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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Scannen einer Probe mittels
eines elektrisch und/oder elektronisch steuerbaren Mikroskops, wobei
eine Vielzahl von Bildern, insbesondere digitalen Bildern, an unterschiedlichen
Stellen der Probe und/oder zu unterschiedlichen Zeiten erzeugt werden und
wobei das Mikroskop während
eines Scanvorgangs durch einen Steuerrechner gesteuert wird. Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Mikroskopiersystem zum Scannen
einer Probe mittels eines Mikroskops, wobei das Mikroskop oder zumindest
ein Teil des Mikroskops elektrisch und/oder elektronisch steuerbar
ist und wobei eine Vielzahl von Bildern in einem Scanvorgang an
unterschiedlichen Stellen der Probe und/oder zu unterschiedlichen
Zeiten erzeugbar ist.
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Im
Bereich der „Life
Science" besteht
häufig die
Notwendigkeit, biologische Proben detailliert zu untersuchen. Im
Mittelpunkt stehen hierbei die unterschiedlichsten Fragestellungen
aus der Biologie, Genetik, Pharmazie oder dergleichen. So werden
beispielsweise Vorgänge
bei der Zellteilung untersucht oder die Auswirkung eines Medikaments
auf die Zellentwicklung untersucht. Bei derartigen Untersuchungen
wird die Probe mittels eines Mikroskops beobachtet und analysiert.
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Auch
in anderen Bereichen werden Untersuchungen mit Mikroskopen benötigt. So
kann in der Forensik die Aufgabe bestehen, aus einer Vielzahl von
Fasern eine von einem Täter
stammende Faser zu finden. Weitere Anwendungsgebiete umfassen die
Metallografie, die Qualitätssicherung,
die Mikrotider-Plattenanalyse oder die Pathologie. Allen diesen Anwendungsgebieten
ist gemein, dass eine Probe über
einen größeren Bereich
erfasst oder durchsucht werden muss.
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Zum
Lösen dieser
Aufgabe wird bei den aus der Praxis bekannten Verfahren eine Probe
sukzessive abgescannt. Hierbei wird häufig der Mikroskoptisch unter
dem Objektiv oder zumindest Teile des Mikroskops bewegt und dabei
die Probe linien-, mäanderförmig oder
entlang einer anderen geometrischen Bahn abgescannt. Die Bewegung
des Mikroskoptischs oder des bewegten Teils des Mikroskops ist meist
elektrisch oder elektronisch unter Verwendung eines Steuerrechners
gesteuert. Die bei dem Scanvorgang gewonnen Daten werden dann auf
dem Steuerrechner gespeichert und einem Nutzer für eine spätere Auswertung zur Verfügung gestellt.
Meist werden die derart erfassten Daten in einer Datenbank abgelegt.
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Insbesondere
bei statistischen Untersuchungen, beispielsweise bei der Untersuchung
von Zellteilungen, muss eine sehr große Datenmenge generiert werden,
um eine ausreichende Anzahl von interessanten Zellen zu entdecken.
Erst dadurch ist eine ausreichend genaue Aussagen über das
Verhalten der Probe im Allgemeinen möglich. Dabei wird die Probe
wiederholt entlang einer geometrischen Bahn feldweise gescannt.
Wird die Zahl der einzelnen Felder groß, so besteht das Problem,
dass schnell ablaufende Prozesse nicht mehr mit ausreichender zeitlicher
Auflösung
aufgenommen werden können.
Die Zeitspanne, bis ein Feld erneut gescannt wird, ist relativ groß. Vergleichsweise
schnell ablaufende Prozesse, wie beispielsweise in der Biologie
bei Zellteilungen oder in der Metallografie beim Bruchverhalten oder
der Oxydation sind damit nicht mehr ausreichend genau beobachtbar.
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Bei
Erhöhen
der Scanrate, d.h. bei Senken der pro Feld benötigten Zeit kann die Zeitspanne
zwischen zwei Scanvorgängen
eines Feldes reduziert werden, allerdings treten dann andere Probleme
auf. Die Bewegung des Objektträgers
oder des bewegten Teil des Mikroskops muss stärker beschleunigt und stärker abgebremst
werden. Dadurch muss ausreichend gewartet werden, bis die Schwingungen
abgeklungen sind. Eine ruhende Probe ist insbesondere bei dreidimensionalen
Aufnahmen wichtig. Daher sind der Geschwindigkeit der Bewegung enge
Grenzen gesteckt und die Scanrate nach oben begrenzt. Einzelsequenzen,
die zu einem ruhigen Film zusammengefügt werden, sind dabei kaum
möglich.
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Um
ein Objekt mit relativ hoher Geschwindigkeit und mit hoher Präzision zu
erfassen, sind aufwendige Regelungssysteme notwendig. Aus der Praxis
sind solche Regelungssysteme bekannt, bei dem ein elektrisch oder
elektronisch steuerbares Mikroskop mit einem Steuerrechner verbunden
ist. Dieser Steuerrechner sorgt für eine weitest gehend optimale Bewegung
und präzise
Positionierung der Probe. Allerdings bleibt weiter das Problem bestehen,
dass insbesondere bei Massenscans sehr große Datenmengen anfallen, die
geeignet gespeichert werden müssen.
Hier können
schnell Datenmengen im Bereich von einigen Tera-Bytes (TB) erreicht
werden. Soll beispielsweise bei der Untersuchung einer Mikrotiterplatte
mit 384 Scanfeldern Zellteilung in einem Zeitraum von 48 Stunden
beobachtet werden, entstehen erhebliche Datenmengen. Derzeit eingesetzte Scanner
liefern Bilder mit einer Größe von 8.000 × 8.000
Pixeln. Häufig
werden zudem dreidimensionale Daten mit 20 bis 50 Schnittebenen
erzeugt und zudem die Probe mit unterschied lichen Wellenlängen beleuchtet.
Eine einfache Rechnung zeigt, dass die Datenmenge bereits in den
zweistelligen TB-Bereich anwächst.
Diese Datenmenge muss nicht nur geeignet gespeichert, sondern in
der späteren
Analyse noch aufbereitet und ausgewertet werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden,
dass das Scannen einer Probe mittels eines Mikroskops auch bei der
Erzeugung einer Vielzahl von Bildern schnell, präzise und mit möglichst
geringem Datenaufkommen erreicht werden kann. Ein entsprechendes
Mikroskopiersystem, das zur Ausführung des
Verfahrens geeignet ist, soll angegeben werden.
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Erfindungsgemäß wird die
voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach
ist das in Rede stehende Verfahren zum Scannen einer Probe derart
weitergebildet, dass eine Beobachtung und/oder Analyse der erzeugten Bilder
bei mindestens einem über
ein Netzwerk verbundenen weiteren Rechner durchgeführt wird
und dass basierend auf deren Ergebnisse eine Klassifikation der
Bilder vorgenommen und/oder der Scanvorgang beeinflusst wird.
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Hinsichtlich
eines Mikroskopiersystems zum Scannen einer Probe wird die voranstehende
Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 22 gelöst, wonach
ein Mikroskopiersystem derart ausgestaltet ist, dass zusätzlich zu
einem das Mikroskop steuernden Steuerrechner weitere Rechner in
das System integrierbar sind und dass zumindest einer der weiteren
Rechner zum Kontrollieren des Scanvorgangs und/oder zum Beobachten
und/oder Analysieren der erzeugten Bilder ausgestaltet ist.
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In
erfindungsgemäßer Weise
ist zunächst
erkannt worden, dass insbesondere bei einem Massenscan lediglich
ein Bruchteil der gewonnenen Daten von Interesse ist. So soll häufig eine
Probe lediglich hinsichtlich besonderer Ereignisse oder Eigenschaften
untersucht werden, beispielsweise hinsichtlich einer stattfindenden
Zellteilung, eines sich ausbildenden Haarrisses oder einer besonderer
Ausgestaltung einer Faser in einem Fasergemisch. Bereiche, die sich
nicht verändern
oder eine gewünschte
Eigenschaft nicht aufweisen, sind im Allgemeinen uninteressant.
Allerdings sind meist eben diese Bereiche wesentlich zahlreicher
als die interessan ten Bereiche. Erfindungsgemäß ist daher erkannt worden, dass
die Menge der erzeugten Daten wirkungsvoll reduziert werden kann,
wenn lediglich ein gewisser Teil der Probe detailliert erfasst wird.
Dazu wird die Probe lediglich selektiv erfasst.
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Eine
selektive Erfassung einer Probe setzt jedoch voraus, dass zeitgleich
oder zumindest zeitnah zu dem Scanvorgang eine Auswertung der gewonnenen
Daten durchgeführt
wird. Dadurch kann entschieden werden, welche Daten benötigt werden und
welche Bereiche detaillierter gescannt werden sollen. Meist reicht
für die
mitlaufende Analyse der Daten die Rechnerkapazität des Steuerrechners nicht
aus. Ist die Kapazität
vorhanden, so besteht die Gefahr, dass durch Präemption im Betriebssystem des
Rechners Unterbrechungen des Regelprozesses hervorgerufen werden
und somit der Scanvorgang gestört
wird.
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Erfindungsgemäß ist daher
erkannt worden, dass durch Auslagerung der Beobachtung und/oder Analyse
der erzeugten Daten wirkungsvoll eine Klassifikation der Bilder
erreicht werden kann. Hierzu können über ein
Netzwerk verbundene Rechner genutzt werden. Häufig ist in Forschungseinrichtungen
eine große
Anzahl von Rechnern vorhanden, die über ein Netzwerk untereinander
verbunden sind. Diese Rechner sind beispielsweise nachts nicht genutzt und
während
eines Tages häufig
nicht vollständig ausgelastet.
Diese können über das
Netzwerk zu einem virtuellen System zusammengefügt werden und somit besonders
effektiv eingesetzt werden. Insbesondere ist hierdurch eine parallele
Verarbeitung von Daten unabhängig
voneinander erreichbar. Der Scanvorgang und die Beobachtung und/oder
Analyse der durch das Mikroskop erzeugten Bilder kann somit im Wesentlichen
gleichzeitig oder zumindest zeitnah erfolgen. Damit wird es möglich, basierend auf
die Ergebnisse der Beobachtung und/oder Analyse den Scanvorgang
zu beeinflussen. Im Ergebnis wird quasi eine intelligente Mikroskopie
durch die Erfindung möglich.
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In
vorteilhafter Weise kann die Beobachtung und die Analyse der Probe
eine Klassifikation in interessante und uninteressante Bereiche
liefern. Die Klassifikation kann dadurch erfolgen, dass den interessanten
Objekten in einer Probe – beispielsweise die
sich teilenden Zellen oder ein sich ausbildender Mikroriss – bestimmte
geometrische Eigenschaften zugewiesen werden. Nach diesen Eigenschaften sucht
ein Klassifikator, der so interessante Bereiche erkennt. Dadurch
kann wirkungsvoll ein seltenes Ereignis in der Probe aufgefunden
werden.
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Wenn
zusätzlich
zu seltenen Ereignissen unerwartete Ereignisse untersucht werden
sollen, so könnte
zusätzlich
ein Klassifikator vorgesehen sein, der die Probe hinsichtlich standardmäßiger Eigenschaften
untersucht. So weisen beispielsweise „normale" Zellen in einer Zellprobe eine bestimmte
Struktur auf. Werden Objekte in der Probe gefunden, die diese standardmäßigen Eigenschaften
nicht erfüllen, so
liegt möglicherweise
ein unerwartetes Ereignis. Kann also ein Objekt einer Probe nicht
eindeutig einem interessanten oder einem uninteressanten Objekt
zugeordnet werden, so erhält
man einen Kandidaten für
ein unerwartetes Ereignis. Da natürlich auch Fehler bei der Bilderzeugung
die mangelnde Zuordenbarkeit verursachen können, ist eine eindeutige Klassifikation
beispielsweise durch einen Bediener erforderlich. Derartige Kandidaten
ließen
sich also einem Bediener vorlegen, damit dieser eine abschließende Bewertung
der Bereiche vornimmt. Alternativ oder zusätzlich könnten weitere Klassifikatoren
aus den Kandidaten für
unerwartete Ereignisse weitere uninteressante Bereiche herausfiltern.
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Zur
Reduzierung des Aufwandes könnte
vorgesehen sein, dass die Probe zunächst mit einer vergleichsweise
geringen Auflösung
gescannt wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise zunächst die Menge
der zu analysierenden Daten in einem geringen Ausmaß gehalten
werden. Die gering aufgelösten
Daten würden
dann zu einem oder mehreren der weiteren Rechner übermittelt,
damit diese eine Analyse der Bilder durchführen. Während der Analyse kann der
Scanvorgang vorteilhafterweise fortgesetzt werden. Dadurch erfolgt
die Auswertung der Bilder mit einem zeitlichen Versatz zu der Erfassung
der Bilder. Allerdings kann der Versatz durch die Nutzung von über ein
Netzwerk verbundenen Rechnern vergleichsweise gering gehalten werden.
Im Ergebnis liefert die Auswertung eine Klassifikation der durch das
Mikroskop erzeugten Bilder.
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Wird
in den Bildern ein interessanter Bereich festgestellt, so könnte dieser
Bereich mit einer höheren
Auflösung
erneut aufgenommen werden. Dazu würde der Mikroskoptisch oder
der bewegbare Teil des Mikroskops derart bewegt werden, dass der
interessante Bereich erfasst werden kann. Zusätzlich könnte ein Objektivwechsel erfolgen
und/oder eine automatische Fokussierung durchgeführt werden. Findet in dem interessanten
Bereich ein vergleichsweise schneller Vorgang statt oder wird dies
gewünscht,
so könnte
dieser Bereich über
eine gewisse Zeit hinweg dauerhaft untersucht werden. Der normale
Scanvorgang wäre
dadurch für
eine gewisse Zeit spanne unterbrochen. Dabei könnte die Probe sowohl in einer
Scanschicht erfasst werden als auch zwischen mehreren Scanschichten
gewechselt werden. In letzterem Fall ließen sich Daten gewinnen, die eine
Rekonstruktion von dreidimensionalen Bildern erlaubt. Im Ergebnis
entsteht ein zeitlich und optisch hoch aufgelöster Datensatz, der den Vorgang
in dem interessanten Bereich detailliert wiedergibt.
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Vorteilhafterweise
könnten
bei jedem Scan und insbesondere beim Scan eines interessanten Bereichs
mit einer höheren
Auflösung
der Scanbereich und/oder einzelne Scanparameter angepasst werden.
Eine Anpassung des Scanbereichs könnte derart erfolgen, dass
ein als interessant klassifizierter Bereich weiter eingeschränkt wird
und noch enthaltenen uninteressante Bereiche entfernt werden. Dadurch
könnte
der interessante Bereich noch weiter reduziert und mit einer höheren optischen
Auflösung erfasst
werden. Dies könnte – je nach
zu untersuchender Probe – sogar
dahingehend genutzt werden, dass die Probe zunächst in vergleichsweise wenige Scanfelder
unterteilt wird und bei Feststellen eines interessanten Bereichs
sukzessive eingeschränkt
wird. So könnte
beispielsweise eine Probe in vier gleich große quadratische Scanbereiche
unterteilt werden. Wird ein Bereich als interessant klassifiziert,
könnte dieser
wiederum in vier gleich große
quadratische Bereiche untergliedert werden. In den eingeschränkten Bereichen
könnte
erneut eine Klassifikation erfolgen. Dieser Vorgang könnte so
lange wiederholt werden, bis der interessante Bereich ausreichend
eingegrenzt ist. Das Anpassen von Scanparametern könnte beispielsweise
das Verändern
der Wellenlänge
der Beleuchtung umfassen.
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Zur
möglichst
effektiven Datenreduktion könnte
die Klassifikation der gescannten Bereiche genutzt werden. So ist
eine Speicherung von Bereichen, die vollständig als uninteressant klassifiziert wurden,
im Allgemeinen nicht sinnvoll. Derartige Bereiche enthalten keine
interessanten Ereignisse oder Objekte und müssen nicht einer nachfolgenden
detaillierten Untersuchung durch einen Fachmann unterzogen werden.
Deshalb könnte
sinnvollerweise die Speicherung der Bilddaten auf die interessanten Bereiche
beschränkt
werden.
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Bei
der Speicherung der durch das Mikroskop erzeugten Bilder könnten diese
zunächst
in einem zentralen Massenspeicher abgelegt werden. Dies setzt voraus, dass
die Einheit, die die erzeugten Bilder nach außen reicht, einen Zugriff auf
den Massenspeicher hat. Diese Einheit wird im Allgemeinen der Steuerrechner
sein. Allerdings könnte
auch eine andere Einheit vorgesehen sein, um die durch das Mikroskop
erzeugten Bilder entsprechend aufzubereiten und an den Massenspeicher
weiterzuleiten. Auch das Mikroskop selbst bzw. der Scanner in der Mikroskop
könnte
diese Aufgabe übernehmen.
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Der
Massenspeicher dient somit zunächst als
Zwischenspeicher, der den Austausch der Bilder mit den weiteren
Rechnern ermöglicht.
Die weiteren Rechner würden
dann auf diese Daten zugreifen, eine Analyse durchführen und
die Klassifikation der Bilder übermitteln.
Erst danach werden die Bilder als interessante Bereiche abgespeichert.
Die Zwischenspeicherung und die Speicherung der interessanten Bereiche
können
in demselben Massenspeicher erfolgen. Allerdings ist auch eine Speicherung
in unterschiedlichen Massenspeichern und/oder auf unterschiedlichen
Rechnern möglich.
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Nach
Ablegen eines neuen Bildes in dem Massenspeicher könnte eine
Nachricht erzeugt werden, die das Vorliegen eines neuen Bildes signalisiert.
Die Nachricht könnte
von mindestens einem der weiteren Rechner empfangen werden. Danach
könnte
dieser weitere Rechner zur Übermittlung
des neuen Bildes an ihn auffordern und nach Empfang des Bildes eine
Analyse des Bildes durchführen.
Zusätzlich
könnten
das Mikroskop und/oder der Steuerrechner weitere Statusinformationen
erzeugen und über das
Netzwerk übermitteln.
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Zum
Erreichen eines universellen Systems, in das die verschiedensten
Rechner einkoppelbar sind, könnte
zur Übermittlung
von Nachrichten, Anfragen, Steuerbefehlen, Daten und/oder dergleichen ein
möglichst
einfaches Protokoll Verwendung finden. Besonders gut werden sich
die Protokolle eignen, die zusätzlich
plattformunabhängig
sind, d.h. nicht von der Verwendung eines bestimmten Betriebssystems
oder Rechners abhängen.
Da das Mikroskopiersystem Rechner einbinden soll, die einer bestehenden
Netzwerkinfrastruktur angehören,
wird ein Protokoll dann besonders einfach anwendbar sein, wenn Protokollnachrichten
problemlos über
das Netzwerk übertragen
werden können.
Protokolle, deren Nachrichten beispielsweise durch Firewalls herausgefiltert
werden, sind tendenziell weniger gut geeignet. Als vorteilhaft haben
sich Protokollnachrichten erwiesen, die in eine Textnachricht umgewandelt werden.
Als Textnachricht kommt vorzugsweise ein ASCII-kodierter Text zum
Einsatz. Allerdings ließe sich
der Text auch auf andere Weise kodieren. Zur Erhöhung der Sicherheit gegen Manipulation
oder unberechtigtes Einschleusen von Nachrichten könnten die
Textnachrichten zusätzlich
signiert, verschlüsselt
und mit weiteren Informationen versehen werden. Hierzu stehen die
verschiedensten aus der Praxis bekannten Signier- und Verschlüsselungsverfahren
zur Verfügung.
Die Textnachrichten könnten
dann in unverschlüsselter
oder verschlüsselter
Form in Netzwerkpakete (beispielsweise TCP- oder UDP-Pakete) eingebettet
und über
das Netzwerk über
bei anderen Anwendungen gebräuchliche
Ports übermittelt werden.
Enthalten die Protokollnachrichten keinen ausführbaren Code, wird die Sicherheit
dadurch nicht beeinträchtigt.
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Auch
wenn sich das Übermitteln
von Protokollnachrichten in Form einer Textnachricht als besonders
einfach erwiesen hat, so können
dennoch auch andere Protokolle und andere Arten der Nachrichtenübermittlung
eingesetzt werden. Lediglich beispielhaft sei auf den Einsatz von
DCOM (Distributed Communication Object Model) oder SOAP (Simple Object
Access Protocol) verwiesen.
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Mit
den Protokollnachrichten könnten
verschiedenste Anweisungen eines weiteren Rechners an andere Rechner übermittelt
werden. So könnte
ein weiterer Rechner nach erfolgter Analyse und Klassifikation eines
Bildes eine Anweisung an den Massenspeicher erzeugen und übermitteln,
wonach ein bestimmtes Bild gespeichert oder verworfen werden soll.
Eine an den Steuerrechner gerichtete Anweisung könnte Informationen zum Steuern
des Mikroskops bzw. des Scanvorgangs enthalten. Dies könnte beispielsweise
das Auswählen
eines bestimmten Bereichs der Probe, einen Objektivwechsel oder
eine Nachfokussierung des Objektivs umfassen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
prinzipiell mehrere Rechner im Wesentlichen gleichzeitig Bilder
analysieren. Dies könnte
zum einen die Analyse des gleichen Bildes nach verschiedenen Kriterien
umfassen. Allerdings könnten
auch zeitlich nacheinander oder an verschiedenen Stellen der Probe
gewonnene Bilder parallel von verschiedenen Rechnern analysiert
werden. Da aus einer Analyse Anweisungen an den Steuerrechner resultieren können, werden
unter Umständen
mehrere Anweisungen von verschiedenen Rechnern gleichzeitig bei dem
Steuerrechner eintreffen. In diesem Fall könnten die Anweisungen der Rechner kollidieren.
So könnte beispielsweise
einer der weiteren Rechner den Steuerrechner zum detaillierten Scannen
eines interessanten Bereichs auffordern, während ein anderer der weiteren
Rechner einen anderen Bereich der Probe zur weiteren Beobachtung
bestimmt. In solchen Fällen
muss eine Abarbeitungsreihenfolge oder eine andere Art der Konfliktlösung ermittelt
werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Integrität des Mikroskopiersystems
gewahrt bleibt und keine das Mikroskop gefährdende Zustände eintreten.
Dazu kann eine Kontrolleinheit vorgesehen sein, die die Systemintegrität überwacht
und damit ein unbeaufsichtigtes Ablaufen des Scanvorgangs ermöglicht.
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Zur
Rekonstruktion der einzelnen Vorgänge während eines Scanvorgangs könnte eine
automatische Dokumentation der einzelnen Schritte durchgeführt werden.
Hierzu können
beispielsweise XML-Datenbanken angelegt und verwendet werden. Damit
ist gewährleistet,
dass der Ablauf des Scanvorgangs einfach rekonstruiert werden kann.
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In
vorteilhafter Weise lassen sich das erfindungsgemäße Verfahren
und das erfindungsgemäße Mikroskopiersystem
besonders flexibel und universell einsetzen. Dadurch kann ein großes Spektrum an
Anwendungsgebieten abgedeckt und auf die unterschiedlichsten Anforderungen
an den Beobachtungs- oder Analysevorgang optimal reagiert werden. Insbesondere
können
für sich
gesehen lauffähige Systeme – beispielsweise
das Mikroskop mit zugehörigem
Steuerrechner – integriert
werden. Aber auch die Anzahl und Vielfalt der integrierten Geräte und Systeme
ist nicht begrenzt. So können
weitere Mikroskope mit zugeordnetem Steuerrechner und eine nahezu
beliebige Anzahl weiterer Rechner in das System integriert werden.
Darüber
hinaus könnten
Aktuatoren oder Manipulatoren in das System eingebunden werden.
Dadurch könnte
beispielsweise ein Medikament auf die Probe aufgebracht oder die
Probe mit einem Laser bestrahlt werden. Aber auch Sensoren könnten dem
logischen Gesamtsystem hinzugefügt
werden. Damit wäre
beispielsweise die Temperatur der Probe oder andere interessante
Parameter erfassbar. Einzige Voraussetzung für das Einbinden der verschiedensten
Geräte
ist, dass sie über
ein Netzwerk ansprechbar oder auslesbar sind. Dies kann dadurch
erreicht werden, dass die einzelnen Geräte über eine geeignete Netzwerkschnittstelle verfügen. Auf
der anderen Seite können
Geräte
an einen Rechner angebunden sein und über diesen eine Verbindung
zu einem Netzwerk herstellen. Vorteilhafterweise kann eine Anpassung
des Gesamtsystems dynamisch und/oder während eines Scanvorgangs erfolgen.
Da das Einbinden von Geräten oder
Rechnern rein Software-basiert vorgenommen wird, sind diese Anpassungen
durch den Nutzer des Systems selbst durchführbar. Insbesondere müssen keine
Servicetechniker des Anlagenherstellers vor Ort sein und die Anpassungen
vornehmen.
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Des
Weiteren lässt
sich die Erfindung im Zusammenhang mit den verschiedensten Architekturen und
Systemen einsetzen. So können
verschiedenste Mikroskope zum Einsatz kommen. Ein Durchlichtmikroskop
ist beispielsweise ebenso einsetzbar wie ein Konfokalmikroskop.
Letztlich ist nicht entscheidend, durch welche Art von Mikroskop
die Bilddaten erzeugt werden. Prinzipiell können sogar verschiedenartige
Mikroskope in einem Gesamtsystem integriert werden.
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Auch
hinsichtlich der Rechnerarchitekturen müssen keine weiterreichenden
Einschränkungen vorgenommen
werden. So können
die weiteren Rechner Personal Computer (PCs), Macintoshs, Grafik-Workstations,
PDAs (Personal Digital Assistant), Mobiltelefone und vieles mehr
umfassen. Auch hinsichtlich der Betriebssysteme auf den weiteren Rechnern
bestehen keinerlei Einschränkungen.
Lediglich beispielhaft sei auf den Einsatz von Windows, MAC OS,
BeOS, Linux, Unix und Windows Mobile hingewiesen. Diese Listen lassen
sich prinzipiell beliebig fortführen.
Einzige Voraussetzung ist, dass eine Kommunikation zwischen den
einzelnen Rechnern möglich
ist und die ausgetauschten Daten durch die einzelnen Rechner verarbeitbar
sind. Dies kann jedoch dadurch erreicht werden, dass zur Interkommunikation
zwischen den einzelnen Einheiten des Mikroskopiersystems ein einfaches
und plattformübergreifendes
Protokoll Verwendung findet und die übermittelten Bilder in ein
verwertbares Grafikformat konvertiert werden. Beides stellt jedoch
keine unüberwindbaren
Einschränkungen
dar.
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Die
Analyseprogramme auf den weiteren Rechnern oder die Steuerprogramme
auf Steuerrechnern können
zudem in unterschiedlichster Art und Weise implementiert werden
und die unterschiedlichsten Aufgaben übernehmen. So lassen sich die
verschiedensten Programmiersprachen verwenden. Lediglich beispielhaft
und nicht auf diese einschränkend
sei auf eine Implementierung mit C++, C#, Java, Python oder Visual
Basic hingewiesen. Die einzelnen Anwendungen können eine Analyse der Bilddaten
vornehmen, 3D-Bilder und 3D-Modelle generieren, Filme aus Einzel bildern
zusammenfügen,
Regelungsaufgaben übernehmen
oder Bilddaten für
einen Nutzer darstellen und aufbereiten. Auch diese Liste kann in
Abhängigkeit
des Anwendungsfalls beliebig verändert
und erweitert werden. Dadurch sind ebenso bestehende Analyse-, Steuer-, Auswerte-
oder Darstellungsprogramme verwendbar.
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Das
zur Interkommunikation und zum Datenaustausch genutzte Netzwerk
kann ebenso auf unterschiedlichste Art und Weise aufgebaut sein.
Lediglich beispielhaft und nicht auf diese beschränkt sei auf
die Verwendung von Ethernet, WLAN (Wireless Local Area Network),
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), Token Ring, Telefonmodems
oder DSL (Digital Subscriber Line) erwähnt. Dabei kann das Netzwerk
auch verschiedene Techniken von Netzwerken in sich vereinen. In
einem System können
beispielsweise Rechner über
ein kabelgebundenes Ethernet-Netzwerk verbunden sein. Mit diesen
sind einzelne Rechner über
ein Gigabit-Ethernet mittels Glasfasern angebunden und einzelne
mobile Geräte
sind über
WLAN eingebunden.
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Da
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und
dem erfindungsgemäßen Mikroskopiesystem
in hohem Maße
bestehende Hardware integriert werden kann, können in erheblichem Maße Kosten
für die
Beschaffung hochleistungsfähiger
Rechner reduziert werden. Dennoch kann Scanvorgang durchgeführt werden,
der einen hohen Datendurchsatz ermöglicht und sehr viele interessante
Daten über
und Bilder von einer Probe liefert.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und
22 jeweils nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die
nachfolgende Erläuterung
einiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigen
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1 in
einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Mikroskopiersystem
mit drei Mikroskopen,
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2 in
einem Blockdiagramm das Umwandeln einer Anweisung in einen ASCII-Text
und zurück,
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3 in
einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Mikroskopiersystem
mit zwei Subsystemen,
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4 in
einem Blockdiagramm ein erfindungsgemäßes Mikroskopiersystem mit
einer Kontrolleinheit,
-
5 in
einem Blockdiagramm das Mikroskopiersystem gemäß 4 einschließlich einzelner Signalflüsse,
-
6 in
einem Sequenzdiagramm einen Ablauf nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
und
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7 in
einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Mikroskopiersystem
zum Auffinden seltener und unerwarteter Ereignisse.
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In 1 ist
eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mikroskopiersystems schematisch dargestellt.
Das Mikroskopiersystem umfasst drei Mikroskope 1.1, 1.2 und 1.3,
denen jeweils ein Steuerrechner 2.1, 2.2 und 2.3 zugeordnet
ist. Die Mikroskope 1 und Steuerrechner 2 sind
jeweils über
eine Kommunikationsverbindung 3 miteinander verbunden,
die durch die verschiedensten aus der Praxis bekannten Schnittstellen
gebildet werden kann. Die Steuerrechner 2 sind über Netzwerkverbindungen 4 mit
einem Netzwerkserver 5, zwei NAS (Network Attached Storage)-Server 6.1 und 6.2 und
weiteren Rechnern 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4 verbunden.
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Die
Netzwerkverbindungen können
auf die unterschiedlichsten Arten realisiert sein. Die Verbindungen
zwischen den Steuerrechnern 2 und dem Netzwerkserver 5 werden
sinnvollerweise mit einem leistungsfähigen Netzwerk realisiert.
Hier könnte
beispielsweise Gigabit-Ethernet Verwendung finden. Auch die Verbindung
zwischen dem Netzwerkserver 5 und den NAS-Servern sollte
ausreichend dimensioniert sein, um sonst möglicherweise auftretende Engpässe bei
der Datenübertragung
zu vermeiden. Gigabit-Ethernet wäre
auch hier eine mögliche
Realisierung der Netzwerkverbindung 4. Zur Verbindung des
Netzwerkservers 5 mit den weiteren Rechnern 7 ist
jedoch im Allgemeinen eine langsamere Standardverbindung, beispielsweise
ein Ethernet mit einer Übertragungsrate
von 100 MBit, ausreichend. Die Netzwerkverbindung 4 zwischen
dem Netzwerkserver 5 und den weiteren Rechnern 7 kann
jedoch auch durch ein drahtloses Netzwerk realisiert sein. Die Verbindung
zwischen dem weiteren Rechner 7.4 – in 1 ein PDA – und dem
Netzwerkserver 5 könnte
beispielsweise über
WLAN erfolgen. Des Weiteren kann die Netzwerkstruktur unterschiedlich aufgebaut
sein. So wird insbesondere bei einer großen Anzahl von weiteren Rechnern 7 die
Verbindung zu dem Netzwerkserver 5 über Switches, Umsetzer oder
dergleichen gebildet sein.
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Beim
Betrieb des erfindungsgemäßen Mikroskopiersystems
scannt das Mikroskop 1 eine Probe ab und generiert dabei
ein digitales Bild. Die Bilddaten werden über die Kommunikationsverbindung 3 an
den Steuerrechner 2 übermittelt,
und von diesen gegebenenfalls durch Bildverarbeitung nachbearbeitet.
Hier könnte
beispielsweise Bildrauschen unterdrückt werden oder Verzerrungen
der Messoptik kompensiert werden. Anschließend werden die Bilddaten durch
den Steuerrechner 2 an den Netzwerkserver 5 übermittelt.
Alternativ könnte
auch der Scanner des Mikroskops 1 die Bilddaten direkt
an den Netzwerkserver 5 senden. Gleichzeitig oder zumindest
zeitnah zu der Übermittlung
der Bilddaten an dem Netzwerkserver 5 könnten Statusinformationen generiert
werden, die an alle oder einzelne der weiteren Rechner 7 übermittelt
werden.
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Empfängt der
Netzwerkserver 5 neue Bilddaten, so kann prinzipiell mit
diesen in unterschiedlicher Art und Weise verfahren werden. So kann
der Netzwerkserver die Bilddaten zunächst lokal abspeichern und
erst nach erfolgter Klassifikation durch einen weiteren Rechner 7 die
Daten zur Speicherung an einen der NAS-Server 6 übermitteln.
Alternativ können
die Bilddaten direkt an einen der NAS-Server 6 übermittelt
werden und bei Bedarf nach erfolgter Klassifikation durch einen
der weiteren Rechner 7 wieder gelöscht werden. Über die
konkrete Ausgestaltung dieses Speichervorgangs wird je nach Anwendungsfall zu
entscheiden sein.
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Bei
Empfang einer Statusinformation von einem der Mikroskope 1 oder
einem der Steuerrechner 2, dass neue Bilddaten verfügbar sind,
kann einer der weiteren Rechner 7 dazu veranlasst werden,
die neuen abgelegten Bilddaten zu laden. Dazu können der Statusinformation
weitere Informationen hinzugefügt werden.
Zusätzlich
könnte – insbesondere
bei einem vollständig
automatisierten Mikroskopiervorgang – ein weiterer Rechner 7 bestimmt
werden, der die Analyse der Bilddaten übernehmen soll. Hierzu können aus
der Praxis bekannte Verfahren zur Steuerung der Auslastung eingesetzt
werden.
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Nach
dem Laden der Bilddaten durch einen der weiteren Rechner könnte eine
manuelle oder automatische Beobachtung und/oder Analyse der Bilddaten
erfolgen. Eine manuelle Analyse ist dann sinnvoll, wenn die Qualität der gewonnenen
Bilddaten nicht ausreichend ist, um eine automatische Analyse zu
gewährleisten.
Hier können
häufig
durch einen geschulten Betrachter noch interessante Bereiche detektiert
werden. Sinnvollerweise wird jedoch eine automatische Analyse der
Bilddaten durchgeführt.
Dabei kann nach bestimmten Ereignissen oder Objekten gesucht werden
und die dazugehörigen
Bereiche als interessant klassifiziert werden.
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Alternativ
zu einer manuellen oder automatischen Analyse kann eine Kombination
von automatischer und manueller Analyse eingesetzt werden. So könnten die
Bilddaten zunächst
automatisch in interessante und in uninteressante Bereiche klassifiziert werden.
Bereiche, die nicht eindeutig als interessant oder uninteressant
einstufbar sind, könnten
einem Fachmann an einem der weiteren Rechner 7 vorgelegt
werden. Dieser könnte
die nicht eindeutig klassifizierten Bereiche manuell klassifizieren
oder für
eine spätere
genauere Untersuchung und Beurteilung zurückstellen.
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Nach
erfolgter Analyse der Bilddaten durch einen der weiteren Rechner 7 erzeugt
dieser eine Anweisung an den Netzwerkserver 5, wonach die
Bilddaten gespeichert werden sollen oder verworfen werden können. Alternativ
kann diese Anweisung auch direkt an einen der NAS-Server gerichtet
werden, der die korrespondierenden Bilddaten bereits speichert. Andererseits
könnte
eine Anweisung an den Steuerrechner erfolgen, und dadurch auf den
Scanvorgang Einfluss genommen werden.
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Die
weiteren Rechner 7 können
auch Rechner umfassen, die keine Analyse von Bilddaten durchführen. So
ist zwar der PDA 7.4 mit dem Netzwerkserver 5 verbunden,
verfügt
jedoch im Allgemeinen zur Analyse der Bilddaten nicht über ausreichende
Systemressourcen. Allerdings kann der PDA 7.4 durch einen
Fachmann genutzt werden, den Scanvorgang zu beobachten und die gewonnenen
Bilder zu durchsuchen. Dabei könnte
der PDA 7.4 auch zu einer manuellen Nachklassifikation
genutzt werden, wenn eine automatische Klassifikation der Bilddaten nicht
eindeutig möglich
war. Hierbei wird dem Nutzer lediglich das Bild übermittelt und durch diesen
eine Bewertung der Bilder abgegeben. Hierzu sind keine großen Anforderungen
an die Hardware zu stellen.
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Zum Übermitteln
von Nachrichten, Anfragen, Steuerbefehlen und/oder Daten zwischen
den einzelnen Rechnern 2, 5, 6 und 7 wird
ein einfaches Protokoll eingesetzt. Eine Protokollnachricht wird
dazu in einen ASCII-Text umgewandelt. Dadurch können die Protokollnachrichten
plattformunabhängig
zwischen den einzelnen Rechnern über
bestehende und unter Umständen
durch eine Firewall gesicherte Kanäle ausgetauscht werden.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm für
das Umwandeln eines Kommandostrukturobjekts in einen ASCII-Text
und zurück.
Ein Sender 8 einer Protokollnachricht wandelt ein Kommandostrukturobjekt
zunächst
in einen ASCII-String um. Hierzu können prinzipiell die verschiedensten
Zuordnungen zwischen Kommandostrukturobjekt und einem ASCII-String gewählt werden.
Einzige Voraussetzung ist, dass eine Rückwandlung von dem ASCII-String
in das dazugehörige
Kommandostrukturobjekt zuverlässig und
eindeutig gelingt.
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Nach
Umsetzung des Kommandostrukturobjekts in einen ASCII-Text wird entschieden,
ob der Text vor der Übertragung
verschlüsselt
werden soll. Wird eine Verschlüsselung
gewählt,
so kann der ASCII-Text mit den verschiedensten aus der Praxis bekannten
Verschlüsselungsalgorithmen
verschlüsselt werden.
Die Wahl des Verschlüsselungsalgorithmus wird
sich an die jeweiligen Sicherheitsanforderungen anlehnen.
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Danach
wird der verschlüsselte
oder unverschlüsselte
ASCII-Text über
einen zuvor aktivierten Netzwerk-Socket 9 an einem Empfänger 10 der
Protokollnachricht übermittelt.
Bei dem Empfänger 10 wird
der ASCII-Text über
einen zuvor aktivierten Netzwerk-Socket 9 erfolgen. Dieser
wird im Allgemeinen dem Netzwerk-Socket des Senders gleichen. Nach
Empfang des ASCII-Textes wird entschieden, ob der ASCII-Text entschlüsselt werden
muss. Bei einem verschlüsselten
ASCII-Text wird dieser in einem nächsten Schritt entschlüsselt. Der
nun unverschlüsselt
vorliegende ASCII-Text wird danach durch einen Umsetzer in ein entsprechendes
Kommandostrukturobjekt zurückgewandelt,
das nun von dem Empfänger
verarbeitet werden kann. Diese Art der Übermittlung ist für jede Art
von Protokollnachrichten und für jeden
Sender 8 und Empfänger 10 anwendbar.
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3 zeigt
einen anderen Aufbau des erfindungsgemäßen Mikroskopiersystems. In
dem Mikroskopiersystem sind zwei Subsysteme 11.1 und 11.2 ausgebildet.
Jedes Subsystem 11 enthält
ein Mikroskop 1 und einen zugeordneten Steuerrechner 2.
Zusätzlich
sind in den Subsystemen 11 jeweils drei Netzwerk-PCs als
weitere Rechner 7 integriert. Beide Subsysteme 11 greifen
auf einen Netzwerkserver 5 und einen NAS-Server 6 zu.
Alle Rechner sind untereinander durch ein Netzwerk verbunden. Das
Netzwerk umfasst zusätzlich
zu den Rechnern 7 der Subsysteme 11 weitere Rechner 7,
die jedoch nicht für die
Analyse, Beobachtung oder Bearbeitung von Bilddaten eingesetzt werden
und derzeit nicht in das Mikroskopiersystem eingebunden sind. Jedes
Subsystem stellt demzufolge eine Teilmenge eines größeren Netzwerks
mit vielen weiteren Rechnern 7 dar. Bei Bedarf und je nach
Möglichkeit
können
jedem Subsystem 11 weitere Rechner 7 zugeschaltet
oder aus diesem herausgetrennt werden. Da diese Vorgänge lediglich
als logische Operationen erfolgen, sind keine Umstrukturierungen
eines Netzwerks notwendig, so dass ein Subsystem 11 dynamisch
und zur Laufzeit eines Scanvorgangs vergrößert oder verkleinert werden
kann. In der Ausgestaltung gemäß 3 sind
die beiden Subsysteme getrennt voneinander. Andere Ausgestaltungen
könnten
jedoch auch sich überschneidende
Subsysteme aufweisen. So könnte
beispielsweise ein gemeinsam genutztes Mikroskop enthalten sein
oder es könnten einzelne
weitere Rechner in beide Subsysteme eingebunden sein.
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In 4 ist
ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Mikroskopiersystems dargestellt, das
einen anderen Aspekt beleuchtet. Ein Mikroskop 1 ist erneut
mit einem Steuerrechner 2 verbunden. Zusätzlich ist
eine Kontrolleinheit 12 vorgesehen, die die Systemintegrität sicherstellen
soll. Damit soll gewährleistet
werden, dass ein Scanvorgang stets derart verläuft, dass das Mikroskop und
andere Systemkomponenten während
des Scanvorgangs nicht beschädigt
werden. Die Kontrolleinheit 12 überprüft fortwährend, ob eingehende Anweisungen
ausgeführt
werden können
oder ob deren Ausführung
zu dem aktuellen Zeitpunkt nicht sinnvoll ist oder gar zu einer
Beschädigung
des Mikroskops führen
würde. So
ist beispielsweise eine Autofokus-Anweisung nicht sinnvoll, wenn
gerade ein Objektivwechsel durchgeführt wird. Das Kontrollmodul
würde dann
die Autofokus-Anweisung zurückstellen,
bis der Objektivwechsel durchgeführt
wurde und erst danach den Autofokus ausführen. Ebenso ist es wenig sinnvoll, einen
Scanvorgang abzubrechen, wenn dieser noch nicht vollständig abgelaufen
ist oder die Daten nicht vollständig
gespeichert wurden. In diesem Fall würde das Kontrollmodul zunächst den
Scanvorgang oder die Speicherung vollständig abschließen und
erst danach die Anweisung umsetzen. Eine andere Aufgabe der Kontrolleinheit
könnte
darin bestehen, eine Bewegung des Mikroskoptischs erst dann durchzuführen, wenn
sichergestellt ist, dass in dem Bewegungsbereich des Tisches keine
anderen Teile, wie bespielsweise ein Objektiv oder ein Manipulator,
vorhanden sind.
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Die
Kontrolleinheit 12 ist weiter mit einem Sende- und Empfangsmodul
verbunden, das die Umsetzung von Nachrichten, Statusmeldungen, Anweisungen
oder dergleichen in ein geeignetes Protokoll übernimmt. In diesem Modul können zudem
Verschlüsselungs-
und Entschlüsselungseinheiten
integriert sein. Das Sende- und Empfangsmodul ist mit einem Netzwerkmodul
verbunden, das über
eine Ethernet-Verbindung 14 einen
Datenaustausch erlaubt.
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Über diese
Ethernet-Verbindung 14 können ein NAS-Server 6 und
drei weitere Rechner 7 angesprochen werden. Jeder der weiteren
Rechner verfügt
ein Netzwerkmodul, das mit einem Sende- und Empfangsmodul 12 verbunden
ist. Darüber
können Daten
zwischen den einzelnen Rechnern 2, 6 und 7 ausgetauscht
werden.
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Jeder
der weiteren Rechner 7 kann eine bestimmte Aufgabe übernehmen
und durch unterschiedliche Hardware und Software realisiert sein. So
umfasst der weitere Rechner 7.1 einen PC, der unter dem
Betriebssystem Windows betrieben wird. Dieser Rechner 7.1 übernimmt
die Bildanalyse der durch das Mikroskop erzeugten Bilder. Ein anderer Rechner 7.2,
der unter dem Betriebssystem Linux betrieben wird, übernimmt
eine 3D-Rekonstruktion der auf dem NAS-Server 6 abgelegten
Bilddaten. Der Rechner 7.3 ist ein Macintosh, der verschiedene
auf dem NAS-Server 6 abgelegte
Bilddaten in einen zeitlichen Zusammenhang bringt und daraus einen
Film generiert. Dadurch können
zeitliche Abläufe
in der durch das Mikroskop 1 gescannten Probe visualisiert werden.
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Die
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems
gemäß 4 zeigt,
dass mehrere nahezu unabhängig
voneinander ablaufende Prozesse parallel ablaufen. Das Mikroskop
kann fortwährend
die Probe scannen und über
den Steuerrechner oder direkt die gewonnenen Bilder auf einem zentralen
Massenspeicher in Form des NAS-Servers 6 ablegen. Mehr
oder weniger unabhängig
hiervon analysiert ein weiterer Rechner die gewonnenen Daten, klassifiziert
einzelne Bereiche und greift gegebenenfalls in den Ablauf des Scanvorgangs
ein. Weitere Rechner können
dann die Bildaufbereitung zur Generierung eines 3D-Modells oder
eines Films übernehmen. Darüber hinaus
zeigt 4, wie einfach in das Mikroskopiersystem weitere
System eingekoppelt werden können.
So könnte
problemlos an die Ethernet-Verbindung 14 ein weiterer Steuerrechner
angekoppelt werden, der beispielsweise einen Manipulator ansteuert.
In diesem Fall könnte
eine zusätzliche
Kommunikationsverbindung mit dem Steuerrechner 2 erzeugt
werden, um die Wahrung der Systemintegrität zu gewährleisten. Darüber hinaus
können
Sensoren an die Ethernet-Verbindung 14 angekoppelt und
Daten, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit
oder die Intensität
von auf die Probe einstrahlenden Licht, an einzelne Rechner des Systems übermittelt
werden.
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5 zeigt
nochmals das System gemäß 4,
stellt jedoch zusätzlich
einzelne Kommunikationsflüsse
in dem System dar. Jeder Datenfluss ist mit einem unterschiedlich
ausgestalteten Pfeil verdeutlicht. Durch das Mikroskop erzeugte
Bilddaten 15 werden über
die Netzwerkverbindung 14 an den NAS-Server 6 übermittelt
und dort in einem Massenspeicher abgelegt. Diese Bilddaten können wieder von
anderen Rechnern angefordert und auf einen weiteren Rechner 7 heruntergeladen
werden. Diese Datenströme
sind mit dem Pfeil 16 dargestellt.
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Der
Steuerrechner 2 kann zusätzlich zu den Bilddaten Steuersignale 17 generieren
und damit beispielsweise die weiteren Rechner 7 über das
Vorliegen neuer Bilddaten informieren. Jeder der weiteren Rechner 7 kann über Steuersignale 18 Anweisungen an
das Mikroskop 1 bzw. den Steuerrechner 2 übermitteln
und dadurch den Scanvorgang beeinflussen.
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6 verdeutlicht
einzelne Signalflüsse
bei der Gewinnung und Analyse von Bilddaten. In dem Sequenzdiagramm
bezeichnet die erste Lebenslinie den Hauptprozess auf dem Steuerrechner.
Dieser startet ein Programm, das mit der zweiten Lebenslinie repräsentiert
wird. Die dritte Linie repräsentiert die
Aktivität
auf dem Rechner zur Speicherung der Bildinformationen – in den
bisherigen Ausführungen der
NAS-Server 6. Die vierte Lebenslinie verdeutlicht den Hauptprozess
auf einem weiteren Rechner 7 und die letzte senkrechte
Linie die Aktivität
eines Programms, das auf dem weiteren Rechner 7 gestartet wird.
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In
den Hauptprozess 19 wird zunächst der Hauptprozess initialisiert
und danach das Programm 20 mit dem Aufruf „Start
Scan" gestartet.
Daraufhin wird ein Scanvorgang durch das Programm 20 eingeleitet
und durch dieses kontrolliert. Sobald die Bilddaten erfasst sind,
beendet sich das Programm 20 und gibt die erfassten Bilddaten
an den Hauptprozess 19 zurück. Im Hauptprozess 19 werden
dann die Daten für
eine Speicherung auf- und vorbereitet und danach die Daten mit dem
Aufruf „Speichere
Daten" an den Massenspeicher übergeben,
der im Prozess 21 die Daten geeignet ablegt. Sobald die
Daten erfolgreich gespeichert wurden, wird die Aktivität beendet
und eine Nachricht an den Steuerrechner zurückgegeben. Im Hauptprozess 22 wird
nun eine Protokollnachricht in Form eines ASCII-Textes generiert
und an den Hauptprozess 22 eines weiteren Rechners übergeben.
Diese Protokollnachricht veranlasst den weiteren Rechner dazu, die
gerade erzeugten Bilddaten zu analysieren. Dazu empfängt der
weitere Rechner die Protokollnachricht und lädt die Bilddaten vom Massenspeicher
herunter. Dazu wird der Aufruf „Daten abrufen" an den Datenspeicher 21 gesendet. Dieser
gibt die aus dem Massenspeicher geladenen Daten an den Hauptprozess 22 auf
dem weiteren Rechner zurück.
In dem Hauptprozess 22 wird dann mit dem Programm 23 eine
Analyse gestartet und nach erfolgter Analyse das Ergebnis an den
Hauptprozess 22 zurückgegeben.
Aus diesen Ergebnissen erzeugt der Hauptprozess 22 Anweisungen,
die den Hauptprozess 19 auf dem Steuerrechner beeinflussen
sollen. Diese Anweisungen werden an das Programm 20 auf
dem Steuerrechner 2 zurückgegeben.
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Nach
Initiieren des Analyseprozesses auf dem weiteren Rechner durch den
Hauptprozess 19 wird durch den Hauptprozess 19 – zur Vermeidung einer
Blockade des Steuerrechners – ein
Programm 20 gestartet, das in regelmäßigen Abständen überprüft, ob die Analyse der zuletzt
gewonnenen Daten bereits abgeschlossen ist. In dieser Zeit ist der
Steuerrechner prinzipiell für
weitere Aktivitäten
bereit. In dem in 6 dargestellten Beispiel wird
jedoch gewartet, bis die Analyse der Daten an dem weiteren Rechner
abgeschlossen ist und erst danach wieder auf den Anfang des Hauptprozesses 19 zurückgesprungen.
Alternativ könnte
jedoch dieser Sprung bereits früher
erfolgen, noch bevor die Analyseergebnisse des weiteren Rechners
vorliegen. Hier müsste lediglich
die Prüfung
des Programmzustands in dem Programmfluss 20 in einem weiteren
Prozess ausgelagert werden, so dass der Programmprozess 20 nicht
durch das Prüfen
des Programmzustands blockiert ist.
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Sobald
das Programm 20 die Protokollnachricht mit den Anweisungen
von dem weiteren Rechner empfängt,
beendet er sich und gibt die empfangenen Informationen und Anweisungen
an den Hauptprozess 19 des Steuerrechners zurück. Der
Hauptprozess 19 startet danach beispielsweise eine Neuausrichtung
der Mikroskopparameter und führt gleichzeitig
eine Überprüfung der
Systemintegrität durch.
Nach Neuausrichtung des Mikroskops springt der Hauptprozess an den
Anfang zurück
und startet einen neuen Scanvorgang.
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7 zeigt
nochmals in einer schematischen Darstellung den prinzipiellen Ablauf
eines Scanvorgangs. Der Einfachheit wegen sind lediglich ein Mikroskop
mit einem Steuerrechner 2, ein NAS-Server und ein weiterer
Rechner 7 in der Figur dargestellt. Die in Zusammenwirken
des Mikroskops 1 und des Steuerrechners 2 generierten
Bilddaten 24 werden an den NAS-Server 6 übergeben
und dort gespeichert. Die Bilddaten 24 stellen dabei ein
mit niedriger Auflösung
aufgenommenes größeres Feld
der Probe dar. Dieses Feld könnte
sogar die gesamte Probe umfassen. Die Bilddaten 24 werden
an den weiteren Rechner 7 zur Analyse übergeben. Dort werden die einzelnen
Bereiche klassifiziert. In dem in 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird ein interessanter Bereich 25 in den Bilddaten 24 gefunden. Über Interkommunikationen 26 zwischen
dem Steuerrechner 2 und dem weiteren Rechner 7 werden
Anweisungen, Steuerbefehle, Nachrichten, Statusmeldungen und dergleichen
ausgetauscht. Nach Detektion des interessanten Bereichs 25 generiert
der weitere Rechner 7 einen Steuerbefehl, der über die
Interkommunikation 26 zu dem Steuerrechner 2 gesendet wird.
Dadurch hält
der Steuerrechner den aktuellen Scanvorgang an, schaltet von dem
niedrig auflösenden
Objektiv zu einem höher
auflösenden
Objektiv, verfährt
gegebenenfalls den Mikroskoptisch an die Position, an dem der interessante
Bereich detektiert wurde, führt
unter Umständen
eine Autofokusoperation durch und scannt den interessanten Bereich
detaillierter ab. Hierbei könnte
auch über
eine gewisse Zeit hinweg ein 3D- Scan
durchgeführt
werden, bei dem wiederholt der interessante Bereich in unterschiedlichen
Scanschichten abgescannt wird. Nach Ablauf der Scanzeit schaltet
der Steuerrechner das Mikroskop auf das nieder auflösende Objektiv
zurück und
scannt das größere Feld
oder die gesamte Probe weiter nach interessanten Bereichen ab.
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Neben
dem interessanten Bereich mit einem seltenen Ereignis (Bereich 25)
sind noch eine Reihe weiterer möglicherweise
interessanter Bereiche 27 in den Bilddaten 24 enthalten.
Diese Bildbereiche 27 können
jedoch nicht durch die automatische Klassifikation eindeutig in
interessante oder uninteressante Bereiche unterteilt werden. Hier
könnte
in unterschiedlicher Art und Weise verfahren werden. Zum einen könnten die
Bereiche alle einem Fachmann zur Beurteilung vorgelegt werden. Zum
anderen können diese
Bereiche einem anderen Klassifikator zugeführt werden, der weiter untersucht,
ob die Bereiche möglicherweise
lediglich uninteressante Ereignisse oder Objekte widerspiegeln.
Auf diese Weise können die
Bereiche 27 in ihrer Anzahl weiter reduziert werden. Die
nicht eindeutig als interessant oder uninteressant einordenbaren
Bereiche 27 könnten
dann einem Fachmann vorgelegt werden, damit dieser eine abschließende Klassifikation
der Bereiche vornimmt. Diese Bereiche könnten zum einen undeutlich
abgescannte Zellen umfassen, zum anderen könnten auch unerwartete Ereignisse
abgebildet sein. Da es im Allgemeinen schwierig sein dürfte, für unerwartete Ereignisse
einen Klassifikator zu erzeugen, bleibt häufig nur der Blick eines Fachmanns
zur eindeutigen Klassifikation.
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Abschließend sei
ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich gewählten Ausführungsbeispiele
lediglich zur Erörterung
der erfindungsgemäßen Lehre
dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.