میکروسکوپ دیجیتالی (Digital Microscope): تعریف، اصول، قطعات، انواع، نمونه‌ها و موارد استفاده

مقدمه‌ای بر میکروسکوپ دیجیتالی

میکروسکوپ دیجیتالی یک میکروسکوپ مدرن است که فاقد چشمی است و تفاوت بسیار زیادی با میکروسکوپ نوری (Optical microscope) سنتی دارد.

آن‌ها یک دوربین دیجیتال دارند که به عنوان آشکارساز و دستگاه خروجی تصویر عمل می‌کند. نمایش تصویر روی صفحه رایانه یا مانیتور انجام می‌شود که محدوده دیجیتالی میکروسکوپ را مشخص می‌کند. منبع نور این میکروسکوپ در مقایسه با میکروسکوپ نوری، یک منبع LED داخلی است که این منبع نور در خارج از میکروسکوپ از طریق یک چشمی قابل دسترسی است.

بنابراین در میکروسکوپ دیجیتال، دسترسی به تصاویر از طریق چشم‌های انسان حذف شده است، زیرا کل دستگاه دارای یک سیستم پایش تصویر است.

انواع مختلفی از میکروسکوپ دیجیتالی وجود دارد، از جمله میکروسکوپ‌های دیجیتالی USB (USB digitalized microscope) که میکروسکوپ‌های دیجیتالی صنعتی و بسیار گران قیمتی هستند، مانند میکروسکوپ تنظیم نور به روش  کوهلر (Kohler illumination) و میکروسکوپ تنظیم نور کنتراست فاز (Phase-contrast Illumination)، با وب‌کم‌ها و لنزهای ماکرو (Macro lens) نصب شده.

اولین میکروسکوپ دیجیتالی در سال 1986 در توکیو ژاپن ساخته شد که از یک جعبه کنترل و یک لنز متصل به دوربین تشکیل می‌شد. این میکروسکوپ در حال حاضر با عنوان Hirox Co. LTD (به دلیل اتصال رایانه‌ای آن) شناخته می‌شود.

این میکروسکوپ می‌تواند داده‌های دیجیتالی بزرگی را که از دوربین دیجیتالی نصب شده در میکروسکوپ به دست می‌آید، مدیریت کند. در سال 2005، میکروسکوپ دیجیتالی پیشرفته‌تری ساخته شد که نیازی به رایانه نداشت. در عوض یک دستگاه داخلی داشت که از یک مانیتور و یک رایانه تشکیل می‌شد.

با این حال در سال 2015، یک میکروسکوپ دیجیتالی جدید با یک رایانه خارجی که از طریق اتصال USB به آن وصل می‌شود، ساخته شد و باعث افزایش طول عمر و سرعت رایانه  شد. این امر باعث کاهش اتصالات کابلی خارجی و همچنین کاهش اندازه خود رایانه شد. آن‌ها دارای نرم‌افزار پردازش تصویر هستند که روشنایی تصویر را تنظیم می‌کند، کنتراست و مقیاس را افزایش می‌دهد و جزئیات غیرضروری تصویر را حذف می‌کند.

اصول میکروسکوپ دیجیتالی

میکروسکوپ دیجیتالی دارای ابزارهای سخت افزاری و نرم‌افزاری است که امکان فوکوس کردن و استخراج تصویر از نمونه را فراهم می‌کنند. با استفاده از نرم‌افزار نصب شده، تصویری از نمونه گرفته می‌شود که روی صفحه مانیتور رایانه قابل مشاهده است. بسته به نرم‌افزار، تصاویر بصری را می‌توان به صورت فیلم‌های ثابت یا متحرک تصویربرداری کرد. این فیلم‌ها را می‌توان ضبط، ویرایش، برش، برچسب گذاری و ذخیره کرد. همچنین می‌توان از این نرم‌افزار برای اندازه‌گیری سایز تصویر، بزرگ‌نمایی و اصلاح تصویر به روش‌های مختلفی استفاده کرد.

بخش‌های میکروسکوپ دیجیتالی

توسعه میکروسکوپ دیجیتالی دو مورد از عملکردهای اصلی آن را مورد توجه قرار می‌دهد: عملکرد ورودی و خروجی و از این نظر میکروسکوپ دیجیتالی از دو قسمت اصلی تشکیل شده است:

1. سخت افزار: این قسمت، جزء عمده بخش آنالوگ میکروسکوپ است که دارای منبع نور، میکروسکوپ آنالوگ، دوربین و اجزای دوربین است. دوربین جایگزین چشمی میکروسکوپ سنتی شده است. تصویر نمونه در دوربین متمرکز و روی صفحه مانیتور کامپیوتر نمایش داده شده و سپس ذخیره می‌شود. همچنین این تصویر می‌تواند پردازش شود.
2. نرم افزار: این قسمت بخشی از میکروسکوپ است که دارای درایورهای دوربین و نرم افزار پردازش تصویر است که دارای واحدهای سازماندهی شده‌ای است که شامل واحد نمایشگر، واحد تنظیم روشنایی، واحد کنتراست تصویر، واحد یکنواخت‌سازی هیستوگرام، واحد مقیاس تصویر و واحد برش تصویر است. واحد نمایشگر تصویر به طور مداوم نمونه را نمایش می‌دهد و تصویر را از میکروسکوپ می‌گیرد که بسته به ترجیحات کاربر ذخیره و پردازش می‌شود. واحد تنظیم روشنایی تصویر بسته به میزان تمرکز نور بر روی نمونه، روشنایی تصویر را افزایش می‌دهد و شدت نور را در پیکسل‌ها کنترل می‌کند.

تنظیم روشنایی تصویر با یک تغییر مقیاس خاکستری (Grayscale transformation) انجام شده که با یک معادله که در زیر آورده شده است، نشان داده می‌شود:

• Jo = Ji + C، (که در آن Jo تصویر خروجی، Ji تصویر ورودی و C ثابت تنظیم روشنایی است). C با مقدار مثبت برای افزایش روشنایی و با مقدار منفی برای کاهش روشنایی، تنظیم می‌شود.

انواع میکروسکوپ دیجیتالی

بسته به کارکرد میکروسکوپ و کاربران آن، میکروسکوپ‌های دیجیتالی متفاوتی ساخته و برچسب‌گذاری شده‌اند که اکثر آن‌ها قابل حمل و آسان برای استفاده هستند. موارد استفاده از آن می‌تواند از کارکردهای زیست‌پزشکی (Biomedical) تا صنعتی متفاوت باشد. این میکروسکوپ‌ها با دوربین‌های میکروسکوپی دیجیتالی با کیفیت بالا و صفحه نمایش رایانه ترکیب شده‌اند.

1. میکروسکوپ‌های دیجیتالی بیولوژیکی (Biological Digital Microscopes): این میکروسکوپ‌ها، میکروسکوپ‌هایی با بزرگ‌نمایی بالا هستند که دارای منبع نوری در زیر صفحه مکانیکی (Mechanical stage) با بزرگ‌نمایی 4 برابری تا 100 برابری با نور هالوژنی یا LED هستند.
2. میکروسکوپ‌های دیجیتالی فلورسانس (Fluorescence Digital Microscopes): این میکروسکوپ‌ها، میکروسکوپ‌های نوری هستند که از فلورسانس (Fluorescence) و فسفرسانس (Phosphorescence) به عنوان منبع نور خود برای تولید تصویر استفاده می‌کنند.
3. میکروسکوپ‌های دیجیتالی معکوس (Inverted digital Microscopes): این میکروسکوپ‌ها، میکروسکوپ‌های سه‌چشمی (Trinocular) هستند که منبع نور و کندانسور (Condenser) آن در بالای صفحه و هدف‌ها در زیر صفحه میکروسکوپ قرار دارند.
4. میکروسکوپ‌های دیجیتالی متالورژیکی (Metallurgical digital Microscopes): آن‌ها برای مشاهده سطوح فلزی، مدارهای سیمی و/یا سطوح مات طراحی شده‌اند.
5. میکروسکوپ‌های دیجیتالی فازی (Phase digital Microscopes): این میکروسکوپ‌ها می‌توانند میکروسکوپ‌های معکوس یا عمودی باشند که برای مشاهده نمونه‌هایی که رنگ‌آمیزی نشده‌اند و می‌توانند زنده یا مرده باشند، استفاده می‌شوند.
6. میکروسکوپ‌های دیجیتالی استریو (Stereo Digital Microscopes): آن‌ها نور را از نمونه منعکس می‌کنند و برای مشاهده اجزای الکتریکی، آرتیفکت (Artifact)، گیاهان، مدارها و Art استفاده می‌شوند.
7. میکروسکوپ‌های دیجیتالی پلاریزه (Polarizing Digital Microscopes): این میکروسکوپ نوع خاصی از دوربین فیلم‌برداری دیجیتالی با ترکیبی از لنزها با بزرگ‌نمایی بالا و LEDهای بسیار روشن چندگانه است. آن‌ها می‌توانند ساختارهای سه بعدی و ترکیبات نمونه‌های ناهمسانگرد (Anisotropic) را با استفاده از نور پلایزه که ارتعاشات موج نور را در یک جهت ایجاد می‌کند، ارزیابی کنند.
8. میکروسکوپ‌های USB دیجیتالی (Digital USB Microscopes): میکروسکوپ‌هایی هستند که از طریق کانکتور USB به کامپیوتر متصل می‌شوند. برخلاف بسیاری از میکروسکوپ‌های دیجیتال که دوربین‌های آن‌ها با یک آداپتور C-mount متصل می‌شوند و می‌توان آن‌ها را جدا کرد، یک دوربین که بصورت دائمی به میکروسکوپ متصل است، دارند.
9. میکروسکوپ‌های دیجیتالی دستی (Handheld Digital Microscopes): میکروسکوپ‌های دیجیتالی بسیار مدرنی هستند که در یک سیستم میکروسکوپی دستی ادغام شده و برای بررسی سطوح و در پزشکی قانونی استفاده می‌شوند.
10. میکروسکوپ‌های دیجیتالی پرتابل (Portable digital Microscopes): میکروسکوپ‌های دیجیتالی کوچک با سیستم‌های بی‌سیم نصب شده هستند. از آن‌ها برای مشاهده سطوحی که دسترسی به آن‌ها سخت است، استفاده می‌شود و از این رو بیشتر برای سطوح پزشکی، بازرسی میدانی و برای مطالعات درماتولوژی (dermatology) استفاده می‌شوند.

موارد استفاده از میکروسکوپ‌های دیجیتالی

آن‌ها در زمینه‌های مختلفی از مطالعات پزشکی گرفته تا کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند که شامل موارد ذیل می‌شوند:

• مطالعات سیتولوژیکی (Cytological)
• صنایع آبجوسازی
• صنایع تصفیه آب و پسماند
• پزشکی قانونی
• مطالعات دندانپزشکی
• مطالعات کاشت جنین
• روش‌های میکروجراحی
• پروسه‌های پیوند زدن

مزایای میکروسکوپ دیجیتالی

1. آن‌ها تصاویر بزرگ‌نمایی شده را با وضوح بالا در پیکسل‌ها ارائه می‌دهند.
2. می‌تواند کج شود و اندازه تصویرهای 2 بعدی و 3 بعدی را ارائه دهد.
3. آن‌ها می‌توانند حجم عظیمی از داده‌ها را از طریق تصویربرداری و ضبط نمونه‌های متحرک و غیر متحرک، ذخیره کنند.
4. آن‌ها ماشین‌های عملیاتی یک مرحله‌ای هستند، زیرا نمونه‌ها را تصویر‌سازی می‌کنند و تصاویر خروجی را از طریق مانیتور رایانه نمایش می‌دهند.
5. برخی از آن‌ها را می‌توان با قیمت ارزان خریداری کرد.

محدودیت‌های میکروسکوپ دیجیتالی

1. ساخت برخی از آن‌ها گران و خرید آن‌ها پرهزینه است.
2. ممکن است برای استفاده از آن‌ها نیاز به آموزش داشته باشید.

نمونه‌ای از میکروسکوپ‌های دیجیتالی

میکروسکوپ دستی دیجیتال Apexel MS003

میکروسکوپ دستی دیجیتالی Apexel MS003 می‌تواند به عنوان ابزار بزرگ‌نمایی دستی یا رومیزی استفاده شود که می‌تواند یک همراه قابل حمل عالی در خانه، خارج از منزل، آزمایشگاه، مدرسه، محل کار یا زمین باشد.

این دستگاه از یک سنسور CMOS 1/3 اینچی 2.0 مگاپیکسلی با سیستم نوری کاهش دهنده مادون قرمز برای ارائه تصاویر و ویدیوهای با وضوح بالا و با محدوده بزرگ‌نمایی از 20x تا 100x استفاده می‌کند.

برای ارائه تصاویر روشن و واضح، دارای یک سیستم روشنایی 3-LED با خروجی سفید روشن قابل تنظیم می‌باشد.

برای داشتن انعطاف‌پذیری در مشاهده داده‌های بصری، اسکوپ دارای یک صفحه نمایش TFT LCD رنگی 2 اینچی با قابلیت کج شدن است که می‌تواند 75 درجه کج شود تا راحت‌ترین موقعیت دید را فراهم کند و مشاهده طولانی مدت را برای ستون فقرات گردنی شما راحت کند. صفحه نمایش LCD به شما امکان می‌دهد به یک صفحه منو که کنترل حالت‌ها و عملکردها را ارائه می‌دهد، دسترسی داشته باشید.

این میکروسکوپ دارای یک پلت فرم نظارتی است که می‌توان آن را بالا و پایین کرد. نور را می‌توان تنظیم کرد، فاصله دوربین با نمونه متفاوت و تنظیم روشنایی و دمای رنگ (Color temperature) نور را فراهم می‌کند، که به شما امکان می‌دهد به تصاویر حرفه‌ای‌تری در هوای آزاد برسید.

ویژگی‌های میکروسکوپ دیجیتالی قابل حمل چند منظوره Apexel MS003 با وضوح بالا:

• زوم از 20x تا 100x.
• اجسام یک میکرونی را می‌توان دید.
• عدسی‌های ED که دیدی واضح، شفاف و روشن فراهم می‌کنند.
• لنزها با پوشش چند لایه کامل.
• زاویه دید قابل تنظیم.
• بالابر قابل تنظیم.
• نور، دمای رنگ و روشنایی قابل تنظیم.

همچنین بخوانید:

• آشنایی با انواع دستگاه های آزمایشگاهی

منبع

مترجم: صادق حسینی‌کیا