Technische Hintergründe
InformationenVerwendete Technologien
UDE BioSLiDES setzt für die Digitalisierung und Visualisierung mikroskopischer Präparate eine Reihe unterschiedlicher Technologien und z.T. eigens entwickelter Software ein:
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Aufnahme: Die Präparate werden mithilfe eines Olympus VS200 Slidescanners mit verschiedenen hochauflösenden Objektiven (20×/0,80, 40×/1,40 oder 60×/1,42) eingescannt. Das Gerät fährt dabei die komplette Fläche des Präparates in Form sich leicht überlappender Bildfelder ab, wobei an jeder Position ca. 40–80 unterschiedliche Fokuspositionen erfasst werden. Der Abstand der Fokusebenen entspricht dabei meist der halben, gelegentlich der vollen Schärfentiefe des Objektivs, d. h. jedes Detail des Untersuchungsobjektes ist in mindestens einer Fokusebene scharf abgebildet. Für jede einzelne Fokusebene werden die bis zu mehrere tausend einzelnen Bildfelder über einen Stitching genannten Prozess zu einem einzelnen großen Gesamtbild zusammengesetzt. Dieses umfasst je nach Präparat bis zu mehrere tausend Megapixel. Der gesamt Vorgang wird in der Abbildung rechts verdeutlicht.
- Post-Processing: Das proprietäre Dateiformat des Slidescanners muss für die Verwendung in UDE BioSLiDES in geeignete Datenformate übersetzt und weiterverarbeitet werden. Ein besonderer Knackpunkt hierbei ist die Größe der einzelnen Fokusebenen, da diese größer sein können, als es Standard-Bilddateiformate wie JPEG oder TIFF erlauben. Um die Nachnutzung der Bilddaten zu erleichtern, werden die verschiedenen Ebenen zusätzlich mittels Focus Stacking zu einem Extended-Focus-Bild vereint, welches das Untersuchungsobjekt über seine gesamte Tiefe in einer einzigen Bildebene scharf darstellt. Weiterführende Informationen zum Präparat, der Präparation, der Mikroskop-Optik sowie Annotationen müssen zum Teil händisch erfasst und integriert werden. Für die einzelnen Verarbeitungsschritte kommen eine Reihe von Open-Source-, kommerziellen und selbst entwickelten Software-Tools sowie offene Dateiformate wie JPG, (Big)TIFF und JSON zum Einsatz.
- Visualisierung: Der Präparate-Viewer wurde eigens für UDE BioSLiDES in JavaScript/HTML entwickelt und basiert auf einer Reihe von Open-Source-Tools und Frameworks; als Basis für die Visualisierung dient OpenSeadragon, welches wir eigens um die Funktionen für das Durchfokussieren erweitert haben. Darüber hinaus integriert der Viewer die Anzeige von textbasierten Informationen und Annotationen (realisiert über Annotorious ) und ermöglicht eine vielfältige Interaktion mit dem digitalen Präparat.
- Knackpunkte: UDE BioSLiDES erforderte die Entwicklung einer Vielzahl unterschiedlicher Software-Tools, Hauptproblem ist aber die Handhabung der gigantischen Datenmengen, welche bei der Produktion der digitalen Präparate anfallen. Das aktuell umfangreichste Präparat umfasst 236 Gigapixel (über 250 Milliarden Pixel) in Form von 90.000 einzelnen Dateien von insgesamt ca. 32 GB Größe; alle über 200 Präparate zusammen umfassen ca. 1,6 TB verteilt auf über 2.000.000 Dateien.