醫療與視覺
嵌入式相機如何幫助醫療應用
相機很久以前就在我們的日常生活中佔有一席之地。這不僅適用於我們智慧手機中的相機或我們用於度假快照的數位相機。自動提款機、收費站、守衛建築物的保安公司和使用裂隙燈的眼科醫生都依靠相機鏡頭來執行工作。
然而,即使是我們中最細心的人也很容易忽視大多數設備——因為它們涉及嵌入式系統中使用的非常小的相機鏡頭。醫學和研究尤其需要相機在科學家、醫生、護士和患者所做的重要工作中日復一日地表現良好——所有這些都不會將焦點吸引到自己身上。
在我們虛構的 Basler 醫療中心,我們專注於嵌入式相機的診斷和治療方法。每個「樓層」都有一個不同的專業醫學學科。下面提供了依賴於相機有效性能的應用程式的更深入的檢視。
一樓:眼科診察
一樓是我們的眼科診察處。近年來,該領域的重要性不斷成長,因為如糖尿病性視網膜病變或黃斑部病變的早期發現,可以有效提高治癒成功率。當代眼科醫師有各種隨手可得的診斷設備與方法。
其中一個廣泛運用的檢查工具是裂隙燈顯微鏡 (或簡稱裂隙燈)。這種用來照亮眼部的工具,得名自其裂隙形光束,能透過反射式顯微鏡來進行進一步診察。多數現代化裂隙燈包括整合式的數位相機,以便將診斷相片或影片記錄下來。
醫師使用眼底相機來產生眼部後方(或稱眼底)高解析度相片。較新款式的可攜式機型非常輕薄短小,因此必須使用嵌入式相機。這類可攜式裝置的移動性愈來愈強,可用於出診期間診斷,對醫師和病患都帶來很大的幫助。
二樓:皮膚科
皮膚科主要針對各種皮膚病變進行診療。諸如皮膚癌等病變的早期診斷,可以有效提高治癒成功機會。
皮膚鏡是常見的診斷程序,利用整合於內的相機,可以檢查並記錄可疑的皮膚變化。這種診療方式在不同的時間點進行,可以數位化記錄色素的發展。使用的特殊軟體不只記錄影像,更可以進行分析。最大的好處是可利用軟體來進行電腦輔助影像分析。影像記錄分析的一個必要關鍵,是影像擷取的標準化設定。在此嵌入式相機扮演重要角色,能補償各種不同的拍攝條件,包括光源與角度,以確保在不同時期間的影像可用以相互比對。相機的色彩逼真度也是讓診斷盡可能正確的重要因素。
三樓:實驗室設備
我們的醫療中心三樓,有大量實驗設備。這些看起來很厲害的設備,其中絕大部分都配備最先進的相機,在測量過程中扮演關鍵角色。
螢光測量是以這類工具進行的其中一種關鍵應用。這種方式是要測定物質中蛋白質或其他成份的量。相機如果偵測到更多的螢光,檢體中的蛋白質含量就愈高。特定檢體的蛋白質含量愈低,相機感光元件的靈敏度就得愈高。經過適當校正的相機,甚至可以精確測定數值。
當發現病患身上有腫瘤時,必須先進行特徵化,才能擬定有效的治療策略。在此腫瘤組織的處理方式,是十分重要的一環。過去,必須由病理學家透過顯微鏡來檢查組織切片。醫師再根據其發現,決定細胞是正常的或是屬於患病。數位切片掃描開創了全新的檢驗方式。組織切片以整合的高解析度相機進行掃描。病理學家不再使用顯微鏡,而是使用電腦來檢視高解析度相片。這樣的好處很明顯:醫師可在可疑區域加上註解,並測量或分割影像中的特定區域。電腦輔助診斷也可用於偵測病理結構。
四樓:手術室
Basler 醫療中心的四樓是手術室。
為維持全局綜覽,手術室控制中心內設有許多顯示器,以讓監控者隨時透過不同角度追蹤所有手術室的活動。傳送這類影像的相機通常都是講究精巧的裝置,裝設於手術檯上的旋臂。病患的手術過程可現場傳送及/或錄下,以供訓練或諮詢之用。手術場域中具備嵌入式相機的設備必須擁有高解析度,並適用醫院的標準消毒程序。
過去十年以來,微創手術等技術對醫師決定動手術的時機與方式帶來革新。微創手術不必在病人身上做出大型切口,外科醫師透過一個鑰匙孔大小的開口就能觸及病人的器官。內視鏡中的小型嵌入式相機能傳送即時影像,在人體內指引方向。大多數情形下,內視鏡也會配備必要工具,例如讓影片持續對焦手術刀的元件。很容易理解為何這類相機必須極端可靠,才能時時確保病患的安全。內視鏡相機通常配備高曲率鏡頭,以帶來最大視野範圍。
五樓:研究中心
在 Basler 醫療中心,遠離其他每天實際診療作業設備的最高樓層,保留給研究中心。自從更小的相機開始運用在醫療應用的趨勢後,這裡就十分繁忙。
近年來,研究人員開發出腫瘤特定抗原,注入病患體內後會附著在腫瘤上。當這些抗原與螢光標記結合時,就能看到腫瘤。問題是關於腫瘤的空間結構或體積,平面的腫瘤影像能提供的資訊很少。因此研究人員著重在生物發光斷層掃描技術,在此最多會有五台相機整合在一支環狀旋臂,啟動後會繞著檢驗對象旋轉。這五台相機在移動時,可從不同角度拍下腫瘤的影像。接著以類似電腦斷層掃描 (CT) 的複雜重建演算法,來建立腫瘤的 3D 模型。
邁向未來的觀點
由於相機在醫療用途的角色日漸吃重,未來幾年,我們的醫療中心將會持續成長。我們已經看到嵌入式相機在醫療中的關鍵地位,也預見未來嵌入式相機將出現在更多應用中。
這些小小的相機預期將帶來大大的好處:除了優異的影像品質與可靠性,相機也必須穩定運作,持續呈現逼真色彩。相機愈來愈小的同時,對應的裝置也將日益便於攜帶。這將為應用開創全新的可能性,包括治療臥病在床的患者。
未來的光明前景,值得我們期待!
我們用於醫學影像處理的產品
要求嚴格的應用需要現代影像處理。Basler MED ace 相機系列專為此類應用而設計,搭配桌上型顯微鏡專用 PowerPack 顯微相機套組,再加上我們的經驗,一定能為您開發符合需求的個別專屬機器視覺方案。