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医药行业中的视觉技术

嵌入式相机如何助力医学应用

相机很久以前就成为了我们日常生活不可或缺的一部分。这不仅限于我们的智能手机中的相机或度假用于拍照的数字相机。自动取款机、收费站、楼宇安防公司和使用裂隙灯的眼科医生都依赖相机来开展工作。
然而,即使是我们中最善于观察的人,也很容易忽视大多数设备,因为它们包括嵌入式系统中使用的非常小的相机。尽管它们向来不引人注目,但能够持久、稳定运行的相机对于医学和研究尤其重要,它们能帮助科学家、医生、护士和患者完成重要工作。
在我们虚构的Basler医疗中心,我们专注于研究采用嵌入式相机的诊断和治疗方法。每一“层”设置了不同的专门医学学科。下面就让我们详细了解一下需要相机发挥有效性能的应用。

1 楼: 眼科检查

一楼是我们的眼科检查诊所。通过糖尿病视网膜病变或黄斑变性等疾病的早期检测,可极大提高治疗成功的机率,该领域近年来日趋重要。现代眼科医生可以采用各种诊断设备和方法。

裂隙灯显微镜(或简称裂隙灯)是被广泛使用的检查设备。顾名思义,这种方法是采用裂隙状光束照亮眼睛,从而使用反射光显微镜进一步检查。最现代的裂隙灯包括集成的数字相机,用于以图片或视频方式记录诊断。

医生使用眼底相机来创建眼底的高分辨率图像。更新型的便携式型号非常轻巧紧凑 —— 这意味着必须采用嵌入式相机。便携设备更加方便移动,使得现在通过出诊方式进行诊断成为可能,这对医生和病人帮助很大。

1 楼: 眼科检查

2 楼: 皮肤病学

2 楼: 皮肤病学

皮肤病学重点是皮肤疾病。皮肤癌(恶性黑色素瘤)等疾病的早期诊断对于能否成功治疗至关重要。

一个常见的诊断程序是皮血管镜检查,这种方式使用集成相机检查并记录可疑的皮肤变化。在不同的时间点进行这一检查,这样能够以数字方式记录色素的转变情况。所使用的特殊软件不仅对图像进行存档,还可以进行分析。最重要的好处是软件中集成的计算机支持图像分析。要评估记录的图像,用于捕捉图像的标准化设置是一个必要条件。嵌入式相机在这方面发挥了重要作用,可以补偿不同的摄影条件,包括光线和角度,从而确保图像在较长时间内具有可比性。相机的颜色保真度也是诊断尽可能可靠的一个重要因素。

3 楼: 实验室设备

我们的医疗中心三楼提供了大量实验设备。实际上,这些不引人注目的设备中,许多都包含尖端相机,它们在测量过程中起着重要作用。

荧光测量是这些工具实施的一个主要应用。它涉及计算一种物质的蛋白质或其他组分的量。相机检测的荧光越多,试样中的蛋白含量越高。样本蛋白含量越低,所需的相机芯片灵敏度就越高。正确校准后,相机甚至可以精确测定各项值。

在病人体内发现肿瘤时,首先必须清楚其特点,然后设计有效的治疗策略。肿瘤组织的评估是其中的重要环节。过去,病理学家在显微镜下检查组织切片,根据检查结果,医生确定细胞是否存在病变。数字切片扫描开辟了一种全新的检验方式,即:使用集成的高分辨率相机对组织切片进行扫描。病理学家无需继续在显微镜前工作,只需要查看计算机上显示的高分辨率图像即可。优势显而易见: 医生现在可以在可疑区域添加备注,并在图像上测量或分割特定点。同时,计算机辅助诊断还可以用于检测致病结构。

3 楼: 实验室设备

4 楼: 手术室

4 楼: 手术室

Basler医疗中心四楼包含手术室。

为了把握总体情况,手术部的控制中心配有监视器,这使观察者能够在任何时间从不同角度追踪所有手术室的活动。提供这些图像的相机通常被安装在手术台上方的旋转臂上,它们的体积非常紧凑。同时,可以现场直播或记录对患者进行的手术,用于培训或咨询。而且,在手术区安装了嵌入式相机的设备必须具有较高分辨率,它们符合标准医院消毒方法。

在过去十年间,微创手术等技术已经彻底改变了医生决定手术的方式和时机。外科医生现在可以通过钥匙孔大小的开口进入病人的器官,而无需在病人腹部实施大切口。为在身体内确定方向,内窥镜内置的微型嵌入式相机可以提供实时图像。在大多数情况下,内窥镜都会搭配这一必备工具,例如能够使外科医生手术刀一直处于视频焦点位置。因而,这些相机必须非常可靠,才能在任何时候都可以确保病人的安全,道理很简单。内窥镜相机通常配置高度弯曲的镜头,以提供尽可能大的视野。

5 楼: 研究

Basler医疗中心的顶层用于研究工作,这与用于日常临床工作实际应用的设备截然不同。这里非常繁忙,因为对于医学应用,相机发展趋势是日益小型化。

近年来,研究者开发了肿瘤特异性抗原,将其引入到病人的身体,之后会附着在肿瘤上。为这些抗原附加荧光标记时,可以利用它们显示肿瘤。然而,会面临一个问题:肿瘤二维图像提供的空间结构或体积的信息十分有限。因此,研究人员把重点放在生物发光断层扫描技术,这种技术将多达五台相机集成到O形臂上,一旦开始,将围绕检查对象绕圈旋转。五台相机在移动时从不同角度记录肿瘤图像,然后采用一套复杂的重建算法(类似于用于计算机断层扫描(CT)的算法)生成肿瘤的3D模型。

5 楼: 研究

面向未来

预计未来几年相机在医学中将发挥更大作用,因此,我们医疗中心很有可能会不断成长。如我们所见,嵌入式相机已经在医学中占据重要地位,预计将在未来更多应用中发挥作用。

我们将期待一个精彩的未来!

这些小小的相机可能带来巨大创新: 除了优秀图像质量和出色可靠性,相机必须坚固,并维持色彩保真度。随着相机不断缩小,使用它们的设备会更加便携。这反过来也开辟了潜在应用的全新领域,包括对卧床病人的治疗。