Anders als bislang, wird bei dem imec Ansatz keine Präzisionsoptik zwischen dem Objektiv und dem Bildsensor eingesetzt, um das Licht zu trennen und zu beugen. Stattdessen kommen Dünnschicht-Spektralfilter zum Einsatz, die direkt auf den Bildsensoren aufgebracht sind. Dadurch entstehen kompakte Geräte, die auf demselben CMOS-Prozess auf Waferebene aufbauen, der auch für die Herstellung von Mikrochips verwendet wird, wodurch sie kostengünstig und an die spezifischen Bedürfnisse der Anwendungen anpassbar sind.Imec hat umfassende Erfahrungen im Bereich HSI-Forschung und -Prototyping, mit einem Portfolio, das je nach Muster der Spektralfilter in zwei Varianten erhältlich ist. Bei der Snapscan Serie ermöglicht ein Streifenmuster über jeder Pixelreihe eine hochauflösende hyperspektrale Bildgebung, die mit klassischen Zeilenkameras vergleichbar ist – jedoch schneller und einfacher in der Anwendung. Die Snapshot Serie dagegen hat ein Mosaik auf einer Gruppe von 3×3, 4×4 oder 5×5 Pixeln, mit einer etwas geringeren Auflösung, ermöglicht aber spektrale Aufnahmen mit Videorate für die Datenerfassung in Echtzeit. Verschiedene Kameras decken jeweils eine bestimmte spektrale Auflösung und einen bestimmten Bereich ab, vom visuellen Bereich (VIS) über NIR bis SWIR.
Identifizierung von Gliomen
Niedriggradige Gliome sind eine heterogene Gruppe von Hirntumoren. Obwohl sie in der Regel gutartig sind, haben Studien gezeigt, dass sie mit einer Geschwindigkeit von vier bis fünf Millimetern pro Jahr wachsen können und das Risiko einer bösartigen Umwandlung mit sich bringen. Die frühzeitige chirurgische Resektion des Tumors ist daher eine häufige Behandlungsoption, wenngleich die In-vivo-Erkennung von niedriggradigen Gliomen und die Ermittlung ihrer genauen Abgrenzung auch mit Operationsmikroskopen schwierig ist. HSI ermöglicht es denn Chirurgen diese Tumore in vivo (= im lebenden Gewebe) zu erkennen, wie ein Forschungsprojekt mit der HSI-Kamera Snapscan VNIR 150 zeigt. Dank der geringen Abmessungen (10x7x6,5cm) und der Kompatibilität mit Standard-C-Mount-Optiken kann die Kamera problemlos an einem Standard-Operationsmikroskop montiert werden. Zusätzlich generiert das System präzise klinische Daten, die in ein Deep Learning Tool eingespeist werden, so dass Chirurgen zwischen gesundem und anomalem Gewebe unterscheiden können. Während die klinischen Daten von sechs Patienten am belgischen Universitätskrankenhaus Leuven bereits validiert wurden, ist der operative Einsatz noch verfrüht.
Drei Sensoren in einem Gehäuse
Kürzlich hat Imec sein Snapshot-Portfolio um ein Multisensorsystem erweitert, das sowohl den VIS- als auch den NIR-Bereich abdeckt und durch einen hochauflösenden RGB-Sensor ergänzt wird. Die neue Hyperspektralkamera ist laut Herstellerangaben weltweit die erste, die drei Sensoren in einem einzigen Gehäuse integriert und mit einem Standard-F-Mount-Objektiv ausgestattet ist. Sie ermöglicht es, die Vor- und Nachteile verschiedener spektraler Auflösungen und Bereiche flexibel zu bewerten, ohne in eine Vielzahl von Geräten investieren oder Experimente mehrfach durchführen zu müssen. In der Kamera wird das Licht auf drei Kanäle gelenkt. Zwei davon sind mit einem handelsüblichen 2MP-Sensor von Imec ausgestattet, der die Spektralbereiche VIS und NIR abdeckt. Ein dritter Kanal ist mit einem hochauflösenden RGB-Sensor ausgestattet. Damit deckt das Gerät 30 Bänder von 460 bis 870nm ab, ergänzt durch ein farbgetreues 5MP-Bild, alles synchronisiert mit Videoraten zur Datenerfassung in Echtzeit (auch bei dynamischen Szenen). Als nächsten Schritt ist geplant ein komplettes Entwicklungskit mit Kameraherstellern und Systemfirmen zu teilen, um die weitere Kommerzialisierung des Systems voranzutreiben.
www.imec-int.com