MiCAM05

多機能・高速光計測システム MiCAM05

概要

MiCAM05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シリーズの最上位モデルである超高速イメージングシステムMiCAM ULTIMA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カメラヘッドを用いた高画素化、高速データ転送による長時間記録、最大4カメラ同期撮影、機能拡張性/外部機器との親和性の向上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。


MiCAM05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

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)





MiCAM05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

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。)

最大で4つのカメラが接続可能、完全同期撮影マルチカメラシステム

MiCAM05プロセッサには2つのカメラインターフェースボードが装着可能です。各カメラインターフェースボードには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最大4台まで接続できます。これによって多蛍光波長の同時計測や、異なるアングルからの立体撮影なども可能です。

カメラポート

8チャンネルのリアルタイム輝度モニター機能

これまでMiCAM ULTIMAの別売オプションユニット(MiCAM ULTIMA用 DAC/ADC拡張ボックス)で提供されていたリアルタイム輝度モニター機能がMiCAM05でも使用できるようになりました。

リアルタイム輝度モニター機能とは、モニター画面上の8点の輝度変化を8個のBNC端子から出力するもので、これによりデータ計測前後の輝度変化をオシロスコープ等の外部機器上で波形表示することができます。また計測ソフトウェア上で輝度変化をリアルタイムにモニターすることも可能です。 リアルタイム輝度モニター機能8つの輝度モニター出力端子                               オシロスコープでモニター
リアルタイム輝度モニター機能計測ソフトウェアの波形モニター画面




多様なI/Oコネクタ、外部機器との親和性向上

従来のMiCAMに比べ多くの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幅広く対応可能です。またカスタムメイドの拡張ユニットを装着できるスロットもあらかじめ用意されておりますので、実験に合わせてシステムを機能拡張することもできます。

パネル

光源点灯・出力自動制御

画像取得に同期した光源点灯制御のための出力端子のほか、カメラで捉えた画像の輝度飽和度がソフトウェアで設定した飽和度に近づくように励起光源の明るさを自動調整するための信号出力端子が用意されています。異なる試料でも背景光強度がほぼ均一になり、実験精度が向上します。

光源制御出力


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

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MiCAM05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

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、MiCAM05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

BV Workbench

BV WorkbenchはMiCAM05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


BV_Ana

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 等時マップ゚表示             等時マップ゚表示                      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 多機能高速光計測システム MiCAM05-N256
品番 MC05-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
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 標準
加算平均計測 標準
高速部分読出し 標準
タイムラプス撮影 標準
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 標準
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)
1,923fps@256x256画素
3,125fps@192x192画素
5,556fps@128x128画素
20,000fps@32x32画素
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 MiCAM05プロセッサ
品番 MC05PRC
カメラインターフェース 1 (最大2)
カメラポート 2 (最大4)
拡張ユニット用スロット 1
内蔵メモリ容量 4GB (最大8GB)
同期記録用アナログ入力 4チャンネル
刺激パルス出力 2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 8チャンネル
光源制御出力 2チャンネル
電流出力 2チャンネル
アクイジションステータス出力 1チャンネル
トリガー待ちステータス出力 1チャンネル
デジタルI/Oポート 1 (25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、
オプションユニット使用
データ転送方式 USB3.0(画像計測用)
USB2.0(リアルタイム輝度モニター用)
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 430mm (W) x 350mm(D) x 75mm(H)
重量 g


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)
NR Mode OFF NR Mode ON
2 Times Averaging
NR Mode ON
4 Times Averaging
256x256 全画素読出 1,818 1,923 1,031
192x192 正方形領域 2,941 3,125 1,695
128x128 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)
NR Mode OFF NR Mode ON
2 Times Averaging
NR Mode ON
4 Times Averaging
256x256 全画素読出 1,087 1,064 1,031
192x192 正方形領域 1,818 1,754 1,695
128x128 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


生産中止モデル
システム
品名 多機能高速光計測システム
MiCAM05-Ultima
多機能高速光計測システム
MiCAM05-D225
品番 MC05-UL MC05-D225
カメラヘッド部
品名 Ultimaカメラ D225カメラ
品番 CAM-ULT D225
イメージセンサー 独自開発CMOS 独自開発CMOS
画素数(HxV) 100x100(固定) 240x256(固定)
受光面サイズ(HxV) 10.0mmx10.0mm 7.2mmx7.7mm
画素サイズ(HxV) 100μmx100μm 30μmx30μm
シャッターモード ローリングシャッター グローバルシャッター
最大フレームレート
(1カメラ接続時)
10,000fps 1,000fps
飽和電子数 1,500,000電子 500,000電子
レンズマウント Cマウント Cマウント
寸法(WxHxD) 80mm x 65mm x 50mm 75mm x 65mm x 50mm
重量 270g 246g
プロセッサ部
MiCAM05-N256と同様
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