短波紅外顯微高光譜成像儀

ATH5500-17

 

總體描述

ATH5500-17是奧譜天成推出的一款體積小、高清、高質(zhì)量的顯微高光譜成像儀，由高倍數(shù)顯微鏡、高光譜成像儀、數(shù)據(jù)處理工作站等組成。

   ATH5500-17的高光譜采用1920X1080像素（2048×2048像素）的高性能CCD成像器件，成像清晰、噪點(diǎn)少；內(nèi)部集成了的高壓縮比圖像壓縮算法，使得存儲(chǔ)續(xù)航時(shí)間得到極大地提升，可以達(dá)到3小時(shí)以上，滿足無人機(jī)的需要；

ATH5500-17成像光譜技術(shù)對(duì)樣本進(jìn)行光譜成像，具有快速、準(zhǔn)確、光譜分辨率高、空間分辨率高及通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可進(jìn)行醫(yī)學(xué)、病理學(xué)、制藥以及生命科學(xué)等方面的研究，可作為醫(yī)療機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、醫(yī)學(xué)院校、制藥企業(yè)的實(shí)驗(yàn)研究設(shè)備。

型號(hào)	特征
ATH5500-17	正置型
ATH5500INV-17	倒置型
ATH5500OPN-17	開放式

 

特征：

l 波段范圍：1000~1700nm

l 高光譜分辨率：＜35 nm

l 定制版紅外高透過率顯微系統(tǒng)；

l 物鏡倍數(shù)：

n 標(biāo)配：4X、10X、20X；

n 選配：40X、100X

l 500萬像素高清攝像頭

l 高穩(wěn)定高藍(lán)紅外光源燈；

l 高亮度LED照明

 

應(yīng)用領(lǐng)域：

l 醫(yī)療機(jī)構(gòu)：癌組織篩查、血細(xì)胞分類；

l 科研機(jī)構(gòu)、大專院校

l 制藥企業(yè)：中藥材的防偽

l 食品安全：肉源鑒定；

l 微塑料的鑒別

l 礦物質(zhì)的篩查

l 司法鑒定：文檢鑒定

l 生物學(xué)：細(xì)菌、細(xì)胞分析

l 半導(dǎo)體檢測(cè)

l 材料學(xué)：材料微觀檢測(cè)

 

 

ATH5500-17系列顯微高光譜成像儀；(a) ATH5500INV-17;（b）ATH5500INV-17；(c) ATH5500-17

 

 

圖1 ATH5500INV-17倒置型科研顯微成像光譜儀結(jié)構(gòu)圖及其光路示意圖

圖 1所示是科研顯微成像光譜儀的原理示意圖，上的待測(cè)目標(biāo)經(jīng)物鏡、顯微透鏡組后分為三路，一路供主刀醫(yī)生目視觀測(cè)，一路供助手輔助目視觀測(cè)，一路由成像光譜儀探測(cè)接收，成像光譜儀由電機(jī)帶動(dòng)對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行空間維掃描，得到待測(cè)目標(biāo)的成像光譜信息，再經(jīng)數(shù)據(jù)分析圖像處理后，通過顯示器顯示給醫(yī)生。

 

 

2. 配件清單：

序號(hào)	物品	數(shù)量	選配
1	顯微高光譜成像儀（1000-1700 nm）主機(jī)	1臺(tái)	標(biāo)配
2	物鏡3件	1	標(biāo)配
3	高藍(lán)穩(wěn)流鹵素?zé)?/p>	4 個(gè)	標(biāo)配
4	標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)板	1 塊	標(biāo)配

3. 顯微高光譜的應(yīng)用案例

3.1. 顯微高光譜在腫瘤組織檢測(cè)的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)高光譜圖像將二維空間圖片與一維光譜信號(hào)合并為一個(gè)三維數(shù)據(jù)立方體。結(jié)合光譜和成像技術(shù)，醫(yī)學(xué)高光譜圖像的本質(zhì)是反映材料以及在分子級(jí)別的電磁波下如何吸收和反射光線。它不僅包括豐富的空間信息，更包含許多稱之為光譜特征的連續(xù)窄波段，這樣能夠準(zhǔn)確地區(qū)分不同的血細(xì)胞。目前，醫(yī)學(xué)高光譜成像技術(shù)已應(yīng)用于舌腫瘤、腸道缺血及癌癥、出血性休克、醫(yī)療食品安全以及其它診斷學(xué)的檢測(cè)。

圖2 （a）100X宮頸癌非腫瘤切片            （b）100X宮頸癌腫瘤切片

 

圖3 左邊：40X膀胱癌非腫瘤切片；右邊：40X膀胱癌腫瘤切片

 

圖4 腫瘤組織和非腫瘤組織的光譜圖

 

圖5 科研顯微成像光譜儀數(shù)據(jù)

 

膽管癌是一類相對(duì)罕見但惡性程度的腫瘤。由于早期癥狀不明顯，患者發(fā)現(xiàn)時(shí)往往已錯(cuò)過治療時(shí)機(jī)。病理診斷作為膽管癌確診的“金標(biāo)準(zhǔn)”，主要由具有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師對(duì)病理切片進(jìn)行繁瑣且費(fèi)時(shí)的鏡檢，在此過程中，可能由于醫(yī)師閱片經(jīng)驗(yàn)不足或評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不一產(chǎn)生誤診或漏診。高光譜成像技術(shù)作為一門新興技術(shù)，可以同時(shí)獲取待采集樣本的空間和光譜信息。華東師范大學(xué)段依潘等人做了比較深的研究。

圖6 華東師范大學(xué)段依潘等人用顯微高光譜對(duì)膽管癌組織的識(shí)別結(jié)果

(a)偽彩色合成圖   (b)對(duì)應(yīng)圖像的手工標(biāo)注圖   (c)對(duì)應(yīng)圖像的3D-Res-CNN 區(qū)域識(shí)別結(jié)果

 

3.2. 顯微高光譜在血細(xì)胞檢測(cè)的應(yīng)用

血細(xì)胞分類在診斷學(xué)中作用巨大。例如，細(xì)胞譜相的識(shí)別與某個(gè)特定的疾病相關(guān)聯(lián)，以及白細(xì)胞的計(jì)數(shù)已被證明與多種疾病相關(guān)聯(lián)，包括肥胖、吸煙、過敏性哮喘等。最初，血細(xì)胞分類與計(jì)數(shù)在顯微鏡下手工進(jìn)行，這樣不僅費(fèi)時(shí)，而且錯(cuò)誤率較高。自動(dòng)血細(xì)胞分類能在數(shù)字顯微成像技術(shù)下實(shí)現(xiàn)。由于不同類型的血細(xì)胞形狀相似，細(xì)胞分類的準(zhǔn)確性和特異性仍然對(duì)傳統(tǒng)的顯微成像技術(shù)造成挑戰(zhàn)。醫(yī)學(xué)高光譜圖像將二維空間圖片與一維光譜信號(hào)合并為一個(gè)三維數(shù)據(jù)立方體。結(jié)合光譜和成像技術(shù)，醫(yī)學(xué)高光譜圖像的本質(zhì)是反映材料以及在分子級(jí)別的電磁波下如何吸收和反射光線。它不僅包括豐富的空間信息，更包含許多稱之為光譜特征的連續(xù)窄波段，這樣能夠準(zhǔn)確地區(qū)分不同的血細(xì)胞。目前，醫(yī)學(xué)高光譜成像技術(shù)已應(yīng)用于舌腫瘤、腸道缺血及癌癥、出血性休克、醫(yī)療食品安全以及其它診斷學(xué)的檢測(cè)。

圖7 醫(yī)學(xué)高光譜圖像數(shù)據(jù)庫(kù)的不同波長(zhǎng)的波段

圖8 (a)背景、白細(xì)胞和紅細(xì)胞偽彩色圖像；(b)實(shí)際分布圖

 

3.3. 顯微高光譜在中藥材檢測(cè)的應(yīng)用

 

圖9 左邊：鮮當(dāng)歸冷凍切片（40X物鏡）；右邊：黃芪脫蠟切片（40X物鏡）

 

 

 

3.4. 顯微高光譜在木材樹種分類的應(yīng)用

在木材貿(mào)易活動(dòng)中，對(duì)木材樹種的識(shí)別、樹種等級(jí)的判定等歷來是一項(xiàng)較為艱辛而又需要實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的工作，不同樹種的木材其木材材性、物理性能及價(jià)格差別很大。高光譜成像擁有波段多、分辨率高和圖譜合一的優(yōu)點(diǎn)，集光譜維信息和空間維信息于一體，已經(jīng)在遠(yuǎn)程遙感分類領(lǐng)域和樣本組織成分檢測(cè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。東北林業(yè)大學(xué)趙鵬等人利用顯微高光譜，采用支持向量機(jī)復(fù)合核函數(shù)算法，分類準(zhǔn)確率達(dá)到95%左右。

 

圖10 木材體視顯微高光譜成像系統(tǒng)；

( a )：高光譜成像系統(tǒng)；( b )：采集的木材顯微高光譜圖像立方體（木材樹種是印尼菠蘿格）

圖11 20種木材樹種樣本的平均光譜曲線

 

3.5. 顯微高光譜在LED二維結(jié)溫檢測(cè)的應(yīng)用

隨著LED的迅速發(fā)展，其熱學(xué)管理問題一直是研宄的重點(diǎn)，LED器件工作時(shí)溫度的部分是Ｐ-Ｎ結(jié)，過高的結(jié)溫會(huì)嚴(yán)重影響LED的性能，甚至對(duì)LED造成毀壞。由于LED的表面通常被封裝覆蓋，因而測(cè)溫只能采用非接觸的手段實(shí)現(xiàn)。

廈門大學(xué)呂毅君課題組，創(chuàng)新性地采用顯微高光譜進(jìn)行LED二維結(jié)溫掃描檢測(cè)，顯微高光譜可以在不改變LED自身工作狀態(tài)的前提下實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量。通過入射光照射待測(cè)樣品，并對(duì)反射光進(jìn)行收集，無需直接接觸待測(cè)LED樣品即可完成測(cè)試，對(duì)于表面積小且芯片結(jié)構(gòu)較為脆弱的LED裸芯片來說，直接接觸易損壞芯片，本方法避免了這一危險(xiǎn)，并且可以對(duì)具有透明封裝的芯片進(jìn)行結(jié)溫測(cè)試。

圖12 廈門大學(xué)呂毅君課題組測(cè)的LED二維結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)（500mA時(shí)的溫度分布情況）

2.5微米分辨率板（40X物鏡）

4. 奧譜天成其他高光譜產(chǎn)品

 

ATH1500系列型號(hào)	特征
ATH1500	400-1000nm可見近紅外高光譜成像儀
ATH1500-17	1.0~1.7μm短波紅外高光譜成像儀
ATH1500-25	1.2~2.5μm短波紅外高光譜成像儀
ATH1500-50	2.5~5.0μm中波紅外高光譜成像儀
ATH1500-12-50	1.2~5.0μm短波中波紅外高光譜成像儀
ATH1500-04-17	0.4~1.7μm可見近紅外短波紅外高光譜成像儀

 

圖13 左邊：ATH1500型可見近紅外高光譜成像儀；右邊ATH1500-17短波紅外高光譜成像儀

 

 

圖14 ATH9010/11/12無人機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)

 

圖15 地面飛航控制系統(tǒng)及無人機(jī)載系統(tǒng)

 

 

圖16 無人機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)飛行實(shí)驗(yàn)（地點(diǎn)：廈門市集美區(qū)軟件園三期）

 

圖17 ATH1010轉(zhuǎn)掃高光譜成像儀

 

 

圖18   ATH8010型平掃型高光譜成像儀