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MiCAM03

高速光計測システム MiCAM03

概要

MiCAM03は膜電位感受性色素、カルシウム色素などの蛍光プローブで染色された生体サンプル内の微弱な蛍光輝度変化を高速で捉え、画像化することのできる世界最高性能の光計測システムです。これまで世界中の脳神経/心臓研究分野で使用され、多くの実績を残したブレインビジョン製MiCAMシリーズの標準モデルである高速イメージングシステムMiCAM02の後継機種となります。

高速撮影・高S/N比、直感的な操作方法などの基本性能は継承しつつ、新開発CMOSカメラヘッドによる高画素化、高速データ転送による長時間記録などの新たな特長が加えられ、これまでには無いイメージングシステムへと進化を遂げました。


MiCAM03用カメラヘッド

N256カメラヘッドN256カメラヘッド

N256カメラ (新規開発品)

ブレインビジョンが新たに設計・開発したCMOSイメージセンサを搭載したカメラヘッドです。


特長

大きなセンサーサイズと大きな画素サイズ

N256イメージセンサー

受光面サイズ:17.6mmx17.6mm
画素サイズ:69μmx69μm

膜電位イメージングなどのアプリケーションでは0.5-1%程度の光の変化量を高速で捉える必要があり、1画素で捉える光の量をできるだけ多くすることがS/N良く撮影する上で重要となります。大きな画素は光を集めやすく、光の微弱な変化を捕捉することができます。


画素数、高フレームレート、高S/N比のバランス

画素数:256x256画素
最大フレームレート:1,000fps(256x256画素選択時)
ダイナミックレンジ:71dB(256x256画素選択時)

高速膜電位イメージングにおいて重要な要素であるフレームレート、空間解像度、S/N比の基本性能をバランスよく向上させました。


飽和電子数の切替による広ダイナミックレンジモードと高感度モード

広ダイナミックレンジモード(D-mode):3,000,000電子
高感度モード(S-mode):   600,000電子

計測ソフトウェアからカメラの飽和電子数を切り替えることができ、広ダイナミックレンジモード(D-mode)と高感度モード(S-mode)の2つを使い分けることができます。蛍光量の多い組織サンプルにはD-mode、蛍光量の少ない単層培養細胞にはS-modeを使用するなど、カメラ1台で、これまでよりも多様な生物サンプルに対応することができるようになりました。


高速ランダムアクセスによるROI読出し機能(オプション機能)

プリセットされた部分読出し設定やマルチROI設定が選択可能になり、それに伴いより高速なフレームレートも設定できるようになります。20,000fps@32x32画素のような超高速撮影も可能です。

         全画素読出し(256x256画素)                  マルチROI読出し(32x32画素x9領域)




MiCAM03プロセッサの新機能

USB3.0による高速データ伝送、ダイレクトレコーディング、長時間撮影
(オプション機能)

USB3.0インターフェースの採用により、プロセッサからパソコンへのデータ転送が大幅に高速になりました。これによって撮影と同時にデータファイルをHDDやSSDに直接保存することができ、RAM容量の制限を受けず数十分~数時間の長時間記録が可能になります。



おおよその撮影可能フレーム数と撮影可能時間
(1カメラモードで撮影、ディスク書き込みモードで記録)
記録媒体 画素数 フレームレート
(fps)
撮影可能
フレーム数(枚)
撮影可能
時間(分)
SSD 1TB 256x256 500 6,840,000 228.0
1,000 6,840,000 114.0
1,818 6,840,000 62.7
128x128 500 27,360,000 912.0
1,000 27,360,000 456.0
5,263 27,360,000 86.6
(※上記はMiCAM05に標準で付属するパソコンを使用した場合の平均的な値であって、全てのPC環境で常に同様な結果が得られることを保証するものではありません。)

その他の特長

特別な設定が不要なターンキーシステム

高速イメージングに特化して設計されたハードウェアとそれを制御する専用計測ソフトウェア、パソコンで構成されています。使用するためには各コンポーネントをケーブルで繋ぐ以外、特別な設定・チューニングは必要ありません。システム導入後その日にデータ取得することも可能です。

接続図

I/Oコネクタ、外部機器との同期

入出力コネクタが装備されており、画像取得と同期した信号出力や、外部機器からの信号入力に対応可能です。

パネル

最大で2つのカメラが接続可能、完全同期撮影デュアルカメラシステム

MiCAM03プロセッサには2つのカメラポートが装備されており、同タイプのカメラヘッドであれば2台まで接続できます。蛍光2波長の同時測定や、2つのアングルからの立体撮影なども可能です。

カメラポート

プレ/ポストトリガー撮影機能内蔵

外部入力信号に同期してMiCAM03の撮影を開始させることが可能です。信号入力時を撮影開始点とするような撮影はもちろんのこと、信号入力前に起きた現象も撮影可能なプレ/ポストトリガー設定も可能です。


タイムラプス撮影機能(オプション機能)

数分~数時間で変化する現象をインターバル撮影します、撮影時のみ照明するため、試料のダメージを最小限に抑え、安定した基線のデータの取得が期待できます。 タイムラプスイメージング例



高解像度カメラ制御機能(オプション機能)

1920x1200画素の高解像度カメラBV-XB1カメラの制御が可能になります。細胞内Ca2+動態やフラビン蛍光、各種FRETイメージングなどに活用できるほか、MiCAM03による生体内高速イメージングと同期した動物行動の撮影などの応用も可能です。

高解像度カメラ    フラビン蛍光蛋白イメージング例高解像度カメラ                                    イメージング例




ソフトウェアの主な特長

計測ソフトウェア BV Workbench

BV WorkbenchはMiCAM03を制御する画像計測ソフトウェアです。モニター、画像取得、イメージングシステムの入出力制御のほか、取得した画像データの解析機能やフィルター機能などを備えています。マウスで直感的に操作できるユーザーインターフェースを持っています。

BV Workbench    BV Workbench計測設定                                                            モニター画面と波形表示

BV Workbench    BV Workbenchデータ解析画面                                                    2カメラ画像重ね合わせ


特長
  • 複数のイメージングシステム、電気刺激装置を同期制御・撮影
  • 画像取り込みモード:単一計測(PCメモリへ保存、またはSSD/HDDへのダイレクトレコーティング)、加算平均、タイムラプス
  • 画像オーバーレイ、画像反転
  • 任意の画素の輝度変化波形表示(リアルタイムまたは画像取得後)
  • 輝度ヒストグラム
  • フィルタリング(Gaussian, Mean, Median, Inverse polarity)
  • ツール(alignment correction、illumination correction, binning, crop, time range)
  • グラフィカルな刺激パルスパターン設定


解析ソフトウェア BV_Ana(オプション)

BV_Ana

BV_Anaは光計測データを解析するソフトウェアです。主に膜電位感受性色素を用いた神経活動や心臓活動の解析用に開発されました。

画素ごとの光量変化を組織画像上に重ね表示することにより、光量が変化した量や部位を容易に解析できます。また、解析画面の動画出力が可能なのでプレゼンテーション資料の作成が容易です。

タイル画像表示    時間微分処理    4画像同時表示 タイル画像表示                                                    時間微分処理                                                                4画像同時表示

等時マップ゚表示    等時マップ゚表示    マルチ波形表示 等時マップ                        等時マップ                  マルチ波形表示



応用例

  • 膜電位感受性色素を用いた膜電位イメージング
  • カルシウムイメージング
  • フラビン蛋白やヘモグロビン由来の内因性蛍光信号イメージング
  • FRET, GCaMP, VSFPなど各種蛍光タンパク質を用いたイメージング
  • デュアルカメラを用いたレシオイメージング
  • マルチカメラを用いた多アングル撮影
  • 通常高速度撮影による微弱な輝度変化の検出


サンプルデータ



主な仕様

システム全体
品名 高速光計測システム MiCAM03-N256
品番 MC03-N256
標準システム構成 カメラヘッド(1-2)、プロセッサ、ケーブル類、
専用コンピュータ、液晶モニター、計測ソフトウェア
(解析ソフトウェアはオプション)
対応OS Windows 7/10 64ビット 日本語版/英語版
標準/オプション機能
単発計測 標準
長時間計測 オプション
加算平均計測 標準
高速部分読出し オプション
タイムラプス撮影 オプション
高解像度カメラ制御 オプション
計測ソフトウェア 標準
解析ソフトウェア オプション
カメラヘッド部
品名 N256カメラ
品番 N256CM
イメージセンサー 独自開発CMOS
画素数(H x V) 256 x 256
受光面サイズ(H x V) 17.6mm x 17.6mm
画素サイズ(H x V) 69μm x 69μm
シャッターモード グローバルシャッター
空間解像度と
最大フレームレート
(1カメラ接続時)
1,000fps@256x256画素
1,000fps@128x128画素
(1,000fp以上のフレームレートはオプション)
量子効率 55%@550nm / 50%@600nm
飽和電子数(切替式) 3,000,000電子 / 600,000電子
暗ノイズ 500電子 / 130電子
ダイナミックレンジ 71dB
レンズマウント M42マウント(オプション:CまたはFマウント)
インターフェース 専用カメラケーブル
寸法(WxHxD) 80mm x 80mm x 50mm
重量 474g
プロセッサ部
品名 MiCAM03プロセッサ
品番 MC03PRC
カメラインターフェース 1(内蔵)
カメラポート 2
拡張ユニット用スロット -
内蔵メモリ容量 1GB
同期記録用アナログ入力 2チャンネル
刺激パルス出力 1チャンネル
外部トリガー信号入力 1チャンネル
光源点灯制御信号出力 1チャンネル
フレーム同期信号入出力 1チャンネル
リアルタイム輝度モニター出力 -
光源制御出力 -
電流出力 -
アクイジションステータス出力 -
トリガー待ちステータス出力 -
デジタルI/Oポート 1 (6ピン)
トリガーモード ソフトウェア、TTL信号入力、アナログ信号入力
データ転送方式 USB3.0
データ記録モード PCメモリー使用、またはドライブ(SSD/HDD)直接書き込み
記録可能最大フレーム数 計測設定に依存
電源 AC100V-230V、50Hz/60Hz 150W
ヒューズ T2A L 250V
寸法 300mm (W) x 260mm(D) x 60mm(H)
重量 約2.6kg


選択可能画素数と最大フレームレート(1カメラ)
選択可能画素数 (HxV) 最大フレームレート(fps)
標準機能 長時間計測機能(オプション)
NR Mode ON/OFF NR Mode OFF NR Mode ON
2 Times Ave
NR Mode ON
4 Times Ave
256x256 全画素読出 1,000 1,818 1,923 1,031
192x192 正方形領域 - 2,941 3,125 1,695
128x128 1,000 5,263 5,556 3,333
64x64 - 12,500 12,500 8,333
256x128 横長矩形領域 - 3,333 3,448 1,887
256x64 - 5,882 5,555 3,226
256x32 - 9,091 8,333 5,000
128x256 縦長矩形領域 - 3,030 3,333 1,852
64x256 - 4,348 5,000 3,125
32x256 - 5,556 7,143 4,762
32x32 16ブロック - 2,381 2,632 1,724
15ブロック - 2,500 2,778 1,818
14ブロック - 2,703 2,941 1,961
13ブロック - 2,857 3,125 2,083
12ブロック - 3,125 3,448 2,273
11ブロック - 3,333 3,704 2,439
10ブロック - 3,704 4,000 2,703
 9ブロック - 4,000 4,348 2,941
 8ブロック - 4,545 5,000 3,226
 7ブロック - 5,000 5,556 3,704
 6ブロック - 5,556 6,250 4,167
 5ブロック - 6,667 7,143 5,000
 4ブロック - 7,692 8,333 5,882
 3ブロック - 10,000 11,111 7,692
 2ブロック - 12,500 14,286 10,000
 1ブロック - 20,000 20,000 16,667

選択可能画素数と最大フレームレート(2カメラ)
選択可能画素数 (HxV) 最大フレームレート(fps)
標準機能 長時間計測機能(オプション)
NR Mode ON/OFF NR Mode OFF NR Mode ON
2 Times Ave
NR Mode ON
4 Times Ave
256x256 全画素読出 1,000 1,087 1,064 1,031
192x192 正方形領域 - 1,818 1,754 1,695
128x128 1,000 3,704 3,571 3,333
64x64 - 9,091 8,333 8,333
256x128 横長矩形領域 - 2,041 1,961 1,887
256x64 - 3,571 3,226 3,125
256x32 - 5,882 5,000 5,000
128x256 縦長矩形領域 - 2,000 1,961 1,852
64x256 - 3,571 3,448 3,125
32x256 - 5,556 5,556 4,762
32x32 16ブロック - 1,887 1,613 1,613
15ブロック - 2,041 1,724 1,724
14ブロック - 2,174 1,852 1,852
13ブロック - 2,326 1,961 1,961
12ブロック - 2,500 2,128 2,128
11ブロック - 2,703 2,326 2,326
10ブロック - 2,941 2,500 2,500
 9ブロック - 3,226 2,778 2,778
 8ブロック - 3,571 3,125 3,125
 7ブロック - 4,000 3,448 3,448
 6ブロック - 4,762 4,000 4,000
 5ブロック - 5,556 4,762 4,762
 4ブロック - 6,667 5,556 5,556
 3ブロック - 8,333 7,143 7,143
 2ブロック - 11,111 10,000 10,000
 1ブロック - 16,667 16,667 16,667
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