Группа корейских ученых разработала недорогой 3D-печатный адаптер, который превращает повседневные смартфоны в инструменты эндоскопической диагностики заболеваний голосовых связок.
После оснащения ларингоскопом устройство, напечатанное на 3D-принтере SLM, способно захватывать и передавать высококачественные изображения горла пациента с помощью встроенной камеры любого современного телефона. Учитывая, что мобильная надстройка стоит намного меньше, чем обычные системы цифровой визуализации, в будущем она может оказаться доступным инструментом анализа в местах оказания медицинской помощи для врачей, работающих в развивающихся странах.
«Этот простой и недорогой адаптер обещает снизить стоимость клинической визуализации на порядок, когда его можно будет использовать вместо стандартной высокоскоростной цифровой визуализации (HSDI)», - говорится в статье команды. «Устройство демонстрирует перспективность и новые возможности клинических диагностических инструментов, которые включают в себя технологии обычных смартфонов, позволяющие проводить диагностику в удаленных точках».
Для устройств, которые по существу представляют собой длинные, тонкие и гибкие трубки, эндоскопы являются жизненно важным инструментом в арсенале медиков, поскольку они позволяют визуализировать внутренние органы, которые в противном случае не видны. В таких областях, как заболевания горла, такие устройства не только позволяют врачам выполнять минимально инвазивные операции, но и ставить более точные диагнозы с помощью клинической оценки голоса.
С помощью оценки голосовых связок врачи в основном стремятся обнаружить нарушения, которые коррелируют с нарушениями, но, учитывая, что большинство голосов работают на частоте 80–240 Гц, использование стандартного видео 60 кадров в секунду затрудняет это. Хотя усовершенствованные устройства HSDI уже разработаны, они часто бывают более дорогими, требуют специальных знаний для использования и имеют большие объемы данных, требующие постобработки.
В результате эндоскопическая диагностика и обучение в основном недоступны для пациентов и персонала в развивающихся странах, и это может привести к плохо выполняемым или даже смертельным процедурам, поэтому создание более доступной и управляемой системы визуализации HSDI стало актуальным решением для тех, кто живёт в странах третьего мира, и стремятся оценить свои недуги.
Поскольку многие смартфоны теперь обладают вычислительной мощностью небольших компьютеров, они ранее показывали значительные перспективы в аналогичных областях, поскольку исследователи использовали их для проведения всего, от биологического анализа до анализа крови, и вдохновляясь этими подходами, корейская команда решила разработать новый недорогой эндоскопический мобильный адаптер.
Устройство исследователей, разработанное для использования со стандартным ларингоскопом, состоит из держателя, тубуса линзы, линз и крепления для эндоскопа. Чтобы оптимизировать производительность своего аксессуара для смартфона, команда создала его держатели и разъемы с помощью 3D-принтера Stratasys Objet260. Удерживая систему линз на месте, деталь позволяет увеличивать изображения, снятые окуляром и камерой соответственно.
Кроме того, вместо использования ахроматических линз для увеличения изображения в устройстве были установлены две недорогие двояковыпуклые линзы 50 мм и 15 мм, обеспечивающие возможность увеличения в 1,5 раза. Когда всё было готово, ученые прикрепили свой монтируемый эндоскоп к смартфону Samsung Galaxy Note 9 и попросили отоларинголога протестировать его на четырех согласных пациентах в Корейском медицинском центре Асан.
При максимальной производительности система оказалась способной работать с разрешением 43,478 мкм на расстоянии 15 мм, но точность заметно снижалась по мере удаления устройства. По сравнению с коммерческими системами HSDI стоимостью 10 000 долларов, адаптер команды также захватил гораздо более низкий уровень детализации, записывая изображения со скоростью 940 кадров в секунду, а не с 4000-8000 кадрами в секунду, которые наблюдались на стандартных устройствах.
Хотя исследователи пришли к выводу, что недостатки разрешения и частоты кадров их адаптера в настоящее время делают его недостаточным для захвата деталей, необходимых для диагностики многих состояний голосовых связок, они предполагают, что оптическое экранирование и обработка изображений на основе ИИ могут быть использованы для преодоления его производительности и сбора данных.
«Наши результаты демонстрируют, что можно обрабатывать клинические изображения для получения полезных диагностических эталонных значений здоровых субъектов», - заключили исследователи в своей статье. «В будущем потребуется разработка более компактных и оптически экранированных адаптеров… для улучшения распределения возможностей здравоохранения».
За последние двенадцать месяцев 3D-печать нашла широкое применение в диагностике и лечении заболеваний горла. Исследователи из ETH Zurich разработали биорезорбируемые стенты аддитивного производства, которые предназначены для обеспечения менее инвазивных средств облегчения кислородного голодания тем, кто страдает от удушья.
Между тем ученые из Университета науки и технологий Пхохана (POSTECH) напечатали на 3D-принтере новые стенты, которые помогают облегчить симптомы эзофагита у пациентов, проходящих лучевую терапию. На основе биочернил, полученных из клеток горла, в устройства для уменьшения воспаления в будущем могут быть добавлены другие клетки в качестве средства лечения локальных травм.
Что касается других, более экспериментальных приложений, команда из Университета Орегона (UoM) напечатала на 3D-принтере микроскопическое устройство, которое позволяет контролировать импульсы, которые вызывают вокализацию певчих птиц. Модулируя электрические сигналы, посылаемые в головной или спинной мозг их подопытных зебровых вьюрков, команда смогла вызвать определенные заранее заданные птичьи пения.
Выводы исследователей подробно изложены в их статье под названием «Портативная система ларингоскопа на базе смартфона для высокоскоростной визуализации голосовых связок пациентов с заболеваниями горла: валидационное исследование инструмента».
В ходе проекта исследования проводились совместно Медицинской школой Университета Ылджи, Университетом Ульсана и Медицинским центром Асан.