只有天花板級的技術(shù),才能突破天花板級的應用難題。
內(nèi)窺鏡顯示器,微創(chuàng)手術(shù)不可或缺的設備,是行業(yè)內(nèi)公認的高端天花板級產(chǎn)品,被譽為“皇冠上的明珠”。 技術(shù)難度最高,使用場景最大,醫(yī)生要求最高,發(fā)展也最活躍。
Mini-LED背光顯示技術(shù),是目前液晶顯示器類中最趨近于顯示天花板的技術(shù),不管是在分辨率、動態(tài)范圍、色域覆蓋等方面優(yōu)勢十分突出,也是海信長期積累的核心技術(shù)之一。
Mini-LED顯示技術(shù)一旦應用于內(nèi)窺顯示產(chǎn)品上,將具有極大的代差級技術(shù)優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。
4月25日,海信醫(yī)療正式發(fā)布全球首臺55吋Mini-LED醫(yī)用內(nèi)窺顯示器。該款產(chǎn)品采用海信自研的Mini-LED背光模組,對比度達到20萬:1,紅色色域100%覆蓋BT2020,開啟了高動態(tài)內(nèi)窺顯示時代。這意味著,未來醫(yī)生能夠更加清晰的看到患者腔體內(nèi)組織,減輕在手術(shù)過程中的視覺疲勞,提高手術(shù)的精準性和效率。
事實上,海信發(fā)布全球首臺55吋Mini-LED醫(yī)用內(nèi)窺顯示器并不是偶然,而是其多年技術(shù)積累和深刻需求洞察下的注定。
選擇Mini-LED這扇窄門
2014年,海信醫(yī)療開始投入醫(yī)用顯示器的研發(fā),并在2016年第一代26吋2K產(chǎn)品,2019年首次推出32吋4K產(chǎn)品、2021年推出55吋4K多分區(qū)背光控制內(nèi)窺顯示器產(chǎn)品,逐漸成為內(nèi)窺顯示器領域的國內(nèi)一線品牌。
不過,在與多個醫(yī)生溝通并跟臺了數(shù)十臺手術(shù)后,海信醫(yī)療公司醫(yī)用顯示所所長洪勝峰和同事們也發(fā)現(xiàn)了新的痛點:手術(shù)場景下,內(nèi)窺顯示器會出現(xiàn)暗場出血點為黑色和層次感差的問題。
“就像一個隧道打光的時候,隧道口的光很亮,但是隧道里光很暗,這樣就會和實際存在差異。手術(shù)過程也是同樣如此,需要有景深感、立體感。”在洪勝峰看來,內(nèi)窺顯示器視平面顯示,但現(xiàn)有技術(shù)很難改變,要解決必須選擇更新的顯示技術(shù)。
到底什么技術(shù)是最適合的?得益于海信集團在顯示領域豐富的技術(shù)積累,洪勝峰和同事在詳細對比OLED、疊屏、Mini-LED等眾多顯示技術(shù)的特點后,最終將Mini-LED確定為新一代內(nèi)窺鏡顯示器的解方案。
“一方面Mini-LED是一種成熟度較高的新型顯示技術(shù),可以用來實現(xiàn)高對比度、高動態(tài)范圍和色域覆蓋;更重要的是,Mini-LED模組背光技術(shù)可以解決這個景深感的問題。”
這是一扇沒人推開過的窄門。洪勝峰說,“目前行業(yè)上模組都是外購的,也不具有自研Mini-LED模組背光的能力,這次我們就要蹚出一條與行業(yè)不一樣的路子。”
2021年7月,海信醫(yī)療正式開始55吋Mini-LED醫(yī)用內(nèi)窺顯示器的研發(fā)。
更難的是畫質(zhì)調(diào)試
畫質(zhì)調(diào)試就像內(nèi)功,很少有廠家能夠做到,醫(yī)用顯示產(chǎn)品的畫質(zhì)則需要更為深厚顯示技術(shù)功底,才能達到近乎苛刻的調(diào)校要求。
海信醫(yī)療公司畫質(zhì)設計工程師董杰表示,畫質(zhì)調(diào)試的復雜性在于:手術(shù)中的血管、脂肪、組織等顯示的效果都需要畫質(zhì)調(diào)整,要綜合考慮適應不同的手術(shù)場景,還要適配不同內(nèi)窺鏡廠家的顯示效果和接口的適配性。
Mini-LED內(nèi)窺顯示器雖然擁有著業(yè)內(nèi)最高的85%的BT2020色域覆蓋,但調(diào)試如果不夠精準反而有副作用,特別是腔體內(nèi)部的紅色,甚至會出現(xiàn)色域覆蓋越寬偏差越大的情況。
在畫質(zhì)調(diào)整的過程中,董杰使用24色卡,這是全球公認的高端色卡,將實物的東西放在旁邊,右邊是醫(yī)用顯示器,把光線打到顯示器上顯示出24色,挨個對比調(diào)整,力求做到真實還原實物。與此同時,董杰結(jié)合海信的基準光源算法方案,使內(nèi)窺顯示器達到了行業(yè)內(nèi)領先的色彩精準程度。
只做到實驗室內(nèi)的顏色精準并不夠,還要調(diào)整不同內(nèi)窺鏡廠家的顯示效果和接口的適配性,董杰為此跑遍了全國十幾家廠商進行測試。
“我們一開始拿去的樣機調(diào)試后能夠達到廠商的要求,回來后我們就按照記錄下來參數(shù)進行調(diào)試,但在量產(chǎn)機發(fā)過去后會發(fā)現(xiàn)有些機器存在偏差,兩臺顯示器實測數(shù)據(jù)相差不大,但是接上內(nèi)鏡設備后主觀表現(xiàn)差異肉眼明顯。”董杰回憶,這樣的問題讓她非常崩潰。
最終,在拆了40臺機器逐臺擺起來看有觀察區(qū)別、反復驗證后,董杰最終找到了問題的根源并確定了合適的方案,并形成了一套可以執(zhí)行的標準。
“現(xiàn)在有些客戶會要求我們內(nèi)窺鏡設備采用他們自己家的,顯示器用我們的,他們對標的產(chǎn)品可能是國際一流的內(nèi)鏡設備配國際一流的顯示器,在經(jīng)過調(diào)試后,我們也能達到同樣的標準。”董杰說,有些內(nèi)窺鏡廠家會和海信共同分析圖像效果進行系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)。
一切都是從零開始
而在硬件上,Mini-LED內(nèi)窺顯示器沒有行業(yè)可以借鑒的模板,一切都是從零開始,一邊摸索一邊解決研發(fā)過程中遇到的各種問題。
“首先就是模組問題。因為采用的是海信自研Mini-LED背光模組,能量的分布、產(chǎn)品的均勻性以及色域等問題,每一個細節(jié)都需要不斷去打磨。” 洪勝峰說,為了找到既能達到色域要求又可以克服高亮度帶來衰減的屏幕材料,研發(fā)團隊反復驗證、討論并找到供應商數(shù)次溝通后,才確定下合適的方案。
屏蔽靜電和電刀干擾是又一個難題。
和普通電視使用環(huán)境簡單不同,手術(shù)室里的設備非常多,切割的電刀、骨科的電鋸,內(nèi)窺顯示器的使用環(huán)境更為復雜,使用過程中往往會受到靜電的影響。
“對于家用產(chǎn)品來說,8000V靜電測試實驗產(chǎn)品不壞就可以接受,但是在醫(yī)用產(chǎn)品來說,8000V測試中,不能出現(xiàn)圖像異常、不能閃爍,更不能黑屏。”洪勝峰說,這對于第一次做Mini-LED內(nèi)窺顯示器的團隊來說是非常大的挑戰(zhàn)。
“我們最開始打8000V的時候圖像總是黑,我們就開始排查,從信號源到線纜再到顯示器,一項一項排查原因。”一個多月的時間里,團隊經(jīng)過數(shù)十次測試、整改、再測試、不斷優(yōu)化后,內(nèi)窺顯示器的靜電測試終于到達標準要求。
電刀是外科手術(shù)的重要設備,但也會對內(nèi)窺顯示器造成極大的電磁干擾。
抗電刀干擾沒有一個統(tǒng)一標準,團隊就對標國際最好的品牌,按照國際上最嚴苛的標準,在板級上面進行了加強的抗干擾設計,實現(xiàn)多重屏蔽設計。他們還將電刀的電線纏繞到顯示器或者模組上,緊貼著顯示器,將干擾問題模擬到最大化。
最終,經(jīng)過兩個月的試驗,海信內(nèi)窺顯示器在抗干擾方面能夠抵抗8000V接觸放電,15000V的空氣放電,保證圖像在出現(xiàn)干擾的情況下不會出現(xiàn)異常,海信醫(yī)療也在行業(yè)內(nèi)率先掌握了Mini-LED抗干擾的設計技術(shù)。
除了抗干擾以外,Mini-LED醫(yī)用內(nèi)窺顯示器采用了雙電源結(jié)構(gòu),任何一塊電源板突然出現(xiàn)問題,另外一塊電源板無縫備份切換,保確手術(shù)過程中不會有任何異常表現(xiàn),更不會宕機,達到手術(shù)環(huán)境下對于內(nèi)窺顯示器穩(wěn)定、可靠的要求。
摘下皇冠上的明珠
歷經(jīng)10個月,4月25日的2022年新品發(fā)布會上,海信醫(yī)療正式發(fā)布全球首臺55吋Mini-LED醫(yī)用內(nèi)窺顯示器。
發(fā)布會上,青島海信醫(yī)療設備股份有限公司助理副總經(jīng)理陳永健介紹,作為行業(yè)內(nèi)最高端顯示產(chǎn)品,海信Mini-LED內(nèi)窺鏡顯示器具有4K超高清顯示和高色域,高對比度以及暗場表現(xiàn)細節(jié),顏色精準顯示等五大突出優(yōu)勢:
相比于業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡顯示器,陳永健說,擁有Mini-LED技術(shù)加持的55吋Mini-LED醫(yī)用內(nèi)窺顯示器對比度高達20萬:1,尤其在細小狹長的腔體內(nèi),呈現(xiàn)更多深層次的組織細節(jié),大大提高畫面層次感,有效協(xié)助醫(yī)生識別病灶及周圍環(huán)境。
在色域覆蓋方面,這款新品的色域覆蓋率可達85%,紅色色域更是100%覆蓋BT2020標準,完美呈現(xiàn)內(nèi)窺環(huán)境下各種紅色需求,可以有效解決醫(yī)生在手術(shù)場景下,暗場出血點為黑色和層次感差的手術(shù)痛點,出血顏色清晰可見。
與此同時,該款Mini-LED醫(yī)用內(nèi)窺顯示器還支持多種色彩獨立調(diào)整,展現(xiàn)更多的色彩細節(jié),提高色彩對比度,使其達到與臨床開放手術(shù)一樣的顯示效果。
“海信內(nèi)窺鏡顯示還具備圖像增強功能,可以提升腔體內(nèi)組織清晰度,提高對組織結(jié)構(gòu)的識別能力、增強圖像細節(jié)的表現(xiàn)力,提升腔體內(nèi)組織清晰度,減輕醫(yī)生手術(shù)疲勞,提高手術(shù)效率。”陳永健說。
第五,其還擁有行業(yè)最先進的無損4K顯示接口,可真實還原4K內(nèi)窺鏡超高清視頻信號,支持4K 60Hz信號的無損接收與顯示,有效解決數(shù)字化手術(shù)室長距離傳輸?shù)挠脩敉袋c。
此外,產(chǎn)品還能夠?qū)崿F(xiàn)靈活定制,能夠滿足不同用戶的特殊需求等優(yōu)勢。
“全球首臺55吋Mini-LED醫(yī)用內(nèi)窺顯示器的發(fā)布,標志著行業(yè)進入高動態(tài)內(nèi)窺顯示時代!”青島大學附屬醫(yī)院院長董蒨評價說,這款產(chǎn)品的上市大大改善了手術(shù)情況下大量出血點及神經(jīng)系統(tǒng)的可見性,使腔體內(nèi)組織能夠真實還原,達到與實際開放式臨床手術(shù)的同等效果,可以有效減我們醫(yī)院醫(yī)生手術(shù)過程的視覺疲勞度,提高了手術(shù)的效率。
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