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顯微鏡轉接拍照就靠這個啦!讓〈Reductive 疾速轉接器〉協助捕捉鏡頭下的世界

  • 文/洪郁真

以顯微鏡開啟一花一天堂的繽紛世界,是許多人求學時代難以忘懷的記憶。在教學現場之外,顯微鏡也是許多醫生或科學研究者必備的工具,但這項工具有個令人心癢難搔的侷限:如果沒有安裝專業而昂貴的的攝影裝備,要在顯微鏡上完成拍照跟錄影的工作,在隨身手機已經可比小相機畫素的年代,居然比把大象放到冰箱裡還要困難啊!

使用顯微鏡進行觀察,想來是許多人難以忘懷的經驗。圖/「Reductive 疾速轉接器」團隊提供

舉例來說,在醫院的工作現場,對顯微鏡使用比較多的科別來說,若能簡單的取得紀錄病症的影像對醫生後續的追蹤確認,輔助值班醫師快速了解病患目前的狀況,或是製作醫院內部的會議報告都有很大的幫助。那該如何簡化這本來複雜且麻煩的流程呢?用顯微鏡照相能不能像「打開冰箱、放進大象、把冰箱門關起來」一樣的直接,就只要「把手機放到顯微鏡上、喀喳、拍照囉」呢?

「Reductive 疾速轉接器」的研發正是為了要讓這樣場景變成可能!

要找到合適的轉接器比找到真命天子還難

突然報出了名號好像很威,但不就是個轉接器嗎?跟夜市買的一支九十九元的手機架喬一喬有什麼不一樣?這事情有那麼難搞嗎?Reductive 創辦人,眼科 Y醫師向泛科學團隊解釋,以眼科為例,可以轉接照相工具的專業裂隙燈顯微鏡所費不貲,顯微鏡可能就要 60 至 80萬以上,如果還要照相功能可能往上加 20 萬甚至更多。所以一家有二十多個診間的醫院,也許只有一台機器可以照相,醫生如需要影像紀錄,必須另外安排病患與攝影技術人員碰面。

如能在診間安裝的轉接器,就可以由醫師直接拍攝記錄病患狀況,不需另行安排影像紀錄。圖/「Reductive 疾速轉接器」團隊提供

由於影像記錄需要額外花費來回溝通的時間與心力,降低醫生的使用意願,這讓 Y醫生感覺十分可惜,希望能找出更好的方法改善照相紀錄的簡便性;畢竟有時「一張照片勝過千言萬語」啊。於是他開始搜尋文獻及網路教學,嘗試製作簡易的手機版顯微鏡轉接器(adapter),也從國內外訂購現成的高階目鏡轉接器;卻在拆拆裝裝與微調焦屏中,發現了兩個難題:

第一、光學系統中,光軸(Optical axis)是一條定義光學系統如何傳導光線的假想線。如果光線和光軸重合,光將會沿著光軸傳遞。為了準確對接光軸,要找到兩者間正確的水平位置和傾角。此外,兩個光學系統間的距離也很重要。有目鏡的光學儀器有「適眼距」的設計:當你的眼睛(或手機)靠近目鏡到某段距離時,可以看清楚另一端的影像。一旦兩者距離太遠或太近,就會導致出瞳 (exit pupil) 或入瞳 (entrance pupil),後方接收的畫面會出現明顯漸暈,無法完整看到顯微鏡的全部視野,但目前市面上的轉接器幾乎都無法真正解決這個問題。

第二、市售轉接器常見的使用情境為,使用者先以肉眼調整好顯微鏡的焦距,一個一個步驟把轉接器與手機裝在目鏡上、微調後再拍照。如果轉接器設計不良、穩定度不足,點觸控螢幕的瞬間或意外碰到桌面都可能導致畫面搖晃,根本是訓練使用者屏氣凝神老僧入定的神器。等好不容易照完了,要恢復用肉眼觀察時,只能將轉接器拆下,等下次要拍照時重複安裝與微調的步驟。

但對於需要連續觀察並且記錄的醫生、學生、研究者,或觀察快速移動物體,需要用敏捷的肉眼追蹤的人而言,無法快速切換肉眼與數位攝影模式的攝像系統,相當克難與不便。現有較完美的傳統解決方案就是將顯微分出第二或第三個光路接感光元件(CCD or CMOS),或用此多出來的光路轉接至相機或攝影機,價格十分昂貴,而且這種作法也無法利用不含分接光路的光學儀器。

在實驗室內的觀察,用轉接器就可以獲得昂貴攝像系統才能達到的基礎紀錄功能。圖/「Reductive 疾速轉接器」團隊提供

煩惱許久的 Y醫生,興起了「讓大家能用現成或手邊設備達到目的,降低成本又不失精確度」的念頭,希望透過功能越來越強的個人數位攝影裝置「智慧型手機」與更好的轉接器,幫忙那些苦於沒有足夠資金採買專業顯微鏡攝像設備的醫師及研究人員,最後造就了「Reductive 疾速轉接器」的誕生。

肉眼切換手機,快速又精準的關鍵是?

在工作空檔之餘,Y醫生著手分析各家產品的優缺,再融合自身使用經驗嘗試產品開發,這才發現想達到前面所說,讓光學系統相接後可以準確微調水平、傾角與距離真的沒有想像中簡單。

他為此持續學習 3D繪圖軟體與添購 3D列印設備,自己打模。為了讓產品更好,他請教了工業設計師與結構工程師,讓「Reductive 疾速轉接器」在調整角度與穩定度等結構層面、視覺與觸感的外型層面,以及工廠開模製作的量產層面都進一步完善。

過去轉接器的設計頂多考慮 X軸與 Y軸,卻沒辦法調整相機鏡頭與顯微鏡目鏡的傾斜吻合度調整,Y醫生苦笑:「即使是同一套顯微鏡與轉接器,想讓每個人每次安裝完都拍出同樣清晰的照片簡直就是在碰運氣,不可能全辦公室最會對焦的人隨時都在吧?」

他現場向泛科學團隊示範如何將 Reductive 疾速轉接器安裝於顯微鏡目鏡,再將手機「夾」至載台上,然後透過幾個精巧的設計,微調最關鍵的「Z軸」與手機的傾角,以及肉眼對焦完成後,將手機載台沿著滑軌向上一推,就定位後屏幕隨即跳出顯微鏡底下的畫面,且清晰明亮如肉眼直接觀察(小提醒,相機軟體需開啟M模式,不然你可愛的手機就會發揮「智慧」,使勁朝著目鏡裡頭對焦啊!),如果要切換下一個畫面,只要將手機推回原位即可。

幾秒鐘可切換一次的 Reductive 疾速轉接器,在實驗室中要做觀察與記錄轉換均十分方便。圖/「Reductive 疾速轉接器」團隊提供

除了要求穩定與符合人體工學外,Y醫生也考慮到各大品牌手機鏡頭位置有所不同或是側面按鍵可能卡到固定夾,設計出能讓使用者自己調整的彈性。

雖然專業攝影儀器對研究論文中需要的精密影像仍有不可取代性,但單純就醫院看診或研究工作,想在短時間取得大量又實用的影像,「Reductive 疾速轉接器」的便捷度與精確度都足夠了。不論是透過圖像加強與病人溝通,與其他專科醫生商討病例的診治,透過手機就能達成同樣的效果(當然要以維護病患的隱私為基礎),在教學示範與會議報告上都相當實用,有機會提升醫療品質與效率。

以 3D 列印製造出第一代「Reductive 疾速轉接器」原型後,Y醫師邀請醫療領域的朋友或同事試用,並從旁觀察大家安裝調整、上下推動軌道,切換肉眼與手機模式的速度。經過初步統計,從使用者開始在顯微鏡上安裝調整器與手機,到多次重複切換肉眼對焦與手機拍照的整套行為,近乎幾秒鐘可切換一次的Reductive 疾速轉接器,與傳統需要拆裝的轉接器相比,使用速度縮短了 20%~50%。

許多醫生使用後,對便捷性與精確性的回饋都很好,例如對眼科醫生而言,將Reductive 疾速轉接器裝在醫療診間的眼底鏡,就能在沒有系統輔助下,提供外眼攝影,以現代手機攝像鏡頭的水準,試用後可以清楚拍下眼周外部、角膜與水晶體等部位。

Reductive 疾速轉接器竟能成為追「鳥」神器?

但要說最讓 Y醫生驚訝的使用者回饋,大概是有賞鳥愛好的朋友一聽完他設計的轉接器,立即詢問:「賞鳥活動可能也需要,這可以裝在單筒望遠鏡上嗎?」

原來全台各地有許許多多的賞鳥人士或自然生態志工,會舉辦體驗活動,邀請大大小小的朋友體驗。這時主辦單位會準備好幾支單筒望遠鏡讓大家輪流欣賞,但在實務教學中,有時會發生人太多,望遠鏡太少,鳥又是活的,老師找到鳥兒的身影大家開始排隊輪著看,鳥等不及被太多人欣賞(?)就跑到別處去。此外,也遇過有些小朋友第一次接觸單筒望遠鏡,不知道該怎麼「看」。

除了顯微鏡,另外令人驚喜的是使用於賞鳥望遠鏡。圖/「Reductive 疾速轉接器」團隊提供

不過在使用Reductive 疾速轉接器後,賞鳥活動的主辦人或解說志工一旦找到了目標物,可立即透過手機屏幕,讓圍觀的群眾邊聽解說邊享受賞鳥的樂趣。如果幸運遇上長得很像但又不同種的鳥同框,主辦人還能在一旁拿出圖鑑,讓大家同時與螢幕上的鳥做比對。不但切換迅速,臨時遇上好畫面只要能輕點手機屏幕,就能立即留下豐富的生態影像資料。(當然,清晰度還是看你手機原本的相機夠不夠力)

不論你是在使用顯微鏡拍照上苦惱不已的醫生和菸酒生,或者會用望遠鏡賞鳥的自然系夥伴們,「Reductive 疾速轉接器」都是最萬用的選擇。產品正在 indiegogo 進行募資,構想設計製作以及最後寄送均 MIT 來自台灣!有興趣的朋友直接可以到募資頁面支持,或到 Reductive 臉書粉絲專頁及他們的 YouTube 頻道獲得更多資訊。

同場加映:沒有用過 indiegogo 嗎?請見樓下使用教學喔。

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