CMOS在医学成像和生命科学中的应用

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Nikita NKolabtree公司的自由科学顾问,写了关于CMOS在医学成像和生命科学中的应用,以及在这个领域工作的公司的例子。 

CMOS:下一代图像传感器

COVID-19大流行病的爆发对生产图像传感器的公司产生了负面影响。含有图像传感器的高分辨率相机在移动、汽车、医疗和生命科学应用中的使用增加,推动了图像传感器在市场上的增长。然而,由于市场的封锁,图像传感器的销售在全球范围内大幅下降。尽管医疗和生命科学行业的图像传感器在销售方面受到影响,但在过去四年中仍然保持乐观的增长。最近,低光照图像传感器,分为CCD (带电的耦合装置) 和CMOS (补充性金属氧化物--半导体) 技术,正在智能手机和医疗应用中找到它们的途径,市场增长预期为 到2024年为184亿美元,预测期间(2020-2024)的复合年增长率为12.8%。 基于CMOS技术的市场预计将在预测期内占主导地位,因为它拥有比CCD图像传感器更多的优势功能。 高分辨率。 小尺寸。 更高的帧率。 低功率消耗。 更大的敏感性。 更快的帧率。 低噪音,以及 降低制造成本CMOS相对于CCD的几个关键优势。  

CMOS v/s CCD传感器 

传感器的区别在于电荷是如何从像素中转移出来并进入成像设备或读出的。CCD的输出有一个模拟脉冲,而CMOS则给出一个数字输出。一般来说,生命科学的应用都使用数码相机。模拟输出主要用于需要连续反馈的应用。 生命科学行业在视觉系统中没有对持续反馈或模拟需求的要求。  

Adios CCD传感器...

各种制造商,包括 Basler, FLIR Systems Inc, Teledyne (e2v), Vieworks, Cognex, Sony, Jai, Baumer, Toshiba Teli, Omron (Microscan Systems), National Instruments, IDS, Allied Vision/KKH Group, Daheng Image, The Imaging Source, HIK vision 正在努力开发和启动一个 新一代的CMOS传感器。制造商正在投资改进CMOS传感器,包括令人兴奋的功能,如 高分辨率,S商场规模。 更高的帧率。 低功率消耗。 更大的敏感性。 更快的帧率。 低噪音,以及 降低制造成本。  

CMOS在医学成像和生命科学中的应用 

成像传感器在各种生命科学领域都有应用,包括但不限于:。

牙科成像 

Teledyne DALSA 兴业银行开发了用于牙科放射学的CMOS图像传感器技术,包括锥形束计算机断层扫描(CBCT)、全景和头颅测量成像应用。与传统的图像传感器相比,CMOS图像传感器具有明显的优势,如为延长图像传感器寿命而设计的防辐射像素,以及用于承受恶劣环境、振动和冲击的封装技术。 

数字化乳房X光摄影 

索尼光电子公司 提供了一个CMOS高清摄像机图像传感器,它采用了最新一代的图像传感器技术,具有更好的低光灵敏度,以合理的价格揭示了卓越的图像和视频再现能力。与大多数品牌的外科和手术显微镜兼容。

眼科 

JAI 提供了一个 广泛的范围棱镜技术的3-CMOS工业RGB区域扫描相机用于医疗和生命科学应用。3CMOS系列比典型的拜耳滤光片相机具有更高的色彩精度和空间精度,特别适用于彩色视觉系统。 

JAI的基于棱镜的RGB相机将入射光线分离成红、绿、蓝三种波长,并将其导向三个精确排列的CMOS传感器,通过彩色成像技术,产生比传统彩色相机更好的色彩精度和空间精度的拜尔镶嵌技术。该相机具有高分辨率和高帧率,输出为3 x 320万像素,速度为38帧/秒和79帧/秒。CMOS应用于眼科,即眼睛检查,观察内部特征,如视网膜、视神经头、黄斑和血管的微循环,提供准确和详细的彩色图像。

 X射线图像重建 

Teledyne DALSA的 该组织最近开发了一种Xineos X射线图像重建技术,通过捕捉清晰的全景图像克服了传统的限制。该技术使用基于高速帧的CMOS探测器,捕捉包含临床相关病人解剖结构的三维断层容积。获得理想的二维全景投影,在整个图像中具有高清晰度,而不考虑病人的排列,从而可以更好地诊断和减少重拍。

内窥镜检查和数字病理学

最新的CMOS相机可以再现内窥镜成像的最微妙的颜色变化和细节 在内窥镜和外科成像系统中。数字病理学 JAI Apex相机是整合到显微镜和整张玻片扫描仪的理想选择,可捕获人体组织切片、活检试验和细胞样本。 

骨科和外科 

该公司 奥林巴斯 提供了一个 一系列的显微镜解决方案,以满足不同领域的生命科学研究需求,包括 癌症研究, 细胞培养, 发育生物学, 药物发现, 荧光, 活细胞成像, 分子细胞生物学, 神经科学成像,以及 再生医学. CMOS和CCD芯片相机提供 分辨率数字成像。这些显微镜以超分辨率和清晰的三维图像捕捉神经元的精细结构和形态变化以及组织的深层结构。这有助于捕捉到钙敏感染料和膜电位的高速反应。

总结

总而言之。 为了满足医疗和生命科学领域不断增长的要求,迫切需要可靠、准确和高性能的视觉和摄像传感器来提高图像效率和准确性。 A像素级技术的进步导致了CMOS传感器改变游戏规则的性能,产生了额外的功能,如低噪音、超高灵敏度以及更高更可靠的图像质量。CMOS成像在医疗设备和生命科学领域的应用看起来很有前景。 根据市场研究分析,图像传感器领域预计将从2020年的185亿美元达到2025年的280亿美元,增长速度为1.5%。 年复合增长率为8.6% (2020-2025). 

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关于作者

Nikita N.分别在印度孟买大学和美国锡拉丘兹大学获得化学工程学士和硕士学位。在孟买大学学习期间,她设计了印度孟买Shroff & Associates Engineering Pvt. Ltd.的乙醇-水二元混合物系统的蒸馏塔系统。她在雪城大学的课程包括放射化学核燃料后处理与不扩散、能源系统材料、高级化学工程设计、流体力学、生物燃料、生化工程、动力学、绿色工程、化学工程方法、环境化学与分析。她曾在各种平台上撰写文章和分享同行评论,如Massive Science Journal, Prescouter Journal, Editage, ecoideaz。她还撰写了关于从海藻中生产生物燃料、从农作物秸秆中生产第二代乙醇、石油和天然气行业的环境友好型抗腐蚀油漆涂料的文章。  

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