率，生成調光基準信號，從而得到良好的NBI圖像畫質。WO2016/178266A1公開了一種攝像裝置，其通過對圖像傳感器中的R、G、B像素的不同排布從而實現抑制RGB圖像的分辨率劣化而提高NBI圖像的分辨率。可見，奧林巴斯公司從變更不同波長的拍攝色彩信號比例、圖像傳感器的R、G、B像素的不同排布等方面提高窄帶光譜成像畫質。

3.2.3自體熒光顯像

自體熒光顯像（AFI）：AFI采用兩個CCD成像，其中一個用于高分辨率白光內窺鏡成像，另一個用于自熒光成像。AFI用于檢測組織癌變，與白光內窺鏡、NBI技術聯合評價Barrett食管癌變的可能，實現強化腫瘤性病變部位色調的熒光觀察。奧林巴斯公司的相關研究概述如下：JP2007-229053A公開了一種內窺鏡系統，通過向體腔組織照射窄帶激勵光，獲得組織產生的自體熒光，根據該自體熒光圖像進行診斷。JP2008-280235A公開了一種用于醫學內窺鏡中的的光學玻璃，其具有低的自身熒光強度，在對樣本發出的熒光進行成像時能降低干擾。JP2014-64196A公開了一種攝像裝置，其采用FPF像素獲取自發熒光的信息和感興趣的熒光顏料的信息，當FPF像素檢測到的窄帶被設置為激發光的波長時，可以基于激發光獲取熒光圖像，因此，觀察者可以檢查激發光的輻射位置并有效地進行觀察。可見，奧林巴斯公司從降低自體熒光的周圍光干擾、采用FPF像素提高自體熒光的采集效果等方面提高自體熒光顯像的效果。

4結論

通過對國內、外內窺鏡申請量最大的公司進行分析，廣州寶膽公司對內窺鏡的研發更多集中于硬質內窺鏡，其主要涉及機械結構、掃描方式的改進;盡管數量逐步上升，但質量仍需提高，且其專利布局基本在國內，這不利于我國內窺鏡技術在全球范圍的影響力。奧林巴斯公司的研發更多集中于電子內窺鏡，其中涉及成像鏡頭、微型圖像傳感器、圖像采集和處理電路等改進;而這些也是電子內窺鏡的關鍵核心技術;且奧林巴斯除了在日本進行專利申請外，在中國、美國、歐洲均有相應專利布局，在全球的影響力較大，其在全球市場的占有率更高。通過本文的專利分析，有助于我國企業和研究機構了解目前國內外內窺鏡專利技術的發展現狀，了解目前內窺鏡的主流技術，有助于我國企業和研究機構更好的把控研發過程中的侵權風險，加強自主創新能力，在現有技術上尋找突破口，打破日本企業對電子內窺鏡的壟斷地位。

參考文獻

[1] 賀化.前沿技術領域專利競爭格局與趨勢[M].知識產權出版社，2016：138-158.