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高速攝影!記錄每秒4.4兆次的感動

昱夫
・2014/08/12 ・846字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 602 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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From Flickr. Credit: wandrerstefan

美國大聯盟在今年啟用了高速攝影重播來挑戰一般判決,網球比賽的鷹眼系統能夠分析球體路徑,甚至模擬、預測軌跡。高速攝影技術除了在運動競技中屢見不鮮,也時常被應用於科學研究,像是科學的「無人之境」— 超冷水液晶「肥皂」泡的振盪現象等等(當然,許多在科學上使用的技術,其時間尺度可不是運動競技用的攝影機可以相比的)。看到這裡不禁好奇,那世界上最快的高速攝影機在哪裡呢?

答案揭曉:日本慶應義塾大學(Keio University)和東京大學(University of Tokyo)的科學家們最近在《Nature Photonics》上發表了ㄧ款世界最快的攝影機[1],其拍攝頻率最快可以達到每秒4.4兆個影像。在此之前,最快的攝像方法是利用雷射光進行的激發-偵測技術(pump-probe),其原理是利用光線將系統打至激發態,在激發態上再利用一道偵測光測量其吸收度,得到物質在激發態上的性質(如下圖所示),此方法可以得到極短時間尺度的解析度,不過缺點在於每次實驗都只能記錄一個時刻的資訊,要建構一連串的時變影像往往需要多次的重複測量。

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Pump-probe技術。

日本科學家研發的這套新攝像技術STAMP(Sequentially Timed All-optical Mapping Photography),改進了過去的不足,它不只可以在單次測量內獲得完整的影像,其時間解析度也將近是第二名的1000倍,同時,在縮短拍攝時距的情形下,仍可維持一定的影像解析度(450 × 450 pixel)。

STAMP的出現,可以將許多研究帶入新的層次,像是觀測化學反應機制、晶體的內部振動(例如聲子)、電漿甚至是熱傳導,都可以應用其技術。目前,該研究團隊正著手於將裝置的體積縮小,未來在有效減少設備所需的空間後,預期該技術將可獲得更廣泛的應用性。

延伸閱讀:

參考資料:

  1. Sequentially timed all-optical mapping photography (STAMP), Nature Photonics (2014) DOI: 10.1038/nphoton.2014.163

資料來源:Japanese universities develop new world’s fastest camera [PHYS.ORG, August 11, 2014]

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昱夫
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PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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發明高速攝影,電影般的人生:邁布里奇誕辰──科學史上的今天:4/9
張瑞棋_96
・2015/04/09 ・1206字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

邁布里奇於 1978 年進行的馬匹高速攝影。圖/wikipedia

1874 年 10 月 17 日,劇評家拉金斯 (Major Larkyns) 走到平常玩牌的俱樂部門口時,一個人影擋在他面前。他警覺地問道:「你是誰?」人影冷冷地回答:「我叫邁布里奇,這是我老婆給你的回覆。」說完舉起槍朝他的胸膛開槍,拉金斯倒地不起。邁布里奇怔怔望著地上這個讓他戴綠帽的男人,直到警察前來逮捕。

俯首認罪的邁布里奇原本已準備接受法律制裁,沒想到企業大亨史丹佛(Leland Stanford, 沒錯,就是他創立了史丹佛大學)竟找了三位舊金山最厲害的律師來幫他辯護。律師與他討論辯護策略時,順便帶來一則口信:「史丹佛先生還等著你完成兩年前委託你的任務哪!」

邁布里奇沒有忘記。兩年前他已是小有名氣的攝影家,因此史丹佛找他去時,他原本以為是要幫他個人或家族成員拍肖像照,不料史丹佛開口竟然問了一個讓他丈二金剛摸不著頭腦的問題:「馬在奔跑時,四隻腳會同時離地嗎?」

他怎麼會知道?也不會有人知道吧;馬跑那麼快,根本不可能看得清楚。史丹佛先生說他相信答案是肯定的,希望邁布里奇幫他證實這一點。他可以提供賽馬和所需的資金,邁布里奇只要發揮他的攝影技術就行了。

史丹佛先生也未免想得太簡單了!一來底片曝光需要時間,再則每次拍完就得抽換底片,哪可能清楚拍到馬騰空的瞬間?但在史丹佛的堅持下,加上他自己也頗有興趣挑戰,他還是答應了。如今他身陷囹圄,又罪證確鑿,史丹佛先生真的相信他還有機會完成這項任務?

四個月後,陪審團接受邁布里奇是因為之前腦部意外受傷而性情丕變,害怕失去妻子才憤殺姦夫,算是正當防衛故予以無罪釋放。邁布里奇也開始著手改進相機的快門速度與底片上的感光劑,終於在 1878 年 6 月 15 日這一天,他用了 24 台相機,間隔 69 公分沿著跑道排成一列;跑道另一側則豎起標了距離的布幕作為背景;每台相機的快門綁上細線拉到跑道上由馬腳觸動,而成功拍下馬奔跑的分解動作,證實馬的四隻腿往內縮時同時離開地面──而非一般人所以為的在四肢伸展時離地。

邁布里奇完成了史上首次的高速攝影,之後還幫賓州大學拍了超過十萬張的相片,分析人類與各種動物的動作。高速攝影與顯微鏡分別在時間與空間上讓人眼得以突破生理上的限制,使我們大開眼界,更能看清萬物的本質,可說是科學史上相互輝映的重要發明。

邁布里奇也是定格動畫的鼻祖。他發明了環狀的「跑馬燈」(Zoopraxiscope),放上馬奔跑的定格相片,旋轉之後就會宛如看到馬在奔跑的影片(這應該就是跑馬燈這名稱的由來),而成為電影放映機的原型。

從英國移民來美國,在一次騾車意外中頭部受傷返回英國休養而學會攝影,因此回到美國後從書商轉為攝影家,又從殺人犯變成重要的發明家。邁布里奇戲劇化的人生完全就像一部電影呢!

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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單一相機的高速3D影像!
Scimage
・2012/09/06 ・419字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

三維的立體影像重在很多地方都有應用,像是模型的重建,物體大小或是物體表面量測等。各種的非接觸的方法雖然都已經發展很久,但是這些方法常常要依賴特殊的構造(雷射光點,多台攝影機等)常常不能高速的捕捉立體動態。

這影片介紹一種方式,利用投影機投影出有結構的圖案,再利用高速攝影機拍攝下來。投影出的圖形在不同曲度的表面上會產生變形,而這些變形就可以提供利用三角量測測距方法的基準,然後經由分析影像計算出每一點的距離。這樣的方式只需要一台投影機與一台攝影機,大幅減少了裝置上的難度。如果使用了高速攝影機,理論上就可以得到用超高速的立體影像,這在科學研究上有非常大的幫助,另外,同樣的方法也可以把圖型投影在顯微鏡下的物體上,這樣就同樣可以做出可以量測微小起伏的裝置!(類似的技術可以參考結構照明

轉載自 科學影像 Scimage