AT412239B

AT412239B - Verfahren und vorrichtung zur manipulation mit proben

Info

Publication number: AT412239B
Application number: AT0164902A
Authority: AT
Inventors: Guntram Ing Schnetz; Heinz Dipl Ing Dr Redl; Kurt Dr Zatloukal
Original assignee: Oridis Biomed Forschungs Und E
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-11-25
Also published as: US20060147896A1; ATA16492002A; WO2004039938A3; EP1556476A2; WO2004039938A2; AU2003277936A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Manipulation mit Proben, insbesondere Gewebeproben, wobei aus Präparaten, insbesondere präparierten Gewebeteilen mit Hilfe von Nadeln an definierten Positionen Proben ausgestochen werden, welche Proben in freigestochene Löcher in Probenträ- gern eingebracht werden.

Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur Manipulation mit Proben, insbesondere Ge- webeproben, mit zumindest einer Nadel zum Ausstechen von Proben aus Präparaten, insbesonde- re präparierten Gewebeteilen an definierten Positionen und einer Steuereinrichtung zum Steuern der Nadel.

Unter den Begriff Präparate fallen dabei insbesondere menschliche oder tierische Gewebeteile.

Es können jedoch mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung auch andere Stoffe bzw. Substanzen, wie z. B. eingebettete Zell- oder Bakteriensuspensionen, aber auch Pflanzen bzw. Pflanzenteile untersucht und deren Proben manipuliert werden.

Für medizinische aber auch wissenschaftliche Zwecke werden häufig biologische Gewebe von menschlichen und tierischen Organen entnommen und nach einer Reihe von Präparations- und Verarbeitungsschritten verschiedenen Untersuchungen zugeführt, um beispielsweise Krankheiten oder Gewebsveränderungen zu erkennen oder Therapieverläufe beurteilen zu können. Das ent- nommene Gewebe wird dabei üblicherweise in Paraffin, Kunststoff oder ein anderes vergleichba- res Material eingebettet und aus diesem eingebetteten Gewebsteil eine oder mehrere gezielte Proben ausgestochen. Zu diesem Zweck werden mit Nadeln zylinderförmige Gewebeproben ausgestochen. Diese ausgestochenen Gewebeproben werden dann in entsprechend grosse eben- falls mit Hilfe von Nadeln ausgestochene Löcher in einem Probenträger eingebracht.

Der Proben- träger besteht auch meist aus Paraffin, Kunststoff oder einem ähnlichen Material. Darüber hinaus sind thermoplastische Materialien zur Einbettung von Präparaten, insbesondere Gewebeteilen, aber auch zum Einbringen von Proben bekannt, welche bei Zimmertemperatur gelförmig sind und bei tiefer Temperatur, beispielsweise bei -10 , fest werden. Mit solchen Materialien können insbe- sondere Gefrierproben hergestellt werden. Zum Freistechen der Löcher im Probenträger werden Nadeln verwendet, deren Aussendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser jener Nadeln entspricht, mit denen die Gewebeproben aus den Gewebeteilen ausgestochen werden.

Somit passt die ausgestochene Gewebeprobe exakt in das vorgefertigte Loch im Probenträger. Auf diese Weise werden sog. Gewebearrays oder Microarrays hergestellt, welche eine grosse Anzahl an nebeneinander angeordneten Gewebeproben enthalten. Aus den so hergestellten Gewebepro- benanordnungen werden meistens mit Hilfe eines Microtoms Schnitte angefertigt, welche histologi- schen oder pathologischen Untersuchungen zugeführt werden. Dabei können auf Probenträgern, welche beispielsweise eine Grösse von 3 x 4 cm aufweisen, einige hundert Gewebeproben ange- ordnet werden. Dementsprechend hoch ist die resultierende Anzahl von Einzelproben, die nach der Herstellung der Schnitte resultieren und ausgewertet werden müssen. Aufgrund der enormen Mengen an Gewebeproben sollte die Manipulation mit den Gewebeproben möglichst rasch und automatisiert erfolgen.

Zu diesem Zweck wurden Vorrichtungen zum Manipulieren mit Gewebepro- ben geschaffen, mit Hilfe derer solche Gewebeanordnungen möglichst rasch und mit möglichst hoher Genauigkeit hergestellt werden können.

Beispielsweise beschreibt die US 6 103 518 A eine Vorrichtung zur Manipulation mit Gewebe- proben der gegenständlichen Art, bei der mit einer Nadel Löcher in Probenträgern freigestochen werden und mit einer weiteren Nadel Gewebeproben aus präparierten Gewebeteilen ausgestochen werden, welche Gewebeproben in die freigestochenen Löcher in den Probenträgern eingebracht werden. Jene Stellen an den Gewebeteilen, an welchen Gewebeproben ausgestochen werden sollen, werden dabei in der Regel manuell ausgewählt, was den Manipulationsvorgang wesentlich verlangsamt. Darüber hinaus wird die Auswahl jener Stellen an den Gewebeteilen, an welchen Gewebeproben ausgestochen werden, meist nur unter optischer Kontrolle durch medizinisches Fachpersonal durchgeführt. Dabei können Gewebeschnitte der Gewebeteile zur Unterstützung der Auswahl der Ausstechpositionen herangezogen werden.

Die DE 198 15 400 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Probenaufnahme aus po- lymeren Trägermaterialien, bei der mit einer Vielzahl von Trennwerkzeugen, beispielsweise Stech- kapillaren die separat ansteuerbar sind, Proben hintereinander ausgestochen und danach gleich- zeitig auf ein Zielsubstrat abgelegt werden können. Die Vorrichtung ermöglicht die gleichzeitige Verarbeitung einer grösseren Anzahl von Proben. Weiters wird die Kombination der Probenaufnah-

me-Vorrichtung mit einem Bildaufnahmesystem beschrieben, durch welches eine Automatisierung und Beschleunigung des Probenaufnahmevorgangs möglich wird. Durch das Bild der Oberfläche des Präparats oder dergl. aus dem die Proben gestochen werden, kann die Auswahl der ge- wünschten Stechpositionen unterstützt werden.

Zur Unterstützung der Auswahl der gewünschten Ausstechpositionen an den Präparaten wer- den häufig von den Präparaten Schnitte und makroskopische Aufnahmen gemacht, die zur Aus- wahl der Ausstechpositionen vom jeweiligen Fachpersonal herangezogen werden. Dabei liefern derartige makroskopische Bilder nur geringe zusätzliche Information zu den Präparaten selbst.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Verfahrens zur Ma- nipulation mit Proben, insbesondere Gewebeproben der oben angegebenen Art, welches eine möglichst rasche Auswahl der gewünschten Ausstechpositionen ermöglicht und möglichst einfach und rasch durchführbar ist. Darüber hinaus sollen mit dem erfindungsgemässen Verfahren Proben hergestellt werden können, die möglichst hohe Qualität und Spezifität aufweisen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur Manipulation mit Proben, insbesondere Gewebeproben der angegebenen Art, welche eine möglichst einfache Auswahl und Definition der gewünschten Ausstechpositionen an den Präpara- ten zulässt und welche eine automatische oder teilautomatische Manipulation zulässt. Darüber hinaus soll die Vorrichtung möglichst einfach und kostengünstig aufgebaut und möglichst war- tungsfrei sein. Weiters soll die Vorrichtung für eine Manipulation einer grossen Anzahl von Proben geeignet sein. Nachteile des Standes der Technik sollen vermieden oder zumindest reduziert werden.

Gelöst wird die erste erfindungsgemässe Aufgabe dadurch, dass zumindest ein digitales, mikro- skopisches Bild eines Schnitts eines Präparats mit einem Bild der Oberfläche dieses Präparats überlagert wird, und dass auf dem überlagerten Bild Markierungen gesetzt werden, welche die gewünschten Positionen definieren, an welchen die Proben automatisch ausgestochen und in die Löcher der Probenträger eingebracht werden. Die Überlagerung zumindest eines digitalen, mikro- skopischen Schnittbildes des Präparats erleichtert die Auswahl der optimalen Ausstechpositionen am Präparat und erhöht somit die Qualität der resultierenden Proben und in der Folge auch die Qualität der Diagnose bzw. des Untersuchungsergebnisses.

Durch das Setzen von Markierungen an den gewünschten Ausstechpositionen müssen die Proben nicht sofort nach Auswahl einer bestimmten Position ausgestochen werden, sondern können diese nach Setzen aller Markierungen in einem automatischen Vorgang ausgestochen werden. Durch das Vorhandensein von mikrosko- pischen Schnittbildern des jeweiligen Präparats resultiert eine detaillierte Information für das jewei- lige Fachpersonal, welches die gewünschten Ausstechpositionen auswählt.

Da das Gesichtsfeld eines Mikroskops bei entsprechender Vergrösserung zu gering ist, um den gesamten Schnitt eines Präparats darzustellen, können die digitalen, mikroskopischen Bilder auch in Segmente aufgeteilt werden, welche vor der Überlagerung mit dem Bild der Oberfläche der Präparate zusammengesetzt werden.

Um die Qualität der resultierenden Proben durch optimale Information über das Präparat noch weiter zu erhöhen, ist vorgesehen, dass die digitalen, mikroskopischen Bilder der Schnitte der Präparate oder deren Segmente entzerrt oder von Artefakten befreit wird bzw. werden.

Um einen Ausstechvorgang nach dem Setzen aller Markierungen zu ermöglichen, werden die Markierungen bzw. deren Koordinaten zusammen mit einer Kennung für das Präparat in einer Datenbank gespeichert. Dadurch kann eine grosse Anzahl von Präparaten entsprechend bearbeitet und können Markierungen auf den Präparaten gesetzt werden und nachträglich in einem raschen automatischen Vorgang die entsprechenden Proben aus den Präparaten ausgestochen und in entsprechende Probenträger eingebracht werden, die danach den jeweiligen weiteren Untersu- chungen zugeführt werden. Die Kennung für das Präparat kann beispielsweise durch einen am Präparat bzw. dem das Präparat umgebenden Paraffinblock angebrachten Barcode oder dergl. gebildet sein.

Um die Auswahl der Ausstechpositionen noch mehr zu unterstützen, können für jedes Präparat mehrere digitale, mikroskopische Schnittbilder ausgewählt werden. Diese Schnittbilder, welche vor dem Manipulationsverfahren aufgenommen wurden, werden dabei ebenfalls zusammen mit der Kennung für das Präparat in einer entsprechenden Datenbank gespeichert.

Zum leichteren Setzen der Markierungen an den gewünschten Ausstechpositionen kann der

Darstellungsmassstab der Schnittbilder, Oberflächenbilder und bzw. oder Überlagerungsbilder verändert werden. Somit kann das medizinische Fachpersonal die interessierenden Bereiche vergrössern bzw. sich durch entsprechende Verkleinerungen des Darstellungsmassstabes einen Gesamtüberblick verschaffen.

Eine Vereinfachung des gegenständlichen Verfahrens wird auch dadurch erzielt, dass die Schnittbilder, Oberflächenbilder und bzw. oder Überlagerungsbilder verschoben und in ihrer Farbe verändert werden können. Durch Veränderung der Farbe können bestimmte Effekte erzielt werden, welche eine Beurteilung der Schnittbilder aber auch Oberflächenbilder bzw. Überlagerungsbilder erleichtern.

Zur optimalen Darstellung der Überlagerungsbilder kann gemäss einem weiteren Verfahrens- merkmal der Durchscheingrad der Oberflächenbilder in Bezug auf die Schnittbilder verändert werden. Dieser sog. Alphawert gibt an, wie stark das Oberflächenbild des Präparats im Vergleich zum digitalen, mikroskopischen Schnittbild des Präparats durchscheinen soll.

Weiters kann die Transparenz der Schnittbilder verändert werden, um eine optimale Darstel- lung der Überlagerungsbilder zu ermöglichen.

Um dem medizinischen Fachpersonal eine Information zum jeweiligen Präparat zukommen zu lassen, kann eine einer Kennung für das Präparat zugeordnete Patienteninformation oder dergl. zusammen mit dem Überlagerungsbild angezeigt werden. Diese Patienteninformation oder dergl. ist vorteilhafterweise ebenfalls in einer Datenbank gespeichert und wird zur Unterstützung des Vorgangs der Auswahl der Ausstechpositionen beispielsweise am Bildschirm angezeigt.

Die gesetzten Markierungen können entsprechend gekennzeichnet werden, was beispielswei- se durch eine fortlaufende Nummerierung erfolgen kann. Dadurch wird eine eindeutige Identifikati- on aller Markierungen möglich.

Um eine Auswahl von Ausstechpositionen auch wieder rückgängig machen zu können, können gesetzte Markierungen selektiert und gelöscht werden.

Um bereits ausgewählte Ausstechpositionen korrigieren zu können, ist es von Vorteil, wenn gesetzte Markierungen selektiert und in ihrer Lage verändert werden können.

Wenn den gesetzten Markierungen Kommentare zugeordnet werden, kann nachträglich bei der Auswertung der Proben die Diagnose erleichtert werden.

Den gesetzten Markierungen, welche einzelnen Ausstechpositionen der Proben entsprechen, können bestimmte Probenträger zur Einbringung der ausgestochenen Proben zugeordnet werden.

Wird von dieser Möglichkeit nicht Gebrauch gemacht, können beispielsweise die vorhandenen Probenträger sequentiell mit den ausgestochenen Proben befüllt werden.

Werden bestimmte Probenträger den gesetzten Markierungen zugeordnet, können darüber hinaus bestimmte Löcher in diesen Probenträgern den Markierungen zugeordnet werden. Dadurch kann eine eventuell für nachträgliche Untersuchungen der Mikroarrays bzw. Gewebearrays vorteil- hafte Anordnung der Proben erreicht werden.

Um später bei der Untersuchung der aus den Gewebeproben hergestellten Schnitten eine ein- deutige Zuordnung der einzelnen im Probenträger angeordneten Gewebeproben zu erzielen, ist vorgesehen, dass die Löcher für die Gewebeproben in dem Probenträger in einem Muster ange- ordnet werden, welches Muster durch Anordnung der Löcher in Form eines Binärcodes gebildet ist.

Dadurch wird eine eindeutige Zuordnung der Proben erzielt. Dadurch wird verhindert, dass der Glasträger mit dem Schnitt der Probe durch Umdrehen des Trägers oder Drehen des Trägers falsch zugeordnete Messergebnisse liefert. Natürlich lassen sich die Proben in vielen verschiede- nen Mustern anordnen, welche die Richtung des Mikroarrays eindeutig festlegen.

Um zu erzielen, dass die Proben mit einer vordefinierten Stechtiefe aus den Präparaten ausge- stochen werden, ist vorgesehen, dass vor dem Ausstechvorgang die Position der Oberfläche der Präparate detektiert wird und die detektierten Positionswerte zusammen mit einer Kennung für die Präparate gespeichert werden. Üblicherweise haben die Präparate unterschiedliche Höhe, so dass zur Erzielung exakter Ausstechtiefen deren Oberfläche detektiert werden muss. Durch die Speiche- rung der Kennung für die Präparate zusammen mit dem detektierten Positionswert der Oberfläche kann ein automatischer Manipulationsvorgang für eine grosse Anzahl von Präparaten gestartet werden.

Die Detektion der Oberfläche kann auch bei den Probenträgern, in welche die Proben einge- bracht werden, durchgeführt werden. Dadurch wird erreicht, dass die im Probenträger herausge-

stochenen Löcher immer im Wesentlichen exakt gleich tief sind, so dass die ausgestochenen Proben exakt in die Löcher des Probenträgers passen. Dabei werden die detektierten Positions- werte der Probenträger ebenfalls zusammen mit einer Kennung für die Probenträger gespeichert, so dass sie beim nachfolgenden automatischen Manipulationsvorgang verwendet werden können.

Vorteilhafterweise kann die Stechtiefe der Ausstech- und Freistechvorgänge ausgewählt und den Markierungen zugeordnet werden. Dadurch können für unterschiedliche Ausstechpositionen unterschiedliche Stechtiefen definiert werden bzw. für unterschiedliche Präparate unterschiedliche Stechtiefen gewählt werden.

Nach dem Setzen der letzten Markierung am letzten Präparat wird der automatische Ausstech- vorgang gestartet. Dabei werden nacheinander die Präparate unter der Ausstechnadel positioniert und an den gespeicherten Ausstechpositionen Proben ausgestochen, welche danach in die dafür vorgesehenen Löcher der entsprechenden Probenträger eingebracht werden. Der Ausstechvor- gang kann für eine grosse Anzahl von Proben automatisch und rasch durchgeführt werden.

Um die Nadel von Verunreinigungen zu reinigen, kann diese nach zumindest mehreren Aus- stechvorgängen automatisch gereinigt werden. Zu diesem Zweck kann die Ausstechnadel aber auch die Freistechnadel automatisch zu einer Reinigungsstation geführt werden, wo sie mit ent- sprechender Reinigungsflüssigkeit und Druckluft gereinigt werden kann.

Die zweite erfindungsgemässe Aufgabe wird durch eine oben genannte Vorrichtung zur Manipu- lation mit Proben, insbesondere mit Gewebeproben gelöst, bei der eine Kamera zur Aufnahme von Bildern der Oberfläche der Präparate, weiters eine Einrichtung zur Überlagerung der aufgenom- menen Bilder der Präparate mit in einem Speicher abgelegten digitalen, mikroskopischen Bildern von Schnitten dieses Präparats, weiters einer Anzeige zur Darstellung der Überlagerungsbilder und einer Einrichtung zum Setzen von Markierungen zur Festlegung der definierten Ausstechpositionen vorgesehen ist, welche mit der Steuereinrichtung zur Steuerung der Nadeln verbunden ist.

Durch die Kamera zur Aufnahme von Oberflächenbildern der Präparate und die Einrichtung zur Überlage- rung der Oberflächenbilder mit den mikroskopischen Schnittbildern, kann die Auswahl der ge- wünschten Ausstechpositionen unterstützt und beschleunigt werden. Dabei wird die Einrichtung zur Überlagerung der Bilder vorzugsweise durch einen Rechner gebildet. Nach der Festlegung der definierten Ausstechpositionen können die entsprechenden Steuereinrichtungen zum Steuern der Ausstechnadel entsprechend angesteuert werden, wodurch eine automatische Manipulation mit den Proben resultiert.

Da mikroskopische Bilder, die detaillierte Informationen über spezifische und fokale Verände- rungen des Präparats, insbesondere Gewebsveränderungen, beinhalten, eine entsprechend hohe mikroskopische Vergrösserung benötigen, kann, aufgrund des eingeschränkten Bildausschnittes digitaler, mikroskopischer Bilder, in der Regel nicht ein gesamtes Präparat bei Erhaltung der mikro- skopischen Detailinformation in einem Bild dargestellt werden. Dies erfordert die Darstellung eines Präparats in mehreren Segmenten, welche jeweils mit dem Bild des Paraffinblocks überlagert werden können. Darüber hinaus kann eine Einrichtung zum Zusammensetzen der digitalen, mikro- skopischen Bilder aus mehreren Segmenten vorgesehen sein. Diese Einrichtung kann ebenfalls durch den bereits oben genannten Rechner bzw. einen gesonderten Rechner oder dergl. gebildet sein.

Durch die Überlagerung mehrerer Bildsegmente, die unabhängig voneinander positioniert wer- den können, ist es auch möglich, Verzerrungsartefakte, die bei der Herstellung histologischer Schnitte entstehen können, auszugleichen.

Üblicherweise ist zumindest eine Nadel zum Freistechen von Löchern in Probenträgern, in wel- che die ausgestochenen Proben eingebracht werden, vorgesehen.

Vorteilhafterweise ist eine Datenbank zum Speichern der Markierungen bzw. deren Koordina- ten zusammen mit einer Kennung für das Präparat und allenfalls einer Patienteninformation oder dergl. vorgesehen. Diese Datenbank kann beispielsweise in einem Rechner, der bereits die Ein- richtung zur Überlagerung der Bilder repräsentiert, integriert sein, aber auch extern angeordnet sein und mit entsprechenden Datenleitungen mit der Rechnereinrichtung oder dergl. verbunden sein.

Um eine optimale Auswahl der gewünschten Ausstechpositionen zu erzielen, können Einrich- tungen zur Änderung des Darstellungsmassstabes, zur Änderung der Orientierung, zur Verschie- bung oder zur Änderung der Farbe der Schnittbilder, Oberflächenbilder und bzw. oder Überlage-

rungsbilder vorgesehen sein.

Um das Überlagerungsbild optimal einrichten zu können und somit die Präparate entsprechend beurteilen zu können, können Einrichtungen zur Änderung des Durchscheingrads der Oberflä- chenbilder in Bezug auf die mikroskopischen Schnittbilder und Einrichtungen zur Änderung der Transparenz der mikroskopischen Schnittbilder vorgesehen sein. Üblicherweise werden die oben genannten Einrichtungen durch einen entsprechenden Rechner gebildet.

Die Einrichtung zum Setzen von Markierungen zur Festlegung der definierten Ausstechpositio- nen kann durch eine Computermaus gebildet sein.

Um eine hohe Qualität und Spezifität der Mikroarrays und somit eine hohe Qualität der resultie- renden Messungen an den Proben zu erzielen, kann eine Einrichtung zur Detektion der Position der Oberfläche der Probenträger und bzw. oder Präparate vorgesehen sein. Durch die Feststellung der exakten Position der Oberfläche der Probenträger und Präparate werden die Löcher in den Probenträgern bzw. die Proben immer exakt mit der definierten Stechtiefe ausgestochen.

Dabei ist ein Speicher für die detektierten Positionswerte der Probenträger bzw. Präparate zu- sammen mit einer Kennung dieser Probenträger bzw. Präparate von Vorteil. Dieser Speicher kann Teil der oben genannten Datenbank sein.

Vorteilhafterweise sind zumindest eine Freistechnadel und zumindest eine Ausstechnadel auf einem gemeinsamen Schwenkkopf montiert, welcher über einen vorzugsweise pneumatischen Schwenkantrieb betätigbar ist. Dabei schneiden die Achse der Freistechnadel und der Ausstech- nadel einander im Schwenkpunkt des Schwenkkopfes. Somit kann ein Wechsel zwischen Frei- stechnadel und Ausstechnadel durch einfaches Schwenken des Schwenkkopfes erzielt werden.

Weiters muss lediglich eine Antriebseinrichtung für den Schwenkkopf und müssen nicht mehrere Antriebseinrichtungen für jede Nadel vorgesehen werden.

Weiters ist eine Antriebseinrichtung zum Verschieben des Schwenkkopfes gegenüber den Pro- benträgern bzw. Präparaten vorgesehen. Diese kann entweder im Schwenkkopf oder in der Unter- lage oder den Unterlagen für die Probenträger bzw. Präparate angeordnet sein, so dass eine Verschiebung des Schwenkkopfes bzw. der Nadeln gegenüber den Probenträgern bzw. Präparate erzielbar ist. Auch diese Antriebseinrichtung ist vorzugsweise pneumatisch ausgeführt.

Zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgaben dient auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwareco- deabschnitte umfasst, wobei mit dem Computer die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens abgearbeitet werden, wenn das Produkt auf dem Computer läuft.

Dabei ist das Computerprogrammprodukt vorzugsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von Zeichnungen, welche das Prinzip und Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung zeigen, näher erläutert.

Darin zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Manipulation mit Pro- ben, insbesondere Gewebeproben ; 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Manipulation mit Proben ; 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemä- #en Verfahrens zur Manipulation mit Proben ; Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines mit mehreren Proben bestückten Probenträgers.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Manipulation mit Proben, ins- besondere Gewebeproben. Dabei sind auf einem Schwenkkopf 1 eine Nadel 2 zum Ausstechen von Löchern in Probenträgern 4 und eine Nadel 3 zum Ausstechen von Proben, insbesondere Gewebeproben aus Präparaten 5 angeordnet. Präparate 5 können biologische oder tierische Gewebeteile aber auch andere Proben, wie z.B. Pflanzen oder Pflanzenteile, Zellsuspensionen oder Bakteriensuspensionen, sein. Der Schwenkkopf 1 ist gegenüber einer Unterlage 6, auf der die Probenträger 4, und einer Unterlage 6', auf der die Präparate 5 platziert sind, verschiebbar ange- ordnet, so dass die Nadeln 2,3 in die Probenträger 4 bzw. Präparate 5 eingestochen werden können.

Dabei kann eine Antriebseinrichtung 7 zur Verschiebung des Schwenkkopfes 1 und bzw. oder eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) zur Verschiebung der Unterlagen 6, 6' vorgesehen sein. Die Unterlagen 6, 6' sind in der dargestellten Ausführungsform kreisförmig gestaltet und nebeneinander angeordnet, so dass die Wege des Schwenkkopfes 1 vom jeweiligen Präparat 5 zum gewünschten Probenträger 4 minimal sind. Zur Anordnung der Probenträger 4 bzw. Präparate 5 sind an den Unterlagen 6, 6' entsprechende Halterungen (nicht dargestellt) für die Aufnahme der

Probenträger 4 bzw. Präparate 5 vorgesehen. Durch Drehung der Unterlagen 6,6' mit entspre- chenden Antriebseinrichtungen 8 kann eine Auswahl der gewünschten Präparate 5 bzw. Proben- träger 4 getroffen werden. Zwischen den Unterlagen 6,6' für die Probenträger 4 bzw.

Präparate 5 kann ein Behälter 15 zur Aufnahme des ausgestossenen Materials der Probenträger 4 bzw. zur Reinigung der Nadeln 2,3 vorgesehen sein. Üblicherweise sind die Probenträger 4 und Präparate 5 mit einer eindeutigen Kennung, beispielsweise einem Barcode, versehen, der mit einem entspre- chenden Scanner 16 eingelesen werden kann. Die Nadeln 2,3 sind so am Schwenkkopf 1 ange- ordnet, dass deren Achsen einander exakt im Schwenkpunkt des Schwenkkopfes 1 schneiden.

Damit wird gewährleistet, dass die Freistechnadel 2 und die Ausstechnadel 3 nach einem Schwenkvorgang immer exakt an der selben Position zu liegen kommt. Zum Verschwenken des Schwenkkopfes 1 dient ein vorzugsweise pneumatisch betätigbarer Schwenkantrieb 18. Dieser Schwenkantrieb 18 sowie die Antriebseinheiten 7,8 sind mit einer Steuereinrichtung, welche beispielsweise durch einen Rechner 13 gebildet sein kann, verbunden. Von jedem Präparat 5 werden Schnitte 9 angefertigt, weiche mit einer Mikroskopkamera 10 aufgenommen werden. Die aufgenommenen digitalen, mikroskopischen Schnittbilder werden in einem mit dem Rechner 13 verbundenen Speicher 11abgelegt. Die Oberfläche der Präparate 5 wird mit Hilfe einer Kamera 14 aufgenommen und an einer Anzeige 12 dargestellt.

Erfindungsgemäss werden die mit Hilfe der Kamera 14 aufgenommenen Oberflächen bilder der Präparate 5 mit ausgewählten Schnittbildern der selben Präparate 5 überlagert und an der Anzeige 12 dargestellt. Nachdem das medizinische Fachpersonal die entsprechenden Schnittbilder und Oberflächenbilder exakt in Deckung gebracht hat, können am Überlagerungsbild Markierungen gesetzt werden, welche den gewünschten Aus- stechpositionen der Ausstechnadeln 3 entsprechen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise mit einer Computermaus 17 eine entsprechende Markierung auf dem Monitor 12 gesetzt werden. Die Überlagerungsbilder können mit Hilfe des Rechners 13, beispielsweise hinsichtlich des Darstel- lungsmassstabes, der Lage, der Farbe usw., verändert werden.

Die gesetzten Markierungen kön- nen nachträglich selektiert und wieder gelöscht bzw. verschoben werden und zusätzlich Kommen- tare zu den Markierungen über die Tastatur 19 eingegeben werden. Die Kommentare werden zusammen mit den Positionen für die Markierungen in einem Speicher 11 abgelegt. Zusätzlich können für die gewählten Ausstechpositionen für die Proben auch bestimmte Probenträger 4 zugeordnet werden, in welche die Proben eingebracht werden. Dabei können sogar bestimmte Löcher in den Probenträgern 4 für die jeweilige Probe ausgewählt werden. All diese Daten werden im Speicher 11bzw. in einem anderen mit dem Rechner 13 verbundenen Speicher abgelegt.

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der Vorrichtung zur Manipulation mit Proben be- stehend aus einem Rechner 13, der mit einer Anzeige 12 verbunden ist. Weiters ist der Rechner 13 mit einer Mikroskopkamera 10 zur Aufnahme von digitalen, mikroskopischen Schnittbildern 9 der Präparate 5 sowie einer Kamera 14 zur Aufnahme der Oberflächenbilder der Präparate 5 verbunden. Nach dem Setzen der entsprechenden Markierungen für die Ausstechpositionen wird ein automatischer Ausstechvorgang gestartet und der Schwenkkopf 1, die Drehtische 6, 6' sowie die Antriebseinheiten 7,8 sowie der Schwenkantrieb 18 des Schwenkkopfes 1 vom Rechner 13 entsprechend angesteuert. Auf diese Weise kann eine grosse Anzahl von Proben automatisch verarbeitet und in entsprechenden Probenträgern angeordnet werden.

Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs des erfindungsgemässen Verfahrens. Nach dem Start gemäss Block 100 wird die Kennung des ersten Probenträgers 4 entsprechend Schritt 101 eingelesen. Dies erfolgt beispielsweise mit einem entsprechenden Scan- ner, der den am Probenträger 4 angeordneten Barcode einliest. Entsprechend Abfrage 102 wird nachgesehen, ob ein weiterer Probenträger 4 vorgesehen ist. Der Vorgang 101 wird so oft wieder- holt bis alle Probenträger 4 registriert wurden. Entsprechend Block 103 wird die Höhe des ersten Probenträgers 4 ermittelt. Solange entsprechend der Abfrage 104 weitere Probenträger 4 vorhan- den sind, wird der Schritt 103 wiederholt und die Höhe aller Probenträger 4 ermittelt.

Gemäss Block 105 wird die Grösse jedes Probenträgers 4 festgelegt, in dem die Anzahl der im Probenträger 4 vorgesehenen Proben festgelegt wird. Entsprechend Abfrage 106 wird Block 105 für alle Proben- träger 4 wiederholt. Gemäss Block 107 wird die Kennung des ersten Präparats 5 eingelesen. Ent- sprechend Block 108 wird ein Oberflächenbild des Präparats 5 angefertigt und an einer Anzeige dargestellt. Gemäss Block 109 wird aus einem Speicher ein bestimmtes Mikroskopbild dieses Präparats 5 ausgewählt und mit dem im Block 108 aufgenommenen Oberflächenbild überlagert.

Gemäss Block 110 wird beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Computermaus eine Markierung gesetzt, an der eine Probe aus dem Präparat 5 ausgestochen werden soll. Gemäss Abfrage 111 wird abgefragt, ob weitere Markierungen gesetzt werden sollen, in welchem Fall Block 110 ent- sprechend oft wiederholt wird. Gemäss Block 112 wird der für die Proben des Präparats 5 ge- wünschte Probenträger ausgewählt und den gesetzten Markierungen zugeordnet. Die Schritte gemäss 107 bis 112 werden für alle vorhandenen Präparate 5 entsprechend wiederholt. Dazu wird gemäss Abfrage 113 das nächste Präparat 5 erfragt. Wurde das letzte Präparat bearbeitet und alle Markierungen gesetzt, wird gemäss Block 114 der Ausstechvorgang gestartet. Wenn alle Proben aller Präparate 5 in den entsprechenden Probenträgern 4 angeordnet wurden, wird der Vorgang entsprechend Block 115 beendet.

Dieses Flussdiagramm zeigt nur die Hauptkomponenten des erfindungsgemässen Verfahrens, Verfahrensschritte zur Bearbeitung der Überlagerungsbilder zum Verändern der Markierungen und zum Beeinflussen des Ausstechvorgangs wurden nicht berück- sichtigt.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Probenträger 4 mit insgesamt 487 Positionen für Löcher 20 zur Aufnahme von 487 Proben. Dabei sind die Löcher 20 in einem Muster angeordnet, welches eine eindeutige Zuordnung der Proben auch nach der Herstellung von Schnitten zulässt. Im darge- stellten Beispiel sind mit einem Teil der Löcher 20 die Spalten binär codiert. Somit ist es nach den Schnitten nicht möglich die Proben durch Umdrehen des Glasträgers oder Verdrehen des Glasträ- gers zu verwechseln. Natürlich gibt es verschiedene andere Möglichkeiten derartig eindeutige Zuordnungen zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung bietet zur Unterstützung der Auswahl der Ausstechpositionen an den Präparaten die Information von Mikroskopbildern an und erlaubt zusätzlich einen Rückschluss der Proben auf die Ausstechpositionen auf dem Mikroskopbild, und somit eine bessere Dokumentation und eine Qualitätskontrolle des gesamten Vorgangs.

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Manipulation mit Proben, insbesondere Gewebeproben, wobei aus Präpara- ten, insbesondere präparierten Gewebeteilen mit Hilfe von Nadeln an definierten Positio- nen Proben ausgestochen werden, welche Proben in freigestochene Löcher in Probenträ- gern eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein digitales, mikro- skopisches Bild eines Schnitts eines Präparats mit einem Bild der Oberfläche dieses Prä- parats überlagert wird, und dass auf dem überlagerten Bild Markierungen gesetzt werden, welche die gewünschten Positionen definieren, an welchen die Proben automatisch aus- gestochen und in die Löcher der Probenträger eingebracht werden.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die digitalen, mikrosko- pischen Bilder eines Schnitts eines Präparats aus mehreren Segmenten zusammenset- zen, welche vor der Überlagerung mit dem Bild der Oberfläche dieses Präparats zusam- mengesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale, mikro- skopische Bild eines Schnitts eines Präparats bzw. die Segmente des digitalen, mikrosko- pischen Bildes entzerrt oder von Artefakten befreit wird bzw. werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Markie- rungen bzw. deren Koordinaten zusammen mit einer Kennung für das Präparat in einer Datenbank gespeichert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Präparat mehrere digitale Schnittbilder ausgewählt werden können.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dar- stellungsmassstab der Schnittbilder, Oberflächenbilder und bzw. oder Überlagerungsbilder verändert werden kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Orien- tierung der Schnittbilder, Oberflächenbilder und bzw. oder Überlagerungsbilder verändert werden kann.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitt- <Desc/Clms Page number 8> bilder, Oberflächenbilder und bzw. oder Überlagerungsbilder verschoben werden können.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbe der Schnittbilder, Oberflächenbilder und bzw. oder Überlagerungsbilder verändert werden kann.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durch- scheingrad der Oberflächenbilder in Bezug auf die Schnittbilder verändert werden kann.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trans- parenz der Schnittbilder verändert werden kann.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine einer Kennung für das Präparat zugeordnete Patienteninformation oder dergl. zusammen mit dem Überlagerungsbild angezeigt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass gesetzte Markierungen gekennzeichnet, vorzugsweise fortlaufend nummeriert werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass gesetzte Markierungen selektiert und gelöscht werden können.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass gesetzte Markierungen selektiert und in ihrer Lage verändert werden können.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass den gesetzten Markierungen Kommentare zugeordnet werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass den gesetzten Markierungen Probenträger zur Einbringung der ausgestochenen Proben zuge- ordnet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass den gesetzten Markierun- gen bestimmte Löcher in den Probenträgern zugeordnet werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher für die Proben in dem Probenträger in einem Muster angeordnet werden, welches Muster durch Anordnungen der Löcher in Form eines Binärcodes gebildet ist und dadurch eine eindeutige Zuordnung der Proben zulässt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausstechvorgang die Position der Oberfläche der Präparate detektiert wird und die detek- tierten Positionswerte zusammen mit einer Kennung für die Präparate gespeichert werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Freistechvorgang die Position der Oberfläche der Probenträger detektiert wird und die detektierten Positionswerte zusammen mit einer Kennung für die Probenträger gespeichert werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Stech- tiefe der Ausstech- und Freistechvorgänge ausgewählt und den Markierungen zugeordnet werden können.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Setzen der letzten Markierung am letzten Präparat der automatische Ausstechvorgang gestartet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausstechvorgang un- terbrochen und fortgesetzt werden kann.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Start des Ausstechvorganges alle Löcher in den Probenträgern freigestochen werden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass nach zumindest mehreren Ausstechvorgängen bzw. Freistechvorgängen die Ausstechnadel bzw. Freistechnadel gereinigt wird.

27. Vorrichtung zur Manipulation mit Proben, insbesondere Gewebeproben, mit zumindest einer Nadel (3) zum Ausstechen von Proben aus Präparaten (5), insbesondere aus präpa- rierten Gewebeteilen an definierten Positionen und einer Steuereinrichtung (13) zum Steu- ern der Nadel (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Kamera (14) zur Aufnahme von Bildern der Oberfläche der Gewebeteile (5), weiters eine Einrichtung zur Überlagerung der aufgenommenen Bilder der Präparate (5) mit in einem Speicher (11) abgelegten digitalen, mikroskopischen Bildern von Schnitten dieser Präparate (5), weiters eine Anzeige (12) zur <Desc/Clms Page number 9> Darstellung der Überlagerungsbilder und weiters eine Einrichtung zum Setzen von Markie- rungen zur Festlegung der definierten Ausstechpositionen vorgesehen ist, welche mit der Steuereinrichtung (13) verbunden ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Zu- sammensetzen der digitalen, mikroskopischen Bilder von Schnitten der Präparate (5) aus mehreren Segmenten vorgesehen ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Nadel (2) zum Freistechen von Löchern (34) in Probenträgern (4), in welche die ausgesto- chenen Gewebeproben eingebracht werden, vorgesehen ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenbank (11) zum Speichern der Markierungen bzw. deren Koordinaten zusammen mit einer Kennungen für das Präparat (5) und allenfalls einer Patienteninformation oder dergl. vorgesehen ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Änderung des Darstellungsmassstabes der Schnittbilder (9), Oberflächen- bilder und bzw. oder Überlagerungsbilder vorgesehen ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Änderung der Orientierung der Schnittbilder (9), Oberflächenbilder und bzw. oder Überlagerungsbilder vorgesehen ist.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Verschiebung der Schnittbilder (9), Oberflächenbilder und bzw. oder Über- lagerungsbilder vorgesehen ist.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Änderung der Farbe der Schnittbilder (9), Oberflächenbilder und bzw. oder Überlagerungsbilder vorgesehen ist.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Änderung des Durchscheingrads der Oberflächenbilder in Bezug auf die Schnittbilder (9) vorgesehen ist.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Änderung der Transparenz der Schnittbilder (9) vorgesehen ist.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Setzen von Markierungen zur Festlegung der definierten Ausstechpositio- nen durch eine Computermaus (17) gebildet ist.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Detektion der Position der Oberfläche der Probenträger (4) und bzw. oder Präparate (5) vorgesehen ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (12) für die detektierten Positionswerte der Probenträger (4) bzw. Präparate (5) zusammen mit einer Kennung dieser Probenträger (4) bzw. Präparate (5) vorgesehen ist.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass zumin- dest eine Freistechnadel (2) und zumindest eine Ausstechnadel (3) auf einem Schwenk- kopf (1) montiert sind, welcher über einen vorzugsweise pneumatischen Schwenkantrieb (18) betätigbar ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinrichtung (7) zum Verschieben des Schwenkkopfes (1) gegenüber den Probenträgern (4) bzw. Prä- paraten (5) vorgesehen ist.

42. Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, wobei mit dem Computer die Schritte des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 bis 26 abgearbeitet werden, wenn das Produkt auf dem Computer läuft.

43. Computerprogrammprodukt gemäss Anspruch 42, wobei es auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist.

HIEZU 4 BLATT ZEICHNUNGEN