Telemikroskopie

Komponenten, Bildqualität und Möglichkeiten

Dominik Gerber
Dominik Gerber

CEO PreciPoint

Mikel Mendieta
Mikel Mendieta

Sales Director EMEA & Americas

Was ist Telemikroskopie?

Die Telemikroskopie bietet die Möglichkeit einer digitalen Live-Konsultation. Sie ermöglicht einen direkten Austausch von Experten, über räumliche Grenzen hinweg. Im Unterschied zur Virtuellen Mikroskopie geht es nicht vornehmlich darum ein digitales Abbild eines mikroskopischen Präparates zu erstellen, sondern um eine gemeinsame Live-Betrachtung und Bearbeitung von Proben. Dies geschieht mit Hilfe von digitaler Technik über die Übertragung von einem Live-Mikroskopie Bild auf einen Monitor. Mit einer speziellen Software, einem sogenannten Streamer, kann eine zweite Person, ebenfalls über einen Monitor, das Bild mit betrachten. Da es sich um eine Live-Übertragung handelt, müssen alle Parteien zur gleichen Zeit, aber nicht am gleichen Ort, auf die Programme zugreifen.

Aus welchen Bausteinen besteht die Telemikroskopie?

Telemicroscopy Illustration digital microscope_

Steuerung des Mikroskops durch Automatisierung und Robotisierung
Je nach Ausbaustufe des Mikroskops, muss dieses meistens lokal gesteuert werden. Soll die Probe bewegt werden, muss dieses manuell durch Betätigen der entsprechenden Knöpfe und Drehelemente geschehen. Bei Mikroskopen mit Motorisierungselementen, sind oft sowohl der XY-Tisch als auch die Z-Achse elektronisch steuerbar.

Die elektronische Steuerung dieser Achsen kann lokal erfolgen, sie kann aber auch aus der Ferne erfolgen. Das bedeutet, dass das System aus der Ferne bedient werden und die Probe aus der Ferne bewegt werden kann. Somit braucht es keinen Mikroskop Spezialisten mehr vor Ort. Es reicht aus, wenn eine Assistenz das System einsatzbereit macht und die Probe unter dem Mikroskop einlegt.

Natürlich ist die Telemikroskopie als Funktion auch an bereits gescannten Präparaten möglich. Hierbei würde dann kein Live-Bild einer Probe übertragen, sondern das bereits digitalisierte Präparat. Wenn Sie mehr über das Scannen von Präparaten erfahren möchten, empfehlen wir unsere Artikel zum Thema „Virtuelle Mikroskopie“ und „Hochdurchsatz Mikroskopie“.

Mikroskop mit digitaler Live-Funktion
Um ein digitales mikroskopisches Bild zu erzeugen, muss das Bild des Mikroskops auf einen Monitor übertragen werden. Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten der Umsetzung.

Ein analoges Mikroskop mit Kameraaufsatz ist eine Variante. Die Kamera wird mit einem Computer verbunden, auf dessen Bildschirm das Bild des Mikroskops dann sichtbar wird. Je nach Modell wird eine digitale Kamera anstelle des Okulars oder kurz hinter dem Okular auf dem Mikroskop angebracht.

Eine weitere Variante stellt ein voll digitales Mikroskop dar. Bei dieser Art der Mikroskopie gibt es ein Okular im herkömmlichen Sinn nicht mehr. Das mikroskopische Bild wird direkt auf den Monitor eines Computers übertragen. Im System ist hierfür eine Kamera fest verbaut. Das Mikroskop an sich wird ebenfalls digital, über eine Software gesteuert.

Mikroskopie Streaming-Software
Eine Streaming-Software dient dazu Bild und/oder Ton live von einem Computer auf einen anderen zu übertragen. Hier gibt es verschiedene Arten des Streamings.

Die erste Lösungsgruppe an Streamern erlaubt das passive Teilnehmen und Betrachten aus der Ferne. Die Verbindung besteht in der Regel zwischen wenigen bis hin zu vielen Nutzern. Die zweite Lösungsgruppe an Streamern erlaubt das aktive Teilnehmen und Betrachten aus der Ferne. Dabei kann der Anwender das System selbst aktiv aus der Ferne steuern. Die Verbindung besteht dabei in der Regel nur zwischen zwei Nutzern.

Eine Streaming-Software, die für die Telemikroskopie verwendet werden soll, sollte zuverlässig große und hochqualitative Bilder übertragen können. Darüber hinaus sollte sie eine Fernsteuerung zulassen, sodass ein externer Experte das Gerät selbstständig aus der Ferne steuern kann. Folglich gibt es einen Nutzer, der das System einstellt, das Bild erstellt und überträgt. Diesen kann man auch Sender nennen. Dazu gibt es einen zweiten Nutzer, der das Bild empfängt und den Sender-Computer aus der Ferne steuern kann. Diesen kann man auch als Empfänger bezeichnen.

Internetverbindung
Damit die Telemikroskopie möglich ist müssen alle Parteien, die an einer „Konferenz“ teilnehmen möchten, einen Computer mit einem stabilen Internetzugang haben. Damit die Internetverbindung stabil bleibt, es nicht zu Unterbrechungen kommt und die großen Bilddateien in guter Qualität übertragen werden können sollte die Internet Leitung mindestens 50 Mbit/s aktiv im Up und Down Stream verarbeiten können. Das bedeutet, dass die Internetleitung zu jeder Zeit der Übertragung konstant eine Datenmenge von 50mbit/s hin und her schicken kann.

Um ohne Verzögerungen arbeiten zu können, ist eine Übertragungsrate zwischen 30 und 60 Bildern pro Sekunden optimal. Man nennt die Übertragungsrate der Bilder pro Sekunde auch “Frames per Second” oder kurz “FPS”.

Die Abkürzung „Mbit/s“ gibt an wie viele Daten pro Sekunde übertragen werden können.

Hier ein vereinfachtes Beispiel:

Werden Bilder mit einer 4K Auflösung und 60 FPS übertragen, ist eine Internetgeschwindigkeit von mindestens 40 Mbit/s nötig. Steht nur die Hälfte der Internetgeschwindigkeit zur Verfügung, also 20 Mbit/s, ist eher eine Rate von 30 FPS zu erwarten.

Halbiert man die Auflösung auf Full-HD (1920×1080 Pixel) bei 60 FPS Übertragungsrate, ist eine Internetgeschwindigkeit von etwa 20 Mbit/s zu empfehlen.

Hierbei handelt es sich aber nur um grobe Richtwerte, in der Praxis hängt die Größe der übertragenen Bildinformationen von vielen Faktoren ab und kann stark schwanken. 

Computer und Monitor
Besonders in der Telemikroskopie ist die Leistung des Sender-Computers von enormer Wichtigkeit. Dieser muss nicht nur die digitalen mikroskopischen Bilder verarbeiten können, sondern auch übertragen. Vor der Bildübertragung werden die Bilder von der Streaming-Software komprimiert. Sie werden verpackt, damit sie besser übertragen werden können. Das ist nur mit einer hohen Leistung des Computers möglich.

Deswegen sollte der Computer über ausreichend internen Arbeitsspeicher, einen starken Prozessor und eine gute Grafikkarte verfügen. Nur so kann garantiert werden, dass die Steuerungssoftware für das Mikroskop und die Bildübertragung mit Hilfe des Streamers reibungslos funktionieren.

Der Computer des Empfängers muss nicht so viel Leistung haben. Da das Entpacken der Bilder über die Streaming Software nicht so rechenintensiv ist. Selbst bei Verwendung der Remote-Funktion wird das Mikroskop immer noch über den Sender Computer gesteuert.

Der Monitor spielt auf beiden Seiten, Sender und Empfänger eine wichtige Rolle, wenn es um die Qualität des übertragenen mikroskopischen Bildes geht. Hier gilt: Die Bildschirmauflösung, sollte mindestens so hoch wie die Bildauflösung der Kamera sein.

Damit eine gute Bildqualität entsteht, ist eine Auflösung von 3840 x 2160 (4K) zu empfehlen.

Wie setzt sich die Bildqualität in der Telemikroskopie zusammen?

Die Bildqualität wird von allen Bausteinen der Telemikroskopie beeinflusst. Von der Kamera mit der das mikroskopische Bild aufgenommen wird über die Bildschirmauflösung und die Streaming-Software bis hin zur Internetgeschwindigkeit.

All diese Faktoren beeinflussen sich gegenseitig. Die folgende Darstellung soll verdeutlichen, wie sich die einzelnen Komponenten auf die Endbildqualität auswirken.

Bildqualität Telemikroskopie Zusammenhänge

Welche Möglichkeiten bietet die Telemikroskopie gegenüber analoger Mikroskopie?

Übersicht

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