Universiteit Twente filmt medicijnopname in cel met snelste camera

Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een continue laser en de snelste camera ter wereld, die 25 miljoen afbeeldingen per seconde kan schieten, gebruikt om het vrijkomen van medicijnen in een cel in beeld vast te leggen.

De medische wetenschap heeft hoge verwachtingen van het toedienen van medicijnen op zeer kleine schaal en op uiterst specifieke plekken in het lichaam. Dit moet voorkomen dat stoffen via de bloedbaan op andere plekken komen en daar schade aanrichten, zoals het geval is met chemotherapie, dat ook gezonde cellen aantast. Bij de Universiteit Twente experimenteren ze onder andere met microscopisch kleine belletjes met daarin het medicijn, dat met behulp van ultrageluid nauwkeurig op bepaalde plekken in het lichaam geactiveerd kan worden. De trillende belletjes zorgen er ook voor dat het afgegeven medicijn makkelijk door de cellen wordt opgenomen, omdat ze kleine gaatjes in de cellen schieten.

Het toedienen en de opname kunnen echter maar lastig in de gaten gehouden worden. De methode gaat te snel en de belletjes zijn te klein om met normale microscopie te worden bestudeerd, beschrijft de universiteit. "De tijdschaal van de beloscillaties met een trilfrequentie van een megahertz is in de orde van nanoseconden, waardoor het gebruik van een ultrahogesnelheidscamera noodzakelijk is", luidt het in de woorden van Erik Gelderblom van de faculteit Technische Natuurwetenschappen. Hij schreef een proefschrift over het onderwerp.

Om de methode in beeld te kunnen vangen, paste hij samen met onderzoekers van de vakgroep Physics of Fluids van de UT en het Erasmus MC, de Brandaris 128 aan. Deze aan de UT ontwikkelde camera kan filmen met 25 miljoen beelden per seconde en zou daarmee de snelste camera ter wereld zijn. Na de aanpassingen zou het ook een van de gevoeligste camera's zijn.

De onderzoekers noemen hun methode ultra-hogesnelheids-fluorescentiemicroscopie. Ze koppelden een continue laser, met een vermogen van 5W, aan de Brandaris 128, zodat het laserlicht door het microscoopobjectief een focus krijgt en een extreem hoge lichtintensiteit gegenereerd wordt. Hierdoor kunnen fluorescente deeltjes, die aan de medicijnen gekoppeld zijn, voldoende zichtbaar gemaakt worden. Zo was een grote hobbel genomen voor het in beeld vastleggen van de effecten van de medicijntoediening aan de microscopisch kleine belletjes.

Reacties (49)

[Bec80]

Hij filmt maar 128 frames van 500x292pix, dus zoveel opslag heb je niet nodig.

Wij hebben zelf een Shimadzu HyperVision HPV-2 die fimt met 1miljoen fps en ook maar 100 frames met een res van 312 x 260 10bits

[Frozen]

okee dat is wel leuk en aardig, maar hoe veel mb/s verstookt dat ding?

[i-chat]

je kunt natuurlijk ook zelf even je zakjappanner pakken 312 x 260 x 10bit x100 =


ontopic wat ik hier niet snap is de term frame rate (wat naar mijn gevoel iets continu's suggereerd) in plaats van frameburst (wat een tijdelijke boost inhoudt).

kan iemand mij uitleggen waarom je bij een sneheid van 10k fps en een max van 100 plaatjes nog kunt spreken van een rate?

[Bec80]

Hij neemt continue op. Hij schrijft zijn geheugen vol tot dat er een trigger moment is.Vanaf dat moment houd hij de opnames vast.
Er is dus een continue framerate in de camera

[Part]

Niet veel. De 'film' staat in de 32 modules en gaat via de USB hub naar een computer. Dit kan zo traag als je maar wil. Maximale snelheid is 0.8 seconde voor een film.

[Reactie gewijzigd door Part op 23 juli 2024 18:54]

[DECOY88]

18.3KB per shot (even getest met een zwarte monochrome .bmp van 500x292

128frames= 2342,4KB
@1 000 000fps 18,3GB per seconde
@25 000 000fps maar 457,5GB per seconde

[Reactie gewijzigd door DECOY88 op 23 juli 2024 18:54]

[ATS]

Dat kan je toch zo uitrekenen? Ruwe data (van die cam van Bec80) is dan:
10 bits x 260 x 320 (resolutie) x 1M = 8,32e11 bits/s. Dat is bijna 10GB/s.

Maargoed, dat doe je maar zo kort (gedurende 100/1000000 seconde = 0,0001s) dat de hoeveelheid data wel mee valt.

[Bec80]

Ik heb het even na gekeken.
Als ik film met een res van 312x260 dan kan ik met 250kfps filmen dan is mijn data 16.711.148 bytes voor 100 frames

en dan krijg je dit als resultaat

http://www.youtube.com/wa...FoMyMoiX4&feature=related

[Reactie gewijzigd door Bec80 op 23 juli 2024 18:54]

[jimbo123]

Wel weer gaaf, dat NL de snelste camera ter wereld heeft. Zal ook wel een paar centen kosten dat ding!

[eXtink]

Hij kostte rond de 700.000 euro

bron: http://www.erasmusmc.nl/t...-Research/Agents/1947403/

This camera, which measures 1.5 x 1.5 x 0.3 meter, weights 150 kg and costs about 700 k€ (grant from FOM) is unique in the world. The results collected with this camera system have already revealed the complicated interaction between cells and bubbles and have given more insight in the complex vibration of the bubbles for diagnostic use (see e.g. figure below).

[actionInvoke]

Ik denk dat het meeste geld gaat zitten in man uren en overhead kosten (research, dat soort zaken).

[rayhvh]

krijg ik toch de neiging om te proberen het na te maken.
700.000 euro voor zoon camera. die er redelijk simpel uit ziet (ik weet dat het niet simpel is,)

[MrR0b3rt]

Ik moet zeggen dat mij dat best meevalt, ik had toch wel verwacht dat zo'n camera iets duurder zou zijn.

[Verwijderd]

25,000,000 beelden per seconde is niet 'de snelste'.. verre van.

Hier een verlsag van eentje met 1,000,000,000 beelden per seconde:
( edit - niet overdrijven, 1 trillion, niet 3 )
http://www.npr.org/blogs/...res-the-movement-of-light

Maar de resolutie en gevoeligheid gaat meestal hard onderuit des te sneller je wil

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 18:54]

[Grrrrrene]

Ik heb sterk het vermoeden dat je je eigen bron niet hebt gelezen en alleen via Google hebt gezocht op de snelste camera ter wereld. De camera die jij aanhaalt kan nml alleen 1D filmen, dus een enkele recording is een lijntje van bijvoorbeeld 500x1 pixels. Ze moeten meerdere keren filmen door een spiegel te manipuleren, zodat ze al die "plakjes" aan elkaar kunnen plakken en een 2D videobeeld krijgen. Voor de 298 beeldlijnen die de UT ter beschikking heeft in 1 run, moeten zij 298x een identieke scene recreëren, wat in dit geval echt 100% onmogelijk is.

The main drawback is that the system only records visual data in one spatial dimension. So, to create a two-dimensional moving image (a movie), researchers have to recreate the exact same event time and again and scan it one slice at a time. The slices can then be combined to create a movie.

Met andere woorden: leuke camera hoor, maar alleen toepasbaar als datgene wat je filmt keer op keer _exact_ hetzelfde is. Dat is in 99,999% van de experimenten in een laboratorium helaas niet het geval. Het gevolg is dat elke volgende beeldlijn van een (iets) andere scene komt, waardoor het totaalplaatje complete onzin wordt.

[Reactie gewijzigd door Grrrrrene op 23 juli 2024 18:54]

[MJDF]

Wat je zegt klopt niet helemaal. Juist erg veel experimenten in een natuurkundig lab zijn elke keer 100% precies hetzelfde omdat ze in gecontroleerde opstellingen worden uitgevoerd (precies zoals met het laserlicht en de appel). Onderzoek moet reproduceerbaar zijn en juist daarom zijn de experimenten vaak exact te herhalen. Dat dit met het medicijn in die cel nu niet het geval is lijkt mij juist meer een uitzondering, maar misschien is het hier ook mogelijk om elke keer exact hetzelfde te laten gebeuren in die opstelling.

[Verwijderd]

Je snapt het niet... Dat iets reproduceerbaar is, wil niet zeggen dat ieder detail van het process daarmee iedere keer exact gelijk is.

Ik kan honderd keer een ballon laten knappen door er met een speld in te prikken. En dat is heel goed reproduceerbaar.
Niettemin is het onmogelijk om een video van het knappen van een ballon te maken, door honderd foto's van knappende ballonen te maken. De situatie is namelijk iedere keer een beetje anders. De speld zit op een iets andere plek, de ballon is door materiaal oneffenheden niet helemaal perfect rond, en dat iedere keer net ietsje anders, etc etc.

Je hebt dan dus wel degelijk een snelle camera nodig, en kunt niet een langzame camera nemen, en dan maar veel afbeeldingen van verschillende knappende ballonnen bij elkaar voegen tot één video.

[Kid Jansen]

"A camera that captures images at the rate of one trillion exposures per second is a device with amazing potential, according to researchers at MIT."

Dat is dus 1.000.000.000.000, oftewel 10^12. Er wordt nergens "three billion" genoemd (wat jij daar hebt staan).

[Verwijderd]

Ja, had ik ook door toen ik m'n post teruglas (nog voor ik jouw reactie zag) - mea culpa

[Kid Jansen]

Je hebt nog steeds 3 nullen te weinig staan. A trillion is in het Engels 10^12, omdat Engeland het short scale systeem gebruikt. Een triljoen is in het Nederlands 10^18, omdat Nederland het long scale systeem gebruikt. Jij hebt nu 10^9 staan, dus geen van beide.

(FYI: Wikipedia - Long and short scales)

[Verwijderd]

vage Nederlanders.. kan jij m'n post niet even editen?

[VOODOO_WILLIE]

Eerder vage Engelsen. Het lange systeem is eigenlijk veel logischer.
Daar slaat het voorvoegsel (mi, bi, tri) namelijk op de macht van het aantal miljoenen.

Miljoen: 1000000¹
Biljoen: 1000000²
Triljoen: 1000000³

De tussenliggende factoren 1000 worden aangegeven met de uitgang "ard". Dus miljard, biljard, etc.

Bij het short system slaat het op de macht van de duizend, maar dan pas vanaf een miljoen.

Zeg jij maar wat logischer is.



Edit: 't Is nog vroeg.

[Reactie gewijzigd door VOODOO_WILLIE op 23 juli 2024 18:54]

[bapemania]

Ook grappig dat op de site van de Brandaris 128 het stukje introductietekst uit 2006 dateerd, dan waren ze toen al aardig ver dus. Met de huidige interface en opslag technieken (Thunderbolt ipv USB en SSD ipv de storage die toen gebruikt werd) zouden ze de kleurdiepte en resolutie van de foto's wellicht omhoog kunnen schroeven.

[0rbit]

Scherpte, resolutie en kleurdiepte heeft absoluut niks te maken met de snelheid van de interface. Een paar factoren die wel meespelen: De kwaliteit van de optica (duur), de kwaliteit van de achterliggende CCDs. En vooral de afweging hoe ver plaats ik mijn spiegeltje van de CCDs. Hoe verder hoe meer optica en CCDs ik kwijt kan in mijn "sweep" (de boog) en hoe langer ik de sequences kan maken (of: ik kan de framerate omhoog gooien door het spiegeltje linksonder sneller te laten draaien). Etc. De beelden worden sowieso allemaal gecached en dan pas verstuurd. Of die cache nou 10 seconden is of er een heel kleine cache is die online uitgelezen kan worden; dat maakt voor de kwaliteit van de beelden helemaal niets uit.

[bapemania]

Natuurlijk heb ik het dan niet over een hogere resolutie en kleurdiepte met crappy ccd's maar als je frames van 500 × 292 kun je die op huidige monitoren nooit fullscreen weergeven en scherp laten zien.

[R-O-Y]

Wat volgens mij ook meespeelt is het volgende; De camera kan 128 foto's maken en moet dan opnieuw beginnen. Die honderd foto's worden genomen in bijvoorbeeld 1/1000ste seconde.

Voor de wetenschappers is dat genoeg om vast te leggen wat ze willen zien. Om voor het publiek een indruk te geven hoe snel de camera is rekenen ze die 100 foto's in 1/1000ste seconde om naar X aantal foto's per seconde.

Je krijgt dat een bizar hoog getal, wat gewoon klopt. Het is alleen niet zo dat ze ook daadwerkelijk een seconde lang foto's kunnen maken. Dit zet ik hier even neer omdat veel mensen dat punt missen heb ik het idee

[Timo002]

25.000.000 beelden per seconde... Dat is niet niets! Welke resolutie praten we hier over en wat voor opslagmedium zit er achter om dat op te slaan. Persoonlijk denk ik dat de resolutie niet zo heel hoog is, omdat het ook niet nodig is.

Het plaatje van de microscoop met camera ziet er trouwens erg 1980 uit. Niet dat daar wat mis mee is! Ik vind het een top uitvinding met een top toepassing.

@eXtink: Bedankt voor de link!

Uit de specs haal ik dat er een maximum framerate van 25.000.000 fps gehaald kan worden. Maar in een single run kunnen maar 128 beelden gemaakt worden. Met andere woorden, er kan maar een film opgenomen worden van 5,12µs. Is 5,12µs voldoende om het effect van het medicijn vast te leggen?

[Reactie gewijzigd door Timo002 op 23 juli 2024 18:54]

[eXtink]

500*292 pixels
8bit grijswaarde.

bron: http://www.brandaris128.nl/fact_sheet.htm

Name Brandaris 128
Size 150 cm (w) × 150 cm (h) × 20 cm (d)
Weight 140 kg

Optical principle rotating mirror camera (synchronous access)
Media unintensified CCD
CCD sensitivity 0.03 lux
Color depth monochrome 8 bit (256 gray levels)
Number of pixels 500 × 292 pixels
Pixel size 10 μm × 13 μm

Number of frames
in a single run 128
Total number of frames 768
Frame rate variable from 1 000 000 fps
Maximum frame rate 25 000 000 fps

Interframe time
at maximum frame rate 40 ns
Exposure time1
at maximum frame rate 40 ns2

Interfacing USB 2.0
Download time 128 frames in 0.8 seconds

[Reactie gewijzigd door eXtink op 23 juli 2024 18:54]

[FvH]

Mooi stukje techniek zo'n camera en geweldig interessant voor de medische wereld.

Wat ik me nu wel afvraag... die usb hubs die je aan die camera ziet... is usb serieus snel genoeg om 25 miljoen beelden per seconde te verwerken? Hangt natuurlijk ook af van de resolutie, maar ik kan me zo indenken dat dat geen 3MP is

Jammer dat het niet in het artikel staat.

[kj.web]

Volgens de site van Brendaris is de resolutie 500 × 292 pixels, echter vraag ik mij ook af hoe je dan nog steeds 25 miljoen beelden per seconde verwerkt over de 12 usb poorten die ik tel.
Dat zijn namelijk wel meer dan 2 miljoen beelden per seconde, per USB poort.

Ik zou ook wel willen weten hoe ze dat aanpakken.

[Verwijderd]

De camera loopt niet continue. Het principe is eenvoudig en al vrij oud. Er draait een spiegel in het centrum van de camera snel rond. Deze weerkaatst het licht van de lichtbron naar een reeks detectoren die in een boog opgesteld staan. Elke detector word in een experiment maar een keer gebruikt. Aldus hoeft de data transfer rate helemaal niet zo hoog te zijn.

Een oudere versie van hetzelfde principe werd decennia geleden al gebruikt voor onderzoek naar voorplanting van explosie-fronten en soortgelijke snelle processen. Hierbij werd geen gebruik gemaakt van een reeks CCD's maar simpelweg van een speciale hoog gevoelige filmstrip. Dit werkt bij dit soort snelheden echter niet meer. De limiet van wat daarmee bereikt kon worden was een stuk langzamer dan de 25 miljoen fps die nu bereikt worden.

[Buggle]

Zou het mogelijk zijn om de camera dan 360 graden uit te voeren ipv de 90 die er nu op zit? Dan zou je in theorie continu kunnen filmen, als je de circel maar groot genoeg maakt, zodat iedere CCD zich kan 'herstellen' voordat hij weer aan de beurt is.
Ik neem aan dat dit model vooral een investeringstrekker is, in die zin.

[Munters]

360 graden rondbuigen zal niet meevallen met een spiegel.
Maar dat hoeft ook niet, je kunt met een meerkantige spiegel zonder tijdverlies weer bij de eerste CCD beginnen. Bij een basis van 90 graden, heb je dus vier spiegels nodig, op het loopvlak van een vierkant wiel.
(Dit is in feite hoe een laserprinter werkt).
Geen idee hoe snel een CCD een volgend beeld kan verwerken, maar met 128 CCD's op rij kun je dus vrij simpel 128x zo snel filmen als met 1 CCD.

[Verwijderd]

Het maken van een detectorboog van 360 graden is simpel. De enige modificatie t.o.v. de foto is dat het vlak waarin de deterctoren staan dan geroteerd moet worden met 90 °. De lichtbron komt dan in het centrum van de cirkel binnen en word door de roterende spiegel die onder een hoek van 45 ° staat naar de detectoren gereflecteerd.

[SgtElPotato]

Er kunnen dan in een single run ook maar 128 beelden vast gelegd worden.
Een filmpje dus van enkele micro seconden.

[[Roland]]

Er zal vast interne opslag gebruikt worden.

Als je later die bestanden wilt overzetten is usb wel handig (doch traag), is toch een standaard.

Of wellicht wordt usb gebruikt om te bedienen en een andere interface voor overzetten data.

[Reactie gewijzigd door [Roland] op 23 juli 2024 18:54]

[D.oomah]

Ik werk (nog) niet vaak met zulke apparaten en deze niet met dit specifieke appartaat, maar mijn ervaring is dat zulke dingen altijd een eigen buffer hebben. Ze hebben wel een USB aansluiting (of in sommige gevallen firewire) maar die wordt alleen gebruikt voor data overdracht na de meting.
De reden voor een eigen buffer is tweeledig. Ten eerste wat je zelf al aan gaf dat USB te traag is om realtime alle data over te brengen.
De tweede reden is windows. Als jij 100 datapunten per seconde wil meten dan wil je dat elke 0.0100 seconde een data punt gemeten wordt (let op significantie). Echter heeft windows een eigen processortijd beheerder waardoor het ene punt na 0.0101 seconden gemeten wordt en het volgende punt na 0.0999 seconden. Zeker als je samplingrate nog hoger wordt hoe vervelender windows word.

[pakka680]

Maar hoe ga je dat analyseren? 25M/s dat is 10 maanden kijkwerk per seconde als je één frame per seconde kan analyseren.

[M.M]

Het zijn geen 25M frames maar 128. Ze zullen er wel een filmpje van maken van zeg maar even 8 fps. Tijdsduur filmpje: 128/8=16 s.

[invoil]

Dit zal wel meevallen aangezien de snelheid zo hoog is willen ze maar kleine stukjes die heel snel verlopen bekijken zeg misschien 1000 frames. Als je veel meer wil analyseren heb je daar prima software voor waar je eigen algoritmes voor kan/moet schrijven om de analyse voor je te doen!

[Loekie]

Vet, buddy van me heeft vorig jaar zijn werk bij zelfde vakgroep afgerond om deze uniforme minuscule belletjes te maken en te kunnen voorspellen. Toen was de camera nog niet aangepast vziw.

[Perkouw]

Erg interessant bericht, nu maar hopen dat het ook echt gaat helpen in het onderzoek. Zelf heb ik ook wel het idee dat het zeer specifiek toedienen van medicijn op uiterst specifieke plekken in het lichaam eens heel goed zou kunnen werken in bijvoorbeeld het geval van chemotherapie. We blijven het hopen!

[Byte_Me]

Is die camera sneller dan deze: http://www.pcworld.com/ar...on_frames_per_second.html

[Verwijderd]

25 miljoen frames per seconde opnemen. Dat is nog al wat. Best interessant, maar ik denk dat de Japanse toeristen hier meer interesse voor hebben.

[thewiseman]

echt gewoon weer super vet. toch knap dat nederlanders hier aan werken.