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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 Arbeit- seingriff 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 19740324 A1 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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Aus
der
DE 19504663 A1 ist
eine Weiterentwicklung einer Mikromanipulatorsteuerung bekannt, die
die Präzision
und Bedienbarkeit erhöhen
soll.
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In
der
DE 3619062 C2 ist
ein hydraulisch betriebener Mikromanipulator beschrieben, der eine
zitterfreie und stabile Führung
eines Manipulationswerkzeuges gewährleistet, und der so eingestellt werden
kann, daß das
freie Ende des Werkzeuges im Schärfebereich
des Objektives zum Stillstand kommt, so daß die Gefahr von Brüchen vermieden wird.
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Auch
die
EP 0292899 B1 befasst
sich mit der Verbesserung der Abstimmung zwischen Mikroskop und
Manipulator. Hier ist ein Verfahren zur Mikromanipulation von Zellen
beschrieben, bei dem ein Rechner mit den Steuerungen für die Antriebe
eines Mikroskop-Objekttisches und eines Mikromanipulators verbunden
ist und so eine gemeinsame, koordinierte Verstellung beider Einrichtungen
ermöglicht.
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Ausgehend
hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine
Vorrichtung zu schaffen, bei der die Bedienung des Mikromanipulators
unter mikroskopischer Kontrolle in besonders einfacher und sicherer
Weise möglich
ist.
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Gelöst wird
die Aufgabe mit einer Vorrichtung, bei der 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, wobei erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass bei Verstellung der Größe des Sichtfeldes
durch Wechsel des Mikroskopobjektives der mit der Aufnahme abfahrbare
Bewegungsspielraum des zytotechnischen Instruments an die neue Sichtfeldgröße angepaßt wird.
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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 Funktionselements
des Mikroskops können
dabei nach Betätigung
eines gemeinsamen Bedienlements 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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Die
erfindungsgemäße Anpassung
des mit der Aufnahme abfahrbaren Bewegungsspielraums des zytotechnischen
Instruments an das von dem gewählten
Objektiv erfasste Sichtfeld stellt eine Erleichterung für einen
Benutzer dar.
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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,
was mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einfacher Weise möglich
ist.
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Erfindungsgemäß ist 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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Erfindungsgemäß 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.
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Dabei
wird gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung 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 kann vorgesehen sein, daß zusammen
mit einer Fokussierung des Mikroskopojektives 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 Zeile zu bleiben bzw. um den Arbeitseingriff
wieder herzustellen. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt bei Betätigung eines
gemeinsamen Bedienelements die erforderliche Neupositionierung des
bzw. der Instrumente koordinert 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 gegebe nenfalls den Joy-Stick auf die gewünschte Übersetzung einstellen Natürlich können auch
nur einzelne ausgewählte
der angesprochenen Funktionen entsprechend der gespeicherten Werte 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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1 zeigt
schematisch eine Kopplung von Joy-Stick-Übersetzung des Manipulators
mit der Objektiveinstellung des Mikroskopes;
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2 zeigt
ebenfalls schematisch die mögliche
Kopplung zwischen Fokussierung des Objektives und Z-Position eines
Instrumentes.
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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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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 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.