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案例分享|高速摄像机在仿生心脏瓣膜生产工艺研究中的应用

      心脏瓣膜是保证心脏推动血液循环定向流动的生物阀门,心脏瓣膜的病变会影响正常血液循环,甚至危及生命。在中国心脏瓣膜病患者约占心脏病患者的30%。每年有大量的患者需进行心脏瓣膜手术,因此开展仿生心脏瓣膜的研制工作具有重要科学、经济和社会意义。

      用于人体的仿生心脏瓣膜(视频1)对质量、性能要求极为苛刻,仿生心脏瓣膜张开、闭合过程中产生分层或每次张开闭合时的面积太小,会导致瓣膜狭窄,会引起血流不畅,故需对快速张开闭合过程进行精密检测。


视频1仿生心脏瓣膜
      传统检测采用人工模拟的方式,通常将仿生心脏瓣膜从密闭的存储罐体取出,放入显微镜下,即用手持镊子拨动心脏瓣膜边缘,观看拨动过程中是否会出现分层(有分层即代表为残次品)。受环境差异及手动误差的影响,无法精准判断是否分层,且检测效率较低。

      近日,应国内一家领先的医疗解决方案服务商邀请,千眼狼高速摄像机技术支持工程师用高速图像观测技术完成对仿生心脏瓣膜的保障试验(见图2),精准观测到张开闭合过程中出现分层的残次产品。


图2  实验室拍摄现场图
      1. 仿生瓣膜存储罐体  2. 仿生瓣膜动力装置  3. 千眼狼高速摄像机5F04  4. 丹尼优双头100W补光灯
因试验空间有限,千眼狼高速相机采用三脚架固定以一定的俯视角度对准罐体的观察口,视场50×50mm,工作距离200mm,采用105mm放大镜头,以2320×1720@500 fps 捕获到的张开、闭合过程中的分层图片如图3~图5所示:


      基于捕获到的图像视频,千眼狼技术支持工程师利用专业软件对仿生瓣膜每次张开闭合的面积进行进一步测算(视频2),测算结果将助力医疗服务商有效提高心脏瓣膜的生产工艺。


视频2 仿生心脏瓣膜张开闭合面积测量图
      仿生心脏瓣膜技术发展迅速,基于各种新型材料的仿生瓣膜正被研发出来并用于医学临床。在如何提升新型仿生瓣膜生产工艺、优化性能以提高其经久耐用性,降低排斥排异反应上,高速摄影及测量技术将发挥越来越重要的作用。
千眼狼5F04高速摄像机介绍
全幅分辨率2320x1720@500fps, 小画幅最快可达52,800fps
具备智能帧率、分辨率动态调整功能
同时具有USB 3.0接口
可用快门线控制拍摄保存过程
具有外同步功能, 支持多台摄像机同步拍摄
可输入光电编码器信号, 在图像上叠加编码器数据