新型3D列印介面卡,將手機變成內窺鏡,用於聲帶疾病診斷

高速數字成像(HSDI),尤其是內窺鏡HSDI,常用於聲帶疾病診斷。然而,HSDI裝置通常體積大、成本高,限制了欠發達國家和醫療基礎設施不足地區患者的使用。而現代智慧手機具有高幀速率處理高解析度影象和影片的計算能力,因此,韓國首爾峨山醫院(Asan Medical Center) 聯合蔚山大學研究人員開發了一種低成本3D列印介面卡,可以將日常智慧手機變成內窺鏡,作為聲帶疾病診斷工具。

新型3D列印介面卡,將手機變成內窺鏡,用於聲帶疾病診斷

△可實現高速喉鏡檢查的定製智慧手機內窺鏡介面卡示意圖。

(A)智慧手機相機和機身規格。(B) 包含剛性臨床內窺鏡的演示智慧手機介面卡的照片。(C)定製智慧手機內窺鏡介面卡的3D模型。(D) 定製智慧手機內窺鏡介面卡的橫截面圖。(E) 放大鏡頭系統的示意圖和鏡頭模擬。AF:自動對焦,FOV:視野。

內窺鏡是醫務人員的重要工具,可以使內部器官視覺化。在喉嚨疾病等領域,此類裝置不僅可以讓醫生進行微創手術,還可以透過臨床實現更具體的診斷。研究人員設計的喉鏡由支架、鏡筒、鏡頭和內窺鏡支架組成。為了最佳化智慧手機配件效能,團隊使用Stratasys Objet260 3D印表機建立了支架和聯結器,並將鏡頭系統固定到位,允許分別放大目鏡和相機捕獲的影象。

新型3D列印介面卡,將手機變成內窺鏡,用於聲帶疾病診斷

△(A)由基於智慧手機的高速成像系統的喉部成像示意圖。(B) 基於智慧手機的高速成像系統的臨床演示。

此外,裝置配備了兩個低成本的50毫米和15毫米雙凸透鏡,提供1.5倍變焦能力。然後,科學家們將可安裝內窺鏡連線到三星GalaxyNote 9智慧手機上,並請耳鼻喉科醫生在韓國峨山醫療中心的四名患者身上進行測試。在最佳效能下,系統能夠在15毫米距離內以43.478微米的解析度執行,隨著裝置移得更遠,精度明顯下降。與商用HSDI系統相比,團隊的介面卡捕獲細節的能力很低。以940 fps的速度記錄影象,而標準裝置能看到4000到8000 fps。

新型3D列印介面卡,將手機變成內窺鏡,用於聲帶疾病診斷

△聲門的高速影象及分割。原始聲帶影象

(左)、用於分割的預處理影象(中)和透過影象分割的正常聲帶區域(右)。(A)健康志願者的聲門。(B) 從左聲帶麻痺患者拍攝的影象。(C) 慢性喉炎患者的聲音分析。(D) 右聲帶息肉患者的影象。

儘管介面卡目前的解析度和幀速率缺陷使其不足以捕獲診斷更多聲帶狀況所需的細節,但研究團隊建議可以使用光學遮蔽和基於AI的影象處理來克服效能缺陷,並獲取更多資訊。

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