DE102006042157A1 - Verfahren und Mikroskopiersystem zum Scannen einer Probe - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Scannen einer Probe mittels eines elektrisch und/oder elektronisch steuerbaren Mikroskops (1), wobei eine Vielzahl von Bildern, insbesondere digitalen Bildern, an unterschiedlichen Stellen der Probe und/oder zu unterschiedlichen Zeiten erzeugt werden und wobei das Mikroskop (1) wäh(2) gesteuert wird, ist im Hinblick auf einen möglichst schnellen und präzisen Scanvorgang mit möglichst geringem Datenaufkommen auch bei einer hohen Anzahl von Bildern dadurch gekennzeichnet, dass eine Beobachtung und/oder Analyse der erzeugten Bilder bei mindestens einem über ein Netzwerk (4) verbundenen weiteren Rechner (7) durchgeführt wird und dass, basierend auf deren Ergebnissen, eine Klassifikation der Bilder vorgenommen und/oder der Scanvorgang beeinflusst wird. Ein entsprechendes Mikroskopiersystem ist angegeben.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 1 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Mikroskopiersystem mit drei Mikroskopen,
  • 2 in einem Blockdiagramm das Umwandeln einer Anweisung in einen ASCII-Text und zurück,
  • 3 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Mikroskopiersystem mit zwei Subsystemen,
  • 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
  • 7 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Mikroskopiersystem zum Auffinden seltener und unerwarteter Ereignisse.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (31)

  1. 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, dadurch gekennzeichnet, 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Beobachtung und/oder Analyse die Probe in interessante und uninteressante Bereiche klassifiziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht eindeutig möglicher automatischer Klassifikation eines Bereichs der Bereich einem Bediener zur Klassifikation vorgelegt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe zunächst mit einer geringen Auslösung gescannt wird und basierend auf die derart erzeugten Bilder eine Klassifikation vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung eines interessanten Bereichs die Probe oder das Mikroskop derart bewegt wird, dass der interessante Bereich erfasst werden kann.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanbereich und/oder Scanparameter angepasst werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein interessanter Bereich mit einer hohen Auflösung gescannt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Bilder mit interessanten Bereichen gespeichert und/oder Bilder mit lediglich uninteressanten Bereichen verworfen werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder in einem zentralen Massenspeicher abgelegt werden, auf den von dem Steuerrechner und zumindest einem der weiteren Rechnern zugegriffen werden kann.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablegen eines neuen Bildes in dem Massenspeicher eine Nachricht über das Bereitliegen eines neuen Bildes an mindestens einen der weiteren Rechner übermittelt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Mikroskop und/oder den Steuerrechner weitere Statusinformationen erzeugt und über das Netzwerk übermittelt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die weiteren Rechner Anfragen an den Steuerrechner und/oder den Massenspeicher gerichtet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Übermitteln von Nachrichten, Anfragen, Steuerbefehlen und/oder Daten ein einfaches, vorzugsweise Rechnerplattform unabhängiges Protokoll eingesetzt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Protokollnachricht in eine Textnachricht, insbesondere einen ASCII-Text, umgewandelt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch den weiteren Rechner nach der erfolgter Analyse der Bilder Anweisungen an den Massenspeicher und/oder den Steuerrechner erzeugt und übermittelt werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anweisungen den Massenspeicher zum Speichern oder Verwerfen der Bilder veranlassen.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anweisungen den Steuerrechner beim Steuern des Mikroskops beeinflussen.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für Anweisungen, die durch den Steuerrechner von mehreren weiteren Rechnern zeitgleich oder zeitnah empfangen werden, eine Abarbeitungsreihenfolge oder eine sonstige Konfliktlösung bestimmt wird, die die Integrität des Mikroskopiersystems erhält.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Anforderungen an den Beobachtungs- oder Analysevorgang Mikroskope mit zugeordneten Steuerrechnern, weitere Rechner, Aktuatoren, Manipulatoren und/oder Sensoren zu einem logischen Gesamtsystem verbunden werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des Mikroskopiersystems dynamisch erfolgt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schritte des Verfahrens automatisch dokumentiert werden.
  22. Mikroskopiersystem zum Scannen einer Probe mittels eines Mikroskops, insbesondere zur Anwendung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Mikroskop oder zumindest ein Teil des Mikroskops elektrisch und/oder elektronisch steuerbar ist und wobei eine Vielzahl von Bildern, insbesondere digitalen Bildern, in einem Scanvorgang an unterschiedlichen Stellen der Probe und/oder zu unterschiedlichen Zeiten erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, 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.
  23. Mikroskopiersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop einen elektrisch bewegbaren Mikroskoptisch aufweist.
  24. Mikroskopiersystem nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein automatischer Objektivwechsel und/oder eine automatische Fokussierung durchführbar ist.
  25. Mikroskopiersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrolleinheit vorgesehen ist, die die Integrität des Mikroskopiersystems überprüft.
  26. Mikroskopiersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinheit vorgesehen ist, die den Betriebsablauf, insbesondere bei kollidierenden Anweisungen von mehreren weiteren Rechnern, die Sicherheit und/oder sonstige Parameter des Betriebs des Mikroskops überwacht.
  27. Mikroskopiersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerrechner und die weiteren Rechner über ein Netzwerk oder Teile eines Netzwerks verbunden sind.
  28. Mikroskopiersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Rechner unterschiedliche Hardware und/oder unterschiedliche Betriebssysteme aufweisen.
  29. Mikroskopiersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch von Nachrichten, Anweisungen, Statusinformationen, Daten und dergleichen über ein einfaches Protokoll erfolgt.
  30. Mikroskopiersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massenspeicher vorgesehen ist, der durch den Steuerrechner und die weiteren Rechner zugreifbar ausgestaltet ist.
  31. Mikroskopiersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskopiersystem durch weitere Rechner, weitere Mikroskope, Aktuatoren, Manipulatoren und/oder Sensoren erweiterbar ist.
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