DE102008038467A1 - Verfahren zur Bildauswertung und/oder Manipulation einer Probe - Google Patents

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    • GPHYSICS
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    • G02B21/00Microscopes
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    • G02OPTICS
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    • G02B21/36Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/365Control or image processing arrangements for digital or video microscopes

Abstract

Verfahren zur Bildauswertung und/oder Manipulation einer Probe, mit einem mittels eines Mikroskops, insbesondere eines Laser-Scanning-Mikroskops, aufgenommenen digitalen Bildes, das Bildobjekte enthält, wobei eine hierarchische Bildauswertung erfolgt, indem mehrere Bildobjektebenen gebildet werden, die jeweils Objekte mit übereinstimmenden Struktureigenschaften aufweisen und nach Erstellen und Auswerten eines Übersichtsbildes als oberste Bildobjektebene bei Auftreten gemeinsamer Bildobjektkriterien die Bildobjektebene durch Erhöhung der Bildauflösung und/oder Verkleinerung des Bildfeldes schrittweise gewechselt wird, bis ein Minimum oder Maximum oder ein festgelegter Wert an übereinstimmenden Struktureigenschaften erreicht ist.

Description

  • Stand der Technik
  • In einem Laser-Scanning-System werden Laser unterschiedlicher Leistungsklassen verwendet. Weiterhin ist ein Laser-Scanning-System durch eine große Anzahl von variablen Modulen gekennzeichnet, die als Detektor oder zur Beleuchtung dienen. In 1 ist schematisch ein Strahlengang eines Laser-Scanning-Mikroskops dargestellt.
  • Ein LSM gliedert sich im Wesentlichen wie in 1 dargestellt in 4 Module: Lichtquelle, Scanmodul, Detektionseinheit und Mikroskop. Diese Module werden im Folgenden näher beschrieben. Es wird zusätzlich auf DE19702753A1 verwiesen. Zur spezifischen Anregung der verschiedenen Farbstoffe in einem Präparat werden in einem LSM Laser mit verschiedenen Wellenlängen eingesetzt. Die Wahl der Anregungswellenlänge richtet sich nach den Absorptionseigenschaften der zu untersuchenden Farbstoffe. Der Anregungsstrahlung wird im Lichtquellenmodul erzeugt. Zum Einsatz kommen hierbei verschiedene Laser (Argon, Argon Krypton, TiSa-Laser). Weiterhin erfolgt im Lichtquellenmodul die Selektion der Wellenlängen und die Einstellung der Intensität der benötigten Anregungswellenlänge, z. B. durch den Einsatz eines akusto-optischen Kristalls. Anschließend gelangt die Laserstrahlung über eine Faser oder eine geeignete Spiegelanordnung in das Scanmodul.
  • Die in der Lichtquelle erzeugte Laserstrahlung wird mit Hilfe des Objektivs beugungsbegrenzt über die Scanner, die Scanoptik und die Tubuslinse in das Präparat fokussiert. Der Fokus rastert punktförmig die Probe in x-y-Richtung ab. Die Pixelverweilzeiten beim Scannen über die Probe liegen meist im Bereich von weniger als einer Mikrosekunde bis zu einigen 100 Mikrosekunden.
  • Bei einer konfokalen Detektion (descanned Detection) des Fluoreszenzlichtes, gelangt das Licht das aus der Fokusebene (Specimen) und aus den darüber- und darunterliegenden Ebenen emittiert wird, über die Scanner auf einen dichroitischen Strahlteiler (MD). Dieser trennt das Fluoreszenzlicht vom Anregungslicht.
  • Anschließend wird das Fluoreszenzlicht auf eine Blende (konfokale Blende/Pinhole) fokussiert, die sich genau in einer zur Fokusebene konjugierten Ebene befindet. Dadurch werden Fluoreszenzlichtanteile außerhalb des Fokus unterdrückt. Durch Variieren der Blendengröße kann die optische Auflösung des Mikroskops eingestellt werden. Hinter der Blende befindet sich ein weiterer dirchroitischer Blockfilter (EF) der nochmals die Anregungsstrahlung unterdrückt. Nach Passieren des Blockfilters wird das Fluoreszenzlicht mittels eines Punktdetektors (PMT) gemessen.
  • Bei Verwendung einer Mehrphotonen-Absorption erfolgt die Anregung der Farbstofffluoreszenz in einem kleinen Volumen an dem die Anregungsintensität besonders hoch ist. Dieser Bereich ist nur unwesentlich größer als der detektierte Bereich bei Verwendung einer konfokalen Anordnung. Der Einsatz einer konfokalen Blende kann somit entfallen und die Detektion kann direkt nach dem Objektiv erfolgen (non descannte Detektion).
  • In einer weiteren Anordnung zur Detektion einer durch Mehrphotonenabsorption angeregten Farbstofffluoreszenz erfolgt weiterhin eine descannte Detektion, jedoch wird diesmal die Pupille des Objektives in die Detektionseinheit abgebildet (nichtkonfokal descannte Detektion).
  • Von einem dreidimensional ausgeleuchteten Bild wird durch beide Detektionsanordnungen in Verbindung mit der entsprechenden Einphotonen bzw. Mehrphotonen-Absorption nur die Ebene (optischer Schnitt) wiedergegeben, die sich in der Fokusebene des Objektivs befindet. Durch die Aufzeichnung mehrerer optische Schnitte in der x-y Ebene in verschiedenen Tiefen z der Probe kann anschließend rechnergestützt ein dreidimensionales Bild der Probe generiert werden. Das LSM ist somit zur Untersuchung von dicken Präparaten geeignet. Die Anregungswellenlängen werden durch den verwendeten Farbstoff mit seinen spezifischen Absorptionseigenschaften bestimmt. Auf die Emissionseigenschaften des Farbstoffes abgestimmte dichroitische Filter stellen sicher, dass nur das vom jeweiligen Farbstoff ausgesendete Fluoreszenzlicht vom Punktdetektor gemessen wird.
  • In biomedizinischen Applikationen werden zur Zeit mehrere verschiedene Zellregionen mit verschiedenen Farbstoffe gleichzeitig markiert (Multifluoreszenz). Die einzelnen Farbstoffe können mit den Stand der Technik entweder aufgrund verschiedener Absorptionseigenschaften oder Emissionseigenschaften (Spektren) getrennt nachgewiesen werden. Dazu erfolgt eine zusätzliche Aufspaltung des Fluoreszenzlichts von mehreren Farbstoffen mit den Nebenstrahlteilern (DBS) und eine getrennte Detektion der einzelnen Farbstoffemissionen in getrennten Punktdetektoren (PMT x).
  • Das LSM LIVE der Carl Zeiss Micolmaging GmbH realisiert einen sehr schnellen Linienscanner mit einer Bilderzeugung um 120 Bildern pro Sekunde
    (http://www.zeiss.de/c12567be00459794/Contents-Frame/fd9fa0090eee01a641256a550036267b).
  • Nachdem in den 80er und 90er Jahren in der biomedizinischen Forschung im Wesentlichen Strukturaufklärung betrieben wurde, steht mittlerweile die Evaluierung von Funktionen und Mechanismen biologischer Systeme im Vordergrund.
  • Zunehmend erstreckt sich dieser Trend auch auf die Wirkstoffforschung der Pharmaindustrie, in der durch Einbringung von Substanzen die Reaktion biologischer Testsysteme beobachtet wird (Drug Discovery & Toxikologie).
  • Diese Verfahren, sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie, haben einen zunehmenden Bedarf, ihre Aussagen statistisch zu hinterlegen um verlässlichere Aussagen machen zu können. Ersichtlich ist diese Entwicklung z. B. an neuen Gerätetypen mit hohem Durchsatz in der optischen Bildgebung, wie High-Content Screener.
  • Ein weiterer Trend ist die Fokussierung von einfachen Lösungsmessungen auf immer detailliertere Messungen, wie die statistische Betrachtung einzelner Zellenevents (Beispiele: Entwicklung der Intentsitäts-Durchflußzytometrie zur bildgebenden Durchflußzytometrie oder High-Throughput Screening (HTS) zu High-Content-Screening (HCS)).
  • Um die nötigen Bildaufnahmen aufzunehmen und auszuwerten, wird eine Reihe von Programmen verwendet. Die derzeitige Engstelle befindet sich jedoch in der automatisierten Bildaufnahme. Die zumeist komplexen Themenstellungen lassen sich nicht oder nur unzureichend mit einfachen Mitteln lösen.
  • In optischen Verfahren (e. g. Mikroskopie) werden Bilder zumeist nach folgendem Muster aufgenommen (teilweise werden nicht alle Punkte benötigt):
    • 1. Platzierung der Probe auf dem Instrument Probe kann manuell oder automatisch (Roboter) platziert werden
    • 2. Bestimmung der interessanten Regionen oder Betrachtung der gesamten Probe. Die Definition der interessanten Regionen kann über die folgenden Parameter erfolgen: manuelle Bestimmung (Positionierung), Übersichtsscan (Preview), Benutzung gespeicherter Positionsdaten (bei bekannten oder wiederkehrenden Objektpositionen), automatische Definition interessanter Regionen mittels simpler Algorithmen (z. B. Threshold beim MIRAX SCAN der Firma Carl Zeiss)
    • 3. Eingabe der Bildaufnahmeparameter bzw. Definition der aufzunehmenden Region(en) manuell oder mittels einfachster Algorithmen
    • 4. Eventuell Definition von Manipulationsparametern (Injektion, FRAP, FLIP) Bisher werden Manipulationen nur manuell oder automatisch an genau definierten Punkten durchgeführt
    • 5. Aufnahme des/der Bilder
    • 6. Auswertung der Bilder über manuelle oder automatische Bildverarbeitung, im Wesentlichen werden Pixel-basierte Auswerteverfahren benutzt.
  • Es gibt Anwendungsgebiete in der optischen Bildgebung bei denen simple Objekterkennung bereits zur Bildaufnahme benutzt wird. Diese sind insbesondere Lebendanwendungen, wie z. B. Objekt-Tracking: Nachverfolgen von Objekten (e. g. Zellen) in Zeitexperimenten (time-lapse experiments), (Journal of Microscopy, Vol. 216, Pt 2 November 2004, pp. 131–137, Lösung basierend auf Schwerpunktsalgorithmus.
  • Hierarchische Auswertealgorithmen zur Segmentierung der Bilddaten bzw. Bildobjekte bei Satellitenaufnahmen sind aus US 6,832,002 bekannt. DE103 32 060A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Laser-Scanning-Mikroskops, wobei mindestens zwei detektierte Bilder oder Bildbereiche miteinander verglichen werden und zeitliche und/oder örtliche Veränderungen der Farbe und/oder der Intensität zur Bildung von Steuersignalen für die Beleuchtung und/oder Detektion und/oder Scanneransteuerung und/oder weiterer einstellbarer Mikroskopkomponenten führen.
  • DE10 2004 034 963 beschreibt ein Verfahren zur bildlichen Erfassung von Objekten mittels eines Lichtrastermikroskops wobei eine Abtastung einer Probe zur Erzeugung eines Probenbildes in Abtastschritten erfolgt und der Abstand zwischen mindestens zwei Abtastschritten variabel einstellbar ist und mindestens eine zweite Abtastung der Probe erfolgt, bei dem die Lage der Abtastschritte zur Abtastrichtung versetzt wird,
    wobei durch Erhöhung des Abstands eine Verringerung der optischen Auflösung erfolgt.
    und über Eingabemittel für eine Bedienperson das Verhältnis von räumlicher und zeitlicher Auflösung anhand der Einstellung verändert wird.
  • DE 19829981C2 beschreibt die Bildung von «regions of interest» (ROI, interessierende Gebiete), indem das Laserlicht während der Bildaufnahme in seiner Intensität und/oder in seiner spektralen Zusammensetzung verändert wird und in einer Scanzeile nebeneinander liegende Probenorte mit Laserlicht unterschiedlicher Intensität und/oder unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung beaufschlagt werden.
  • Die Erfindung betrifft die vorteilhafte Verwendung der hierarchischen Objekterkennung, in einem Mikroskop, insbesondere einem Laser-Scanning-Mikroskop, besonders vorteilhaft zur Erkennung von morphologischen Veränderungen, insbesondere in Zellen.
  • Zur Bildauswertung und/oder Manipulation eines mit einem Mikroskop, insbesondere einem Laser-Scanning-Mikroskop auf genommenen digitalen Bildes, das Bildobjekte enthält, erfolgt eine hierarchische Bildauswertung erfolgt, indem mehrere Bildobjektebenen gebildet werden, die jeweils Objekte mit gemeinsamen Struktureigenschaften aufweisen und nach Erstellen und Auswertung eines Übersichtsbildes als oberste Bildobjektebene wird bei Auftreten gemeinsamer Bildobjektkriterien die Bildobjektebene durch Erhöhung der Bildauflösung, beispielsweise durch Verkleinerung des Bildfeldes, schrittweise gewechselt, bis ein Minimum, Maximum oder ein anderer festgelegter Wert an gemeinsamen (übereinstimmenden) Struktureigenschaften erreicht ist.
  • Vorteilhaft wird bei Erreichen der untersten Bildobjektebene ein Mess- und/oder Manipulationsvorgang ein- oder mehrere Male ausgelöst.
  • Als Struktureigenschaft können einzeln oder gemeinsam Form, Größe, spektrale Zusammensetzung oder eine ausgewählte Objektbeschaffenheit dienen.
  • Für den Vergleich von Struktureigenschaften können Abweichungen, vorzugsweise als prozentuale Schwellwerte, festgelegt werden.
  • Ein vorteilhaftes Verfahren besteht darin, nach einem Übersichtsscan zum Finden von Objekten zu bestimmen, ob das Objekt bestimmten Anforderungen genügt (beispielsweise Unterscheidung interessanter von uninteressanten Objekten wie z. B. die Erkennung von Zellen mit bestimmtem komplexen Expressionsmuster), automatisiert auf interessante Objekte zu fokussieren und interessante Objekte und/oder interessante Strukturen oder Substrukturen aufzunehmen.
  • Beim Betrieb eines Laser-Scanning-Mikroskops, wird eine hierarchische Objekterkennung in folgenden Schritten durchgeführt:
    • 1. Übersichtsscan mit geringerer Auflösung des gesamten Scanfeldes
    • 2. Identifizierung von Objekten in Übersichtsbild anhand ihrer Form, Größe und/oder spektralen Eigenschaften
    • 3. Beaufschlagung spezieller „regions of interest” (ROI, interessierende Gebiete) mit spezieller Intensität und oder Wellenlängenzusammensetzung
    • 4. Identifizierung von gemeinsamen Kriterien wie Form, Größe und oder spektraler Zusammensetzung in mindestens einer ROI
    • 5. Wiederholung von Schritt 3 und 4 in mindestens einer ROI solange festgelegte Bildkriterien erfüllt sind
    • 6. Auslösung eines Mess- und/oder Manipulationsvorganges, insbesondere zeitlich wiederholend oder kontinuierlich über eine festgelegte Zeit
  • Die Erfindung betrifft die Anwendung von Algorithmen der hierarchischen Bilderkennung zur automatischen Bildaufnahme in der optischen Bildgebung im Bereich der Mikroskopie und/oder für Screening-Anwendungen (definierbar durch die Notwendigkeit statistischer Aussagen über verschiedene Objektgruppen bzw. über eine Kombination gleicher oder ähnlicher Einzelobjekte), insbesondere für fluoreszenzbasierte Verfahren (aber auch für andere Kontrastverfahren), insbesondere bei Laser-Scanning-Mikroskopen.
  • Die automatische Bildaufnahme kann insbesondere folgende Bereiche (auch nur Teilbereiche) einschließen (jeweils wahlweise automatisch oder manuell durchgeführt):
    • • Übersichtsscan zum Finden von Objekten
    • • Bestimmung ob das Objekt den Anforderungen genügt (Unterscheidung interessanter von uninteressanten Objekten; mit einfacher Bilderkennung nicht oder nur unzureichend zu machen ist, z. B. Erkennung von Zellen mit bestimmtem komplexen Expressionsmuster)
    • • Automatisierte Fokussierung oder Bildeinstellung auf interessante Objekte
    • • Automatisierte Aufnahme interessanter Objekte und/oder interessanter Substrukturen. Diese Substrukturen müssen nicht gleich derer sein, die vorher das interessante Objekt definiert haben. (z. B. finden von Zellen bei denen die Nuclei eine bestimmte Größe haben und gleichzeitig GFP exprimieren, bei diesen soll speziell der Golgi-Apparat abgebildet werden.)
  • Die Bildaufnahme kann sich insbesondere auch auf automatische Manipulation erstrecken, insbesondere durch FRAP, FLIP oder andere auf Photozerstörung (Bleaching) basierende Methoden. Die Definition der zu bleichenden Bereiche erfolgt automatisch durch die hierarchische Erkennungssoftware.
  • Mögliche Objekte schließen Zellen, Gewebe und kleine Organismen (z. B. Zebrafische, Drosophila) ein.
  • Neben toten bzw. fixierten Proben sind insbesondere lebende Proben eingeschlossen
  • VORTEILE GEGENÜBER DEM STAND DER TECHNIK
    • [I] Selektion der aufzunehmenden Objekte in der Probe führt zu kleineren Datenmengen. Bei der bisherigen Bildaufnahme in 3D bzw. 4D kommt es häufig zu Datenmengen im Gigabyte-Bereich oder darüber, die mit Computer derzeit nur schwer zu handhaben sind.
    • [II] Die Aufnahmezeit erniedrigt sich wesentlich
    • [III] Die Notwendigkeit einer manuellen Interaktion wird reduziert. Dadurch ergibt sich eine deutlich Kosteneinsparung
    • [IV] Die Erfindung ermöglicht eine automatisierte Manipulation automatisch oder manuell selektierter Objekte und erschließt damit der Mikroskopie neue Möglichkeiten
    • [V] Die Benutzung hierarchischer Objekterkennung bei der automatischen Bildaufnahme erlaubt eine genauere Selektion/Diskriminierung bei komplexen Objekten, deren Genauigkeit von Pixel-basierten Methoden nicht erreicht wird.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand konkreter Anwendungen weiter erläutert.
    • a) Eine mögliche Aufgabenstellung wäre die Analyse von 100 Zebrafischembryonen mit bestimmtem Herzfehler Ablauf der Verfahrensschritte:
    • • Übersichtsscan im Weitfeldmodus um Positionen der Fische zu erkennen.
    • • Positionierung der ersten Fisches im Fokus
    • • Konfokale Aufnahme eines 3D-Stapels des gesamten Fisches
    • • Analyse der Daten mittels hierarchischer Bildanalyse
    • • Wenn das Programm bei diesem Fisch einen Herzfehler erkennt, erfolgt eine Detailaufnahme des Herzens mit hoher Detailgenauigkeit – Wenn das Programm keinen Herzfehler findet, erfolgt keine Aufnahme oder Speicherung
    • • Analyse der nächsten Fische bis 100 Herzfehler aufgenommen sind
    • b) Eine weitere Aufgabenstellung: Statistik über 100 lebende Zellen mit verschiedenen Expressionsmustern (beispielsweise a: Golgi exprimiert GFP, b: Nucleus exprimiert YFP) Ablauf:
    • • Scan zum Lokalisieren der Zellen
    • • Entscheidung über hierarchische Bilderkennung welche Zellen diese beiden Expressionsmuster aufweisen. Ausselektion der anderen Zellen (z. B. Zellen ohne diese Expressionsmuster bzw. mit Expression von GFP bzw. YFP in anderen Kompartimenten)
    • • Lokalisation der einzelnen Zellen im Fokus
    • • Zeitserien der selektierten Zellen in höherer Auflösung
    • c) Aufgabenstellung: Suche nach speziellen Events in Zellen, die nur kurzzeitig im Laufe der Zeit auftreten, hier Veränderung der Zellform. Ablauf:
    • • Übersichtsbild alle 15 Minuten
    • • Die hierarchische Bilderkennung erkennt eine Formänderung bei einer Zelle
    • • Lokalisation der Zelle im Fokus
    • • Aufnahme des Zellkerns dieser Zelle alle 10 Sekunden für die nächsten 10 Minuten
    • • Weiter mit Übersichtsbild
  • Ein detailierteres Ausführungsbeispiel zu c) ist in 2 schematisch dargestellt:
    • • Die Probe ist beispielsweise eine lebende Zellkultur in einer Petrischale (je nach Zelltyp mit/ohne Anfärbung)
    • • Ein Mikroskop mit einer geeigneten Kontrastmethode (z. B. Durchlicht, Fluoreszenz) mit automatischer Verfahreinheit der Probe wird eingesetzt.
    • • Es werden mehrere (z. B. 10) Zellen im Bildfeld gehalten und alle 15 Minuten ein Bild mit einer Kamera aufgenommen. Das Kamerabild wird über eine hierarchische Bildverarbeitungssoftware segmentiert und analysiert. Im Einzelnen erfolgen die folgenden Schritte zum Auffinden der Zellen (alle angegeben Werte sind beispielhaft und hängen stark vom Zelltyp und den Messbedingungen ab): 1. Bestimmung und Subtraktion der Hintergrundhelligkeit (Thresholding) 2. Vereinzelte Zellen werden gefunden über die erste simple Kriterien K1, K2, K3: Rundheit (vertikal: horizontal-Verhältnis zwischen 0,7–1,3) und Flächenbelegung/Größe (25–250 μm2). Überlappende Zellen und Artefakte werden über die obigen Kriterien aussortiert. 3. Eine Zelle wird darüber hinaus über den Zellkern und den Golgi-Apparat definiert. Der Zellkern ist wiederum über seine Rundheit (vertikal: horizontal-Verhältnis zwischen 0,7–1,3) und seine Fläche (2–30 μm2) definiert. Ebenso können mehrere Zellkerne innerhalb einer Zelle vorkommen und erkannt werden. Der Golgi-Apparat besitzt ebenfalls einen minimale und eine maximale Fläche (5–50 μm2), sowie eine sehr inhomogene Form (viele verschiedene Parameter), die ebenfalls über einen Algorithmus erkannt wird. Die Hierarchische Objekterkennung beruht nun auf der Relation einzelner Objekte (wie hier Zellkern, Zelle, Golgi) zueinander. Es wird definiert, dass der oder die Zellkerne und der Golgi-Apparat innerhalb der Zelle (bzw. Zellmembran) liegen. Andere Objekte und Artefakte werden aussortiert.
  • Falls eine gewisse Anzahl von Zellen (10) im Bildfeld unterschritten wird (z. B. durch Wanderung der Zellen), wird eine Verfahreinheit des Mikroskops dazu benutzt, einen Bereich mit dichterer Zellbelegung zu finden. Dies kann nötig sein, um seltene Ereignisse mit gewisser Mindestwahrscheinlichkeit zu sehen.
  • Das eigentliche Experiment kann auch in der Manipulation der Zellen und der Beobachtung der detaillierten Zellreaktion darauf bestehen, z. B. durch Aussetzen der Zellen mit elektromagnetischen Feldern oder kurzwelliger Strahlung. Nach dem Auffinden der Zellen gemäß 1 wird der Schwerpunkt auf die Erkennung von Zellveränderungen gelegt. Hierfür werden entsprechende Kriterien KVR (Volumen, Rundheit) aufgestellt – siehe 3. in 2
  • Das ist in 3 weiterführend schematisch anhand der Apoptose dargestellt.
    • – Die Manipulationsbedingungen führen zum Absterben der Zellen (Apoptose), wie in 2 am Beispiel einer gesunden Zelle Z1 und einer apoptotischen Zelle Z2 beschrieben ist.
    • – Das Programm soll Apoptose frühzeitig erkennen und dann eine Detailaufnahme des/der Zellkerne N der betroffenen Zelle Z2 mit hoher Zeitauflösung initiieren, da dort eine gewünschte (fiktive) Reaktion bzw. Morphologieänderung zu erwarten ist.
    • – Apoptose zeigt sich zuerst in einer Deformation der Zelle bzw. Zellmembran, d. h. das Rundheitskriterium des Algorithmus wird aufgehoben, es können anstelle der Rundheit andere komplexere Kriterien treten; die Zellgröße reduziert sich im Vergleich zu der gleichen Zelle im vorherigen Bild (Z2S). Sobald die Größenreduktion mehr als 15% zur vorherigen Zellgröße beträgt, wird eine Detailserie des Nukleus N initiiert. • Die Erkennung der Zellveränderung und des Zerfalls in Versikel V initiiert eine Reaktion des Mikroskops, d. h. das Mikroskop fokussiert auf den Nukleus N der veränderten Zelle und nimmt alle 10 Sekunden für insgesamt 10 Minuten ein Detailbild (Zeitserie) auf. • Es wird wie oben beschrieben verfahren, bis eine bestimmte Zahl von Zellen (z. B. 50) aufgenommen wurde.
  • Die Erfindung ist vorteilhaft insbesondere in Laser-Scanning-Mikroskopen anwendbar.
  • Die hierarchische Objekterkennung wird hierbei vorteilhaft in folgenden Schritten analog der obigen Beschreibung durchgeführt:
    • 1. Übersichtsscan mit geringerer Auflösung des gesamten Scanfeldes
    • 2. Identifizierung von Objekten in Übersichtsbild anhand ihrer Form, Größe und/oder spektralen Eigenschaften
    • 3. Beaufschlagung spezieller „regions of interest” (ROI, interessierende Gebiete) mit spezieller Intensität und oder Wellenlängenzusammensetzung
    • 4. Identifizierung von gemeinsamen Kriterien wie Form, Größe und oder spektraler Zusammensetzung in mindestens einer ROI
    • 5. Wiederholung von Schritt 3 und 4 in mindestens einer ROI solange festgelegte Bildkriterien erfüllt sind
    • 6. Auslösung eines Mess- und/oder Manipulationsvorganges, insbesondere zeitlich wiederholend oder kontinuierlich über eine festgelegte Zeit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19702753 A1 [0002]
    • - US 6832002 [0018]
    • - DE 10332060 A1 [0018]
    • - DE 102004034963 [0019]
    • - DE 19829981 C2 [0020]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - http://www.zeiss.de/c12567be00459794/Contents-Frame/fd9fa0090eee01a641256a550036267b [0010]
    • - Journal of Microscopy, Vol. 216, Pt 2 November 2004, pp. 131–137 [0017]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Bildauswertung und/oder Manipulation einer Probe, mit einem mittels eines Mikroskops, insbesondere eines Laser-Scanning-Mikroskops aufgenommenen digitalen Bildes, das Bildobjekte enthält, wobei eine hierarchische Bildauswertung erfolgt, indem mehrere Bildobjektebenen gebildet werden, die jeweils Objekte mit übereinstimmenden Struktureigenschaften aufweisen und nach Erstellen und Auswertung eines Übersichtsbildes als oberste Bildobjektebene bei Auftreten gemeinsamer Bildobjektkriterien die Bildobjektebene durch Erhöhung der Bildauflösung und/oder Verkleinerung des Bildfeldes schrittweise gewechselt wird bis ein Minimum oder Maximum oder ein festgelegter Wert an übereinstimmenden Struktureigenschaften erreicht ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Erreichen einer untersten Bildobjektebene ein Mess- und/oder Manipulationsvorgang ein- oder mehrere Male ausgelöst wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Struktureigenschaft mindestens eines der folgenden herangezogen wird: – Form – Größe – Spektrale Zusammensetzung – Objektbeschaffenheit
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für den Vergleich von Struktureigenschaften Abweichungen, vorzugsweise als prozentuale Schwellwerte, festgelegt werden
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: • Übersichtsscan zum Finden von Objekten • Bestimmung ob das Objekt den Anforderungen genügt (Unterscheidung interessanter von uninteressanten Objekten; mit einfacher Bilderkennung nicht oder nur unzureichend zu machen ist, z. B. Erkennung von Zellen mit bestimmtem komplexen Expressionsmuster) • Automatisierte Fokussierung der interessanten Objekte • Automatisierte Aufnahme interessanter Objekte und/oder interessanter Substrukturen.
  6. Verfahren zum Betrieb eines Laser-Scanning-Mikroskops, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine hierarchische Objekterkennung in folgenden Schritten durchgeführt wird: 1. Übersichtsscan mit geringerer Auflösung des gesamten Scanfeldes 2. Identifizierung von Objekten in Übersichtsbild anhand ihrer Form, Größe und/oder spektralen Eigenschaften 3. Beaufschlagung spezieller „regions of interest” (ROI, interessierende Gebiete) mit spezieller Intensität und oder Wellenlängenzusammensetzung 4. Identifizierung von gemeinsamen Kriterien wie Form, Größe und oder spektraler Zusammensetzung in mindestens einer ROI 5. Wiederholung von Schritt 3 und 4 in mindestens einer ROI solange festgelegte Bildkriterien erfüllt sind 6. Auslösung eines Mess- und/oder Manipulationsvorganges, insbesondere zeitlich wiederholend oder kontinuierlich über eine festgelegte Zeit
  7. Verfahren zur Bildauswertung und/oder Manipulation eines Bildes, gekennzeichnet durch die Verwendung der hierarchischen Objekterkennung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, in einem Mikroskop, insbesondere einem Laser-Scanning-Mikroskop.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, zur Erkennung von morphologischen Veränderungen, insbesondere in Zellen.
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