Pályázat 2012 TBC
2012-11-14
A pályázat megnevezése és kódszáma
Piacorinetált kutatás-fejlesztési tevékenység támogatása a közép-magyarországi régióban, KMR_12-A
A projekt megnevezése
TBC-diagnózisra alkalmas, új típusú, automata fluoreszcens mikroszkóp kifejlesztése
A projekt leírása
A projekt célja egy, a TBC gyors, hatékony és olcsó diagnosztizálására képes automata mikroszkóp fejlesztése, amely a fejlÅ‘dÅ‘ országokban is jól használható. Az új automata mikroszkóp emberi beavatkozás nélkül naponta több száz mintát tud megbízható minÅ‘ségben kielemezni, akár extrém körélmények – például hÅ‘ség, nagy por – között. Az új mikroszkóp emberi felügyelet nélkül működik, nincs szükség szakképzett asszisztensekre, akikbÅ‘l nagy hiány van a fejlÅ‘dÅ‘ országokban. Gyorsabban, pontosabban és olcsóbban működtethetÅ‘, mint a manuális mikroszkópok.
Kedvezményezett neve: ASK-M Kft.
A projekt címe: TBC diagnózisra alkalmas, új típusú, automata, fluoreszcens mikroszkóp kifejlesztése
A szerzÅ‘dött támogatási összeg: 76 360 988 Ft.
A támogatás mértéke: 63,79%.
A befejezés dátuma: 2015.12.10.
A projekt azonosítója: KMR_12-1-2012-0004
A projekt tartalmának bemutatása - Szakmai beszámoló:
- Funkcionális modell fejlesztése
A TBC detektáló automata mikroszkóphoz képfeldolgozó algoritmusokkal kapcsolatos kutatás-fejlesztési feladatok elvégzése során a projekt keretében a következÅ‘ eredményekre jutottunk:
ElÅ‘ször sikerült meghatároznunk a kifejlesztésre kerülÅ‘ mikroszkóp optikai tulajdonságait, másodszor elkészültek azok a képjavító és zajszűrÅ‘ eljárások, valamint kontúrkeresÅ‘ algoritmusok, amelyek alkalmasak lehetnek a digitalizálandó tárgylemezrÅ‘l készült fényképeken található képminÅ‘ségbeli és a digitalizálás során keletkezÅ‘ minÅ‘ségi problémáknak a kiküszöbölésére. Fontos szempont a projekt szakmai megvalósítása során, hogy a mikroszkóp működésébÅ‘l adódó, és a képminÅ‘ségre hatással lévÅ‘ folyamatokat (pl.: berendezés rezgése, motormozgások miatt kialakuló hÅ‘hatás, stb.) kiküszöböljük. Harmadrészt meghatároztuk azokat a baktériumokra specifikusan jellemzÅ‘ optikai alaki/textúrális tulajdonságokat, amelyeket az algoritmusoknak meg kell keresniük és fel kell ismerniük, és ezeket a szoftvereket kifejlesztettük. Végül pedig az összetapadt baktériumokra specifikusan jellemzÅ‘ textúrális tulajdonságok keresésére és azonosítására alkalmas algoritmusok fejlesztése történt meg.
Elvégeztünk kísérleteket a speciális fókuszáló mechanizmus alkalmazásához TBC szűrÅ‘ fluoreszcens automata mikroszkópban a készülÅ‘ automata mikroszkóp optimális fényútjának megtervezéséhez, a kenetek tulajdonságait figyelembe véve, speciális fókuszáló mechanizmus alkalmazásával.
Összeállítottuk a várható és tervezhetÅ‘ felhasználói követelményeket, az optikai és képfeldolgozó szoftverre vonatkozó igényeket, s ennek eredményeként meghatároztuk a robotmikroszkóp szerepét a laboratóriumi munkafolyamatokban, összegyűjtöttük azokat a kenetmintákat, amelyeket valószínűleg a leggyakrabban alkalmaznak majd a mikroszkóp használata során a felhasználók, és megvizsgáltuk azokat az elÅ‘készítési módszereket, amelyeket ezek igényelnek. Elvégeztünk optikai kísérletek a szükséges felbontás, nagyítás, képméret meghatározása érdekében, a szükséges objektív, belsÅ‘ lencserendszer és kamera paramétereinek megadásával. A tárgylemez mozgatását, ki/beadagolását és a legfontosabb érzékelÅ‘k vezérlését végzÅ‘ elektronikát kifejlesztettük. A vezérlÅ‘egység, motorok, érzékelÅ‘k, tápegységek, stb. kiválasztása, a vezérlések, szabályozások megtervezését elvégeztük, valamint megtörtént a kábelezés kialakítása.
2. Laborminta fejlesztése
A szakmai feladat négy részbÅ‘l tevÅ‘dött össze:
2.1. Mechanikai tervezés:
Elvégzett feladatok: Nagymennyiségű tárgylemez emberi beavatkozás nélküli automatikus mérését lehetÅ‘vé tévÅ‘ be/kiadagoló egység deszka modelljének kidolgozása.
Az automata mikroszkóp potenciális felhasználási területe olyan laborokban van, ahol nagy mennyiségű, akár több száz minta vizsgálata történik naponta. Ehhez elengedhetetlen az automata adagoló alkalmazása. A kifejlesztett adagoló a mikroszkóphoz optimálisan illeszkedik. A maximum 25 tárgylemezt függÅ‘leges síkban tartalmazó tárolót egy futószalag mozgatja pontos pozícióba. A tárgylemezeket egyenként egy csipesz fogja meg, emeli ki a tárolóból és viszi be az objektív elé. Ugyanez a mozgató mechanizmus végzi a tárgylemez mozgatását az objektív elÅ‘tt a szkennelés során X és Y irányban. A Z pozíciót az automatikus fókuszáló mechanizmus rögzíti.
A be/kiadagolást, a mérés közbeni mozgatást szinkronban a képfelvételekkel a mérésvezérlÅ‘ szoftver biztosítja, ami részben a mikroszkópban található ATMEGA128A típusú programozható vezérlÅ‘n, részben a mikroszkóphoz csatlakoztatott all-in-one számítógépen fut.
2.2. Elektronika tervezés:
Elvégzett feladatok: A modell továbbfejlesztése, új gerjesztés alkalmazása, a kábelezés megbízhatóbbá tétele, az érzékelÅ‘k kezelése, szabályozó algoritmusok fejlesztése.
Tápegység: külsÅ‘, szabványos, 12V, 5A egyenáramú, a melegedés és az elektronikai zavarok minimalizálása valamint az érintésvédelmi szabványok könnyebb betartása érdekében.
2.3. Szoftver fejlesztés:
Elvégzett feladatok: Képfeldolgozó algoritmusok felgyorsítása, beillesztése a vezérlÅ‘ programba. Autófókusz algoritmus fejlesztése, tesztelése. KezelÅ‘i felület fejlesztése. Archiválás, adatbázis funkciók fejlesztése.
Mérésvezérlés algoritmusok portolása ATMEGA128A típusú processzorra.
2.4. Formatervezés:
Elvégzett feladatok: A formaterv kidolgozása során figyelembe kellett venni a funkcionalitás mellett a laborokban mindig fellépÅ‘ helyhiányt, a biztonsági szempontokat és a tervezett felhasználási területek speciális igényeit, pl. forró klíma, por, stb.
Az elvégzett munka fázisai:
1. 3 db. Formai alternatíva a kívánt korszerű megjelenés eléréséhez (színes grafikák).
2. A kiválasztott forma kidolgozása: a méreteinek pontosítása, a csatlakozások, szerviz szétnyitások megtervezése, a burkolat gyártásának a technológiai tervezése.
3. Åsminta modell legyártása.
3. A prototípus fejlesztése
A szakmai feladat eredményeként a pályázatban leírt műszaki elvárásoknak megfelelÅ‘, stabil működésű, orvosi eszköz került kifejlesztésre. A berendezéssel kapcsolatban alapvetÅ‘ elvárás volt, hogy a szélsÅ‘séges idÅ‘járási viszonyok (pl.: porosodás, vízbeszivárgás) között, nem steril alkalmazási helyzetekben (rossz minÅ‘ségű, felületű munkaasztal), és rossz szállítási körülmények (pl.: rázkódás, ütÅ‘dés) esetén is stabil működést mutasson, mivel az elsÅ‘dleges célpiacnak a fejlÅ‘dÅ‘ országok voltak megjelölve, és ott a gyógyítás körülményei nem azonosak az Európában megszokottal. A prototípus fejlesztése során a munkafolyamatok jelentÅ‘s részét tették ki azok a kísérletek, amelyekben a célpiaci állapotokat szimuláló helyzetekben teszteltük a berendezés sérülékenységét, szervizelhetÅ‘ségét, és működésének stabilitását.
A szakmai feladatok során az alábbi lépéseket követtük:
- A prototípus validálása: validálási terv készítése, reprezentatív kenetgyűjtemény összeállítása, mérési protokoll kidolgozása, a műszer specificitás és szenzitivitás értékeinek meghatározása.
- A kenetek automatikus kiértékelése után az eredmények összehasonlítása következik a manuális értékekkel és a gold standardnak tekinthetÅ‘ tenyésztéssel, és meghatározásra kerül az automatikus mérések minÅ‘sége és sebessége
- A tesztelés alapján a konstrukció véglegesítése.
- A gyártástervezéshez szükséges dokumentációk elkészítése.
(frissítve: 2015.12.10)
Kedvezményezett megnevezése
ASK-M MűszertervezÅ‘, Gyártó és Szolgáltató Kft.
A támogatás összege
76.360.988. Ft., a Kutatási és Technológiai Innovációs Alap finanszírozásával, az Új Széchenyi Terv keretében