DE102005042367A1

DE102005042367A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von 3-D Bildern einer Probe

Info

Publication number: DE102005042367A1
Application number: DE200510042367
Authority: DE
Inventors: Reto Züst; Heinz Zimmermann
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-09-08
Also published as: US8640585B2; DE102005042367B4; US20070053057A1

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von 3-D-Bildern einer Probe mit einem Schlittenmikrotom offenbart. Die Probe ist in einer Ebene beweglich auf einer Probenhalterung befestigt. Über der sich entlang einer Schneiderichtung beweglichen Probe ist ein Messer mit einer Schneidekante angeordnet. Auf der der Schneidkante des Messers abgewandten Seite ist ein Mikroskop mit einer Kamera zum Aufnehmen von jeweils einem Bild der neu erzeugten Schnittfläche der Probe vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von 3-D Bildern einer Probe. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen von 3-D-Bildern einer Probe mit einem Schlittenmikrotom, das eine in einer Ebene bewegliche Probenhalterung aufweist, in der die Probe eingespannt ist. Über der Ebene ist ein Messerhalter mit einem Messer angeordnet, wobei das Messer eine Schneidekante zum Abtragen von Schichten der Probe ausgebildet hat, um dadurch jeweils eine neue Schnittfläche zu erzeugen. Das Messer mit der Schneidekante kann feststehend oder rotierend (z.B. als Fräse) ausgeführt sein. Die Vorrichtung ist ferner mit einem Mikroskop mit einer Kamera zum Aufnehmen von jeweils einem Bild der neu erzeugten Schnittfläche der Probe versehen.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von 3-D Bildern von einer Probe. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von 3-D-Bildern einer Probe mit einem Schlittenmikrotom, das eine in einer Ebene bewegliche Probenhalterung aufweist in der die Probe eingespannt ist. Über der Ebene ist ein Messerhalter vorgesehen in dem ein Messer angeordnet ist, das eine Schneidekante ausgebildet hat.

Für die Diagnostik ist es hilfreich, wenn von einer zu untersuchenden Probe bzw. einem Gewebepräparat ein 3-dimensionales Bild aufgenommen werden kann. Dazu müssen nacheinander Bilder von den Schichten einer Probe erzeugt werden. Diese Bilder müssen nachträglich zu einer 3-dimensionalen Darstellung der gesamten Probe zusammengesetzt werden.

Hierzu offenbart die U.S. Patentanmeldung US 2004/0026630 ein Verfahren zum Abbilden einer histologischen Probe. In der Probe wird Autofluoreszenz mit Licht einer Wellenlänge von 750nm angeregt. Die Detektion erfolgt mit einer CCD-Kamera, wobei zwischen der Kamera und der Probe ein Anregungsfilter mit einer Wellenlänge von 510nm vorgesehen ist. Das schwache Autofluoreszenzsignal wird durch die Kamera mittels Datenmanipulation verstärkt. Die Autofluoreszenz wird immer von der obersten Fläche der Probe aufgenommen, wobei eine Schicht der Probe mit einem Mikrotom abgetragen wird und von dieser obersten Schicht dann ein Bild aufgenommen wird. Dies wird mehrfach wiederholt und die einzelnen Bilder werden zu einem 3-dimensionalen Bild zusammengesetzt. Hierzu ist ein Computer und eine entsprechende Software vorgesehen.

Das U.S. Patent 4,960,330 offenbart eine Vorrichtung zur Bildaufnahme. Die Probe ist dabei in einen Block eingebettet und mit fluoreszierenden Material gefärbt. Der Block ist in einem Halter befestigt und mit einem Messer oder Ähnlichem werden dünne Schnitte abgetragen. Nach jedem Abtrag eines Schnittes wird ein Bild von der so neu entstandenen Oberfläche der Probe aufgenommen. Die Bilder werden mit einem Mikroskop oder mit einem Konfokalmikroskop aufgenommen. Die aufeinander folgenden Bilder werden durch einen Computer zu einem 3-dimensionalen Bild zusammengesetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auf einfache und zuverlässige Weise 3-dimensionale Bilder einer Probe erzeugt werden können. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf einfache und zuverlässige Weise 3-dimensionale Bilder einer Probe erzeugt werden können. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 21 umfasst.

Es ist von Vorteil, wenn das Mikroskop auf der der Schneidekante des Messers abgewandten Seite des Schlittenmikrotoms angeordnet ist. Die 3-dimensionalen Bilder einer Probe werden dadurch erzeugt, dass nacheinander Schichten einer Probe durch das Messer abgetragen werden. Von jeder so neu entstandenen Schnittfläche der Probe, wird mit Hilfe des Mikroskops ein Bild aufgenommen. Mit dem Schlittenmikrotom wird eine lineare Bewegung der Probe unter dem Messer hindurch erzeugt. Durch diese Bewegung wird mit dem Messer die oberste Schicht der Probe abgetragen und die Probe verfährt, ohne die Bewegungsrichtung umzukehren, in eine Aufnahmeposition, bei der sich zumindest ein Teil der Oberfläche der Probe im Objektfeld des Mikroskops befindet. Anschließend verfährt die Probe in die Ausgangsposition zurück, so dass eine weitere Schicht der Probe abgetragen werden kann. Dies geschieht nun mehrfach, um somit einen Bildstapel zu gewinnen, der letztendlich zu einem 3-dimensionalen Bild der Probe zusammengesetzt werden kann.

Der Messerhalter ist auf einer Messerhalterauflage montiert. Das Mikroskop ist in einer Mikroskophalterung über der Ebene, in der die Probenhalterung verfährt vorgesehen. Die Messerhalterauflage für den Messerhalter und die Mikroskophalterung für das Mikroskop sind getrennt voneinander oder gemeinsam entlang einer Richtung senkrecht zur Ebene, in der sich die Probenhalterung bewegt, verstellbar.

Der Messerhalter ist auf einer Messerhalterauflage montiert. Die Messerhalterauflage ist derart ausgestaltet, dass die Messerhalterauflage zusätzlich zum Messerhalter auch die Mikroskophalterung mit dem Mikroskop trägt. Die Messerhalterauflage, die den Messerhalter und das Mikroskop trägt, ist entlang einer Richtung senkrecht zur Ebene, in der sich die Probenhalterung bewegt, verstellbar. Die Schneidekante des Messers ist derart im Messerhalter angeordnet, dass die Schneidekante senkrecht zur Bewegungsrichtung und parallel zur Ebene in der die Probenhalterung bewegbar ist, verläuft. Nach dem Abtragen einer Schicht der Probe verfährt die neu erzeugte Schnittfläche in das Objektfeld des Mikroskops. Das Mikroskop selbst ist senkrecht zur Bewegungsrichtung des Probenhalters verstellbar. Die Verstellung des Mikroskops erfolgt entlang einer Führung. Das Mikroskop kann in der Position mit mindestens einem Klemmelement feststellbar gehaltert werden.

Ebenso ist eine Steuereinheit vorgesehen, die die Verstellung der Messerhalterauflage hinsichtlich der von der Probe abzutragenden Dicke der Schicht und die Bildaufnahme der neu erzeugten Schnittfläche durch das Mikroskop steuert. Zudem ist ein Computer vorgesehen, der den Bildaufnahmevorgang synchronisiert, das Mikroskop steuert und die Bildverarbeitung der mehreren Bilder der von den vielen neu erzeugten Schnittflächen der Probe durchführt. Computer und Steuereinheit können auch gemeinsam als eine Einheit ausgeführt sein. Der Computer besitzt eine Speichereinheit, in der die aufeinanderfolgenden Bilder der vielen neu erzeugten Schnittflächen der Probe zur Bildverarbeitung gespeichert sind.

Ebenso kann im Bereich der Schneidekante eine Absaugeinrichtung vorgesehen sein, die die abgetragenen Schichten der Probe absaugt. Zusätzlich zur Absaugeinrichtung kann eine rotierende Bürste ebenfalls im Bereich der Absaugeinrichtung angeordnet sein, um dadurch evtl. an der Schneidekante des Messers anhaftende oder an der Probe anhaftende Schichten zu lockern, damit diese von der Absaugeinrichtung abgesaugt werden können. Einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, dass im Bereich des Mikroskops ebenfalls eine Absaugeinrichtung oder eine Drucklufteinrichtung der Probe zugeordnet ist.

Es ist von besonderem Vorteil wenn das Mikroskop als Stereomikroskop ausgebildet ist. Ein erster Vorteil ergibt sich bei der Prüfung der Ebenheit der Schnittfläche der Probe mit dem Stereomikroskop, welches Unebenheiten dreidimensional erkennen lässt. Die Ausführung eines dritten der Beleuchtung dienenden Strahlenganges beim Stereomikroskop nach EP 1010030 bietet insbesondere den Vorteil, dass keine Eigenfluoreszenz in den Beobachtungsstrahlengängen erzeugt wird und damit die Bildaufnahme nicht beeinträchtig wird, weil diese Anordnung ein ausgezeichnetes Signal zu Rausch Verhältnis bietet. Anstelle einer einzelnen Kamera können beim Stereomikroskop auch beide Beobachtungsstrahlengänge mit einer Kamera ausgerüstet sein, wobei mit jeder Kamera jeweils ein Bild jeder Schnittfläche aus leicht anderer Perspektive aufgenommen, auf dem Computer gespeichert und verarbeitet werden kann. Die unterschiedliche Perspektive bewirkt, dass Teile des Bildes, die sich nicht in der Fokusebene befinden und somit nicht auf der Schnittfläche der Probe, jeweils an einer anderen Position in den Bildern der beiden Kameras von der gleichen Schnittfläche der Probe erscheinen. Durch geeignete Auswertung und Vergleich dieser beiden Kamerabilder können solche Bereiche des Bildes eliminiert werden, um die Qualität der mehreren Bilder der von den vielen neu erzeugten Schnittflächen der Probe und des 3D-Bildes merklich zu verbessern. Beide Kameras können auch in einem Kameramodul in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sein oder ins Stereomikroskop integriert sein. Damit wird die gegenseitige Orientierung gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist von Vorteil, da die folgenden Schritte ausgeführt werden. Zunächst erfolgt ein Abtragen einer Schicht der Probe mit der Schneidekante des Messers. Vorangehend wird durch Bewegung der Messerhalterauflage und somit auch der Schneidekante des Messers senkrecht zur Ebene in der die Probenhalterung verfährt, die Schnittdicke eingestellt und die Probenhalterung zusammen mit der Probe ausgehend von einer Ausgangsposition unter dem Messer hindurch bewegt. Dadurch wird jeweils eine neue Schnittfläche erzeugt. Die Probe wird mittels der in einer Ebene beweglichen Probenhalterung unter das Mikroskop verfahren, so dass die neue Schnittfläche im Objektfeld des Mikroskops positioniert wird. Schließlich erfolgt das Aufnehmen eines Bildes der neuen Schnittfläche mit der Kamera. Anschließend wird der Messerhalter angehoben und der Probenhalter wird in die Ausgangsposition verfahren, so dass abermals eine weitere Schnittfläche erzeugt werden kann. Dieses Verfahren wird solange durchgeführt, bis eine ausreichende Anzahl von Bildern unterschiedlicher Schichten der Probe im Computer zusammengestellt ist, so dass der Computer daraus eine 3-dimensionale Repräsentation der Probe erzeugen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen in der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zum Erzeugen 3-dimensionaler Bilder einer Probe;
2 eine Draufsicht auf die Probenhalterung mit der schematischen Darstellung einer erzeugten Schnittfläche der Probe;
3 eine Draufsicht auf einen Bereich der Vorrichtung, der die Anordnung des Mikroskops und des Messers zeigt und
4 eine Seitenansicht der Vorrichtung, die die Anordnung des Mikroskops bezüglich der Probenhalterung bzw. des Messerhalters verdeutlicht.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 zur Erzeugung 3-dimensionaler Bilder von einer Probe. Die Vorrichtung 1 besteht aus einem Schlittenmikrotom 2, das einen linear beweglichen Probenhalter 3 aufweist. Der Probenhalter ist entlang der Richtung des Doppelpfeils A-A beweglich und in der Bewegungsebene 4 des Schlittenmikrotoms 2 angeordnet. Über der Bewegungsebene 4 des Schlittenmikrotoms 2 ist ein Messerhalter 5 vorgesehen. Im Messerhalter 5 ist ein Messer 6 angeordnet, das entsprechend auf die zu schneidende Probe 3a eingestellt werden kann. Das Schlittenmikrotom 2 definiert ein vorderes Ende 4a, zu dem die Probe 3a im Probenhalter 3 wird in die Richtung des vorderen Endes 4a in die Ausgangsposition verfahren wird, bevor eine weitere Schicht der Probe 3a abgetragen werden kann. Ebenso umfasst das Schlittenmikrotom 2 ein hinteres Ende 4b, das sich hinter dem Messerhalter 5 befindet. Im Bereich des hinteren Endes 4b ist das Mikroskop 7 vorgesehen. Das Mikroskop 7 ist in dieser Ausführungsform als Stereomikroskop ausgebildet. Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 jede Art von Mikroskop Anwendung finden kann. Das Schlittenmikrotom 2 ist ferner mit einer Steuereinrichtung 8 versehen, die dazu dient, die Dicke der abzutragenden Schicht einzustellen und weitere Parameter des Schlittenmikrotoms 2 zu regeln und zu überwachen. Die Steuereinheit 8 ist ferner mit einem Computer 10 verbunden, der für die Synchronisation mit dem Schlittenmikrotom 2 sorgt und ebenfalls für die Bildverarbeitung der vom Mikroskop 7 aufgenommenen Bilder dient.
2 zeigt eine Draufsicht auf den Probenhalter 3 mit der schematischen Darstellung einer erzeugten Schnittfläche der Probe 3a. Die Probe 3a ist in einem Einbettmaterial 3b fixiert. Zur Bildaufnahme durch das Mikroskop 7 verfährt das Schlittenmikrotom 2 den Probenhalter 3 in die optische Achse 31 des Mikroskops 7. Der mit der Kamera 34 aufzunehmende Bereich der Probe 3a befindet sich im Objektfeld 33 des Mikroskops 7. Jede neu entstandene Schnittfläche der Probe 3a wird durch das Schlittenmikrotom 2 in im Zusammenspiel mit der Steuereinheit derart verfahren, dass immer der gleiche Bereich der Probe 3a in das Objektfeld 33 des Mikroskops 7 verfahren wird.
3 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Vorrichtung, der im Besonderen die Anordnung des Mikroskops 7 und des Messerhalters 5 zeigt. Im Messerhalter 5 ist ein Messer 6 befestigt. Das Messer 6 definiert eine Schneidekante 6a, mit der nacheinander die Schichten von der Probe 3a abgetragen werden. Der Messerhalter 5 ist in einer Messerhalterauflage 11 (siehe 4) befestigt. Der Messerhalter 5 besitzt mindestens ein Einstellelement 5a, mit dem die Neigung der Schneidekante 6a des Messers 6 eingestellt werden kann. In der hier dargestellten Ausführungsform ist im Bereich der Schneidekante 6a des Messers 6 eine Absaugeinrichtung 12 vorgesehen. Mit der Absaugeinrichtung 12 ist es möglich, die abgetragenen Schnitte abzusaugen, so dass eine Kontamination bzw. Verschmutzung des Schlittenmikrotoms 2 vermieden ist. Der Probenhalter 3 ist zusammen mit der Probe 3a in der Bewegungsebene 4 des Schlittenmikrotoms 2 entlang des Doppelpfeils A-A beweglich. Durch die Bewegung des Probenhalters 3 unter dem Messer 6 hindurch, wird mittels der Schneidekante 6a die oberste Schicht der Probe abgetragen. Danach verfährt der Probenhalter 3 weiter und gelangt in die Fotoposition 14 des Mikroskops 7. Da das Mikroskop 7 bzw. dessen Fokusebene über die Messerhalteraufnahme 11 mit der Schneidekante 6a des Messer 6 starr verbunden ist, muss nach dem Abtragen des Schnittes nicht nachfokussiert werden, da nach dem Schneiden die Schnittfläche der Probe 3a immer in der selben Ebene liegt wie die Schneidekante 6a. Das Mikroskop 7 ist mit einem Binokular 13 versehen, über das der Benutzer die neu entstandene Schnittfläche im Objektfeld 33 des Mikroskops 7 visuell beobachten kann.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform dient die Messerhalterauflage 11 auch zur Halterung bzw. Befestigung des Mikroskops 7. Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich, dass für das Mikroskop 7 und den Messerhalter 5 auch getrennte Halteelemente vorliegen können. So ist zum Beispiel der Messerhalter 5 alleine auf der Messerhalterauflage 11 befestigt und für das Mikroskop 7 liegt dann ein einzelner Mikroskopadapter 20 vor, über den das Mikroskop 7 am Schlittenmikrotom 2 montiert ist. Je nach Ausgestaltung der Erfindung dient der Mikroskopadapter 20 oder der Messerhalter 11, in seiner besonderen einstückigen Ausgestaltung, als stabile Befestigung des Mikroskops 7. Das Mikroskop 7 ist ferner mit einer Kamera 34 versehen. Das Mikroskop 7 definiert eine optische Achse 31, die auf der Bewegungsebene 4 des Schlittenmikrotoms bzw. auf der Schnittfläche 3a der Probe senkrecht steht.
Das Mikroskop 7 kann senkrecht zur Bewegungsrichtung des Probenhalters 3 feinpositioniert werden. Die Bewegungsrichtung A-A zur Feinpositionierung des Mikroskops 7 ist durch den Doppelpfeil B-B angedeutet. Die Positionierung des Mikroskops 7 entlang des Doppelpfeils B-B kann durch Drehen an Knöpfen 21, 23 bewirkt werden. Durch die Drehung der Knöpfe 21 und/oder 23 wird ein Feintrieb 22 betätigt, der mit einem Schlitten 26 in Wirkverbindung steht. Auf dem Schlitten 26 ist das Mikroskop 7 montiert. Die Bewegung des Schlittens 26 entlang des Doppelpfeils B-B wird durch zwei Führungsstangen 27, 28 sichergestellt. Die Bewegungsrichtung B-B des Mikroskops 7 ist parallel zur Schneidekante 6a des Messers 6. Durch den Feintrieb 22 kann ein Objektfeld 33 der Probe 3a in der Fotoposition 14 eingestellt werden. Dies kann durch den Bediener mit hoher Auflösung bewerkstelligt werden. Nachdem die Feinpositionierung des Mikroskops 7 entlang der Führungsstangen 27, 28 erzielt worden ist, wird diese Position des Mikroskops mittels mindestens einer Klemmvorrichtung 24, 25 festgestellt. Somit ist sichergestellt, dass sich durch Vibrationen während des Schneidevorgangs die seitliche Positionierung der optischen Achse 31 nicht unbeabsichtigt verstellt. Durch die Klemmung ist somit eine laterale Bewegung des Mikroskops 7 verhindert.
4 zeigt eine Seitenansicht der Anordnung des Mikroskops 7 bezüglich dem Messerhalter 5 des Schlittenmikrotoms 2. Der Messerhalter 5 ist auf einer Messerhalterauflage 11 montiert. Dadurch kann das Messer 6 und/oder der Messerhalter 5 ohne Demontage des Mikroskops 7 oder des Mikroskophalters 20 leicht ausgetauscht werden. Besonders wichtig ist ein leichter Austausch des Messers 6, da sich die Schneidekante 6a des Messers 6 durch eine Vielzahl von Schneidevorgängen abnutzt und somit stumpf wird. Zur Erzeugung perfekter Schnittflächen, die für die Aufnahme von Bildern geeignet sind, ist eine ausreichend gute Schneidekante 6a mit ausreichend guten Schneideeigenschaften notwendig. Ausreichend gute Schneideeigenschaften definieren sich in der Schärfe der Schneidekante 6a des Messers 6. Über ein Verstellelement 5a kann die Neigung des Messers 6 verstellt werden. Es ist ebenfalls selbstverständlich, dass die Messerhalterauflage 11 und der Mikroskopadapter 20 einstückig ausgebildet sind. Ebenso ist es denkbar, dass der Mikroskopadapter 20 als separates Bauteil an der Messerhalterauflage 11 montiert ist. Die Messerhalterauflage 11 und somit folglich auch der Mikroskopadapter 20 sind entlang des Doppelpfeils D-D beweglich. 3 zeigt deutlich, dass das Mikroskop 7 hinter dem Messerhalter 5 angeordnet ist. Das Mikroskop 7 ist folglich an der der Schneidekante 6a des Messers 6 abgewandten Seite des Schlittenmikrotoms 2 angeordnet. Durch die Anordnung des Mikroskops hinter der Schneidekante 6a des Messers 6 ist die Möglichkeit enthalten, gleichzeitig zur Aufnahme eines Bildstapels fallweise auch histologische Einzelschnitte zu entnehmen. Die Positionierung des Mikroskops an der der Schneidekante 6a abgewandten Seite des Messers 6 eliminiert zudem die Möglichkeit, dass sich der Bediener während der Manipulation am Mikroskop 7 am Schneidekante 6a verletzt. Für den Schneidevorgang wird, wie bereits erwähnt, die Probe 3a entlang der Schneiderichtung A-A an die Schneidekante 6a des Messers verfahren. Die Messerhalterauflage 11 ist beweglich entlang des Doppelpfeils D-D ausgebildet. Somit kann die Schneidekante 6a des Messers 6 mittels der Messerauflage 11 abgesenkt werden. Die Absenkung der Messerhalterauflage 11 wird durch das Mikrotom 2 bzw. durch die mit dem Mikrotom verbundene Steuereinheit 8 gesteuert. Wenn die Probe 3a zusammen mit dem Probenhalter 3 in die Ausgangsposition, die sich beim vorderen Ende 4a (siehe 1) des Schlittenmikrotoms 2 befindet, verfahren wird, wird die Messerhalterauflage 11 entsprechend angehoben. Damit kann die Probe 3a ohne potentielle Beschädigung der Oberfläche durch das Messer 6 in die Ausgangsposition verfahren werden. Wenn die Probe 3a von der Ausgangsposition unter dem Messer 6 hindurch in die Fotoposition 14 verfahren wird, wird durch die Schneidekante 6a des Messers die oberste Schicht der Probe 3a abgetragen. Da das Mikroskop 7 durch den Mikroskopadapter 20 fest mit der Messerhalterauflage 11 verbunden ist, bleibt die Fokusebene des Mikroskops 7 zur Betrachtung der neuen Oberfläche der Probe 3a erhalten. Während der Aufnahme der zahlreichen neu entstandenen Schnittflächen der Probe 3a ist es somit nicht erforderlich, dass der Benutzer das Mikroskop 7 auf die Oberflächen der Probe 3a nachfokussiert.
Wie bereits erwähnt, ist der Schlitten 26, mit dem das Mikroskop 7 am Mikroskopadapter 20 befestigt ist, beweglich ausgebildet. Der Schlitten 26 hat um die Führungsstangen 27 und 28 mehrere Führungsflächen 48 ausgebildet. Die Wirkung der Schwerkraft auf das auf dem Schlitten 26 montierte Mikroskop 7 bewirkt eine Kippung des Schlittens 26 um die durch den Feintrieb 22 gebildete Drehachse. Damit ist bereits vor der Klemmung durch die Klemmvorrichtung 24, 25 gewährleistet, dass die Führungsflächen 48 am Schlitten 26 auf den Führungsstangen 27, 28 aufliegen. Somit geschieht durch die Klemmung keine axiale oder laterale Bewegung, so dass eine Nachpositionierung mit dem Feintrieb 22 und ein Nachfokussieren mittels des Fokustriebs 32 des Mikroskops nicht notwendig ist.
Aus 3 ist ersichtlich, dass im Bereich der Schneidekante 6a des Messers 6 eine Absaugvorrichtung 12 vorgesehen sein kann. Ebenso kann im Bereich der Fotoposition 14 eine Absaugvorrichtung (nicht dargestellt) angebracht werden. Die Breite 52 der Absaugeinrichtung 12 ist Idealerweise größer als die Breite der Probe 3a. Durch das Absaugen der Abschnitte (histologische Einzelschnitte) wird verhindert, dass diese entweder am Messer 6 oder an der Probe 3a haften bleiben und nachfolgende Schnitte hinsichtlich der Qualität beeinträchtigen oder die Bildaufnahme in der Fotoposition 14 behindern. Wahlweise kann, wie in 4 dargestellt, am Messer 6 eine rotierende Bürste 51 angebracht werden, die den Abschnitt entgegen der Schneiderichtung A-A vom Messer 6 abstreift. Der Abschnitt wird somit gelockert und kann mit der Absaugvorrichtung 12 abgesaugt werden. Durch Regulierung der Absaugvorrichtung (Stärke und Dauer) kann die Wirkung der Absaugvorrichtung 12 optimiert werden.

Claims

Eine Vorrichtung zum Erzeugen von 3-D Bildern einer Probe mit einem Schlittenmikrotom, das eine in einer Ebene bewegliche Probenhalterung aufweist, in der die Probe eingespannt ist, einem über der Ebene angeordneten Messerhalter mit einem Messer, das eine Schneidekante zum Abtragen von Schichten der Probe ausgebildet hat, um dadurch jeweils eine neue Schnittfläche zu erzeugen, und einem Mikroskop mit einer Kamera, zum Aufnehmen von jeweils einem Bild der neu erzeugten Schnittfläche der Probe dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop auf der der Schneidekante abgewandten Seite des Schlittenmikrotoms angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messerhalter auf einer Messerhalterauflage montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop in einer Mikroskophalterung über der Ebene, in der die Probenhalterung verfährt, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerhalterauflage für den Messerhalter und die Mikroskophalterung für das Mikroskop, getrennt voneinander, entlang einer Richtung senkrecht zu der Ebene, in der sich die Probenhalterung bewegt, verstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messerhalter auf einer Messerhalterauflage montiert ist und dass die Messerhalterauflage derart ausgestaltet ist, dass die Messerhalterauflage zusätzlich zum Messerhalter das Mikroskop trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerhalterauflage, die den Messerhalter und das Mikroskop trägt, entlang einer Richtung, senkrecht zu der Ebene, in der sich die Probenhalterung bewegt, verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidekante des Messers, derart im Messerhalter angeordnet ist, dass die Schneidekante senkrecht zur Bewegungsrichtung und parallel zur Ebene in der die Probenhalterung bewegbar ist, verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abtragen einer Schicht der Probe die neu erzeugte Schnittfläche der Probe in ein Objektfeld des Mikroskops verfährt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop senkrecht zur Ebene, in der sich die Probenhalterung bewegt, verstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop entlang einer Führung verstellbar ist, und dass das Mikroskop in der Position mit mindestens einem Klemmelement feststellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feinverstellung vorgesehen ist, mit der das Mikroskop senkrecht zur Bewegungsrichtung des Probenhalters verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Verstellung der Messerhalterauflage hinsichtlich der von der Probe abzutragenden Dicke der Schicht und die Bildaufnahme der neu erzeugten Schnittfläche durch das Mikroskop steuert, und dass ein Computer vorgesehen ist, der den Bildaufnahmevorgang synchronisiert, das Mikroskop steuert und die Bildverarbeitung der mehreren Bilder der von den vielen neu erzeugten Schnittflächen der Probe durchführt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Computer und die Steuereinheit gemeinsam zu einer Einheit zusammengefasst sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Computer eine Speichereinheit besitzt, in der die aufeinanderfolgenden Bilder der vielen neu erzeugten Schnittflächen der Probe zur Bildverarbeitung gespeichert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Computer aus den aufeinanderfolgenden Bildern der vielen neu erzeugten Schnittflächen der Probe ein 3-dimensionales Bild der Probe erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung im Bereich um die Scheidekante des Messers angeordnet ist, die abgetragenen Schichten der Probe absaugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung und eine rotierende Bürste im Bereich um die Scheidekante des Messers angeordnet sind, wobei die Absaugeinrichtung die abgetragenen und durch die Bürste gelockerten Schichten der Probe absaugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung und/oder eine Drucklufteinrichtung der Probe zugeordnet ist, wenn diese im Bereich des Mikroskops zur Bildaufnahme verfahren ist.
Vorrichtung nach eine der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop ein Stereomikroskop ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Stereomikroskop einen ersten Beobachtungsstrahlengang und einen zweiten Beobachtungsstrahlengang ausgebildet hat, von denen jeder mit einer Kamera ausgerüstet ist, die je ein Bild der selben Schnittfläche der Probe unter leicht unterschiedlicher Perspektive aufnimmt, wobei diese Bilder auf einem Computer speicherbar und verarbeitbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Messer eine feststehend Schneidekante hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Messer eine bewegliche, rotierende Schneidekante hat.
Verfahren zum Erzeugen von 3-D Bildern einer Probe mit einem Schlittenmikrotom, das eine in einer Ebene bewegliche Probenhalterung aufweist, in der die Probe eingespannt ist und einem über der Ebene angeordneten Messerhalter mit einem Messer, das eine Schneidekante ausgebildet hat, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Abtragen einer Schicht der Probe mit der Schneidekante des Messers, wobei dadurch jeweils eine neue Schnittfläche erzeugt wird, und wobei die Probenhalterung zusammen mit der Probe, ausgehend von einer Ausgangsposition unter dem Messer hindurchbewegt wird; – Verfahren der Probe, mittels der in einer Ebene beweglichen Probenhalterung unter das Mikroskop, so dass die neue Schnittfläche im Objektfeld des Mikroskops positioniert wird; – Aufnehmen eines Bildes der neuen Schnittfläche mit einer Kamera; – Anheben des Messerhalters; und – Verfahren des Probenhalters in die Ausgangsposition, so dass eine weitere Schnittfläche erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erzeugen der weiteren neuen Schnittfläche der Messerhalter abgesenkt wird, wobei das Messer in eine Position gebracht wird, dass eine weitere Schicht abgetragen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Messerhalter auf einer Messerhalterauflage montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop in einer Mikroskophalterung über der Probenhalterung vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerhalterauflage für den Messerhalter und die Mikroskophalterung für das Mikroskop, getrennt voneinander, entlang einer Richtung senkrecht zu der Ebene, in der sich die Probenhalterung bewegt, verstellbar sind.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Messerhalter auf einer Messerhalterauflage montiert ist und dass die Messerhalterauflage derart ausgestaltet ist, dass das Mikroskop zusätzlich zum Messerhalter von der Messerhalterauflage getragen wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerhalterauflage, die den Messerhalter und das Mikroskop trägt, entlang einer Richtung, senkrecht zu der Ebene, in der sich die Probenhalterung bewegt, verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidekante des Messers, derart im Messerhalter angeordnet ist, dass die Schneidekante senkrecht zur Bewegungsrichtung und parallel zur Ebene in der die Probenhalterung bewegt wird, verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abtragen einer Schicht der Probe die neu erzeugte Schnittfläche der Probe in einen Objektfeld des Mikroskops verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop senkrecht zur Bewegungsrichtung des Probenhalters verstellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung das Mikroskop entlang einer Führung verstellt wird, und dass das Mikroskop in der Position mit mindestens einem Klemmelement feststellt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feinverstellung vorgesehen ist, mit der das Mikroskop senkrecht zur Bewegungsrichtung des Probenhalters verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, durch die die Verstellung der Messerhalterauflage hinsichtlich der von der Probe abzutragenden Dicke der Schicht und die Bildaufnahme der neu erzeugten Schnittfläche durch das Mikroskop gesteuert wird, und dass ein Computer vorgesehen ist, der den Bildaufnahmevorgang synchronisiert, das Mikroskop steuert und die Bildverarbeitung der mehreren Bilder der von den vielen neu erzeugten Schnittflächen der Probe durchführt.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Computer und die Steuereinheit gemeinsam als eine Einheit ausgeführt sind.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Computer eine Speichereinheit besitzt, in der die aufeinanderfolgenden Bilder der vielen neu erzeugten Schnittflächen der Probe zur Bildverarbeitung gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Computer aus den aufeinanderfolgenden Bildern der vielen neu erzeugten Schnittflächen der Probe ein 3-dimensionales Bild der Probe erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung im Bereich um die Scheidekante des Messers angeordnet ist, mit der die abgetragenen Schichten der Probe absaugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung und eine rotierende Bürste im Bereich um die Scheidekante des Messers angeordnet sind, wobei mit der Absaugeinrichtung die abgetragenen und durch die Bürste gelockerten Schichten der Probe absaugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung und/oder eine Drucklufteinrichtung der Probe zugeordnet ist, wenn diese im Bereich des Mikroskops zur Bildaufnahme verfahren worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikroskop ein Stereomikroskop verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Stereomikroskop einen ersten Beobachtungsstrahlengang und einen zweiten Beobachtungsstrahlengang ausgebildet hat, von denen jeder mit einer Kamera ausgerüstet ist, mit denen je ein Bild der selben Schnittfläche der Probe unter leicht unterschiedlicher Perspektive aufgenommen wird, wobei diese Bilder auf einem Computer gespeichert und verarbeitet werden und zur Erzeugung des 3D-Bildes der Vergleich der beiden Kamerabilder herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidekante des Messers feststeht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidekante des Messers beweglich, vorzugsweise rotierend ist.