メディカルイメージングとライフサイエンスにおけるCMOSの応用

ニキータN, freelance scientific consultant at Kolabtree, writes about the applications of CMOS in medical imaging and ライフサイエンス, along with examples of companies working in this area. 

CMOS: 次世代イメージセンサー

パンデミックCOVID-19の発生は、イメージセンサーを製造している企業にマイナスの影響を与えています。携帯電話や自動車、医療・ライフサイエンス分野などで、イメージセンサーを搭載した高解像度カメラの使用が増えていることが、イメージセンサー市場の成長を促しています。しかし、市場のロックダウンにより、イメージセンサーの売上は世界的に大きく減少しています。医療・ライフサイエンス分野のイメージセンサーは、売上が減少しているにもかかわらず、過去4年間は楽観的な成長を維持しています。最近では、低照度イメージセンサは、CCD (荷電結合素子） とCMOS (相補型金属酸化物半導体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）。 の技術は、スマートフォンや医療用アプリケーションに応用されており、市場の成長が期待されています。 2024年までに184億米ドル、予測期間中（2020-2024年）のCAGRは12.8%となります。 CMOS技術を用いた市場は、CCDイメージセンサーと比較して様々な利点があるため、予測期間中に支配的になると予想されています。 高解像度です。 小さいサイズ。 より高いフレームレートを実現します。 低消費電力です。 より高い感度を実現します。 より速いフレームレートを実現します。 低ノイズ、そして 低い製造コスト は CMOSがCCDに比べて優れている点をいくつか挙げてみました。  

CMOSセンサーとCCDセンサーの比較 

センサーの違いは、電荷が画素から撮像素子の中にどのように転送されるか、つまりリードアウトにある。CCDの出力はアナログパルスで、CMOSはデジタル出力となる。一般的に、ライフサイエンス分野ではデジタルカメラを使用します。アナログ出力は、継続的なフィードバックを必要とするアプリケーションで主に使用されます。 ライフサイエンス分野では、ビジョンシステムに継続的なフィードバックやアナログを必要とすることはありません。  

アディオスCCDセンサー...

をはじめとする様々なメーカーがあります。 Basler、FLIR Systems Inc、Teledyne (e2v)、Vieworks、Cognex、ソニー、Jai、Baumer、Toshiba Teli、Omron (Microscan Systems)、National Instruments、IDS、Allied Vision/TKH Group、Daheng Image、The Imaging Source、HIK vision の開発・発売に取り組んでいます。 新世代のCMOSセンサーです。メーカーは、以下のようなエキサイティングな機能を搭載することで、CMOSセンサーの改良に投資しています。 ハイレゾリューション、Sモールサイズ。 より高いフレームレートを実現します。 低消費電力です。 より高い感度を実現します。 より速いフレームレートを実現します。 低ノイズ、そして 製造コストの低減を実現します。  

メディカルイメージングとライフサイエンスにおけるCMOSの応用 

イメージングセンサーは、様々なライフサイエンス分野で応用されていますが、これに限定されるものではありません。

デンタルイメージング 

Teledyne DALSA は，コーンビームCT（Computed Tomography：CBCT），パノラマ画像，セファロ画像などのデンタルラジオロジー向けのCMOSイメージセンサ技術を開発しました。CMOSイメージセンサーは、イメージセンサーの寿命を延ばすために設計された耐放射線ピクセルや、過酷な環境や振動、衝撃に耐えるパッケージ封止技術など、従来のイメージセンサーにはない大きな利点を備えています。 

デジタルマンモグラフィー 

ソニーオプトロニクス は、低照度感度に優れた最新のイメージセンサー技術を採用したCMOS HDカメラのイメージセンサーを搭載し、優れた画像・映像再生能力を実現しながら、低価格を実現しています。ほとんどのメーカーの手術用顕微鏡に対応しています。

眼科領域 

JAI を提供しています。 ワイドレンジプリズム技術を用いた3CMOSの医療・ライフサイエンス用途の産業用RGBエリアスキャンカメラのe。3CMOSシリーズは、一般的なベイヤーフィルターカメラよりも高い色精度と空間精度を実現しており、特にカラービジョンシステムに使用されています。 

JAIのプリズム式RGBカメラは、入射光を赤、緑、青の3つの波長に分離し、正確に配置された3つのCMOSセンサーに導くことで、従来のカラーカメラのベイヤーモザイク方式に比べて、色精度と空間精度が向上しています。3×3.2メガピクセルの出力で38フレーム/秒、79フレーム/秒という高解像度と高フレームレートを実現しています。CMOSは、網膜、視神経乳頭、黄斑、血管の微小循環などの内部構造を見て、正確で詳細なカラー画像を得ることができる眼科検査に応用されています。

 X線画像再構成 

Teledyne DALSAの Xineos社は、従来の限界を超えたシャープなパノラマ画像を撮影できるX線画像再構成技術を開発しました。この技術では、高速フレームベースのCMOS検出器を使用し、臨床的に重要な患者の解剖学的構造を含む3D断層ボリュームをキャプチャします。患者の姿勢に関わらず、画像全体に高いシャープネスを持つ理想的な2Dパノラマ画像が得られるため、より良い診断が可能となり、再撮影の回数も少なくて済みます。

内視鏡とデジタルパソロジー

最新のCMOSカメラは、内視鏡イメージング内視鏡や手術用イメージングシステムにおいて、微妙な色の変化やディテールまで再現することができます。デジタルパソロジー JAI Apexカメラは、顕微鏡やホールスライドスキャナーへの組み込みに最適で、ヒト組織のスライスやバイオプシー検査、細胞サンプルなどを撮影します。 

整形外科および外科 

同社は オリンパス を提供しています。 をはじめとする様々な分野でのライフサイエンス研究のニーズに応えるための顕微鏡ソリューションを提供しています。 癌研究, 細胞培養, 発生生物学, 創薬, 蛍光, ライブセルイメージング, 分子細胞生物学, Neuroscience Imagingとしています。 再生医療. CMOSやCCDチップカメラでは 解像度の高いデジタルイメージングを実現。この顕微鏡は、神経細胞の微細な構造や形態変化、組織の深部構造を、超解像で鮮明な3次元画像で捉えることができます。それは、カルシウム感受性の高い色素や膜電位の高速応答を捉えるのに役立ちます。

結論

結論から言うと 医療・ライフサイエンス分野の絶え間ない要求に応えるためには、画像の効率と精度を向上させる、信頼性の高い、正確で高性能なビジョン・カメラセンサーが急務となっています。 A画素レベルでの技術革新により、CMOSセンサーの性能は飛躍的に向上し、低ノイズ、超高感度、高品質・高信頼性などの付加価値が生まれています。CMOSイメージングの医療機器やライフサイエンスへの応用が期待されている。 によると market research analysis, the Iimage sensor sector is projected to reach USD 28.0 billion by 2025 from an estimated USD 18.5 billion in 2020, growing at a CAGRは8.6% (2020-2025). 

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