Nikita N, freelance scientific consultant at Kolabtree, writes about the applications of CMOS in medical imaging and sciences de la vie, along with examples of companies working in this area.
CMOS : la prochaine génération de capteurs d'images
L'apparition de la pandémie COVID-19 a eu un impact négatif sur les entreprises qui produisent des capteurs d'images. L'augmentation de l'utilisation de caméras haute résolution contenant des capteurs d'images pour les applications mobiles, automobiles, médicales et des sciences de la vie alimente la croissance des capteurs d'images sur le marché. Cependant, les ventes de capteurs d'images ont considérablement diminué dans le monde entier, en raison du blocage des marchés. Même si les ventes de capteurs d'images dans les secteurs de la médecine et des sciences de la vie ont souffert, elles ont tout de même maintenu une croissance optimiste au cours des quatre dernières années. Dernièrement, les capteurs d'images à faible luminosité, qui sont segmentés en CCD (dispositif couplé chargé) et CMOS (métal-oxyde-semiconducteur complémentaire) trouvent leur place dans les smartphones et les applications médicales, avec une prévision de croissance du marché de 10 %. 18,4 milliards USD d'ici 2024 et un TCAC de 12,8% au cours de la période de prévision (2020-2024). Le marché basé sur la technologie CMOS devrait dominer au cours de la période de prévision en raison des diverses caractéristiques avantageuses qu'il possède par rapport aux capteurs d'images CCD. Hautes résolutions, Petite taille, des taux d'images plus élevés, faible consommation d'énergie, une plus grande sensibilité, une fréquence d'images plus rapide, faible bruit, et coût de fabrication plus faible sont quelques-uns des avantages essentiels du CMOS par rapport au CCD.
Capteurs CMOS et CCD
La différence entre les capteurs réside dans la manière dont la charge est transférée du pixel vers le dispositif d'imagerie ou la lecture. La sortie du CCD a une impulsion analogique, tandis que le CMOS donne une sortie numérique. En général, les applications des sciences de la vie utilisent des caméras numériques. La sortie analogique est principalement utilisée dans les applications qui nécessitent une rétroaction continue. Les industries des sciences de la vie n'ont pas besoin d'une rétroaction constante ou de besoins analogiques dans les systèmes de vision.
Adios les capteurs CCD...
Divers fabricants, dont Basler, FLIR Systems Inc., Teledyne (e2v), Vieworks, Cognex, Sony, Jai, Baumer, Toshiba Teli, Omron (Microscan Systems), National Instruments, IDS, Allied Vision/TKH Group, Daheng Image, The Imaging Source, HIK vision. travaillent à l'élaboration et au lancement d'un nouvelle génération de capteurs CMOS. Les fabricants investissent dans l'amélioration des capteurs CMOS en y intégrant des fonctionnalités intéressantes telles que hautes résolutions, sde la taille d'un centre commercial, des taux d'images plus élevés, faible consommation d'énergie, une plus grande sensibilité, une fréquence d'images plus rapide, faible bruit, et un coût de fabrication plus faible.
Applications du CMOS dans l'imagerie médicale et les sciences de la vie
Les capteurs d'imagerie ont des applications dans divers secteurs des sciences de la vie, y compris mais sans s'y limiter :
Imagerie dentaire
Teledyne DALSA a développé une technologie de capteurs d'images CMOS pour la radiologie dentaire, notamment pour les applications d'imagerie par tomographie à faisceau conique (CBCT), panoramique et céphalométrique. Les capteurs d'images CMOS offrent des avantages significatifs par rapport aux capteurs traditionnels, tels que des pixels résistants aux rayonnements conçus pour une durée de vie plus longue des capteurs d'images, une technologie d'encapsulation des boîtiers pour résister aux environnements difficiles, aux vibrations et aux chocs.
Mammographie numérique
Sony optronics offre un capteur d'image CMOS HD Camera qui bénéficie de la technologie de capteur d'image de dernière génération avec une meilleure sensibilité en basse lumière révélant une superbe capacité de reproduction d'images et de vidéos à un prix abordable. Compatible avec la plupart des marques de microscopes chirurgicaux et opératoires.
Ophtalmologie
JAI offre un large éventaile de caméras industrielles RVB à balayage de zone 3-CMOS avec technologie à base de prisme pour les applications médicales et des sciences de la vie. La série 3CMOS offre une précision des couleurs et une précision spatiale supérieures à celles des caméras typiques à filtre Bayer et est particulièrement utilisée pour le système de vision des couleurs.
Les caméras RVB à prisme de JAI séparent la lumière entrante en longueurs d'onde rouges, vertes et bleues dirigées vers trois capteurs CMOS précisément alignés, produisant une meilleure exactitude des couleurs et une meilleure précision spatiale que les caméras couleur traditionnelles ; la technique de la mosaïque de Bayer par la technique d'imagerie couleur. Les caméras offrent une haute résolution combinée à des fréquences d'images élevées avec des sorties de 3 x 3,2 mégapixels à 38 images/seconde et 79 images/seconde. La CMOS a des applications en ophtalmologie, c'est-à-dire dans l'examen des yeux, où elle examine les caractéristiques intérieures telles que la rétine, la tête du nerf optique, la macula et la microcirculation dans les vaisseaux sanguins, en donnant des images couleur précises et détaillées.
Reconstruction d'une image radiographique
Teledyne DALSA a récemment mis au point une technologie de reconstruction d'images radiologiques Xineos qui surmonte les limites traditionnelles en capturant des images panoramiques nettes. La technologie utilise des détecteurs CMOS qui sont basés sur des trames à haute vitesse et capture un volume tomographique 3D contenant l'anatomie du patient cliniquement pertinente. Une projection panoramique 2D idéale est obtenue, avec une grande netteté sur toute l'image, quel que soit l'alignement du patient, ce qui permet un meilleur diagnostic et peu de reprises.
Endoscopie et pathologie numérique
Les dernières caméras CMOS peuvent reproduire les variations de couleur et les détails les plus subtils pour l'imagerie endoscopique Dans les systèmes d'imagerie endoscopique et chirurgicale. Pathologie numérique Les caméras JAI Apex sont idéales pour être intégrées dans des microscopes et des scanners de lames entières, capturant des tranches de tissus humains, des biopsies et des échantillons de cellules.
Orthopédie et chirurgie
L'entreprise Olympe offre un range of microscope solutions to meet life science recherche needs in various areas including Recherche sur le cancer, Culture cellulaire, Biologie du développement, Découverte de médicaments, Fluorescence, Imagerie des cellules vivantes, Biologie cellulaire moléculaire, Neuroscience Imaginget Médecine régénérative. Les caméras à puce CMOS et CCD offrent imagerie numérique à haute résolution. Les microscopes capturent la structure fine et les changements morphologiques des neurones ainsi que la structure profonde des tissus avec une super-résolution et des images tridimensionnelles claires. Cela permet de capturer les colorants sensibles au calcium et les réponses à grande vitesse du potentiel de la membrane.
Conclusion
En conclusion, Pour répondre aux besoins toujours plus exigeants du secteur médical et des sciences de la vie, il est urgent de disposer de capteurs de vision et de caméras fiables, précis et performants afin d'améliorer l'efficacité et la précision des images. Aes avancées technologiques au niveau du pixel ont permis au capteur CMOS de changer la donne en offrant des caractéristiques supplémentaires telles qu'un faible niveau de bruit, une sensibilité ultra élevée et une qualité d'image supérieure et plus fiable. Les applications de l'imagerie CMOS dans les dispositifs médicaux et les sciences de la vie sont prometteuses. Selon le market research analysis, the Iimage sensor sector is projected to reach USD 28.0 billion by 2025 from an estimated USD 18.5 billion in 2020, growing at a TCAC de 8,6% (2020-2025).
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