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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
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Gattungsgemäße Vorrichtungen enthalten in der Regel mindestens einen
Mikromanipulator, der mindestens eine motorisch verstellbare Aufnahme für ein
zytotechnisches Instrument aufweist, mit dem ein biologisches Objekt, zumeist eine
Zelle oder Gewebe, behandelt werden kann.
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Zytotechnische Instrumente sind z. B. Kapillaren oder Pipetten, mit denen Zellen
bzw. das Gewebe gehalten bzw. bearbeitet werden kann. Typische Instrumente
sind Halte-, Ätz-, Biopsie- oder Injektionskapillaren oder feine Stech- oder
Schneidinstrumente bzw. Elektroden.
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Mit der motorisch verstellbaren Aufnahme kann das Instrument in allen drei
Raumachsen (xyz-Achsen) verfahren werden, z. B. um sein freies Ende in
Arbeitseingriff mit dem zu behandelnden biologischen Objekt zu bringen.
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Meistens enthalten gattungsgemäße Vorrichtungen zwei Manipulatoren, die
jeweils mindestens eine Aufnahme für zytotechnische Instrumente aufweisen.
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Zur optischen Kontrolle der Mikromanipulation ist in gattungsgemäßen
Vorrichtungen weiterhin ein Mikroskop vorgesehen. Es kann sich dabei sowohl um ein
inverses als auch ein aufrechtes Mikroskop handeln, wobei in beiden Fällen für
die Untersuchung von biologischen Objekten üblich ist, mit einer
Durchlichtanordung zu arbeiten. Auch an dem Mikroskop sind eine Reihe motorisch
verstellbarer Funktionselemente vorgesehen, beispielsweise ein in xy-Richtung
verfahrbarer oder drehbarer Mikroskoptisch, ein höhenverfahrbarer z-Trieb, eine
Objektiv-Wechselvorrichtung etc..
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Für die Bedienung der unterschiedlichen Funktionen der motorisch verstellbaren
Aufnahme des Mikromanipulators sowie der verstellbaren Funktionselemente des
Mikroskopes sind eine Reihe unterschiedlicher Bedienelemente vorgesehen, die
von einem Benutzer ein ständiges Umgreifen bzw. Umorientieren erforderlich
machen.
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Aus der DE 197 40 324.7 ist bekannt, bei einem Mikromanipulator mit zwei
separaten Aufnahmen eine Kopplung zwischen den beiden Aufnahmen vorzusehen.
Wird die eine Aufnahme über ein Bedienelement auf eine bestimmte Weise
betätigt, so führt die andere Aufnahme automatisch eine vorgeschriebene, meist
gegenläufige Bewegung aus. Beim Arbeiten mit mehreren Instrumenten wird
dadurch z. B. der Instrumentenwechsel einfacher und sicherer.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die sich noch
einfacher als bekannte Vorrichtungen bedienen läßt.
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Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, daß mindestens eine
Funktion der mindestens einen motorisch verstellbaren Aufnahme des
Mikromanipulators mit mindestens einem motorisch verstellbaren Funktionselement des
Mikroskopes derart gekoppelt ist, daß beide über ein gemeinsames
Bedienelement koordiniert aktivierbar sind.
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Die Angabe "koordiniert aktivierbar" soll umfassen, daß die jeweiligen
Funktionen von Manipulator und Mikroskop sinnvoll über ein gemeinsames
Bedienelement gekoppelt sind. Die Verstellung bzw. Einstellung des Mikromanipulators
und eines motorisch verstellbaren Funktionselement des Mikroskops können
dabei nach Betätigung eines gemeinsamen Bedienelements gleichzeitig oder aber
auch nacheinander erfolgen.
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Der Begriff Bedienelement soll im folgenden alle Einrichtungen umfassen, die
einer Funktion des Manipulators und/oder des Mikroskops zugeordnet sind.
Wird, wie erfindungsgemäß vorgesehen, koordiniert eine Funktion des
Manipulators und des Mikroskops aktiviert, so wird auch von gemeinsamen
Bedienelement gesprochen. Es kann sich dabei in beiden Fällen z. B. um Druck- oder
Drehknöpfe, Schalter bzw. Joy-Sticks oder dergleichen handeln.
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Vorzugsweise wird ein Bedienpult vorgesehen, das die Bedienelemente für
Mikroskop und/oder den mindestens einen Manipulator enthält. Die Bedienelemente
können dann in einfacher Weise an einen Prozessor, z. B. den Prozessor des
Mikromanipulators angeschlossen werden. Dem Prozessor ist eine definierte
Schnittstelle zwischen Prozessor und Mikroskop zugeordnet, so daß die
erfindungsgemäße Aktivierung von Funktionen des Mikromanipulators und des
Mikroskops über ein gemeinsames Bedienelement sich im wesentlichen auf eine
entsprechende Programmierung beschränkt und von der Hardwareseite keine
Probleme oder auch Beschränkungen auferlegt.
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Im Rahmen der Erfindung können daher grundsätzlich alle Funktionen des
mindestens einen motorisch verstellbaren Antriebes mit einem oder mehreren der
Funktionselemente des Mikroskopes gekoppelt werden, sofern dies zu einer
Bedienungserleichterung führt.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung betrifft die Kopplung des mit der
Aufnahme abfahrbaren Bewegungsspielraums des zytotechnischen Instruments in
Abhängigkeit von dem mit dem gewählten Objektiv erfassten Sichtfeld.
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Das Sichtfeld, d. h. die mit dem Mikroskop jeweils beobachtete Arbeitsfläche,
z. B. die Oberfläche einer Petrischale, nimmt mit zunehmender Vergrößerung ab.
Um sicherzugehen, daß bei der Zellbearbeitung das mit dem Mikromanipulator
bewegte Instrument nicht außerhalb des Sichtfeldes gerät, muß daher dessen
erlaubter Bewegungsspielraum dem Sichtfeld angepaßt werden.
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In diesem Zusammenhang wird daher vorgesehen, daß bei Verstellung des
Objektives über ein gemeinsames Bedienelement koordiniert die Anpassung des mit
der Aufnahme abfahrbaren Bewegungsspielraums des zytotechnischen
Instruments an die neue Vergrößerung bzw. das dann abgedeckte neue Sichtfeld
erfolgt.
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In der Regel ist zur Bewegung der motorisch verstellbaren Aufnahme ein in einer
oder mehreren Raumachsen verstellbares Bedienelement, z. B. ein Joy-Stick
vorgesehen. Der Joy-Stick kann mit unterschiedlichen Übersetzungen die Bewegung
des Instrumentes in xy- bzw. in manchen Fällen auch in z-Richtung steuern.
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Bei der besprochenen bevorzugten Ausgestaltung wird also bei Betätigung eines
gemeinsamen Bedienelements das Objektiv am Mikroskop gewechselt und z. B.
der mit dem Joy-Stick abfahrbare Bewegungsspielraum des zytotechnischen
Instruments an die neue Sichtfeldgröße angepaßt. Dabei wird vorteilhafterweise die
Übersetzung des Joy-Sticks in der Weise angepaßt, daß unabhängig von der
Vergrößerung bei übereinstimmender Bewegung des Joy-Sticks das zytotechnische
Instrument, bzw. dessen beobachtete Spitze, eine im Sichtfeld im wesentlichen
immer gleich erscheinende Bewegung ausführt.
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Das gemeinsame Bedienelement kann, falls ergonomisch möglich ist,
gegebenenfalls in den Joy-Stick integriert werden. In der Regel handelt es sich dabei jedoch
um ein separates Bedienelement.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen sein, daß
zusammen mit einer Fokussierung des Mikroskopobjektives eine entsprechende
Verstellung des Instrumentes bzw. seines freien Endes in z-Richtung erfolgt. Dies
ist z. B. immer dann wichtig, wenn der Mikroskoptisch mit der darauf
angeordneten Petrischale verfahren wird, z. B. um die zu bearbeitende Zelle zu wechseln.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das freie Ende des Instruments möglichst
schnell und mit geringem Bedienaufwand in die für eine Bearbeitung der neuen
Zelle optimale Position bezüglich der z-Achse eingestellt werden kann.
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Dies ist erforderlich, da in der Regel die Oberfläche von Petrischalen nicht plan
ist oder die Zellen in unterschiedlichen Ebenen liegen. Die neue zu bearbeitende
Zelle befindet sich daher zumeist weder im Fokus des Mikroskopobjektives noch
in der richtigen Position zum Ende des Instrumentes. Bei dieser bevorzugten
Ausgestaltung ist nun vorgesehen, daß mit der Betätigung eines Bedienelements
zur Fokussierung des Mikroskopes auf die neue Zelle koordiniert die Position des
Instrumentes bezüglich der z-Achse entsprechend verändert wird, dergestalt, daß
bei Scharfeinstellung der Zelle das Ende des Instrumentes wieder in der
optimalen Bearbeitungshöhe (Position in Richtung der z-Achse) relativ zu der Zelle ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß bei
Verstellung des Mikroskoptisches über ein gemeinsames Bedienelement eine
entsprechende Verstellung des mindestens einen zytotechnischen Instruments
erfolgt. Dies ist immer dann interessant, wenn mittels Verstellung des
Mikroskoptisches die Position einer Zelle im Sichtfeld des Mikroskops verändert werden soll
und die Zelle gerade in Arbeitseingriff mit einem oder mehreren zytotechnischen
Instrumenten ist. In dem Fall müssen die Instrumente entsprechend der
Verstellung des Mikroskoptisches neu positioniert werden, um in Arbeitseingriff mit der
Zelle zu bleiben bzw. um den Arbeitseingriff wieder herzustellen. Bei dieser
Ausgestaltung erfolgt bei Betätigung eines gemeinsamen Bedienelements die
erforderliche Neupositionierung des bzw. der Instruments koordiniert mit der
Verstellung des Mikroskoptisches, was eine erhebliche Bedienungserleichterung
darstellt.
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Die Erfindung ist nicht auf die genannten Ausgestaltungen beschränkt. Es lassen
sich vielmehr noch eine Reihe weiterer Möglichkeiten denken, wie die Funktion
des Mikromanipulators und die einzelner oder mehrerer Funktionselemente des
Mikroskopes miteinander gekoppelt werden können.
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Denkbar ist z. B. alle relevanten Daten der Mikroskop- und
Manipulatoreinstellung in einer bestimmten Position im Prozessor abzuspeichern und über ein
Bedienelement wieder abzurufen, dergestalt, daß sich koordiniert der
Mikroskoptisch in die abgespeicherte xy-Position bewegt, das Mikroskopobjektiv
gewählt und entsprechend fokussiert wird, der bzw. die Manipulatoren die
gehaltenen Instrumente in die entsprechenden xyz-Positionen verfahren sowie
gegebenenfalls den Joy-Stick auf die gewünschte Übersetzung einstellt. Natürlich
können auch nur einzelne ausgewählte der angesprochenen Funktionen entsprechend
der gespeicherten Weite aktiviert werden.
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Die Erfindung schließt selbstverständlich Vorrichtungen mit ein, die nicht nur
einen sondern mehrere Manipulatoren mit mehreren unterschiedlichen
Instrumenten enthalten. In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung
vor, daß die Aufnahmen der in der Vorrichtung enthaltenen mehreren
Manipulatoren gemeinsam über ein gemeinsames Bedienelement ein- bzw. verstellbar sind.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand von zwei Abbildungen, die zwei
Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Kopplung von Joy-Stick-Übersetzung des
Manipulators mit der Objektiveinstellung des Mikroskopes;
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Fig. 2 zeigt ebenfalls schematisch die mögliche Kopplung zwischen
Fokussierung des Objektives und Z-Position eines Instrumentes.
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Fig. 1 zerfällt in zwei Teilfiguren a und b, bei denen in beiden Fällen ein
Sichtfeld 10 bzw. 10' auf eine Oberfläche 11 einer nicht gezeigten z. B. Petrischale mit
zu bearbeitenden Zellen 12, 13 dargestellt ist.
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Im gezeigten Beispiel ist die Zelle 12 in Arbeitsangriff mit dem freien Ende 14
eines zytotechnischen Instruments 15, das z. B. eine Kapillare oder Kanüle sein
kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Teilansicht des
Instruments dargestellt. Die das Instrument haltende Aufnahme bzw. der
Manipulator ist nicht dargestellt.
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Die Verstellung des Instruments 15 in xy-Richtung und gegebenenfalls auch in z-
Richtung erfolgt über ein in den entsprechenden Achsen verfahrbares
Bedienelement, im gezeigten Fall ein Joy-Stick 16.
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Der Joy-Stick 16 ist neben weiteren Bedienelementen 17, 18 in einem Bedienpult
28 aufgenommen. Die Bedienelemente 17, 18 können mit beliebigen Funktionen
belegt sein. Es kann sich bei ihnen z. B. um Knöpfe oder Schalter etc. handeln.
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Mit 19, 19' ist jeweils ein Winkelbereich angegeben, über den mit dem Joy-Stick
16 das Instrument 15 in Richtung der x-Achse bewegt werden kann, ohne daß es
das Sichtfeld 10 bzw. 10' verläßt. In Abhängigkeit von der eingestellten
Vergrößerung ist der Winkelbereich 19' deutlich geringer als der Bereich 19. Der
gewünschte Winkelbereich läßt sich über die Übersetzung des Joy-Sticks 16
entsprechend einstellen.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die Einstellung des Joy-Sticks 16 für
einen bestimmten Winkelbereich 19, 19' automatisch mit der Einstellung einer
entsprechenden Vergrößerung am nicht dargestellten Mikroskop über z. B. das
Bedienelement 17 (gemeinsames Bedienelement) erfolgt.
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Der Vorteil der gezeigten Ausführung besteht darin, daß der Joy-Stick 16
automatisch bei Betätigung des Bedienelements 17 zur Objektivverstellung dergestalt
mitverstellt wird, daß immer nur eine Bewegung des Instrumentes 15
entsprechend dem gerade zur Verfügung stehenden Sichtfeld 10, 10' möglich ist. Es läßt
sich so sicher verhindern, daß das Instrument 15 außerhalb des Sichtfeldes 10, 10'
gerät.
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Im gezeigten Fall ist die entsprechende Begrenzung des Joy-Sticks 16 nur für die
x-Achse dargestellt. Selbstverständlich wird im Praxisfall die Bewegung der y-
Achse entsprechend angepaßt. Bei der Bewegung des Instrumentes 15 in z-
Achse, die z. B. über eine Drehung am Joy-Stick 16 erfolgen kann, ist dagegen
keine zwingende Begrenzung erforderlich.
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Fig. 2 zeigt in seitlicher Ansicht eine Petrischale 20 mit einer Arbeitsoberfläche
22, auf der zu bearbeitende Zellen 23 und 24 angeordnet sind. Weiterhin ist das
Bedienpult 28 aus Fig. 1 mit den Bedienelementen 16, 17 und 18 dargestellt.
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Die Bearbeitung der Zellen 23 und 24 erfolgt unter optischer Kontrolle mittels
eines nicht dargestellten Mikroskopes, von dem hier lediglich ein Objektiv 25, 25'
in unterschiedlichen Fokussierpositionen zu erkennen ist.
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Die Bearbeitung der Zellen 23 und 24 erfolgt im gezeigten Fall mittels eines in
zwei unterschiedlichen Positionen dargestellten zytotechnischen Instruments 26,
26', dessen Ende 27, 27' in einer optimalen Eingriffsposition jeweils mit der Zelle
23 oder 24 ist.
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Die Arbeitsoberfläche 22 der Petrischale 20 ist nicht plan, was zur Folge hat, daß
die Lage (Position) der Zellen 23 und 24 auch bezüglich der z-Achse abweicht.
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Beim Übergang der Bearbeitung von der Zelle 23 zur Zelle 24 muß neu
fokussiert werden und die Position des Instrumentes 26 in Richtung der z-Achse so
verändert werden, daß sein Ende 27 wieder in optimaler Eingriffsposition mit der
Zelle 24 ist.
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Eine Möglichkeit beim Wechsel der Bearbeitung ist, die Petrischale 20 unter dem
Objektiv entsprechend zu verschieben. Es existieren auch Mikroskoptische auf
denen die Mikromanipulatoren ortsfest sind. Die xy-verstellbare Plattform ist zur
Aufnahme des Mikroskops ausgestaltet, so daß hierdurch das gesamte Mikroskop
verschoben wird.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß bei Fokussierung des Objektives 25,
25' auf z. B. die Zelle 24 automatisch eine entsprechende Verstellung des
Instrumentes 26 in z-Richtung stattfindet. Es stellen sich dann automatisch dieselben
Bearbeitungsverhältnisse ein, wie sie bei der Bearbeitung der Zelle 23 vorlagen.
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Die Betätigung beider Funktionen kann z. B. über das Bedienelement 18 erfolgen.
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Es steht außer Frage, daß weitere Funktionen bzw. Einstellungen des
Manipulators mit Funktionen des Mikroskopes gekoppelt werden können, ohne daß dies
den Bereich der Erfindung verläßt.