Aplicações do CMOS em Imagens Médicas e Ciências da Vida

Nikita N, freelance scientific consultant at Kolabtree, writes about the applications of CMOS in medical imaging and ciências da vida, along with examples of companies working in this area. 

CMOS: Sensores de imagem de próxima geração

O surto da pandemia COVID-19 impactou negativamente as empresas que estão produzindo sensores de imagem. O aumento no uso de câmeras de alta resolução contendo sensores de imagem para aplicações móveis, automotivas, médicas e de ciências da vida alimenta o crescimento dos sensores de imagem no mercado. No entanto, as vendas de sensores de imagem diminuíram significativamente em todo o mundo, devido aos bloqueios nos mercados. Embora os sensores de imagem nas indústrias médica e de ciências da vida tenham sofrido com as vendas, ainda assim mantiveram um crescimento otimista nos últimos quatro anos. De sensores de imagem de baixa luminosidade, que são segmentos em CCD (dispositivo acoplado carregado) e CMOS (complementar metal-oxido-semicondutor) tecnologias, estão encontrando seu caminho em smartphones e aplicações médicas com uma expectativa de crescimento do mercado de USD 18,4 bilhões até 2024 e uma CAGR de 12,8% durante o período previsto (2020-2024). Espera-se que o mercado baseado na tecnologia CMOS domine durante o período de previsão devido a suas várias características vantajosas que possui sobre os sensores de imagem CCD. Altas resoluções, Tamanho pequeno, taxas de quadros mais altas, baixo consumo de energia, maior sensibilidade, taxa de quadros mais rápida, baixo ruído, e custo de fabricação mais baixo são algumas das vantagens críticas do CMOS sobre o CCD.  

Sensores CMOS v/s CCD 

A diferença dos sensores é como a carga é transferida para fora do pixel e para dentro do dispositivo de imagem ou de leitura. A saída CCD tem um pulso analógico, enquanto que a CMOS dá uma saída digital. Geralmente, as aplicações das ciências da vida utilizam câmeras digitais. A saída analógica é usada principalmente em aplicações, que requerem um feedback contínuo. As indústrias das ciências da vida não têm a exigência de feedback constante ou necessidades analógicas em sistemas de visão.  

Sensores Adios CCD...

Vários fabricantes, incluindo Basler, FLIR Systems Inc, Teledyne (e2v), Vieworks, Cognex, Sony, Jai, Baumer, Toshiba Teli, Omron (Microscan Systems), National Instruments, IDS, Allied Vision/TKH Group, Daheng Image, The Imaging Source, HIK vision estão trabalhando no desenvolvimento e lançamento de um nova geração de sensores CMOS. Os fabricantes estão investindo na melhoria dos sensores CMOS, incluindo características excitantes, tais como altas resoluções, stamanho do shopping, taxas de quadros mais altas, baixo consumo de energia, maior sensibilidade, taxa de quadros mais rápida, baixo ruído, e menor custo de fabricação.  

Aplicações do CMOS em Imagens Médicas e Ciências da Vida 

Os sensores de imagem têm aplicações em vários setores das ciências da vida, incluindo mas não limitado a:

Imagens dentárias 

Teledyne DALSA desenvolveu a tecnologia de sensor de imagem CMOS para radiologia odontológica, incluindo tomografia computadorizada de feixe cônico (CBCT), aplicações de imagens panorâmicas e cefalométricas. Os sensores de imagem CMOS oferecem vantagens significativas sobre os tradicionais, tais como pixel duro de radiação projetado para uma vida útil mais longa do sensor de imagem, tecnologia de encapsulamento de embalagem para resistir a ambientes agressivos, vibrações e choques. 

Mamografia digital 

Optrônica Sony oferece um sensor de imagem CMOS HD Camera que apresenta a tecnologia de sensor de imagem de última geração com uma melhor sensibilidade a baixa luminosidade revelando uma excelente capacidade de reprodução de imagem e vídeo a um preço acessível. Compatível com a maioria das marcas de microscópios cirúrgicos e operacionais.

Oftalmologia 

JAI oferece um de grande alcancee de 3-CMOS com tecnologia baseada em prisma câmeras de varredura industrial de área RGB para aplicações médicas e de ciências da vida. A série 3CMOS oferece maior precisão de cor e precisão espacial do que as câmeras de filtro Bayer típicas e é especialmente usada para o sistema de visão a cores. 

As câmeras RGB baseadas em prisma JAI separam a luz de entrada em comprimentos de onda vermelhos, verdes e azuis direcionados a três sensores CMOS alinhados com precisão, produzindo melhor precisão de cor e precisão espacial do que as câmeras coloridas tradicionais a técnica de mosaico Bayer através da técnica de imagem colorida. As câmeras proporcionam alta resolução combinada com altas taxas de quadros com saídas de 3 x 3,2 megapixels a 38 quadros/segundo e 79 quadros/segundo. O CMOS tem aplicação em oftalmologia, ou seja, exame ocular, observando características interiores como retina, cabeça do nervo óptico, mácula e microcirculação nos vasos sanguíneos, dando imagens coloridas precisas e detalhadas.

 Reconstrução da imagem do Raio X 

Teledyne DALSA's desenvolveu recentemente uma Tecnologia de Reconstrução de Imagem Xineos Raios X que supera os limites tradicionais capturando imagens panorâmicas nítidas. A tecnologia utiliza detectores CMOS baseados em quadros de alta velocidade e captura um volume tomográfico 3D contendo anatomia clinicamente relevante do paciente. É obtida uma projeção panorâmica 2D ideal, com alta nitidez em toda a imagem, independentemente do alinhamento do paciente, permitindo um melhor diagnóstico e poucas repetições.

Endoscopia e patologia digital

As mais recentes câmeras CMOS podem reproduzir até mesmo as mais sutis variações de cores e detalhes para imagem endoscópica Em sistemas de endoscopia e imagem cirúrgica. Patologia digital As câmeras JAI Apex são ideais para integração em microscópios e scanners de slides inteiros, capturando cortes de tecido humano, testes de biópsia e amostras de células. 

Ortopédico e cirúrgico 

A empresa Olimpo oferece um gama de soluções de microscópio para atender às necessidades de pesquisa das ciências da vida em várias áreas, incluindo Pesquisa de câncer, Cultura celular, Biologia do Desenvolvimento, Descoberta de drogas, Fluorescência, Imagens de células vivas, Biologia Celular Molecular, Neuroscience Imaginge Medicina Regenerativa. As câmeras com chip CMOS e CCD oferecem resolução de imagem digital. Os microscópios capturam a fina estrutura e mudança morfológica dos neurônios e a estrutura profunda dos tecidos com super-resolução e imagens tridimensionais claras. Isso ajuda na captura de corantes sensíveis ao cálcio e respostas de alta velocidade do potencial da membrana.

Conclusão

Em conclusão, para atender às exigências sempre exigentes do setor médico e das ciências da vida, são urgentemente necessários sensores de visão e câmeras confiáveis, precisos e de alto desempenho para melhorar a eficiência e a precisão da imagem. AOs avanços nas tecnologias a nível de pixel levaram ao desempenho do sensor CMOS que muda o jogo, resultando em características adicionais como baixo ruído, sensibilidade ultra-alta e qualidade de imagem mais alta e mais confiável. As aplicações da imagem CMOS em dispositivos médicos e ciências da vida parecem promissoras. De acordo com o 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 de 8.6% (2020-2025). 

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