DE102004005425A1 - Verfahren zur Herstellung und Darstellung computerimplementierter Mikropräparate-Simulationen - Google Patents

Abstract

Fotografische Abbildung von Mikropräparaten (mikroskopischer Präparate) zu Darstellungs-, Archivierungs- und Verarbeitungszwecken ist derzeit nur eingeschränkt möglich, da zur vollständigen Erkennung aller Mikrostrukturen eines Präparates die Variierung von mikroskopiertechnischen Parametern notwendig ist. Das neue Verfahren ermöglicht auch die Änderung typischer mikroskopiertechnischer Parameter bildlich festzuhalten und als computerimplementierte Simulation wiederzugeben. DOLLAR A Um die Änderung typischer mikroskopiertechnischer Parameter fotografisch abzubilden, werden mit Hilfe eines Mikroskops oder Stereomikroskops mit einer Fotografiereinrichtung Bildserien erstellt, in denen jeweils ein mikroskopiertechnischer Parameter variiert wird. Die Bildserien werden digitalisiert. Eine erfindungsgemäße Wiedergabesoftware stellt die Bilddaten auf einem Ausgabegerät dar. Über grafische Steuerelemente wird die Bildwiedergabe derart gesteuert, dass die Änderung mikroskopiertechnischer Parameter simuliert wird. DOLLAR A Die digitalen Bilddaten können kostensparend archiviert und verbreitet werden. Zusammen mit der Wiedergabesoftware können die Mikropräparate-Simulationen ohne Mikroskop z. B. auf handelsüblichen Personalcomputern betrachtet werden.

Description

• Es wird ein Verfahren zur Herstellung und Darstellung computerimplementierter Simulationen lichtmikroskopischer Präparate beschrieben. Mit diesem Verfahren können mikroskopische Präparate auf eine einfache Weise so abgebildet werden, dass typische mikroskopiertechnische Arbeitstechniken, wie z.B. die Änderung von Vergrößerungsfaktor, Fokussierung, Beleuchtung, Polarisationsebene, Lichtfarbe, ebenfalls Gegenstand der Abbildung sind.
• In vielen naturwissenschaftlich/medizinischen Bereichen ist die Arbeit mit mikroskopischen Präparaten unerlässlich und ein wichtiger Bestandteil der Aus- und Weiterbildung. Das Erkennen von Mikrostrukturen wird durch die physikalischen Eigenschaften der Mikroskopieroptik und Beleuchtungstechnik begrenzt. Es ist nicht möglich, alle Strukturen eines Präparates mit nur einer Mikroskopeinstellung optimal zu erfassen. Daher werden bei der Betrachtung mikroskopischer Präparate in einem Lichtmikroskop verschiedene mikroskopiertechnische Parameter immer wieder variiert, um weitere Strukturen erfassen zu können. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, dass mikroskopische Präparate nicht in der notwendigen Vollständigkeit fotografisch erfasst werden können, da auf einer herkömmlichen Fotografie das Präparat lediglich durch einen einzigen Mikroskopzustand abgebildet wird.
• Das Betrachten von herkömmlichen Fotografien kann daher die Arbeit mit realen Präparaten bislang nicht ersetzen. Andere herkömmliche Abbildungsmethoden, wie Film- bzw. Videodokumentation können zwar mikroskopiertechnische Arbeitstechniken vollständiger dokumentieren, jedoch fehlt eine Interaktionsmöglichkeit: Der Benutzer kann sich zwar das Resultat betrachten, aber nicht selbst die Veränderung mikrokopiertechnische Parameter simulieren.
• Dreidimensionale Abbildungsmethoden, wie z.B. die Hotografie, erfassen zwar ein Präparat in seiner räumlichen Ausdehnung, doch ist diese Methode sehr aufwändig und birgt aufgrund der vielen Verarbeitungsschritte die Gefahr des Auftauchens visueller Artefakte.
• Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens können verblüffend einfach mikroskopische Präparate so abgebildet werden, dass die zur vollständigen Erkennung unerlässlichen Variationen mikroskopiertechnischer Parameter Gegenstand der Abbildung sind und die Änderung dieser Parameter im nachhinein simuliert werden kann. Zudem können die Präparate kostengünstig auf digitalen Speichermedien archiviert und über elektronische Medien wie z.B. dem Internet verbreitet werden. Zur Betrachtung genügt im Idealfall ein handelsüblicher Personalcomputer.
• Jede erfindungsgemäße Mikropräparate-Simulation besteht aus einer Software, die jeweils ein bestimmtes Bild (oder Teile eines Bildes) einer Serie verschiedener digitaler Fotografien auf einem Ausgabegerät, z.B. einem Bildschirm anzeigt bzw. einblendet. Mit Hilfe unterschiedlicher Eingabegeräte kann das Anzeigen der Bilder vom Anwender so gesteuert werden, dass der gewünschte Simulationseffekt erzielt wird: Die Software sorgt dafür, dass der Anwender im Idealfall keinen Unterschied zur Arbeit mit einem realen Präparat und einem echten Lichtmikroskop wahrnimmt. Zusätzlich zu den Bildinformationen können noch Informationsebenen eingeblendet werden, die z.B. bestimmte Strukturen hervorheben oder eine Beschriftung anzeigen.
• Die Mikropräparate-Simulationen werden dadurch erzeugt, dass geeignete Präparate mit Hilfe von Lichtmikroskopen mit Fotografiereinrichtungen fotografiert werden. Für jede Vergrößerung wird eine Serie von Bildern angefertigt, die sich jeweils in einem mikroskopiertechnischen Parameter, z.B. der Fokussierungsebene, voneinander unterscheiden: Bei jedem neuen Bild wird die Fokussierungsebene im Vergleich zum vorhergehenden Bild leicht verschoben. Insgesamt enthält die vollständige Bildserie alle Informationen, um die Simulation zu erstellen. Die Fotoserie wird digitalisiert und ggf. noch digital nachbearbeitet.
• Eine spezielle Software kann diese Bilddateien lesen und auf einem Computermonitor so darstellen, dass der Betrachter den Eindruck gewinnt, mit einem echten Präparat an einem Mikroskop zu arbeiten.
• Dazu werden mit Hilfe von Eingabegeräten wie z.B. Maus oder Tastatur und/oder Bildschirm-Steuerelementen wie Schieberegler, Drehregler und Buttons die Simulation gesteuert. So kann z.B. mit Hilfe eines Drehreglers die Verschiebung der Schärfenebene simuliert werden, indem, je nach Abhängigkeit der Reglerposition, ein entsprechendes Bild eingeblendet wird, das die passende Ebene scharf darstellt. Durch Überblendungseffekte und Transparenzeffekte kann ein sehr weicher Übergang von einem Bild zum anderen simuliert werden, so dass ein nahezu stufenfreies Durchfokussieren ermöglicht wird.
• Die Bilddaten können in allen geeigneten Dateiformaten gespeichert oder in die Betrachtungssoftware so integriert werden, dass jedes Präparat aus einer ausführbaren Datei besteht.
• Beispiel 1:
• Abbildung eines Präparates von Schwammparenchym und der Epidermis mit Spaltöffnung von Helleborus niger bei 500-facher Vergrößerung: Der Schärfenbereich ist im Lichtmikroskop so schmal, dass nur etwa 1/20 der Präparatdicke scharf abgebildet werden kann. Es werden daher 20 fotografische Aufnahmen des Präparates benötigt, um alle Ebenen des Präparates scharf abbilden zu können. Dazu wird durch Verschieben des Brennpunktes am Mikroskop die objektivnächste Präparatschicht scharfgestellt und fotografiert, dann eine Schicht die etwa 1/20 der Objektdicke weiter vom Objektiv entfernt ist u.s.w., bis die objektivfernste Schicht scharfgestellt und aufgenommen worden ist.
• Die 20 Bilder werden digitalisiert, falls sie nicht schon über eine digitale Kamera aufgenommen worden sind. Ggf. werden die Bilder noch digital nachbearbeitet.
• Die Darstellungssoftware kann dann die Bilddaten an einem Computer-Monitor visualisieren. Die Darstellungssoftware muss über ein grafisches Steuerelement, z.B. einem grafischen Drehregler verfügen, mit dem der Schärfenbereich verschoben werden kann: Durch „drehen" an dem grafischen Drehregler der Software wird das Verschieben des Brennpunktes am Mikroskop simuliert.
• Beispiel 2:
• wie Beispiel 1, es werden jedoch zu jedem der 20 Schärfenbereichen 3 fotografische Aufnahmen erstellt, die sich jeweils bzgl. der Blendenöffnung unterscheiden. Insgesamt werden 60 Aufnahmen erstellt. Die Darstellungssoftware muss nun über zwei grafische Steuerelemente verfügen, um die Änderung von Brennpunkt und Blende simulieren zu können.

Claims (6)

1. Verfahren und Vorrichtung zur fotografischen Abbildung von Mikropräparaten dadurch gekennzeichent, dass die Änderung mikroskopiertechnischer Parameter ebenfalls Gegenstand der Abbildung sind, was dadurch erreicht wird, dass man 1.1 mindestens eine Serie digitaler oder analoger Fotografien mit Hilfe eines Mikroskopes oder Stereomikroskopes (=Binokularlupe) mit Fotografier- oder Filmvorrichtung von jeweils einem Mikropräparat anfertigt, 1.1.1 in jeder Serie ein mikroskopiertechnischer Parameter am Mikroskop in kleinen Schritten verändert wird, 1.1.2 die Fotografien in einem digitalen Format abgespeichert werden, 1.2 eine computerimplementierte Vorrichtung zur Simulation verwendet wird, die 1.2.1 die digitalen Bilddateien lesen und auf einem Ausgabegerät wiedergeben kann, 1.2.2 die über grafische Steuerelemente verfügt, mit deren Hilfe über Eingabegeräte Parameter verändert werden können, 1.2.3 das Anzeigen der Bilddaten so steuert, dass mit der Benutzung grafischer Steuerelemente jeweils ein anderes Bild aus einer oder mehreren Serien auf einem Ausgabegerät angezeigt wird, so dass mit Hilfe eines grafischen Steuerelementes die Änderung eines mikroskopiertechnischen Parameters auf dem Ausgabegerät simuliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass für die Fotoserien mindestens einer der folgenden mikroskopiertechnischen Parameter am Mikroskop in kleinen Schritten verändert wird: Zoomstufe, Objektträgerposition, Schärfenebene (Fokussierung), Richtung der Lichtquelle (Durchlicht, Auflicht), Lichtfarbe der Lichtquelle, Polarisationsebene der Lichtquelle, Blende der Lichtquelle, Lichtfilter.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass in Anspruch 1.1 mehrere Bild-Serien erstellt werden, wobei bei jeder Serie ein oder mehrere Parameter um jeweils einen Schritt verändert wird während ein Parameter innerhalb einer Serie um viele Schritte verändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet dass mit den in Anspruch 1.2 genannten computerimplementierten Vorrichtung mehrere Parameter gleichzeitig geändert werden können.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der oder zusätzlich zu den in Anspruch 1.2.2 genannten grafischen Steuerelement das Ändern der Parameter direkt über Eingabegeräte wie Tastatur und Maus erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Bilddaten weitere grafische Datenschichten im Ausgabegerät eingeblendet werden. Diese können Beschriftungen, Grafiken und Animationen enthalten.