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新型3D打印适配器,将手机变成内窥镜,用于声带疾病诊断!

导读:高速数字成像(HSDI),尤其是内窥镜HSDI,常用于声带疾病诊断。然而,HSDI设备通常体积大、成本高,限制了欠发达国家和医疗基础设施不足地区患者的使用。而现代智能手机具有高帧速率处理高分辨率图像和视频的计算能力,因此,韩国首尔峨山医院(Asan Medical Center) 联合蔚山大学研究人员开发了一种低成本3D打印适配器,可以将日常智能手机变成内窥镜,作为声带疾病诊断工具。

△可实现高速喉镜检查的定制智能手机内窥镜适配器示意图。

(A)智能手机相机和机身规格。(B) 包含刚性临床内窥镜的演示智能手机适配器的照片。(C)定制智能手机内窥镜适配器的3D模型。(D) 定制智能手机内窥镜适配器的横截面图。(E) 放大镜头系统的示意图和镜头模拟。AF:自动对焦,FOV:视野。

内窥镜是医务人员的重要工具,可以使内部器官可视化。在喉咙疾病等领域,此类设备不仅可以让医生进行微创手术,还可以通过临床实现更具体的诊断。研究人员设计的喉镜由支架、镜筒、镜头和内窥镜支架组成。为了优化智能手机配件性能,团队使用Stratasys Objet260 3D打印机创建了支架和连接器,并将镜头系统固定到位,允许分别放大目镜和相机捕获的图像。

△(A)由基于智能手机的高速成像系统的喉部成像示意图。(B) 基于智能手机的高速成像系统的临床演示。

此外,设备配备了两个低成本的50毫米和15毫米双凸透镜,提供1.5倍变焦能力。然后,科学家们将可安装内窥镜连接到三星GalaxyNote 9智能手机上,并请耳鼻喉科医生在韩国峨山医疗中心的四名患者身上进行测试。在最佳性能下,系统能够在15毫米距离内以43.478微米的分辨率运行,随着设备移得更远,精度明显下降。与商用HSDI系统相比,团队的适配器捕获细节的能力很低。以940 fps的速度记录图像,而标准设备能看到4000到8000 fps。

△声门的高速图像及分割。原始声带图像

(左)、用于分割的预处理图像(中)和通过图像分割的正常声带区域(右)。(A)健康志愿者的声门。(B) 从左声带麻痹患者拍摄的图像。(C) 慢性喉炎患者的声音分析。(D) 右声带息肉患者的图像。

尽管适配器目前的分辨率和帧速率缺陷使其不足以捕获诊断更多声带状况所需的细节,但研究团队建议可以使用光学屏蔽和基于AI的图像处理来克服性能缺陷,并获取更多信息。

参考文献:Kim Y, Oh J, Choi S, Jung A,Lee J, Lee YS, Kim JK A Portable Smartphone-Based Laryngoscope System forHigh-Speed Vocal Cord Imaging of Patients With Throat Disorders: InstrumentValidation Study JMIR Mhealth Uhealth 2021;9(6):e25816 doi: 10.2196/25816

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