将高端医疗设备平民化——Spectra开源生物医学成像系统
发布时间:2019-05-05
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将高端医疗设备平民化——Spectra开源生物医学成像系统
发布时间:2019-05-05
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如果有一天,你能在家里享受在像医院一样的CT,核磁共振等设备的检查?是不是会觉得不可思议?或者,你曾经试想过自己去看看自己的肺部图像?使用阻抗心动图监测心脏活动?测量骨骼、肿瘤,甚至是草莓的介电谱?去看看各种以前没法实现的“另眼看世界”的景象,又会是怎样一种心情呢?本文将带给大家一种Spectra开源的生物医学成像系统,想象一下,如果您能够轻松安全地实验并为生物医学成像做出一些差异化的贡献,是不是非常有意思也非常具有意义?

Spectra开源生物医学成像系统

Spectra是一种开源的生物医学成像系统,既安全又易于使用。它允许用户可以尝试使用医学成像中的电阻抗断层成像(EIT)技术,这是非常具有研究意义的,也可以说是有史以来的第一次,任何想要探索这种技术的人都可以在自己家中尝试,而不需要使用需要上百万甚至是上千万人民币的CAT Scan等设备。

电阻抗断层成像:入门

电阻抗断层摄影(EIT) 是一种非侵入式医学成像,其中通过导电体发送较小的AC电流从表面电极测量推断出身体的一部分的电导率,介电常数和阻抗。然后使用该阻抗信息来使用类似于CAT Scan的技术来创建图像重建,通过在需要检查的身体横截面上运行多个频率,你可以获得关于位于电极之间的各种材料的介电谱的进一步信息,这种多维数据非常适合机器学习深入研究和制作EIT,甚至是改变人类健康的强大工具!

  • 重建图像

Spectra测量样品周围多个角度(或投影)处的阻抗,对于任何给定的角度,投影是一条更亮和更暗的阻抗测量线,这取决于交流电流路径的那部分衰减阻挡多少。有时候,人们会谈论 正弦图,它只是显示堆叠在一起的给定切片时间的所有不同投影,生成的图像其实算是正确图像的模糊版本。

比X射线更安全

CAT Scan很好,但是它们对电离辐射的依赖使它们成为美国最大的辐射源, 并导致患者患癌症的风险。Spectra是一种非常低电流的器件,因此,它足够安全,可用于持续监测和预防性健康,同时,因为它没有任何伤害,所以也是一个很好的设备,可供探索和学习!

第一个也是唯一一个开源成像系统

过往史上,医学成像设备通常离我们普通人非常遥远,昂贵,难以使用,甚至更难以改进。如果我们能够试验这些技术并为其发展做出贡献,世界将会变得更加有趣、健康。不幸的是,医学成像设备的保密性太强,基本上没有太多可以破解的东西!因而Spectra是改变它的尝试。

如果您可以使用更便携且更便宜的成像设备——按照相同原则操作但又小到可以放在桌面上并且足够安全可以在那里使用的成像设备——您会认为该技术值得探索吗?值得改进?

动机与影响

医学成像对医疗保健的贡献是不可估量的,但是价格摆在那边,所以Spectra是更多的人提供廉价的成像技术,通过开源的,鼓励人们进入有趣的医学物理世界,从而产生更大的社会影响。或者你也可以想象一下像Raspberry Pi生态系统会对医学成像产生什么样的影响。当我们共享信息时,我们才会更快地进步。因此,Spectra既可以帮我们改进核心产品,也可以开发新的应用程序。通过转向鼓励医疗保健创新的开放式商业模式,而不是扼杀它,我们可以帮助更多人过上更长寿,更健康的生活。

易于使用

无论是什么样层次的用户,使用Spectra非常简单方面,只需双击一下图形界面即可开始探索家用生物阻抗光谱,电阻抗断层成像和图像重建。

Spectra的电阻抗断层成像系统虽然只有很小一个,但却拥有专业级功能,它将能配置为对放置在圆柱形玻璃罐内的任何物体进行成像。如果您需要对较大的物体进行成像,可以将Spectra与模体断开连接,连接最多32个附带的电极并将这些电极连接到导电体上。

硬件框图

  • A. 32个可寻址电极
  • B. ADG732BCPZ精密多路复用器
  • C. IEC安全启用/禁用
  • D.生物阻抗光谱连接器
  • E.电池充电电路
  • F.开/关开关
  • G.微型USB端口(充电和UART)
  • H. Rigado BMD-350-AR BLE模块
  • I. ADUCM350高精度阻抗计量SoC
  • J. LIS3DH的加速度计
  • K. SWD编程接口

功能和规格

精确且高度可配置的传感器硬件

  • 可配置为最多使用32个电极
  • 每秒160,000个样本的测量
  • 每个阻抗测量均使用差分参考和16位分辨率进行
  • 包括自动温度校准,以确保阻抗准确性
  • 包括用于减轻运动的加速度计

专为安全和易用而设计

  • 直流电源去除滤波器,符合IEC60601-1安全规范。
  • 兼容3.5 V,850 mAh电池 (不包括在内),提高了便携性,板载电路允许通过提供的USB电缆充电,长达12小时的电池寿命,具体取决于具体的使用情况
  • 支持蓝牙低功耗(BLE)以适应无线数据传输

灵活的开源软件

  • 易于安装的软件支持时间序列阻抗测量,生物阻抗光谱和电阻抗断层扫描,介于80Hz和80kHz之间,最多32个电极
  • 支持三种不同类型的层析成像重建:Graz Consensus,Gauss-Newton方法和Back Projection。这三个都可以实时运行,并且可以配置任意数量的电极(例如,8,16或32),可以离线记录分析,并实时运行。
  • 硬件包括串行线调试(SWD)编程器,可轻松进行固件重新编程

便携式设计

  • 微小的便携式PCB尺寸,配有塑料外壳
  • 配有一个圆柱形小罐(直径140毫米,高60毫米)。
  • 配有灵活的电极,用于对不适合幻像的物体进行成像。

多种用途

以下是Spectra的一些可能应用。其中一些将在项目更新中解决,所以如果您有兴趣请订阅!

找到体内的组织和其他物质

这可能包括您吸入的骨骼,肌肉,脂肪,液体,肿瘤或空气,仅举几例。通过运行多频EIT来获得每个像素的光谱,您可以监测您的体脂百分比,检查肺水肿的迹象(肺部液体),或观察特定器官 - 如膀胱或胃 - 变化时间。

时间序列测量

通过时间序列测量,您可以观察肺部的扩张和收缩等情况。

分析其他导电项目

您也可以将Spectra附加到其他导电物品上。例如,通过对一块水果进行成像,您可以确定它是否成熟!

其他可能的用途包括:

  • 监测通过心脏的血液流动(称为阻抗心动描记术的过程)。
  • 观察水流过或不流过不透明的管道。在寒冷气候中有用!
  • 对较小的物质进行成像,以确定某些类型细胞的存在与否,例如血液样本中的血红蛋白。
  • 新的手术创新,如确定麻醉深度。(我们邀请所有外科医生和神经外科医生联系我们进行合作!)
  • 我们当前的算法取决于一些限制性假设。如果您对图像重建算法的物理感兴趣,那么让我们开发一个更好的算法,这样我们就可以获得更高分辨率的空间重建!

与目前医院医疗成像设备CAT Scan、MRI等相比,Spectra要便宜很多,以下是多个参数的对比,包括价格、是否开源、性能、对身体危害程度等,想了解的用户可以看看。

Spectra开源生物医学成像系统视频介绍

小结

众所周知,在医疗成像领域,无论是CT、MRI(磁共振成像) AFE、ToF PET、X-ray FPD等都是世界领先的解决方案,这些解决方案都代表着高端医疗设备最尖端技术水准,被认为是高端医疗设备未来发展的趋势,然而对于个人来说,这些东西太过遥远,遥不可及,而Spectra开源生物医学成像系统给大家一个可以近距离接触医学成像领域的机会,值得尝试。

 

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