DE102011117273A1

DE102011117273A1 - Automatische Strukturbestimmung

Info

Publication number: DE102011117273A1
Application number: DE102011117273A
Authority: DE
Inventors: Dr. Matthias Torsten; Hans-Peter Schimon; Dr. Blecken Jens; Markus Wulf; Matthias Wende
Original assignee: Matthias Torsten
Current assignee: Aeneas GmbH and Co KG
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-05-02

Abstract

Analysevorrichtung (2) zur automatisierten optischen Analyse von chemischen und/oder biologischen Proben, die einen Probenbehälter mit eine Probe (5) sowie eine Detektionseinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet dass, die Detektionseinheit – eine elektrooptische Einheit zum Erzeugen einer elektronischen Abbildung von in der Probe vorliegenden zwei- und dreidimensionalen Strukturen in einer auswertbaren Bildschärfe, sowie ein Speichermedium zum Speichern der Abbildung, und – eine Einheit zur rechnergesteuerten Kontrastanalyse sowie zur Farbwerterkennung der Abbildung und/oder mindestens einer am Probenbehälter vorliegenden Markierung aufweist, und das die Detektionseinheit – zur Einstellung der Bildschärfe der Abbildung eine Verschiebeeinrichtung umfasst, mit der der Abstand von Probe und optischer Einheit und/oder der Markierung mittels der rechnergesteuerte Kontrastanalyse sowie der Farbwerterkennung gesteuert wird, und – wobei die Analysevorrichtung (2) eine elektronische Datenbank mit darin gespeicherten zwei- und/oder dreidimensionalen Strukturen umfasst, sowie – eine Recheneinheit zum Abgleich der von der optischen Einheit erzeugten Abbildungen mit den gespeicherten bekannten...

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisiertes Verfahren zur optischen Analyse von Strukturen insbesondere zur Analyse und Bestimmung biologischer, zellulärer Strukturen, sowie eine Vorrichtung hierzu.
Stand der Technik
Zur Bestimmung von Erkrankungen und deren Verlaufskontrolle werden Proben von biologischen Organismen neben der chemischen und biologischen Analyse auch mikroskopisch auf Veränderungen von Bestandteilen bzw. Strukturen untersucht, um Erkrankung zu erkennen. Zur Erleichterung derartiger Bestimmungen wird die Durchführung von chemischen und biologischen Testverfahren mehr und mehr automatisiert, wodurch Kosten und Schnelligkeit der Analyse verbessert werden. Die mikroskopische Betrachtung wird dann von einer erfahrenen Person durchgeführt.
Vorrichtungen zur automatisierten bzw. zur semiautomatischen Analyse von chemischen und biologischen Substanzen bzw. Parameter sind generell bekannt. So beschreibt beispielsweise die WO 2006/000115 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anordnen von Pipetten- oder Dispenser-Spitzen in einem System zum Manipulieren von Flüssigkeitsproben. Eine solche Vorrichtung umfasst einen Robotermanipulator zum Ausrichten von Pipetten- oder Dispenser-Spitzen in einer X-Richtung und in einer im Wesentlichen rechtwinklig dazu verlaufenden Y- Richtung bezüglich in oder auf dem System angeordneten Probenbehältern. Solche Vorrichtungen umfassen zudem Pipetten- oder Dispenser-Spitzen, die sich im Wesentlichen vertikal erstrecken und die in einer im Wesentlichen senkrecht zu den X- und Y- Richtungen verlaufenden Z-Richtung anhebbar und absenkbar sind. Diese Halter sind vorzugsweise auf dem Arbeitstisch geführt verschiebbar. Flüssigkeitsproben können sich auch in den Wells von Mikrotiterplatten befinden, bzw. aus den Probenröhrchen in diese Wells bzw. Näpfchen umpipettiert worden sein. Dabei werden üblicherweise zwei Mikrotiterplatten auf einem so genannten ”Carrier” angeordnet, welcher vorzugsweise ebenfalls auf dem Arbeitstisch geführt verschiebbar ist. Ein derartiges Analysegerät wird von der Aesku-Systems GmbH & Co. KG, Wendelsheim, DE unter der Bezeichnung Helmed vertrieben.
Aus der CH 696 030 A5 ist weiterhin eine solche Vorrichtung zum Manipulieren von Proben in Behältern und/oder auf Objektträgern im Bereich eines X-Y-Feldes bekannt, bei welcher der erste und der zweite Robotermanipulator zumindest den ganzen Bereich des X-Y-Feldes bearbeiten können, praktisch ohne sich gegenseitig zu beeinträchtigen. Die Aktionsbereiche der beiden Robotermanipulatoren können dabei frei gewählt werden. Der zweite Robotermanipulator kann mit oder ohne Objekte beladen den ersten Robotermanipulator passieren. Das Umplatzieren von unterschiedlichsten Objekten mit dem zweiten Robotermanipulator, wie z. B. das Versetzen von aktiven Geräten in Form von Scannern (1D, 2D), Kameras, Druckköpfen, etc. ermöglicht das Nutzen der Funktionen dieser Geräte auf dem ganzen Feld der Arbeitsplattform.
Aus der EP 1 829 613 A1 ist eine Aufbewahrungseinheit für biologische Proben, mit einer im Wesentlichen horizontalen Hauptstandfläche und mehreren Aufbewahrungskammern offenbart.
In biologischen Labors, insbesondere in den Labors von pathologischen Instituten von Universitäten oder Spitälern, werden biologische Proben, z. B. durch Biopsie gewonnene Gewebeproben, sehr oft als Gewebestücke in Kassetten oder als Dünnschnitte auf Glasobjektträgern aufbewahrt. Eine Auswahl solcher Kassetten und Glasobjektträger wird z. B. von der Firma Thermo Shandon angeboten.
Aus der WO 2005/103725 A1 ist weiterhin eine Vorrichtung für das Transportieren oder Untersuchen von Flüssigkeiten in einem System zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben bekannt. Die Vorrichtung umfasst zumindest ein Funktionselement mit wenigstens einem funktionellen Ende, wobei die Funktionselemente im Wesentlichen senkrecht zum Arbeitsfeld in einer Z-Richtung ausgerichtet sind.
In der DE 10 2007 018 483 A1 sind Arbeitsplattformen zum Behandeln von Flüssigkeiten, wie zum Beispiel das Pipettieren von Flüssigkeiten aus Behältern und zum Verteilen derselben in den Wells einer Mikrotiterplatte beschrieben, die aus der Druckschrift WO 02/059626 A1 mit dem Titel „Pipettiervorrichtung” und aus der Druckschrift EP 1 477 815 A1 mit dem Titel „Vorrichtung zum präzisen Anfahren von Mikroplatten-Wells” bekannt sind. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Arbeitsplattformen, bei denen z. B. eine Pipettenspitze an einem bestimmten Ort automatisiert positioniert werden kann.
In der WO 2007/071613 A1 wird weiterhin eine Vorrichtung zum Konditionieren einer Systemflüssigkeit für ein Liquidhandlinggerät offenbart, worin auf folgenden Stand der Technik hingewiesen wird. Industriezweige, die sich z. B. in der pharmazeutischen Forschung bzw. in der klinischen Diagnostik mit biochemischen Techniken befassen, benötigen Anlagen zum Verarbeiten von Flüssigkeitsvolumina und Flüssigkeitsproben. Automatisierte Anlagen umfassen üblicherweise ein Liquidhandlinggerät, wie z. B. ein einzelnes Pipetiergerät oder mehrere Pipetiergeräte, welche an Flüssigkeitsbehältern eingesetzt werden, die sich auf dem Arbeitstisch einer Arbeitsstation bzw. einer so genannten ”Liquidhandling Workstation” befinden.
In der EP 1 206 967 A2 wird ein Stand der Technik beschrieben, wonach es bekannt ist, dass Tropfen mit einem Volumen von mehr als 10 μl sehr einfach aus der Luft abgegeben werden können, weil die Tropfen bei korrektem Umgang mit der Pipette von selbst die Pipettenspitze verlassen. Die Tropfengröße wird dann durch die physikalischen Eigenschaften der Probenflüssigkeit, wie Oberflächenspannung oder Viskosität bestimmt. Die Tropfengröße limitiert somit die Auflösung der abzugebenden Menge Flüssigkeit. Aus EP 0 725 267 A2 ist z. B. eine Pipettenspitze in der Form einer Mikroejektionspumpe bekannt, mit welcher aktiv eine Flüssigkeitsprobe abgetrennt wird. Das Nachliefern der Flüssigkeit geschieht durch den in der Leitung zwischen Vorratsgefäß und Pipettenspitze herrschenden, hydrostatischen Druck.
Beim bisherigen Stand der Technik, wie z. B. aus den WO 2006/000115 A1 , WO 02/059626 A1 und EP 1 477 815 A1 bekannt, ist es üblich, dass bei Mikrotiterplatten entweder alle acht Wells oder Positionen einer Mikrotiterplatte mit acht äquidistant angeordneten Hohlnadeln gleichzeitig befüllt und gewaschen und mit Reagenz versehen werden.
Die EP 1 921 552 betrifft ein netzplangesteuertes Verfahren zur Sicherstellung der Authentizität und Qualität visuell erhobener Befunde in der Labordiagnostik aufgrund manuell oder teilautomatisiert durchgeführter medizinischer Laboranalysen mit der Technik ”Indirekte Immunfluoreszenz”. Das dabei verwendete Laborsystem soll durch eine elektronische Vernetzung der Probenprozessierungsschritte menschliche Fehlerquellen verringern und soll gewährleisten, dass die visuell erhobenen Befunde auf einer korrekten und fehlerfrei zur untersuchten Patientenprobe assoziierten Datenbasis beruhen. Die visuell erhobenen Befunde beruhen jedoch auf einer Beurteilung des Fluoreszenzmusters der Befunddaten und basieren daher auf einem manuellen Schritt.
Häufig ist es notwendig biologische und/oder chemische Reaktionen der biologischen Systeme wie z. B. Gewebeteile, ganzen Zellen oder auch Zellbestandteile wie z. B. Zellorganellen etc. optisch zu untersuchen. Hierzu werden die zu untersuchenden Objekte unter einem Mikroskop analysiert und betrachtet und hierzu werden bislang üblicherweise von einem menschlichen Betrachter visuell begutachtet und anhand seiner subjektiven Erfahrungen einem Zustand zugeordnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zuvor geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, und auf manuelle Schritte bei einer optischen Bestimmung zu verzichten.
Die Erfindung hat daher zum Ziel ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen bzw. zur optischen Analyse von zwei- und/oder dreidimensionalen Strukturen von insbesonders aus biologischen Proben gewonnenem Material bereitzustellen mit dem ohne menschlichen Eingriff eine mikroskopischer Analyse durchgeführt werden kann. Die Erfindung hat auch zum Ziel mittels dieser Strukturen der Probe bekannte typische Zustände wie Erkrankungen oder Anomalien zu erkennen. Die Erfindung hat auch zum Ziel diese optische Analyse in einer Vorrichtung zusammen mit einer chemischen und biologischen Analyse durchzuführen.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmale gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird eine optische insbesonders mikroskopische Analyse bzw. Bestimmund einer Probe wie z. B. biologischem Material wie Zellen, Gewebe und/oder auch Zellkomponenten automatisch mittels einer optischen Einrichtung durchgeführt. Dabei wird eine Abbildung der Probe mittels eines optoelektronischen System erfasst und in einem elektronischen Speichermedium gespeichert. Die so erfasste und gespeicherte Abbildung wird dann mit weitern in einer Datenbank vorliegenden Sammlung von Abbildungen bzw. Teilstrukturen davon verglichen. Ein derartiger Vergleich ist beispielsweise mittels eines sogenannten „best fit” – Verfahrens durch einen Algorithmus durchführbar. Damit ist es auch möglich bestimmte Merkmale oder Strukturen in Abbildungen zu erkennen und diesen bereits bekannten Merkmalen zuzuordnen. Auf diese Weise können sowohl natürliche als auch unnatürliche, insbesonders maligne Veränderungen routinemäßig erkannt ohne den Einfluss menschlicher Tätigkeiten bestimmte Mustern zugeordnet erkannt werden.
Damit eine derartige rechnergestützte Erkennung von den zwei- bzw. dreidimensionalen Strukturen möglich ist, müssen diese äußert genau erfasst werden d. h. die zu untersuchende Probe muss möglichst genau im Fokus der optischen Einrichtung angeschaut werden. Hierzu wurde erfindungsgemäß gefunden, dass dies durch eine Kombination von Kontrastanalyse und Farbwerterkennung möglich ist.
Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass der Abstand zwischen der optischen Einrichtung und der im Probenbehälter angeordneten Probe solange verändert wird, bis die Probe im Fokus zu liegen kommt. Dies wird erfindungsgemäß mittels einer rechnergesteuerten Kontrastanalyse und einer ebenfalls rechnergesteuerten Farbwerterkennung durchgeführt. Sobald mit diesen beiden Verfahren ein Optimum an maximalen Kontrast- und maximaler Farbwerterkennung erreicht ist, wird ein Stoppsignal ausgelöst, welches die Abstandsveränderung zwischen optischer Einheit und Probe stoppt. Auf diese Weise kann ein Autofokussierungssytem erhalten werden welches einen völligen Verzicht auf menschliche Manipulation ermöglicht.
Typische Verfahren zur Kontrastanalyse sind an sich bekannt und kommerziell erhältlich. Bei der erfindungsgemäß durchgeführten Farbwertanalyse wird derart vorgegangen, dass ein Muster verschiedener Farben abgebildet wird und die Lage des Fokusses der Optik und/oder die Lage der Probe solange geändert wird, bis eine maximale Anzahl unterschiedlicher, separater Farbpixel erreicht wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise erfolgt dies vorzugsweise mit den Farben Rot, Grün und/oder Blau. Derartige Algorithmen zur Farbwertanalyse sind an sich bekannt und im Internet und im Handel erhältlich, z. B. Fa. Keyence.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform weist der Probenbehälter Kontrastmerkmale wie Linien, Punkte, Karos etc. auf, die ggf. auch farbig sein können. Diese Merkmale sind vorzugsweise derart angeordnet, dass diese die Probenbehälter freilassen, jedoch möglichst nah an diesen zu liegen kommen. Mit derartigen Merkmalen ist es auch möglich eventuelle Verkippungen von Probenbehältern zu erkennen und diese durch die zuvor geschilderte Autofokussierung nach zu justieren. Dies ist insbesonders dann von Vorteil wenn eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Probenbehältern zu einer sogenannten „Multiwell-Platte” zusammengefasst ist.
Üblicherweise ist es nicht möglich räumlich große Proben wie z. B. eine Zelle aufgrund der geringen Tiefenschärfe üblicher Optiken scharf abzubilden.
Mittels der erfindungsgemäßen autofokussierenden Vorgehensweise ist es nun möglich durch eine Höhenverstellung einer räumlichen Probe wie beispielsweise einer Zelle den Fokus in verschiedene Ebenen der Probe zu legen und aus diesen nach Abspeichern in einem Speichermedium eine zwei- und/oder auch dreidimensionale Struktur der Probe zusammenzusetzen. Hierbei werden über die jeweilige Tiefenschärfe hinweg mehrere Aufnahmen angefertigt und diese dann üblicherweise mittels „Stitching” zu einer einzigen Abbildung zusammengesetzt. Derartige sogenannte „Stitching-Verfahren” sind an sich bekannt und können beispielsweise kostenfrei aus dem Internet heruntergeladen werden. Mittels der im Verfahren angewendeten „Stitching”-Methode ist es auch möglich Proben welche sonst nur in Teilbereichen im Fokus liegen und damit nur Teile scharf erkennbar sind zu einer ganzen, scharfen Abbildung zusammenzusetzen wie dies sonst mit einer manuell-visuellen Durchführung durch einen menschlichen Betrachter nicht möglich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die üblicherweise in einer Flüssigkeit enthaltenen Probe derart aufbereitet, dass diese eine möglichst ebene Oberfläche aufweist. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Probe nur in einer geringen Menge Flüssigkeit zugesetzt wird oder die Flüssigkeit nach dem Auftragen wieder entfernt wird.
Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen die jeweilige Probe nach Entfernung der Flüssigkeit vor dem Austrocknen zu schützen, dies kann beispielsweise durch eine Abdeckung mittels eines Abdeckglases oder auch durch eine Erhöhung des Flüssigkeitsdampfdruckes über der Probe zu verhindern.
Als Analysevorrichtung kann beispielsweise eine Analysevorrichtung dienen, wie sie in der DE 10 2008 022 835 beschrieben wird und die zusätzlich eine elektrooptische Einheit enthält.
Ein Mikroskop im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein bewegliches Mikroskop wie z. B. ein übliches Lichtmikroskop, ein Lasermikroskop, insbesondere auch Rastermikroskope, insbesondere Laserrastermikroskope verstanden werden.
Eine Probe ist eine biochemische oder chemische Probe. Insbesondere kann dabei die Probe in einem kleinen Behälter wie z. B. Reagenzglas, ..., Näpfchen, Töpfchen, oder auf einem Probenträger, insbesondere auf einem Objektträger aufgebracht sein. Die Probe selbst kann aus Zellen, sowohl lebendige als auch tote Zellen, Viren, RNA- und DNA-Moleküle, Zellbestandteile oder Organelle wie Membranen umfassen.
Das elektronische Erfassen bzw. Abbilden der Probe mittels einer elektrooptischen Einheit erfolgt vorzugsweise indem die Probe genau unter dem Strahlengang des Mikroskops bzw. der Optik angeordnet wird. Dabei werden die generierten Abbildungen auf einen Wandler gelenkt, der Lichtsignale in elektronische Signale umwandelt. Vorteilhafterweise handelt es sich dabei um eine CCD-Einrichtung.
Elektronische, mechanische Autofokussierung erfolgt mittels einer Kontrastanalyse und einer Farbwerterkennung. Bei der Kontrastanalyse wird durch eine Verschiebung der Optik und/oder der Probe in vertikaler Richtung (Z-Achse) der Kontrast mittels eines an sich bekannten Algorithmus optimiert. Dadurch kommt die Probe in den Fokus der Optik des Mikroskops zu liegen. Bei einer Farbwerterkennung werden beispielsweise unterschiedliche Farben wie rot, grün oder blau in den Pixeln der elektroopitschen Einheit getrennt bestimmt und ein Maximum an separaten Pixeln dieser Farben erzeugt.
Desweiteren kann beispielsweise mit einer auf oder in der Nähe der Probe aufgebrachte Justierschicht, beispielsweise Linien, Punkte oder Karos in unterschiedlichen Farben eine Voreinstellung des Fokusses erfolgen und inbesonders ein schnelles automatisches Erfassen der richtigen Fokusseinstellung erzielt werden.
Insbesondere kann eine Justierschicht für jede einzelne Probe vorhanden sein. Das bedeutete mit anderen Worten, dass bei einer Vielzahl von Proben, wie sie beispielsweise in einer Multiwell-Platte verwendet werden, die Justierschicht an verschiedenen Punkten an oder auf der Multiwell-Platte angeordnet sein kann. Damit können vorteilhafterweise Höhenunterschiede wie sie z. B. bei Verkippungen der Probe über die ganze Multiwell-Platte schneller erfasst werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren zusätzlich ein Bearbeiten der Probe. Dabei kann beispielsweise eine zu untersuchende Probe auf einem Objektträger in einem Reagenzglas mit anderen biochemischen, chemischen Verbindungen in Kontakt gebracht werden, insbesondere in Lösung, so dass eine biochemische oder chemische Reaktion auftreten kann. Ebenfalls umfasst das Bearbeiten der Probe eine Wartezeit, wie beispielsweise eine Inkubationszeit, oder auch eine Durchmischungszeit. Dabei wird die Probe nicht sofort mit der elektronischen Einheit untersucht, sondern erst nach der Wartezeit.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Abdecken der Probe mit einer Abdeckvorrichtung. Dabei kann beispielsweise eine Abdeckvorrichtung eine Glasplatte, eine Kunststoffplatte oder eine weitere lichtdurchlässige Platte sein. Ebenso können die Proben, beispielsweise wenn sie auf einen Objektträger aufgebracht werden, mittels eines aufgebrachten Flüssigkeitstropfens umgeben sein. Dabei ist allerdings zu beachten, dass es nicht zu einer Beeinträchtigung der mikroskopischen Aufnahme kommt. Das kann mittels der Verwendung von beschichteten Gläsern zur Herabsetzung der Oberflächenspannung, Zugabe von Oberflächenspannung vermindernden Mitteln erzielt werden oder durch Zugabe einer geringen Menge an Flüssigkeit an sich.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch ein rechnergestütztes Unterscheiden mittels in einer Datenbank/Bibliothek vorliegenden Strukturen wie z. B eines Histogramms. Hierbei wird eine positive oder negative Erkennung dahingehend umgesetzt, dass mittels einer mathematischen Klassifikation, die auf einem Algorithmus beruht, Bildinformationen dergestalt angezeigt werden, dass die Abbildung beispielsweise positive oder negative Strukturen, insbesondere aber charakteristische Petterns oder Muster anzeigt.
Ein weiterer Gegenstand ist eine Analysevorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens als Flussdiagramm
2 zeigt einen schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Analysegeräts ohne Mikroskop
3 zeigt einen schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Analysegeräts mit Mikroskop
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der unter Block A (Strukturbestimmung) dargestellte Schritt setzt sich zusammen aus der Probenbereitstellung bestehend aus Lesen der Probenkennung mittels im Analysevorrichtung integriertem Barcodeleser sowie beladen des Analysegerätes mit den für den jeweiligen Test notwendigen Reagenzien mit anschließendem Start der vollautomatischen Probenprozessierung des Immunfluoreszenztests und dem automatischen Mikroskopieren und/oder Erfassen der Proben. Hierbei wird die Autofokussierung mit Hilfe einer Kontrastanalyse und einer Farbwerterkennung vollzogen und anschließend mit einer CCD-Kamera elektronische Bilder erzeugt. In einem unter Block B (Bildverarbeitung) dargestellten Schritt werden die zuvor erzeugten Bilder mittels Datenverarbeitungssoftware in einem Bild- und Datenarchiv gespeichert und können so zur anschließenden automatischen Klassifizierung (pos/neg) mittels Histogrammen verwendet werden. Der unter Block C (Datenbank) dargestellte Schritt dient dazu die Diagnose abzusichern und die Klassifizierung zu bestätigen. Hierzu können die in Block D dargestellten Hilfsmittel zu Rate gezogen werden. Der Abschluss des Verfahrens wird durch Erzeugung eines Befundvorschlagsvollzogen.
Die 2 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Analysegeräts 2 zum Untersuchen von biologischen und chemischen Proben 5, die als Analysevorrichtung 2 eingesetzt wird. Das Analysevorrichtung 2 hat ein helmförmiges Gerätegehäuse 2 mit einem aufgeklappten visierähnlichen Deckel 3, der um zwei Drehgelenke 4 auf- und zugeklappt werden kann. Auf der Rückseite (nicht gezeigt) befinden sich die elektrischen Steckeranschlussleisten, an die diverse Stecker für das elektrische 24 V Netz, für die elektrischen Steuersignale zu einer Datenverarbeitungsanlage (Personal Computer) und für Messsignale (insbesondere eine USB-Schnittstelle) angeschlossen werden.
Das Analysevorrichtung 2 weist eine Grundplatte 12 auf, die eine in Gebrauch horizontal angeordnete Arbeitsplatte 13 – oft auch Karussell genannt – trägt, die um ihre vertikale Achse von einem Motor oder Antrieb in eine vorgegebene Winkelstellung φ gedreht werden kann. Auf dieser inneren Arbeitsplatte 13 sind zwei rechteckige Aussparungen zur Aufnahme zweier Probenbehälter 13a vorgesehen, wobei nur ein Probenbehälter 13a aufgesetzt ist, der in einer Matrixanordnung eine Vielzahl von Töpfchen bzw. Wells 13b enthält: Diese innere Arbeitsplatte 13 wird in radialer Richtung durch eine ringförmige Arbeitsplatte 14 erweitert, auf der in Umfangsrichtung durchsichtige Objektträgern 15 angeordnet sind, die biologische oder chemische Proben jeweils tragen. Diese ringförmige Arbeitsplatte 14 ist mittels Stützen 16 auf der Grundplatte 12 befestigt. Diese ringförmige Arbeitsplatte 14 kann bei weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen jedoch über einen separaten Drehantrieb gedreht werden bzw. mit der inneren Arbeitsplatte gemeinsam gedreht werden. Radial außerhalb dieser ringförmigen Arbeitsplatte 14 ist ein etwa halbkreisförmiger Reagenzglashalter 20 vorgesehen, der Löcher 21 für kleinere Reagenzgläser aufweist. Weiterhin ist im gleichen Umfangbereich auf der linken Seite der 1 ein etwa viertelkreisförmiger Reagenzglashalter 22 mit größeren Löchern 23 für größere Reagenzgläser 24 angeordnet.
Oberhalb der inneren Arbeitsplatte 13 ist ein Probenmanipulator 3 angeordnet, der einen parallel zur inneren Arbeitsplatte 13 in einer horizontalen Richtung sich erstreckenden Tragarm 26 und einem entlang dieses Tragarmes 26 mittels eines horizontalen Spindelantriebes 27 bewegbaren Schlitten(nicht sichtbar) trägt. Dieser Schlitten trägt einen in vertikaler Z-Richtung bewegbaren Nadelsystem mit der Nadeleinheit 32, der von einem ersten vertikalen Antrieb 33 in vorgegebene vertikale Positionen gebracht werden kann. Hierdurch können die freien Spitzen der Nadeleinheit 32 in einer oberen Position oberhalb und in einer unteren Position innerhalb eines Töpfchens bzw. Wells 13b eines Probenbehälters 13a positioniert werden.
In der 3 ist die Anordnung aus 2 zusammen mit dem Mikroskop 4 verdeutlicht.
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

WO 2006/000115 [0003]
CH 696030 A5 [0004]
EP 1829613 A1 [0005]
WO 2005/103725 A1 [0007]
DE 102007018483 A1 [0008]
WO 02/059626 A1 [0008, 0011]
EP 1477815 A1 [0008, 0011]
WO 2007/071613 A1 [0009]
EP 1206967 A2 [0010]
EP 0725267 A2 [0010]
WO 2006/000115 A1 [0011]
EP 1921552 [0012]
DE 102008022835 [0026]

Claims

Analysevorrichtung (2) zur automatisierten optischen Analyse von chemischen und/oder biologischen Proben, die einen Probenbehälter mit eine Probe (5) sowie eine Detektionseinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet dass, die Detektionseinheit – eine elektrooptische Einheit zum Erzeugen einer elektronischen Abbildung von in der Probe vorliegenden zwei- und dreidimensionalen Strukturen in einer auswertbaren Bildschärfe, sowie ein Speichermedium zum Speichern der Abbildung, und – eine Einheit zur rechnergesteuerten Kontrastanalyse sowie zur Farbwerterkennung der Abbildung und/oder mindestens einer am Probenbehälter vorliegenden Markierung aufweist, und das die Detektionseinheit – zur Einstellung der Bildschärfe der Abbildung eine Verschiebeeinrichtung umfasst, mit der der Abstand von Probe und optischer Einheit und/oder der Markierung mittels der rechnergesteuerte Kontrastanalyse sowie der Farbwerterkennung gesteuert wird, und – wobei die Analysevorrichtung (2) eine elektronische Datenbank mit darin gespeicherten zwei- und/oder dreidimensionalen Strukturen umfasst, sowie – eine Recheneinheit zum Abgleich der von der optischen Einheit erzeugten Abbildungen mit den gespeicherten bekannten Strukturen und deren Zuordnung, sowie – eine Ausgabeeinheit für die durch den Abgleich zugeordneten Strukturen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die optische Einheit ein mit einer elektronischen Kammereinheit kommunizierendes Mikroskop ist.
Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, der Probenbehälter eine oder mehrere Markierungen zur Durchführung von Kontrastanalyse und/oder Farbwerterkennung enthält.
Vorrichtung (2) nach einer der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – ein Gerätegehäuse (11) mit einer Grundplatte (12), – ein Mikroskop (4), – eine auf der Grundplatte (12) in Gebrauchslage horizontal angeordneten Arbeitsplatte (13) zur Aufnahme der Proben (5) – ein oberhalb der Arbeitsplatte (13) angeordneten Probenmanipulator (3), der einen oberhalb zur Arbeitsplatte (13) in einer horizontaler Richtung sich erstreckenden Tragarm (26) und einem entlang dieses Tragarmes (26) mittels eines horizontalen Antriebes (27) bewegbaren Schlitten trägt, und – ein am Schlitten (30) in vertikaler Richtung (Z) bewegbares Hohlnadelsystem (31) aufweist, das Pipetten (45, 46, 47) trägt, und – dass der horizontale Abstand der drei Hohlnadeln (45, 46, 47) zueinander so klein gewählt ist, dass alle drei Nadeln mit ihrer jeweiligen Hohlnadelspitze (34) innerhalb desselben Töpfchens bzw. Wells (13b) positioniert werden können.
Verfahren zur automatisierten optischen Analyse von zwei- und/oder dreidimensionalen Strukturen von chemischen und/oder biologischen Proben in einem Probenbehälter insbesonders mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass zur Analyse zwei- und/oder dreidimensionale Strukturen der Probe mittels einer elektrooptischen Einheit erfasst und in einem elektronischen Speichermedium gespeichert werden, – wobei die Abbildung mit einer optimierten Bildschärfe durchgeführt wird welche durch Änderung des Abstandes von optischer Einheit und Probe dadurch erfolgt, dass der Abstand mittels einer rechnergesteuerten Kontrastanalyse und einer Farbwerterkennung gesteuert wird, – Zuordnen der von der optischen Einheit erfassten Strukturen mittels eines Algorithmus zu chrakteristischen Patterns oder Mustern.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbwerterkennung dadurch erfolgt, dass die Anzahl unterschiedlicher Farbpixel (10) in der elektronischen Einheit ein Maximum erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–6, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Abdecken der Probe (5) mit einer Abdeckeinrichtung (9) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenbehälter und/oder eine Platte mit mehreren solchen Probebehältern verwendet wird, die eine Codierung aufweist und dass Strukturen mittels Codierung einer Probe zugeordnet werden.