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自動化人工角膜檢測


每年有數千名的低視力患者受惠於角膜移植。由於可用的捐贈角膜相對較少,人工角膜因此在醫療上變得十分重要。 一家提供生物工程產品和解決方案的公司─Oxford MEStar開始生產這類人工角膜。LG Motion總經理─Gary Livingstone 對此在他的最新文章(Vision checks optical characteristics of artificial corneas)解釋他公司研發的半自動化檢測系統如何用於這些精細、透明假體的檢測,滿足MEStar的高品質要求。文中也指出 LG motion 的機器視覺運動控制系統使用 The Imaging Source 的USB 3.0工業相機DMK 23UP031(USB 3.0 Mono, 5MP, 15 FPS)進行品質檢測。

圖 1:LG Motion機器視覺運動控制系統內建DMK 23UP031 黑白工業相機。圖 1:LG Motion機器視覺運動控制系統內建DMK 23UP031 黑白工業相機。

半透性成了高效檢測的最大挑戰

因為人工角膜是醫用植入體,所以他們當然需要受到嚴格地控管和檢測,而檢測最重要的部分是如何透過雷射分析檢測每個角膜的透明度。但也就是角膜這個重要特徵─透明度─讓檢測過程更加困難。人工角膜和狀似培養皿的支撐支架在製造完成後會被浸泡在透明凝膠中,並存放在真空無菌的塑料薄膜包裝內(如下圖 2),但將透明的角膜放置在袋內的正確位置是很困難,因為需受過專業訓練的操作員將它放置在正確位置,以便在雷射範圍內進行光學分析。因此,MEStar 聯繫LG Motion,討論如何將這檢測任務變成半自動化。

圖 2:人工角膜被浸泡在透明凝膠中,並存放在真空無菌的塑料薄膜包裝內。圖 2:人工角膜被浸泡在透明凝膠中,並存放在真空無菌的塑料薄膜包裝內。

解決方案:光線定位和黑白工業相機

LG Motion 生產機器視覺運動控制系統的核心部分稱為Scorpion Vision 的 Compact Vision System。檢測過程中,紅色的LED光線將會通過往將通過0.25mm 方格網組成的鋼絲網,投射方格陰影在檢測樣品上,以便清楚辨識塑料薄膜包裝內的透明物質(如圖3),而內建USB 3.0 黑白相機就會採集投射在樣品上的方格陰影影像,並將影像資料傳送到Scorpion Vision Compact Vision System 進行分析。這套軟體可藉由光影圖案變形的位置辨別培養品的邊緣,進而在這關注區域發現角膜的位置。而邊緣位置的偵測和幾何工具的使用更可進一步確認角膜的正確位置。一旦偵測到角膜,系統就會確它的中心座標,並調整整個包裝以便光學檢測。

圖 3:紅色的LED光線將會通過往將通過0.25mm 方格網組成的鋼絲網,投射方格陰影在檢測樣品上,以便清楚辨識塑料薄膜包裝內的透明物質。圖 3:紅色的LED光線將會通過往將通過0.25mm 方格網組成的鋼絲網,投射方格陰影在檢測樣品上,以便清楚辨識塑料薄膜包裝內的透明物質。

不間斷的半自動化產品檢測

光學檢測是由內建在Arduino單板電腦的Arduino步進電機控制器進行分析。假如視覺系統無法偵測到角膜的存在,或系統顯示角膜不符相關檢測規定,Arduino處理器就會收到「未符合檢測標準(fail)」的訊息,並指示Arduino控制器讓夹钳將不合檢測標準的角膜放置在未符合檢測標準的產品槽內。如果系統顯示人工角膜符合所有檢測標準,Arduino處理器就會收到「通過檢測標準(pass)」的訊息,並指示控制器讓夹钳將通過檢測標準的角膜放置在通過檢測標準的產品槽內。整個檢測過程就按照這個程序不斷重覆,而處理器也會指引控制器回到原始檢驗位置,以便放置新的檢驗樣本進行新的檢驗。


The Imaging Source連結http://ppt.cc/oS6HS

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