视觉缓解生命科学市场的痛点

随着全球医疗保健支出预计将在目前前所未有的水平上增长4.3%，生命科学市场代表了自动化、提高生产力技术的巨大目标。预计仅医疗技术领域的收入就将从2015年的3690亿美元增长到2019年的4540亿美元，而即时护理(POC)检测预计将在2021年达到283亿美元。

“在发达国家，越来越多的钱花在生命科学上，不仅针对老龄化人口，而且还花在了新的治疗方法上，这些方法极大地简化了医生和患者的生活。联合视觉技术(Stadtroda,德国)。

然而，为了提供可行的产品和服务，该行业必须应对一系列市场压力:价格控制、人才短缺、创新需求、监管收紧和经济不确定性。

由于成像和传感器技术的进步，视觉公司比以往任何时候都更有能力帮助他们的生命科学客户应对这些需求，为研究人员和临床医生开发解决方案，以实现更便宜、更快和更好的患者护理的最终目标。

更好的技术，更多的机会
从实验室自动化到数字放射学，机器视觉在过去几十年里一直是生命科学市场的主要参与者。技术进步正在完善现有的应用程序，并为新应用程序打开大门。

联合视觉的Traupe说:“我们将在新的Manta相机中引入新的索尼Pregius传感器，即使在显微镜下这种光线条件较差的情况下，也能提供出色的画质。”CMOS传感器的动态范围比传统CCD传感器好50%以上。

Allied Vision还推出了高性能Prosilica GT相机的新型号(高达2620万像素)，配备了来自ON Semiconductor的高分辨率Python CMOS传感器——这是同类产品中首款可选的近红外版本，在近红外范围内灵敏度更高。

除了对更高分辨率、高动态范围摄像头的需求外，联合视觉还发现，嵌入式视觉解决方案的需求正在增长，这种解决方案将传感器和图像处理以更小的形式结合在一起。手持3D口腔扫描仪就是这样一个例子，它可以让牙医测量缺失的牙齿，以便进行替换。3D扫描仪无需咬下特制的纸来做牙印。Traupe说:“这和你在计量系统中看到的模式变化是一样的，你用非接触式3d手持扫描仪取代了传统的触觉测量设备。”特劳佩说:“在这种应用中，没有空间使用内置摄像机。”“通常情况下，你需要将传感器板与图像处理板分开，而且不再有USB电缆，所以你需要将它直接与其他pcb的引脚一起包含。”

多光谱的多目标
在生命科学领域获得关注的另一项技术是多光谱成像和传感，它提取特定可见光和红外波长的光谱信息。Pixelteq近日，Ocean Optics (Dunedin, Florida)的一个部门发布了其PixelCam™OEM多光谱相机系列，该系列使用了专利的微图案滤光片阵列技术，直接与传感器对齐。由此产生的相机提供了通过多达9个窄光谱波段看到的物体的全帧图像;标准模块可用于4通道可见光+近红外和近红外+SWIR(短波红外)。

Pixelteq的生物医学客户依赖多光谱技术在多个应用程序中提供诊断信息。其中一个应用就是组织可视化。例如，当医学专家检查可疑痣是否有癌症迹象时，多波长检测将使皮肤在RGB之外的差异可视化。Pixelteq生物医学市场海洋光学传感器、拉曼和多光谱产品经理Jennifer Odom说:“无论你是在观察烧伤或皮肤癌，还是试图区分活的、死的和受感染的组织，多光谱都将是重要的工具。”

Odom预计，由于监管要求和审查，OEM生命科学客户将在未来1 - 2年内推出首款使用Pixelteq技术的产品。她说:“从那里开始，我们将开始转向更可定制的版本，用户可以添加通道或进一步优化波长。”

Pixelteq还提供PixelSensor，这是一种光电二极管阵列，可将光谱分割成8个离散色带，以创建一个多光谱探测器，收集点源光谱信息。Pixelteq计划发布一款产品，专门用于聚合酶链式反应(PCR)应用中基于荧光的检测。PCR是一种将DNA片段“扩增”数百万次以检测疾病标志物的技术。奥多姆说:“这是即时医疗应用中发展最快的医疗诊断技术之一。”

从实验室到病人
虽然视觉系统在生命科学领域的研发和实验室应用仍然是一个强劲的市场，但直接面向临床应用的应用正在出现。制造TissueScope数字切片扫描仪的休伦数字病理学公司(Waterloo, Ontario, Canada)正瞄准这两个目标。休伦数字病理学公司总裁帕特里克·迈尔斯说，在研究方面，“我们拥有独特的能力，可以自动扫描几乎任何尺寸的幻灯片。”“我们可以做标准的活检切片，也可以做前列腺切片，后者往往更大，甚至可以做完整的乳房和脑组织切片。”

该公司将Teledyne DALSA的机器视觉摄像机整合到扫描仪中，正在神经科学和脑成像领域站稳脚跟，这个市场在一定程度上是由对足球和其他运动相关脑损伤研究的投资不断增加所推动的。研究人员将把死后的大脑分割成数千个切片，在非常高的放大倍率下对每一个切片进行数字化，然后将它们放在一起，创建一个三维地图。通过自动化幻灯片扫描，休伦可以将扫描时间从一天半缩短到30分钟。

对于临床设置，现场数字病理学代表了一个增长领域。传统上，如果病理学家想和同事就某个特定病例进行磋商，那张幻灯片需要亲自运送。“这需要很多时间，”迈尔斯说。“病人在等待诊断结果，有时幻灯片会丢失。”然而，有了数字病理学，专家可以在任何地方在笔记本电脑、平板电脑或手机上查看数字幻灯片，并为患者提供更快的诊断。

病理切片的数字化解决了该部门面临的一个重大问题:病理学家人数的减少和癌症活检人数的增加。正如迈尔斯所言，“现在出现了一些危机，这导致需要使用技术来提高诊断人员的效率。”

迈尔斯说，在使用数字载玻片时，病理学家需要一个“设计成与他们在显微镜下看到的图像相当的图像”的系统。“它需要具有相同的图像分辨率，色彩保真度非常重要。”

其他重要的考虑因素包括速度和成本。摄像机需要足够快，以当前每分钟扫描一张幻灯片的标准。这促使人们从传统的CCD相机转向CMOS相机。迈尔斯预计，随着CMOS相机价格的持续下降，其使用率将会上升。目前，他估计90%- 95%的病理学家仍在使用传统的扫描方法。

“但随着时间的推移，你希望每个实验室的病理学家的桌子上都有一台扫描仪，”迈尔斯说。“为了实现这一点，你需要一些规模经济，这样数字病理学就能成为一种无处不在的技术。”

监管问题也将影响数字病理学的实施。在加拿大，全切片扫描仪制造商必须获得加拿大卫生部II类医疗器械许可证。在欧洲销售的所有体外诊断(IVD)设备都需要CE标志。与此同时，在美国，FDA正在批准扫描仪作为二级设备进行初级诊断。

此外，采用率因国家而异。迈尔斯说，斯堪的纳维亚国家的许多医院网络几乎完全依赖数字图像进行诊断。

随着越来越多的人活到高龄，心脏病和癌症等慢性疾病的发病率持续攀升，生命科学领域面临着持续的压力，需要提供负担得起的、有效的医疗保健产品和服务。在传感器和摄像机技术进步的推动下，机器视觉技术正在帮助交付产品，实现具有成本效益的新研究工具和点护理诊断系统，帮助患者的身体和精神愈合并再次崛起。