2019年11月8日 星期五

國之北疆,馬祖紀行,自然景觀

三山據點的柱狀節理

馬祖與台灣距離僅二百多公里,但地形地貌與同為海島地形的台灣西部海岸截然不同,其地質屬於火成岩,以花崗岩為主,原本是片沉睡在地底的岩層,後來經過地殼變動、隆升而起成為矗立在海中的列島。雖然早已從照片中見過些丘陵,但初次登島仍會被當地陡峭的崖壁,蕭瑟的地景震攝。

遠方望向島嶼,盡是連綿不絕山頭


島嶼面積不大,背包客多是租摩托車代步(每天租金五百元),公路配合著山勢起伏,常有險升和險降坡,但道路狀況極佳,上山下海都很方便。今日雲層濃密,東北季風強勁,獨自一人騎在荒野間,舉目四望,四處無遮蔽,視野輕易就能跨越山頭,到達非常遙遠無邊際彼方。

近海部分,海浪常在高低潮水位的高度拍打著岩石,沿著堅硬不同的岩層進行,侵蝕出許多特殊海蝕地景。走在東引后澳,就能完整觀測到海蝕洞,當海蝕洞持續切穿,就變成海蝕門,再繼續切斷原本與陸地連接的岩石就形成孤立於海上的礁岩或海蝕柱。

永不停歇的潮水

海蝕門

東引的磯釣客

除了海浪侵蝕,還有許多特殊地景是由節理所造成,規模較大的節理從海水面延伸到山壁上,形成大量幾乎垂直的海蝕崖,搭配著強勁海風,呈現出粗曠、豪邁、蕭瑟的氣息。




東引一線天,類似北歐奇跡岩(連結)

每到春季五六月,這些垂直的海蝕崖因為地勢險惡,動物難以靠近,就成為燕鷗(連結)築巢最佳地點,最著名的就是號稱神話之鳥的黑嘴端鳳頭燕鷗,吸引了大批熱愛賞鳥人士來此朝聖。連結。

季節不對,只能拍裝飾品了

隨著裂隙不斷加寬,就會變成像是列女義坑或是三山據點的特殊景色。而更大的澳口,就會是港灣。這裡地勢較為平緩,適合漁船進出,自古也就是先民聚居之處。

東引烈女義坑

一灣一澳,都經過大自然鬼斧神工雕琢
而四處環繞的海洋,則是孕育出各式海中生物的場所,以往漁業資源豐富,帶動馬祖漁民收入,近幾十年來,數量大幅減少,只剩下少數人工養殖的淡菜和花蛤。

傳統漁船

近幾來,一種會在夜間發出螢光的夜光蟲,因將海水染成藍色,被當地人稱為藍眼淚,在台灣造成風潮。這些夜光蟲以植物性浮游生物為生,每年四到九月在海岸邊聚集,並隨著海潮漂動,當其隨海浪撞擊岸邊石塊時,就會發出螢光,此現象在朔月前後,環境無光時特別明顯。

現在已是十一月,氣候寒冷不適合夜光蟲生長,遊客仍然有機會體驗到藍眼淚的魅力,第一種是在南竿藍眼淚生態館(連結),內有一池人工養殖夜光蟲,第二種是在南竿北海坑道內,因為此地與大海隔絕,海水溫度仍能維持少量藍眼淚,遊客撥水就能在水中看見光影痕跡。

顯微鏡下的夜光蟲

總結來說,雖然僅停留幾天,也只踏上東引和南竿兩島,但對島上自然景觀深感著迷,尤其當東北季風吹起,那種蕭瑟荒涼好像喚起內在某種情緒,深深吸引我的心。


而且最近在蒐集冰島旅遊資料,更自然會將兩者相互比較,兩者的自然景觀,其實非常類似。藍眼淚不就是極光嗎?燕鷗不就是Puffin嗎?所以真心推薦給每一位喜愛自然的人,務必來此看山、看水、看燕鷗、看藍眼淚。

2019年11月5日 星期二

號稱最「硬」的馬祖馬拉松

南竿仁愛國小加油團

根據運動筆記統計,大家心目中覺得最硬的賽事前三名(連結)分別為,合歡山馬、馬祖馬、石碇馬。繼去年順利挑戰合歡山馬(連結)後,今年目標,順理成章就是第二項的馬祖馬拉松,而這同時也是個人第五場全馬。

馬祖馬拉松(連結)的全程路線皆為丘陵地,雖然不是合歡山馬拉松連續爬升的長上坡,但全程總上升仍有一千一百多公尺,如此驚人的爬升量,就算是平均分布,也能想像每一個上坡都是能讓人跑到哭出來的堅難,整場比賽下來上上下下的,肯定沒多久就跟著爆掉了。再加上全馬是跑兩圈,同樣路線重覆第二次時,內心戲一定很多啊。

上升一千一百五十公尺

我是性喜設定目標、計畫、練習,和執行的個性,活動三四個月前就擬定訓練計畫,也執行一段時間,無奈途中身體有些狀況,足足有一個月沒法跑步,所以直到活動前幾天,都還在擔心能否完賽。

十一月二日當天,氣候溫和、無風無雨,六點五十分起跑,混在人群中緩緩前進。開始的路線是平緩且秀麗的觀海路段,邊跑邊拍照,沿途除軍方南竿守備大隊動員的義務役加油隊伍,更有巨大媽祖神像看顧前進。

媽祖在馬祖

好景不長,過馬祖村後就是個陡上坡。平時或許就這麼衝上去,但看到附近跑者在走,自己不知不覺也就容易走起來,這也印證了看人跑時自己不一定能跑,但當步兵則會傳染的名言。所以,能力範圍內最好開始就在較前面群組,雖然累但會有較好成績。

馬祖村至北海坑道沿途經過勝天公園、津沙聚落(民宿地點)、鐵堡、仁愛村,雖然有些起伏,但前面美美馬尾和右側壯麗海景,讓這些都維持在可接受範圍內。但坑道後的超級大魔王,短短距離就跳升一百公尺,又讓我下馬變成步兵。還好上到頂端視野遼闊,又能繼續再戰。

勝天路景緻

突然路線一轉,進入平常沒開放的南北坑道,軍方在坑道外堆置迷彩沙包掩體、搭建偽裝網、內部則製作仿真假人衛兵,軍事裝備陳展,搭配助陣加油聲,讓人更有力氣向前跑去。

坑道展示

到這也不得不提到,軍方配合馬祖縣政府,每年馬拉松當天,都提供許多實體軍事展示,例如120迫砲、T82雙管20mm機砲、雷霆2000多管火箭,都展現了前線陣地濃厚戰地氛圍及景緻,也是馬祖馬拉松特殊亮點。

120迫砲

防空機砲

雷霆2000

之後再由馬祖高中經縣政府,由復興村延北部濱海線回到起點,繼續第二圈賽事。這次不意外,心中內心戲頗多,尤其當前後方都只有我一名跑者時,跑來更是孤單,上坡時用緩走的機會越來越多。前後始終有個號碼牌(連結)。還好有足夠補給和加油聲,支撐我最後五小時左右完賽。總合排名在前四分之一,自己非常滿意。

第五個全馬

晚上回到民宿,室友們都是跑者,特別容易聚著分享慢跑經驗,也感謝民宿主人特別拿出老酒品嘗。女全馬總六和女半馬總六,提到慢跑是只有累積沒有奇蹟的活動,更不約而同對得名後為維持名次的壓力,以及高處不勝寒的心聲,都讓人省思。

當晚在民宿聊天

檢討自身五次全馬經驗,身體似乎已習慣其節奏和強度,若能维持目前練習模式,上場時記得脚步放輕並接受當短暫步兵,往後各種路線,應該都能順利完賽。

回首三、四年前從不運動的我來說,今天卻能挑戰馬組馬拉松如此艱難的任務,細數這些往事真覺得不可思議,除練習外,更多是願意勇敢挑戰自己的心。未來除工作,我還想挑戰更多的事情,單車一日雙塔,瑞士山區健行,離島海泳等,韶光易逝,且看後續。

現在放棄 終點就到了

全馬紀錄
1st 2017 新社 櫻花馬拉松 (連結)
2nd 2017 新埔 遠東紡織馬拉松 (連結)
3rd  2017 寶山 寶二水庫馬拉松 (連結)
4th 2018 埔里 合歡山馬拉松 (連結)
5th 2019 馬祖 馬組馬拉松 (連結)

2019年10月22日 星期二

新時代非侵入性檢測儀器OpenWater

如果我們能夠用數位方式捕獲散射光線,並且重新建構組織原始形貌,就可以做出許多有趣的事情。最讓人振奮的應用應屬這篇無誤( OpenWater  Mary lou Jepsen )。

微型模組

約莫半年前,得知這個系統的存在,就開始筆記,概念上,它應用近紅外光可穿透人體特性,為身體組織內打光。但是當組織內的光散射成一大片時,是無法分析的。也因此推測,因為越深入身體組織,光線散射程度越高,可蒐集資訊越少,所以他們的展示品做成環繞身體的束帶形狀,每個部位僅蒐集附近區域訊息。

第二步驟,利用超音波會改變光的特性,經由控制在身體內不同位置聚焦,原本身體內瀰漫的紅色散射光,在聚焦點上,會有相位變化(影片中提到變成黃色散射光,似乎不可能吧)。本系統與超音波息息相關(連結),這種發射聚焦的特性,在OpenWater系統中扮演很大作用,能為組織中某個特定區域,提供高能量,影像光波長改變。

第三步是,排除所有紅色光,僅分析黃光(同上述,非常質疑理論可行,文中稱為wavelength shifter),重建該區域立體資訊。重複第二步動作,同時調整對焦位置,進行C-Scan,如此重複進行,就能得到整個區域的立體資訊。對於捕捉散射光,似乎可以再參考下面內容。

例如Monte Carlo光路模擬,下圖是25個紅外630 nm光子在食道組織的散射模擬,部分由表面逃逸,也有許多進入深層被吞噬。GITHUB上有完整範例程式(連結)。

連結

同時也有人試著利用這個特性,嘗試由散射結果,反向重建原本組織結構,如下圖,類似概念應該也就上述的原理(Monte Carlo模拟肠道组织的非接触式漫反射光谱)。


連結 連結

回到Openwater簡報內容。

連結

下面是2018年某個演講摘錄畫面(連結),已經可以分析和重建躲藏在盒子中的組織,且精度為0.5mm。雖然始終沒找到相關技術文件,還不能確定可行性,但僅僅"感到"科學技術的進步,就讓人振奮不已。網路上中文且探討這項技術文件不多,可參考交大黃俊榮(老婆臉友)文章(連結)。

最近陸續看到PATENT資料,認真參考,連結1 連結2 連結3  PATENTS的列表(連結) 挑了一篇看(連結),有些觀念要澄清,例如是打出全息圖案,接收的原理應該是聲光衍射(連結),無透鏡系統(連結)。

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因著2024他們開放更多資料,初步看了一下,上述技術被公司稱為Holographic Acousto-optic Imaging,是四個項目之一(其餘為lensless搭配雷射,超音波治療,機器校正),詳細內容如連結。扣除校正這種輔助項目,此種Holographic Acousto-optic Imaging全像功能的開發似乎停擺了。連結

The Openwater Holographic Acousto-optic Imaging setup is a novel imaging modality employing both optical and ultrasound modalities to provide the functional information of near-infrared spectroscopy and spatial sensitivity of ultrasound. These devices have been used in a variety of pre-clinical studies.

Holographic acousto-optic imaging works by first directing light from a laser beam into tissue. When this light travels inside the tissue, it will be rapidly diffusely scattered and ultimately make it challenging to obtain any structural information from it. However, when an ultrasound beam’s focus is placed within the tissue at the same time, the laser light that crosses that focus region will be shifted to a very slightly different wavelength, this essentially ‘tags’ the light. By using lasers with very specific properties (notably high coherence), one can sort out this ‘tagged’ light from all of the other light exiting the tissue by holographically recombining it with some of the original laser light, similarly shifted in wavelength. Thus, holographic acousto-optic imaging can provide useful functional information at great spatial detail. This has been diagrammed in the image below. By moving the ultrasound focus across the entire tissue area, one can generate a 3D image of the functional properties of the tissue. Greater detail on the Openwater holographic acousto-optic image setup can be found in the hardware and software repositories on GitHub.


從資料看,他們重點放在後續兩項。2024/2/16資料:公司專注於雷射和lensless結合。Blood Flow OPEN MOTION 3.0(連結),屬於非侵入性偵測裝置,如圖。

呈現結果是連續性的數值而非三維空間影像。雖然不是醫學專家,但基於腦部血流並沒有絕對值,單一數字能代表什麼呢?

The technology of Openwater Blood Flow devices is a novel method that utilizes light to measure and quantify blood flow within tissue. The technology utilizes highly refined laser light, emitting an extremely narrow range of wavelengths for very brief periods of time. As this specific type of light passes through tissue, its properties can be altered by the flow or movement of blood. Once the light exits the tissue, detecting and quantifying the small changes in flow is achieved by illuminating the transmitted light onto sensors with numerous tiny yet highly sensitive pixels. To accomplish this all, the technique employs simple, yet very sophisticated lasers and sensors that are either already in production for, or under development for, the mass market consumer electronics supply chain. This ultimately allows the device to be scaled down in cost dramatically compared to any other medical device, while providing unique and important biological information. Additional details on this technology and its application to stroke diagnosis can be found below:

2024/2/16資料:公司專注於超音波治療。使用機器OPEN-LIFU(連結)。看描述就是個可定位的超音波轟擊器,對象是腦部。值得注意是過程中需要外部機器例如MRI和CT輔助取得三維空間的資料庫,才能對比進行轟擊(這和腎結石碎石有什麼不同嗎?)。

因為是侵入性治療,過FDA的程序繁雜。功能包括了兩個,Neuromodulation和Oncolysis。The Open-TFUS Neuromodulation Platform is an ultrasound system that transmits focused ultrasound beams into a subject’s brain with the intention to be able to treat a variety of neurological diseases. The device works by uniquely employing a small array of low-frequency ultrasound transducers in order to precisely steer a small amount of energy to target regions within the brain. This platform has been used in a human clinical trial for depression.

The Openwater Preclinical Oncolysis Prototype is a therapeutic ultrasound system that uses low-frequency ultrasound with specific acoustic parameters in order to specifically target cancer cells while sparing surrounding healthy tissue. This platform has been used in a preclinical small animal study, demonstrating its performance.

2019年10月18日 星期五

與OCT的初體驗


左手食指表面(左)的OCT成像(右)

OCT是以光干涉現象為基礎的延伸應用,初期侷限在眼科視網膜細胞組織分析,近十年,隨著技術發展,逐漸往內視領域和組織觀察方向發展,範圍越發廣泛。

當我第一次瞭解到這項技術時,就對這項能夠在不破壞被觀察物體、不染色狀況下,即可一次觀察到數豪米內細胞排列,感到十分著迷。就如同,虎克透過顯微鏡揭開了自然世界面貌,自然科學的進步總是從觀測技術的突破開始,OCT的確有機會成為醫療檢測新利器。

這次參觀交大光電實驗室,實際接觸OCT,尤其是以元件層次而非商業成品觀察牠的運作,再加上專家解說,更當場伸進左手食指,直接在螢幕上看到論文中常出現的立體影像,收穫實在豐富。資料整理如下。

系統為SS-OCT,因為都是以元件形式連結,整個環境就像是大型樂高平台,光學工作板上插滿著台座及光纖軸線,完全就是光電所該有的樣子(笑)。值得一提是,幾乎所有的實驗元件都是購自THORLABS。

光學工作桌面

這團實體的對映架構圖如下。並且列出各元件資料。

照片翻拍自實驗室碩士論文

掃頻雷射(swept laser source):品牌Santec型號HSL-20(連結),中心1310nm,售價可能數十萬,專家特別提到機器有特殊Trigger可以通過DAQ讓PC開始運作。Santec其他雷射裝置(連結)。


光路:中間傳導部分都是光纖,接口應該是FC。

Coupler:分光功能,應該是類似beam splitter,光纖系統則是使用Coupler,每個至少上萬元(連結),THORLABS資料庫可以依照波長和不同分光比例(50:50 75:25 90:10 99:1)依照需求購買。


目前系統使用三種不同Coupler,1:99的目的是提供系統觸發點開始運作。20:80的目的是將20送入參考臂,80送入觀測處。50:50的目的是減少雜訊(這部分聽不懂)。

APD:型號PDA05CF2(連結),內為InGaAs,可將光訊號轉為電訊號,價格同樣萬元起跳。


參考臂:設計上,光纖點光源會由透鏡轉為平行光,並在端點又經過透鏡聚焦,再經反射鏡反射。下圖中左方是光纖,側邊是透鏡,平行部份約三十公分左右。類似透鏡也應用在樣品臂。另外,網路上有販賣FC接口的準直接環,應能將左邊透鏡合併。



賣場位置 連結 連結

調整光角度:因為要能對二維平面進行掃描,使用THORLABS GVS002(又噴了六七萬吧(連結)。

對焦:樣本臂上附有透鏡,調整其位置可直接影響樣品對焦平面,也就是說,OCT也是有對焦的功能。

光纖環型器:Fiber Optic Circulator,想當然耳,又是上萬元的零件(連結 連結),對我來說,這個元件是新的概念,相關原理如連結。

PDB:原本以為PDA就可以,沒想到跑出個PDB,英文名稱是Fiber Coupled Balanced Amp,猜測具有訊號抑制的功能。他們使用的型號是THORLABS PDB480C-AC(連結),六萬左右。


主機:程式LABVIEW,以DAQ CARD接收掃頻雷射和PDB的訊號,並且製圖。

整個架構,是由學理、器材選擇知識和金錢三方面累積起來,進入門檻頗高。作者提到,這是實驗室累積幾年的成果,目前以應用為主,包括和醫院合作分析正常與癌組織切片差異或是觀察腦部皮質細胞。後續可以朝提高解析度發展。

2019年10月15日 星期二

窄頻影像(Narrow Band Imaging, NBI)

窄頻影像,可看作是一般消化道內視鏡的加強版,它能強化原本影像中血管位置並提供深淺資訊,根據文獻內容,類似的血管分佈資訊能協助有經驗的醫師,發現肉眼不容易看見的病灶。

從學理上分析,窄頻影像使用到兩項生物組織光學特性。

一、減少紅光(紅外光)的干擾:下圖是各種不同波長光線,可深入人體組織距離資料,從圖中可以看出,組織對紅光和紅外光的吸收能力最強,綠光次之,藍光最弱。而紅(外)光進入人體後,又會產生大量散射,所以窄頻影像第一點就是遮蔽(不發出)紅(外)光。

組織與不同波長光現關係(連結)

綠光可以看到較深層組織,藍光則是觀察淺層組織。

綠光與藍光的層次關係(連結)

二、血紅素吸收特定光譜:"血紅素"會吸收特定波長,尤其是藍光 415 nm與綠光 540 nm,因此若僅照射此二波長光線,調整過的光穿透黏膜後,藍光凸顯表面微血管的型態,綠光則凸顯較深層的血管。而血管部分就會呈現黑色而突顯出來。

去氧血紅素與含氧血紅素之光吸收頻譜分布圖(連結)

依照此概念,我們開始進行實驗。下圖是舌頭下方利用不同波長LED光線(連結)所拍攝圖片,大致能對應上面提到的學理基礎。

白光 遠紅 紅 綠 藍 紫


2019年10月13日 星期日

展覽:北美館2019【池田亮司】展


台北市立美術館展出池田亮司大型個展,諾大展間中,以單純的電子原音,搭配灰、黑、白三者簡明視覺圖像,鋪設出快速流動的線條,引發強烈的視覺與聽覺感官體驗。

進入展場,迎面而來是由高亮度白光照耀的碩大、完整黑洞,閃光下,球體似乎在與喇叭傳出的壓縮音樂抗衡,初次來到都會不自主的加速通過。第二次再觀賞,才有餘裕以慢動作錄影下超現實,幻彩多變異世界氛圍影片。



更往裡走,是由三座大型投影幕構成,影像與聲音綜合藝術。視覺上,黑和白構成的文字瀑布流,表現出現代人無時無刻接收著流動的訊息,好像生活中四處可見的文字、資訊、數據、簡報圖表,又或者捷運的路線圖,股市漲跌K線等等,龐大的視覺資訊充斥四周,強迫我們吸收,更不斷創造無力感。

展覽畫面抓拍

放大後,文字形成的瀑布流

聲音上,與古典音樂不同,電子音樂將各種類比聲波,並經由效果器重新處理,組合成為新的聲音,打破傳統音樂之節奏、旋律、和聲組合,像是對長久以來文明累積下的集體聽覺意識,重新進行省思。如此深入內心的聲音,更能引起神經層次的共鳴。就像女兒一直說,這裡面沒有大道理,反而覺得舒服。


不能免俗,在這展間也是得玩慢動作錄影。


最後展間展出作品macro,據稱是池田亮司在歐洲CERN粒子加速器中心駐村時作品,顏色多變且豐富,充滿更多宇宙塵埃與粒子散射的感受。


縱觀展出作品,均是依賴電腦科技和電子材料迅速發達,影像和聲音都大量進入數位化,經過複製、重組、拆解的技巧,將聲音特性、頻率重新解構,再以極簡圖像或者數字重新呈現,創造出多采多姿不同樣貌與風格的作品。( 音樂可參考專輯Ryoji Ikeda - data.matrix   headphonics  )。

對藝術、音樂、人文科學門外漢來說,這些巨大的投影、各種頻率與節奏的聲響、光影光束變換與閃爍,讓人覺得踏入了另一個時空,在其中,現實的時間與空間好像都消失了,身處其中,不斷在宇宙洪荒和微觀世界中切換著,習以為常的認知早已消失,僅剩下新興令人興奮的新世界。