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 fejlődő országokban is jól használható. Az új automata mikroszkóp emberi beavatkozás nélkül naponta több száz mintát tud megbízható minőségben kielemezni, akár extrém körélmények – például hőség, nagy por – között. Az új mikroszkóp emberi felügyelet nélkül működik, nincs szükség szakképzett asszisztensekre, akikből nagy hiány van a fejlődő országokban. Gyorsabban, pontosabban és olcsóbban működtethető, mint a manuális mikroszkópok.

 

Kedvezményezett neve: ASK-M Kft.

A projekt címe: TBC diagnózisra alkalmas, új típusú, automata, fluoreszcens mikroszkóp kifejlesztése

A szerződött 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:

 

  1. Funkcionális modell fejlesztése

 

A TBC detektáló automata mikroszkóphoz képfeldolgozó algoritmusokkal kapcsolatos kutatás-fejlesztési feladatok elvégzése során a projekt keretében a következő eredményekre jutottunk:

Először sikerült meghatároznunk a kifejlesztésre kerülő mikroszkóp optikai tulajdonságait, másodszor elkészültek azok a képjavító és zajszűrő eljárások, valamint kontúrkereső algoritmusok, amelyek alkalmasak lehetnek a digitalizálandó tárgylemezről készült fényképeken található képminőségbeli és a digitalizálás során keletkező minőségi problémáknak a kiküszöbölésére. Fontos szempont a projekt szakmai megvalósítása során, hogy a mikroszkóp működéséből adódó, és a képminőségre hatással lévő folyamatokat (pl.: berendezés rezgése, motormozgások miatt kialakuló hőhatás, stb.) kiküszöböljük. Harmadrészt meghatároztuk azokat a baktériumokra specifikusan jellemző 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 jellemző textúrális tulajdonságok keresésére és azonosítására alkalmas algoritmusok fejlesztése történt meg.

Elvégeztünk kísérleteket a speciális fókuszáló mechanizmus alkalmazásához TBC szűrő fluoreszcens automata mikroszkópban a készülő automata mikroszkóp optimális fényútjának megtervezéséhez, a kenetek tulajdonságait figyelembe véve, speciális fókuszáló mechanizmus alkalmazásával.

Összeállítottuk a várható és tervezhető 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 előkészítési módszereket, amelyeket ezek igényelnek. Elvégeztünk optikai kísérletek a szükséges felbontás, nagyítás, képméret meghatározása érdekében, a szükséges objektív, belső lencserendszer és kamera paramétereinek megadásával.  A tárgylemez mozgatását, ki/beadagolását és a legfontosabb érzékelők vezérlését végző elektronikát kifejlesztettük. A vezérlőegység, motorok, érzékelők, tápegységek, stb. kiválasztása, a vezérlések, szabályozások megtervezését elvégeztük, valamint megtörtént a kábelezés kialakítása.

 

 2. Laborminta fejlesztése

 

A szakmai feladat négy részből tevődött össze:

 

2.1. Mechanikai tervezés:

Elvégzett feladatok: Nagymennyiségű tárgylemez emberi beavatkozás nélküli automatikus mérését lehetővé tévő 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 függőleges 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 előtt 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 mérésvezérlő szoftver biztosítja, ami részben a mikroszkópban található ATMEGA128A típusú programozható vezérlőn, 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 érzékelők kezelése, szabályozó algoritmusok fejlesztése.

Tápegység: külső, 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 vezérlő programba. Autófókusz algoritmus fejlesztése, tesztelése. Kezelői 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 fellépő 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. Ősminta modell legyártása. 

 

   3. A prototípus fejlesztése

 

A szakmai feladat eredményeként a pályázatban leírt műszaki elvárásoknak megfelelő, stabil működésű, orvosi eszköz került kifejlesztésre. A berendezéssel kapcsolatban alapvető elvárás volt, hogy a szélsőséges időjárási viszonyok (pl.: porosodás, vízbeszivárgás) között, nem steril alkalmazási helyzetekben (rossz minőségű, felületű munkaasztal), és rossz szállítási körülmények (pl.: rázkódás, ütődés) esetén is stabil működést mutasson, mivel az elsődleges célpiacnak a fejlődő országok voltak megjelölve, és ott a gyógyítás körülményei nem azonosak az Európában megszokottal. A prototípus fejlesztése során a munkafolyamatok jelentős részét tették ki azok a kísérletek, amelyekben a célpiaci állapotokat szimuláló helyzetekben teszteltük a berendezés sérülékenységét, szervizelhetőségét, és működésének stabilitását.

A szakmai feladatok során az alábbi lépéseket követtük:

  1. A prototípus validálása: validálási terv készítése, reprezentatív kenetgyűjtemény összeállítása, mérési protokoll kidolgozása, a műszer specificitás és szenzitivitás értékeinek meghatározása.
  2. A kenetek automatikus kiértékelése után az eredmények összehasonlítása következik a manuális értékekkel és a gold standardnak tekinthető tenyésztéssel, és meghatározásra kerül az automatikus mérések minősége és sebessége
  3. A tesztelés alapján a konstrukció véglegesítése.
  4. A gyártástervezéshez szükséges dokumentációk elkészítése.

 

 

(frissítve: 2015.12.10)

 

 

 

Kedvezményezett megnevezése

ASK-M Műszertervező, Gyártó és Szolgáltató Kft.

 

A támogatás összege

76.360.988. Ft., a Kutatási és Technológiai Innovációs Alap finanszírozásával, az Új Széchenyi Terv keretében