Die Mikrofluidik ermöglicht es, digitale Aussagen im Millisekunden Bereich auf Zellebene zu treffen. Dafür sind viele unterschiedliche digitale Mikroskope und Software nötig, die zugeschnitten auf die jeweilige Applikation, dem Bedarf nach High Throuput Screening Lösungen gerecht werden. Die Herausforderungen für die Bildverarbeitung bei Mikrofluidik Applikationen sind allerdings die kleinen Bildfelder (wenige Millimetern bis nur einigen µm), die schnelle Bildaufnahme im Durchfluss, die kontrastarmen Proben und der meist sehr begrenzte Bauraum. Daneben hat man es oft mit Biologen und Biochemikern zu tun, denen es schwerfällt, ihre Wünsche und Anforderungen in technische Spezifikationen zu überführen.
Predictive Diagnostic
Die Opto GmbH hat sich auf diese Compiler Funktion spezialisiert. Das Wissen um den Aufbau von digitalen Mikroskopen, kombiniert mit der schnellen Bildauswertung und Bildanalyse von CMOS Sensoren ist hierfür die Lösung. Für die schwer darzustellenden biologischen Proben sind Kontrastverfahren wie die Fluoreszenz-Technologie notwendig. Die Moleküle oder Zellen werden mit einer schmalbandigen LED-Lichtquelle angeregt und emittieren dann in einer höheren Wellenlänge. Wenn man mit entsprechenden Filtern und Kameras arbeitet, kann man eines oder mehrere spezielle Fluoreszenzsignale separieren. Der laterale und quantitative Response der Lichtleistung ist ein direktes Maß für die Analyse der Proben und Grundlage für weitergehende Diagnosen (Single-/Multi-Fluoreszenz-Anwendungen), für die es bereits entsprechende Mikroskope der Imaging Modul Serie gibt. Kombiniert mit KI-Verfahren ist zudem eine vorhersagende Diagnostik (Predictive Diagnostic) möglich. So kann man aufgrund von existierenden Fluoreszenzverteilungen und Mustern verschiedene Krankheitsindikatoren bereits frühzeitig erkennen oder Nachweise für Viren oder Bakterien führen.
High-Speed-Erkennung von Zellen im Durchfluss
Die Anforderungen an die Software sind allerdings vielseitig. Man unterscheidet zwischen Prozessteuerung, also der Ansteuerung der Probenzuführung und -ausgabe, Positionierung von Mikroskop und Mikrofluidik Chip, Koordination von Pumpen und Ventilen, Bildaufnahmesteuerung und Bildanalyse bzw. Bildverarbeitung. Opto hat über die letzten 20 Jahre eine eigene Softwareplattform erarbeitet, auf deren Basisdie Entwicklung produktspezifische Softwarelösungen möglich ist, die optimal mit den Vision Sensoren der Imaging-Modul-Familie zusammenarbeiten. Eine erste Lösung ist die sogenannte High-Speed-Erkennung von Zellen im Durchfluss. Es ist aufgrund der Vielzahl an Proben pro Sekunde schwierig die gesamte Bildinformation zu speichern und zu analysieren. Daher werden bei Eintritt in das Bildfeld relevante Objekte (Zellen, Pollen, Antikörper, usw.) segmentiert und nur diese ausgewählte Bildsequenzen aufgezeichnet und abgespeichert. Dadurch können mehrere hundert Objekte pro Sekunde aufgenommen, in einzelnen Ordnern verwaltet und die Einzelbilder mit Zeit und Ortsangabe versehen werden. Die Resultate können direkt verarbeitet oder in die Cloud gespeichert werden, um eine zentrale Verarbeitung zuzulassen. Grundlage ist eine gute Kontrastierung der Proben, welche durch die Machine Vision Mikroskope von Opto gewährleistet ist, Wichtig ist auch eine optimierte Bilddatenverarbeitung, da es sichum Gigabyte an Bilddaten handelt, die schnellstens transportiert und bearbeitet werden müssen.
PlugIns für LabView
Ziel ist es, immer mehr dieser Funktionen mit dem Kauf eines Imaging-Moduls kostenlos zur Verfügung zu stellen bzw. die Opto Digitalmikroskope allen möglichen Softwarelösungen auf dem Markt zugänglich zu machen. So gibt es bereits erste Plug-Ins für LabView von National Instruments oder eine Version des VisionBuilder AI von NI. Ebenso sollen Softwarelösungen für die Imaging Module mit Python oder C++ einfach mit eigenem Code erstellt werden können. Software soll dabei als Service verstanden werden und nicht als Selbstzweck dienen. Mit der Hardware (Kompakte Plug&Play Lösung aus Kamera, Optik, Beleuchtung und Elektronik) wird es freie Apps geben, die ein Imaging Modul zu einer Job-to-be-done Lösung, also einem Vision-Sensor macht.
