Gjør det usynlige synlig

Et kamera bringer fram skjulte hemmeligheter i en overflate: Kreftflekker i et ansikt. Kokainstøv i et lasterom. Likrester på bakken. Oppfinneren kaller det «PryJector».

Et kamera bringer fram skjulte hemmeligheter i en overflate: Kreftflekker i et ansikt. Kokainstøv i et lasterom. Likrester på bakken. Oppfinneren kaller det «PryJector».

Scene 1: En pasient er til utredning for malignt melanom – føflekkreft. Spørsmålet er om flekkene i ansiktet har utviklet seg til ondartede svulster, eller ikke. Dette avgjøres i dag ved å ta prøver, biopsier, av kroppsvevet. Men med det spesialdesignede kameraet gjøres følgende: Et bilde tas av ansiktet, og den optiske informasjonen sendes umiddelbart til et program som separerer og analyserer, for deretter å projisere et eget bilde tilbake på pasientens ansikt. Dersom noen av føflekkene er ondartet, vil disse lyse opp i en egen farge.

Scene 2: Narkotikapolitiet ransaker en leilighet, men finner ingenting. Utenfor står en kassebil parkert, den tilhører en av beboerne i leiligheten. Bilen er tom og nyvasket. En politimann åpner bakdøren og sveiper over rommet med spesialkameraet. Små flekker i en sterk farge lyser opp i et hjørne: Smuglerne var ikke grundige nok med rengjøringen.

Scene 3: Et fullastet passasjerfly har havarert på en åskam på vei inn for landing. Mange er døde, og likrester er spredt utover. Et helikopter sirkler langsomt over krasjstedet, like over tretoppene, mens et redningsmannskap sveiper over med kameraet. Forekomsten av likrester lyser opp i terrenget ved at kameraet projiserer kunstige farger på hvor de befinner seg.

Prototypen på et slikt kamera er under uvikling ved NTNU, og oppfinneren har søkt internasjonalt patent.

Inspirert av CSI

Det begynte med at en NTNU-professor benket seg i godstolen foran fjernsynsapparatet for å kople av med en

av verdens mest sette TV-serier. Professor Bjørn Alsberg ved Institutt for kjemi er nemlig en stor fan av «CSI.» Initialene står

for Crime Scene Investigation og har åsteds-granskere i helterollene.

– Det var de klassiske scenene fra åstedet som satte meg på ideen, forteller professor Alsberg.

– En tekniker sveiper over en mistenkelig vegg med en håndholdt lampe, og i det blå lilla lyset stråler de ellers usynlige blodflekkene opp. Da tenkte jeg at dette må kunne gjøres mer generelt, slik at det kan anvendes på langt flere felt.

Tusenvis av farger i hver piksel

Det teknologiske utgangspunktet er et hyperspektralt kamera.

Slike kamera skiller seg fra vanlige digital kamera ved at de kan ta opp et helt spektrum i hver piksel. En piksel er den minste informasjonsbiten i et digitalt bilde. I et fargekamera blir hver farge vist som en blanding av de tre primærfargene rød, grønn og blå. Teknisk sett er det de ulike bølgelengdene fra lyset som til svarer hver av de tre fargene, som absorberes og produserer en unik farge for den enkelte piksel.

– I et hyperspektralt kamera har vi absorpsjoner fra hundrevis eller tusenvis av «farger», sier professor Alsberg, og forklarer: – Årsaken til at jeg setter hermetegn rundt ordet farger, er at vi ofte bruker bølgelengder som et utenfor det synlige lyset, i dette tilfellet nært infrarødt. Ordet farge blir da ikke helt presist fordi det gjelder kun for hva som er synlig for det menneskelige øyet.

Illustrasjon: Mads Nordtvedt/NTNU Info

Illustrasjon: Mads Nordtvedt/NTNU Info

Kjemisk bilde

Når man, i stedet for tre, har flere tusen «farger» til rådighet, blir informasjonsmengden desto større. Men hvordan kan man bruke dette til å lage kjemiske bilder?

– Det viser seg at når vi sender lys med mange bølgelengder inn på et materiale, vil det fange opp lyskvanter med ulik energi i et mønster som er særegent for materialet eller stoffet vi ser på, forklarer Alsberg.

Dermed sitter vi med informasjon som dekker deler av det elektromagnetiske spekteret i hver enkel piksel. Ut fra dette kan vi konstruere et kjemisk bilde ved å benytte såkalte kjemometriske teknikker for å trekke ut den relevante informasjonen i hver piksel.

Typisk er slik informasjon enten konsentrasjonen eller tilstedeværelsen av en eller flere forbindelser. Kjemometri er et fagfelt som blant annet benytter multivariable statistiske teknikker for å analysere kompliserte data.

Tegner oppå virkeligheten

Slike hyperspektrale kamera eksisterer i dag. Professor Alsbergs bidrag er å designe et kamera som kaster tilbake dette kjemiske bildet og projiserer det på objektet som bildet kommer fra. Dette skal gjøres i sanntid.

– Det spektrale kjemiske bildet tegnes oppå objektet, og man fargelegger de forbindelsene man leter etter, sier Alsberg. Slike forbindelser kan være alt fra kroppsvæsker til narkotika, samt alle mulige kjemiske forbindelser som absorberer i det bølgelengdeområdet man benytter seg av.

Kameraet kan også stilles inn slik at det identifiserer fysiske egenskaper som for eksempel materialtetthet. Dermed vil det være mulig å avbilde sprekkdannelser og liknende i et materiale.

Den teknologiske utfordringen har vært todelt, forklarer professor Alsberg. – Det ene er å få projeksjonen til å sitte riktig, slik at overlappingen blir perfekt. Det andre er å få opp hastigheten i bildetakingen. Jeg regner med at det skal være mulig å få tatt flere bilder i sekunder om ikke lenge.

Av Tore Oksholen