攝像頭模塊簡(jiǎn)化了內(nèi)窺鏡設(shè)計(jì)

成像子系統(tǒng)和攝像頭模塊在醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)中不斷涌現(xiàn)，以幫助 OEM 加快產(chǎn)品上市時(shí)間，使他們能夠?qū)Ｗ⒂诓町惢a(chǎn)品設(shè)計(jì)。這部分歸功于 CMOS 圖像傳感器的工藝和架構(gòu)的進(jìn)步，這些傳感器提供了高靈敏度和信噪比 （SNR） 以及低功耗。

這也與醫(yī)療行業(yè)從可重復(fù)使用的內(nèi)窺鏡轉(zhuǎn)向一次性內(nèi)窺鏡有關(guān)。Yole Group 旗下的 Yole Intelligence 表示，市場(chǎng)正在從可重復(fù)使用的產(chǎn)品商業(yè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮涡援a(chǎn)品的商業(yè)模式。這家市場(chǎng)分析公司表示，一次性和膠囊內(nèi)窺鏡解決方案設(shè)計(jì)為在使用后丟棄，具有低成本優(yōu)勢(shì)，消除了交叉污染和再處理的需要。

在選擇圖像傳感器時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要注意光學(xué)格式（傳感器尺寸）和動(dòng)態(tài)范圍等關(guān)鍵規(guī)格，以及光學(xué)、熱管理和功耗等其他因素。同時(shí)，他們面臨著設(shè)計(jì)復(fù)雜性的問(wèn)題。

這些圖像傳感器解決方案除了需要提高診斷準(zhǔn)確性，即需要高圖像質(zhì)量外，還需要針對(duì)一次性內(nèi)窺鏡市場(chǎng)進(jìn)行縮小。同時(shí)，圖像傳感器制造商還需要解決設(shè)計(jì)復(fù)雜性和集成度方面的問(wèn)題。

為了解決這些問(wèn)題，一些圖像傳感器制造商開(kāi)發(fā)了集成成像子系統(tǒng)以及更小的相機(jī)模塊。一些示例包括 ams OSRAM 的 NanEyeM 相機(jī)模塊和 Omnivision 的 OVMed OCHSA 和 OCHTA 電纜模塊以及 CameraCubeChip 相機(jī)模塊。

圖像傳感器制造商表示，采購(gòu)和采購(gòu)電纜和 LED，然后與晶圓級(jí)模塊配對(duì)需要時(shí)間和成本。借助完整的內(nèi)窺鏡成像子系統(tǒng)，它可以縮短設(shè)計(jì)人員的上市時(shí)間，同時(shí)讓醫(yī)生能夠看到身體最小解剖結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)。

NanEyeM 攝像頭模組

在過(guò)去一年中，艾邁斯半導(dǎo)體歐司朗通過(guò)用于一次性醫(yī)用內(nèi)窺鏡檢查的 NanEyeM 攝像頭模塊擴(kuò)展了其 NanEye 產(chǎn)品組合。它是一個(gè)封裝的數(shù)字內(nèi)窺鏡攝像頭模塊，包括電纜，提供高分辨率和小尺寸。

NanEyeM 相機(jī)模塊的尺寸為 1 mm2，適用于一次性醫(yī)用內(nèi)窺鏡。

憑借其 1 × 1 × 2.7 mm 的小尺寸，該模塊可用于有尺寸限制的區(qū)域，例如支氣管鏡檢查、泌尿內(nèi)窺鏡檢查或腎臟內(nèi)窺鏡檢查中的一次性應(yīng)用。ams OSRAM 表示，在支氣管鏡檢查等內(nèi)窺鏡手術(shù)中，Covid-19 大流行加速了從可重復(fù)使用設(shè)備到一次性設(shè)備的轉(zhuǎn)變，這增加了對(duì)一次性支氣管鏡的需求。

NanEyeM 模塊使用“尖端芯片”方法，其中圖像傳感器和光學(xué)器件放置在設(shè)備的尖端（遠(yuǎn)端）而不是另一端（近端），從而獲得更好的圖像質(zhì)量，根據(jù)公司。

NanEyeM 是一個(gè)完全集成的成像模塊，它使用晶圓級(jí)多元素光學(xué)器件來(lái)提供高質(zhì)量的圖像，以實(shí)現(xiàn)近距離的高性能。該鏡頭具有寬廣的視野和擴(kuò)展的景深，可減少失真，同時(shí)提供準(zhǔn)確的圖像。

其他關(guān)鍵特性包括具有高 SNR 的數(shù)字低壓差分信號(hào)串行接口，使相機(jī)能夠通過(guò)長(zhǎng)電纜傳輸而不會(huì)損失信號(hào)完整性或增加噪聲，幀速率高達(dá)每秒 49 幀（fps），分辨率為 320 × 320，適用于一系列標(biāo)準(zhǔn)接口上的低延遲顯示，同時(shí)仍提供低功耗。

ams OSRAM 表示，圖像傳感器還提供高靈敏度，因此所需的照明更少。該公司表示，這有助于控制設(shè)備尖端的熱量產(chǎn)生。它具有 102.4-Kpixel 分辨率和 2.4-μm 高靈敏度像素。

該模塊還附帶一根可定制長(zhǎng)達(dá) 3 米的電纜，這也有助于節(jié)省成本。引用的其他好處包括全數(shù)字輸出，它消除了外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器的成本，因?yàn)檫@是在芯片上完成的，并且對(duì)手術(shù)環(huán)境中醫(yī)療設(shè)備的磁干擾 （EMI/EMC） 的敏感性更低，消除了需要同軸電纜或屏蔽電纜。

NanEyeM 的預(yù)連接電纜可輕松集成到內(nèi)窺鏡中，同時(shí)降低成本。

OVMed OCHSA 和 OCHTA 電纜模塊

Omnivision 的 OVMed OCHSA和OCHTA電纜模塊專為一次性內(nèi)窺鏡和導(dǎo)管而設(shè)計(jì)。它們是經(jīng)過(guò)全面測(cè)試和集成的醫(yī)療級(jí)成像子系統(tǒng)，帶有小直徑攝像頭模塊、電纜和 mini-LED 照明。

該公司表示，這是第一個(gè)用于一次性內(nèi)窺鏡檢查的商用集成 mini-LED 照明，它提供精確的亮度控制，使外科醫(yī)生能夠看到他們以前無(wú)法看到的解剖結(jié)構(gòu)。主要特點(diǎn)包括在較小的局部區(qū)域內(nèi)具有較高的對(duì)比度，適用于小封裝尺寸。它為外科手術(shù)中的多光譜 （ RGB/IR ） 設(shè)備提供單獨(dú)的亮度和調(diào)光控制。

電纜模塊包含該公司的 CameraCubeChip 晶圓級(jí) 0.65 × 0.65-mm 相機(jī)模塊。它為高質(zhì)量圖像提供 400 × 400 或 160-KPixel 分辨率。它們還采用纖細(xì)的微同軸外形尺寸的 OVMed 電纜。

有兩種電纜模塊可供選擇。OCHSA 電纜模塊提供 800 × 800 像素分辨率和高速 MIPI 數(shù)字接口，適用于更大外徑的內(nèi)窺鏡，例如支氣管鏡、胸腔鏡、胸膜鏡、縱隔鏡、十二內(nèi)窺鏡和氨基鏡。它們可以定制并處理短距離（2.5 米或更短）和長(zhǎng)距離（最長(zhǎng) 5 米）。

具有模擬輸出的 OCHTA 電纜模塊集成了 Omnivision 的 OH0TA 圖像傳感器，該傳感器體積更小，分辨率是其前身的四倍。電纜模塊在單個(gè)組件中提供晶圓級(jí)光學(xué)器件。由于其體積小，它使內(nèi)窺鏡設(shè)備能夠更深入地進(jìn)入身體，并可用于一系列程序，包括神經(jīng)、眼科、耳鼻喉科、心臟、脊柱、泌尿科、婦科和關(guān)節(jié)鏡檢查程序。它們也可用于牙科和獸醫(yī)應(yīng)用。

OVMed 電纜模塊經(jīng)過(guò)認(rèn)證、鑒定和測(cè)試，包括禁用物質(zhì)測(cè)試、滅菌、生物相容性、工藝、操作測(cè)試和壓力測(cè)試。Omnivision 表示，這增加了醫(yī)療設(shè)備 OEM 獲得 FDA 認(rèn)證的可能性和速度。提供帶有預(yù)測(cè)試 OVMed 圖像信號(hào)處理器的評(píng)估套件。

OVMed 電纜模塊經(jīng)過(guò)全面測(cè)試，并集成了帶有電纜和 mini-LED 照明的醫(yī)療級(jí)成像子系統(tǒng)。

OH0TA OVMed 醫(yī)療圖像傳感器的封裝尺寸為 0.55 × 0.55 mm。

OH0TA OVMed CMOS 圖像傳感器采用 0.55 x 0.55 mm 的封裝尺寸，具有 1.0-μ 像素和 1/31 英寸光學(xué)格式。與前代產(chǎn)品相比，OH0TA 以 30 fps 的速度將 RGB 圖像分辨率提高了四倍，達(dá)到 400 × 400 或 160 Kpixels，同時(shí)將功耗降低了 20% 至 20 mW。Omnivision 表示，這可以改進(jìn)一次性和可重復(fù)使用的內(nèi)窺鏡以及導(dǎo)管和導(dǎo)絲的成像，外徑為 1-2 毫米。

該公司將改進(jìn)的分辨率以及更小的像素尺寸和光學(xué)格式歸功于其 PureCel Plus-S 堆疊芯片技術(shù)。據(jù)說(shuō)這種像素技術(shù)可提供更高的色彩保真度、3，600 mV/lux-sec 的出色低光靈敏度和 37.5 dB 的高 SNR，從而獲得更清晰的圖像。其他好處包括更高的全阱容量、零光暈和更低的功耗。

Omnivision 去年還推出了 8-MP 分辨率傳感器 - OH08A 和 OH08B，聲稱是一次性和可重復(fù)使用內(nèi)窺鏡的第一款傳感器。OH08B 也是第一款使用該公司 Nyxel 近紅外 （NIR） 技術(shù)的醫(yī)療級(jí)圖像傳感器。

OH08A/B 8-MP 圖像傳感器針對(duì) 外徑為 10 至 12 毫米的內(nèi)窺鏡，例如胃鏡、十二指腸鏡、羊水鏡、腹腔鏡和結(jié)腸鏡，可提供更高的圖像質(zhì)量，在 60 fps 時(shí)分辨率高達(dá) 4K2K。據(jù)稱，采用 Nyxel 技術(shù)的 OH08B 可在 NIR、熒光、彩色內(nèi)窺鏡檢查和虛擬內(nèi)窺鏡檢查過(guò)程中提供更好的顏色和紅外靈敏度性能，從而獲得更清晰的視頻。

Omnivision 表示，Nyxel 技術(shù)在 850-nm 和 940-nm NIR 波長(zhǎng)上都提供了 3 倍的量子效率提高，它還允許使用低功率紅外照明來(lái)顯著降低芯片上芯片的功耗。