Termovizní skenery se v medicíně okrajově používají, avšak širšímu nasazení do praxe brání jejich technologické limity. Výzkumnému týmu pod vedením Adama Chromého ze skupiny Kybernetika a robotika CEITEC VUT se však podařilo vyvinout robotický 3D skener RoScan, který se díky své konstrukci, osazení senzory i unikátní kalibrační metodě dokázal vyrovnat s největšími problémy termovize a v rámci pilotního experimentu tak pomáhal pacientům diabetologické kliniky Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně.
RoScan je v podstatě robotický manipulátor osazený 3 typy snímačů. Proč jste ke konstrukci použili zrovna průmyslové rameno?
Na trhu je dostupných poměrně hodně 3D skenerů, ale všechny jsou v podstatě kompromisem. Buď mají malou odchylku při měření, ale zároveň jsou málo flexibilní, protože se pohybují často například po kolejnicích. Nebo jsou flexibilní dostatečně, zpravidla v podobě ručního zařízení, ale jejich nevýhodou je malá přesnost.
Hledali jsme proto řešení, které by dokázalo spojit výhody obou variant. To jsme nakonec našli v běžném průmyslovém, robotickém, šestiosém ramenu, které poskytuje velikou flexibilitu, a zároveň tím, že je stále spojený souřadným systémem, neztrácíme pohybem přesnost. K ramenu jsou připevněné standardní a termovizní kamera doplněné laserovým dálkoměrem. Díky něm víme, kde přesně se rameno nachází, kterým směrem se dálkoměr dívá a do jaké vzdálenosti. Můžeme tak vypočítat, kde se v prostoru měřený bod nachází.
Měření se mnohokrát opakuje a ve výsledku z něho vznikne 3D model snímaného objektu. V průběhu tvoření 3D modelu probíhá také snímání běžnou i termokamerou a tyto fotografie pak namapujeme na povrch modelu.
Takto popsané to zní vlastně velmi jednoduše. V čem byl zakopaný pes?
Jedním z nejtvrdších oříšků byla přesnost. Abychom dokázali udržet odchylku v měření maximálně 0,05 mm, musí být kamera upevněná s přesností na desetitisíciny stupně. To ale technicky není možné, protože když se u kamery jen trošičku utáhne šroubek, přesnost se dole na skenovací podložce u paty ramena rozjede klidně o několik desetin milimetru. I když tedy kameru nastavíme v úhlech, o kterých si myslíme, že jsou správné, k určitým odchylkám nakonec dojde a snímky nám k sobě nepasují úplně přesně.
Proto jsme vyvinuli kalibrační metodu, která správné úhly vypočítá s přesností na požadované desetitisíciny stupně. Tvoří ji nejen soustava samotných rovnic, ale také vlastní software a díky těmto výpočtům nám pak snímky na 3D modelu perfektně sedí.
Kde lze RoScan využít?
RoScan má mnoho různých aplikací, my jsme se při našem výzkumu zaměřili zejména na medicínské využití, protože zde vidíme největší potenciál. V medicíně by totiž mohla hodně pomáhat termovize, ale má tři velká úskalí, která jejímu masovému rozšíření brání. A tak jsme se pomocí RoScanu snažili tyto problémy vyřešit, aby byla termovize efektivní a mohla lékařům skutečně pomoci.
Zásadním pro nás byl problém s rozlišením termovizní kamery. I když se vývoj stále posouvá dopředu, je rozlišení termokamer desetinové oproti běžným snímačům používaným třeba v mobilních telefonech. Jde o velký limit, protože buď jsme schopni nasnímat celého člověka, ale snímek je hrubý, bez detailů, nebo můžeme nasnímat malou část těla velmi zblízka. Snímek má pak sice hodně detailů, jde však jen o malý výřez, který nestačí. Lékař zpravidla potřebuje vidět velkou plochu a s vysokým rozlišením. Šli jsme tedy cestou dílčích výřezů, které pak mapujeme na 3D model, díky jemuž dokážeme vytvořit obraz celku s dokonalým termovizním rozlišením. Dalo by se říci, že velmi přesně slepujeme detailní výřezy k sobě. Pokud nebudete mít k dispozici 3D technologii, nikdy k sobě dílčí snímky nenapasujete dobře, protože jednotlivé snímky v sobě nenesou přesnou prostorovou informaci. My ji ale máme, a tak to dokážeme.
(Celý článek naleznete v příštím vydání Technického týdeníku.)