Avicon

Automatyzacja pracy w laboratoriach naukowych i medycznych to stale postępujący proces. Począwszy od najprostszej wagi do skomplikowanych mechanizmów robotycznych, zaawansowane technologie kreują świat nauki. Rozwój automatyki laboratoryjnej powoduje także powstawanie wielu możliwych obszarów zastosowań kamer i wizji maszynowej w medycynie, farmaceutyce oraz badaniach naukowych. Rynek ten jest na tyle perspektywiczny, że niektórzy producenci komponentów wizyjnych posiadają nawet w swojej ofercie specjalne linie dedykowane zastosowaniom naukowym.

Kamery zapewniają obraz robotom i mechanizmom kontroli ruchu, obsługującym wszelkiego rodzaju próbki laboratoryjne w celu przechowywania, pakowania jak i przygotowywania. Są także podstawą wszelkiego rodzaju systemów wizyjnych do identyfikacji kodów 1D/2D. Kamery pomagają w zarządzaniu lekami, próbkami biologicznymi oraz szklanymi fiolkami, rozróżnianymi po kolorze korka. Także wiele urządzeń medycznych, wykorzystywanych w okulistyce, badaniach biomedycznych i patologii, można zakwalifikować do wizji maszynowej.

Z drugiej strony, wiele preparatów wymaga specjalnego traktowania, dlatego też nie wszystkie operacje może wykonywać człowiek. Maszyny sprawdzą się o wiele lepiej np. przy próbkach wrażliwych na potrząsanie. Innym aspektem jest ciepło, emitowane przez ludzkie ciało, które także może wpłynąć na właściwości niektórych materiałów i w konsekwencji przekłamać pomiary. W tych wypadkach zdecydowane lepszym wyborem będą systemy automatyki, wspomagane przez wizję maszynową.  

Trend automatyzacji w medycynie i badaniach

Głównymi czynnikami powodującymi postępujący rozwój laboratoryjnej automatyki i systemów wizyjnych są:

·        Rosnąca presja kosztowa – systemy opieki zdrowotnej i instytucje badawcze podlegają rosnącym obciążeniom ekonomicznym i starają się przeciwdziałać tej presji, obniżając koszty swoich usług. Automatyzacja, dzięki nowoczesnym technologiom i względnie niedrogim komponentom systemu, pozwala obniżyć koszty sprzętu laboratoryjnego, zwalnia pracowników i co za tym idzie zwalnia także wydajność, którą można wykorzystać gdzie indziej.

·        Prędkość przetwarzania danych – dzięki szybszej analizie wyników, laboratoria mogą obsłużyć więcej klientów w jednostce czasu, co daje przewagę nad konkurencyjnymi ośrodkami. Automatyzacja umożliwia także wydajniejsze opracowywanie projektów i badań co sprawia, że nowe osiągnięcia lub technologie są dostępne wcześniej. 

·        Standaryzacja i zarządzanie jakością – maszyny wykonują zadania z większą precyzją i powtarzalnością, niż zrobiłby to człowiek. Dzięki zastosowaniu systemów wizyjnych i zautomatyzowanej mikroskopii, naukowcy mogą przeglądać szczegółowe obrazy na ekranie komputera, siedząc przy biurku, bez konieczności patrzenia przez okulary mikroskopu w ciemniach. Ponadto, dane cyfrowe pozwalają na prostą archiwizację i dokumentację. Powtarzalność, gwarantowana przez maszyny, ułatwia standaryzację całego proces, która z kolei pozwala np. na łatwe rozdzielenie zadań pomiędzy kilkoma ośrodkami. Sprzyjają temu również wspomniane już cyfrowe dane, które można bezproblemowo udostępniać za pomocą sieci.  

·        Dostępność – automatyzacja przyczynia się do coraz szerszej dostępności zaawansowanej opieki medycznej dla zwykłych ludzi. Dzięki temu mamy możliwość np. szybkiego wykrycia rozprzestrzeniających się zmian i patogenów. Ekonomiczne i proste w użyciu systemy mogą być wykorzystane w biedniejszych rejonach świata, które są znacznie bardziej narażone na wszelkiego rodzaju epidemie. To, że do ich obsługi nie potrzeba specjalistycznej wiedzy sprawia, że mogą być one wykorzystywane przez niewyszkolony personel. Tutaj szczególnie pomocne będą systemy POC („point of care”) oraz technologia „lab-on-chip”.

Obszary zastosowań systemów wizyjnych w laboratoriach

Można rozróżnić dwa typowe zastosowania kamer i wizji maszynowej w medycynie i laboratoriach.

·        automatyzacja procesów, czyli wszelkiego rodzaju dane obrazowe, niewykorzystywane do celów czysto analitycznych, ale do wspierania procesów, jak np. odczyt kodów kreskowych czy matrycowych. Dział ten obejmuje zarówno prostą identyfikację fiolki z próbką pacjenta jak i zbieranie danych o wykorzystanych odczynnikach, których braki należy uzupełnić w pierwszej kolejności. Zautomatyzowany system wymiany informacji laboratoryjnej, sprawia, że wyniki pacjentów są przesyłane i zarządzane cyfrowo. Bardzo często urządzenia laboratoryjne są wykorzystywane do pracy z płynnymi próbkami. W zależności od obszaru zastosowania może wystąpić potrzeba detekcji takich cech jak rodzaj fiolki oraz kolor pokrywy, która symbolizuje materiał znajdujący się w środku (np. czy jest to surowica czy osocze) lub właściwości samego preparatu – koloru czy nieregularności (bąbelki, piana) cieczy. Największą korzyścią stosowania systemów wizyjnych jest to, że nie wymagają one kontaktu z próbką ani otwierania fiolki, w przeciwieństwie do innych metod. Zapobiega to zanieczyszczeniom i umożliwia większą prędkość procesu.

Systemy wizyjne mogą identyfikować kolor korka próbówki lub naklejony kod kreskowy i na podstawie tego klasyfikować materiał. Przezroczysta budowa fiolki pozwala także na obserwację samego preparatu – ocenę jego barwy i struktury.

·        Drugim ważnym działem jest zautomatyzowana mikroskopia. Obejmuje ona np. zastosowania mikroskopii świetlnej i fluorescencyjnej do diagnostyki IVD, jak również aplikacje wykorzystywane w naukach przyrodniczych, badaniach farmaceutycznych i patologii cyfrowej. Systemy kamer bardzo często występują w urządzeniach do diagnozowania chorób autoimmunologicznych oraz chorób krwi i narządów krwiotwórczych w hematologii, a także w patologii cyfrowej. Szczególnie ta ostatnia dziedzina korzysta z mikroskopii, ponieważ pozwala ona na wykrycie zmian w tkankach, niemożliwych do zaobserwowania metodami radiologicznymi.

Wysokorozdzielcze kamery pozwalają na dokładniejsze obserwacje i prostszą digitalizację obrazów. Wizja maszynowa przekłada się także na samą wygodę pracy laborantów – nie muszą oni stać w niewygodnej pozycji przy stanowisku, tylko mogą pracować, siedząc przy biurku. 

Istnieje szeroki wybór innych automatycznych systemów mikroskopowych o różnym przeznaczeniu. Od małego urządzenia o wielkości pudełka na buty, używanego do prostego liczenia komórek, przez mikroskopy inkubacyjne umożliwiające obrazowanie żywych organizmów bez potrzeby ręcznej interwencji, aż do wysokowydajnych systemów przesiewowych, które są używane np. przy badaniu substancji farmaceutycznych.

Wybór odpowiedniej kamery do aplikacji laboratoryjnych

Oprócz wyżej wymienionych przykładów istnieje szeroka gama innych potencjalnych zastosowań i przypadków użycia kamer w różnych dziedzinach nauki. Ważne jest, aby do danej aplikacji dobrać kamerę, oferującą wszystkie niezbędne funkcje, potrzebne do realizacji zadania. Poza tym, niezależnie od specyficznych cech urządzenia, powinno ono zapewniać prostą integrację z pakietem bibliotek SDK, a także wysoką jakość i niezawodność. Dodatkowym atutem jest także wsparcie techniczne, zapewniane przez producenta.

Nauki biologiczne wymagają jeszcze jednego ważnego aspektu, jeśli chodzi o komponenty – długiego wsparcia i dostępności. Przeprowadzanie niektórych badań, jak i projektowanie urządzeń medycznych to bardzo złożone procesy, mogące trwać nawet kilka lat. Jeśli jakieś urządzenie zostanie ukończone, rozpoczyna się okres jego dystrybucji. Bardzo niepożądanym zjawiskiem było by, aby w tym czasie, któryś z komponentów został wycofany ze sprzedaży. Mogłoby to wymagać przeprojektowania całego systemu.