DE102012213600A1

DE102012213600A1 - Scanner for the scanning of frozen sections

Info

Publication number: DE102012213600A1
Application number: DE201210213600
Authority: DE
Inventors: Bernd Sägmüller
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-02-06
Also published as: WO2014020113A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scanner für die Abtastung von Schnellschnitt-Proben während einer Operation mit einer Einrichtung zur Durchführung und Auswertung eines bildgebenden Verfahrens unter Verwendung von CARS-Effekten oder CARS-artiger Effekte.The present invention relates to a scanner for scanning quick-cut samples during an operation with a device for carrying out and evaluating an imaging method using CARS effects or CARS-like effects.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scanner für die Abtastung von Schnellschnitt-Proben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechendes Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. The present invention relates to a scanner for the scanning of frozen section samples according to the preamble of patent claim 1 and to a corresponding method according to the preamble of patent claim 6.

Stand der Technik State of the art

CARS- oder SRS-Spektroskopie nutzt zur Untersuchung von Materialeigenschaften die kohärente Anti-Stokes-Raman-Streuung und damit einhergehende Effekte aus. Hierbei werden entweder zwei Laserstrahlen unterschiedlicher Frequenz (Pump- und Stokes-Laser) mit geeigneten Frequenzen verwendet, wie etwa beim CARS-Verfahren. Es ist auch möglich, mehrere Frequenzen eines einzelnen Laserstrahls (beispielsweise bei SRS-Verfahren) einzusetzen. Bei SRS-Verfahren handelt es sich somit in der Sprache der vorliegenden Anmeldung um CARS-artige Verfahren. Die so bereitgestellten Strahlen werden in der zu untersuchenden Probe überlagert. Aufgrund einer Wechselwirkung mit der Materie der Probe entsteht ein Laser-ähnlicher Ausgangsstrahl. Dieser Ausgangsstrahl kann dann resonant verstärkt werden, wenn die Überlagerung der Eingangsfrequenzen einer Raman-Resonanz entspricht. Das erhaltene Signal erscheint um den Betrag der Raman-Resonanz zu niedrigeren bzw. zu höheren Frequenzen relativ zur Frequenz der Eingangs-Frequenzen verschoben. Derartige Strahlung wird als Stokes- bzw. Anti-Stokes-Strahlung bezeichnet. CARS or SRS spectroscopy uses coherent anti-Stokes-Raman scattering and related effects to study material properties. Here, either two laser beams of different frequency (pump and Stokes laser) are used with suitable frequencies, such as in the CARS method. It is also possible to use several frequencies of a single laser beam (for example in SRS methods). SRS methods are thus CARS-like methods in the language of the present application. The thus provided rays are superimposed in the sample to be examined. Due to an interaction with the matter of the sample, a laser-like output beam is produced. This output beam can then be amplified resonantly if the superimposition of the input frequencies corresponds to a Raman resonance. The signal obtained appears shifted by the amount of Raman resonance to lower or higher frequencies relative to the frequency of the input frequencies. Such radiation is referred to as Stokes or anti-Stokes radiation.

CARS-Spektroskopie dient auch zur Untersuchung von thermodynamischen Eigenschaften, beispielsweise der Temperatur, oder wird zur Untersuchung von Materialien verwendet. Sie wird unter anderem in der Molekülspektroskopie, der Plasma- und Verbrennungsdiagnostik, sowie zur Qualitätssicherung von Edelsteinen, beispielsweise Diamanten, verwendet, sowie bei der Untersuchung biologischer Systeme zur Visualisierung von unterschiedlichen Molekülen durch Anregung charakteristischer Schwingungsmodi. Zur Sichtbarmachung von Lipiden werden beispielsweise CH₂-Schwingungen, für Proteine Amid-Schwingungen, und für DNA-Phosphatschwingungen genutzt. Grundsätzlich können auch Überlagerungen solcher Schwingungsbestandteile verknüpft werden, um detailliertere Ergebnisse zu erhalten. Vorteilhaft ist hierbei, dass keinerlei Markierung mit Fluoreszenz- oder anderen Farbstoffen notwendig ist. CARS spectroscopy also serves to study thermodynamic properties, such as temperature, or is used to study materials. It is used for example in molecular spectroscopy, plasma and combustion diagnostics, as well as for the quality assurance of gemstones, such as diamonds, and in the investigation of biological systems for the visualization of different molecules by exciting characteristic modes of vibration. To visualize lipids, for example, CH ₂ vibrations, for proteins amide vibrations, and for DNA phosphate oscillations are used. Basically, superpositions of such vibration components can be linked in order to obtain more detailed results. The advantage here is that no labeling with fluorescent or other dyes is necessary.

In der Pathologie, hier insbesondere der Onkologie oder der Neurochirurgie, ist es gewünscht, noch während einer Operation Klarheit über beispielsweise die Vollständigkeit einer Resektion oder die Schwere einer Läsion zu erhalten. Hierzu existiert die sogenannte Schnellschnittdiagnostik. Hierbei lamelliert der Pathologe, während der Patient in Narkose verbleibt, beispielsweise einen Tumor und beschreibt ihn. Es werden dann repräsentative Schnitte auf einen Objekthalter aufgebracht und analysiert. Hierzu ist es in der Regel notwendig, repräsentative Schnitte auf einem Objekthalter tiefzufrieren und mit einem Gefriermikrotom zu schneiden. In pathology, in particular oncology or neurosurgery, it is desired to obtain clarity during surgery about, for example, the completeness of a resection or the severity of a lesion. For this purpose, the so-called frozen section diagnostics exists. The pathologist, for example, laminates a tumor and describes it while the patient remains under anesthesia. Representative sections are then applied to an object holder and analyzed. For this, it is usually necessary to freeze representative cuts on a specimen holder and to cut them with a freeze microtome.

Der Schnitt wird anschließend auf einen Objektträger aufgetragen und HE-gefärbt. Das Befundergebnis kann dann nach mikroskopischer Untersuchung dem Operateur mitgeteilt werden. Die weiteren operativen Schritte richten sich nach dem Ergebnis einer derartigen Schnellschnittdiagnostik. Als nachteilig bei der bisherigen Schnellschnittdiagnostik wird angesehen, dass ein Zyklus vom Schnitt bis zur Entscheidung des Chirurgen ca. 20 bis 45 Minuten dauern kann, während der Patient beispielsweise mit geöffnetem Schädel im Operationssaal liegt. The section is then applied to a slide and HE-stained. The findings can then be communicated to the surgeon after microscopic examination. The further operative steps are based on the result of such a frozen section diagnostics. A disadvantage of the current frozen section diagnostics is considered that a cycle from the cut to the decision of the surgeon can take about 20 to 45 minutes, while the patient is, for example, with an open skull in the operating room.

Aufgabe der Erfindung ist daher eine Verbesserung der Schnellschnittdiagnostik. The object of the invention is therefore an improvement of the frozen section diagnostics.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Scanner mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6. This object is achieved by a scanner having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 6.

Die erfindungsgemäße Verwendung der schwingungsspektroskopischen Bildgebung durch den CARS oder SRS-Effekt im Rahmen eines Scanners für die Abtastung von Schnellschnitt-Proben ermöglicht eine wesentlich schnellere Analyse von Schnellschnitt-Proben unter Umgehung des Nachteils der vorangehenden Einfrierung und Färbung. Erfindungsgemäß ist somit beispielsweise eine Entscheidung, ob ein Tumor genügend weit entfernt wurde, wesentlich schneller und präziser zu treffen als mit Verfahren gemäß dem Stand der Technik. The use of vibrational spectroscopic imaging by the CARS or SRS effect in the context of a scanner for the scanning of frozen sections enables much faster analysis of frozen sections, avoiding the disadvantage of prior freezing and staining. Thus, according to the invention, for example, a decision as to whether a tumor has been removed sufficiently far is much faster and more precise than with methods according to the prior art.

Als besonders vorteilhaft erweist sich in diesem Zusammenhang, dass bei Verwendung der schwingungsspektroskopischen Bildgebung mit z.B. CARS oder SRS über die Dicke der Schnellschnitt-Probe, d. h. von der Oberseite bis zur Unterseite, eine im Wesentlichen dreidimensionale Visualisierung bereitstellbar ist, die gegebenenfalls durch weitere Methoden wie die der Hauptkomponentenanalyse unterstützt wird. Hiermit ist der Operateur in der Lage, seine Entscheidung, ob weiteres Gewebe entfernt werden muss, genauer zu treffen, da er nicht nur, wie bei herkömmlichen Techniken, einen Mittelwert bezüglich beispielsweise pathologischen Gewebes über die gesamte Schnellschnitt-Probe, sondern die Verteilung derartigen Gewebes über die Dicke der Schnellschnitt-Probe erhält. Dies liegt unter anderem darin begründet, dass die erfindungsgemäße Untersuchungsmethode im Bereich des langwelligen Anregungslichts arbeitet, und daher schwingungstief in das Gewebe eindringen kann. Der Absorptionsquerschnitt des Anregungslichts im Gewebe ist im nicht-fokussierten Bereich sehr niedrig. Der Informationsgewinn findet daher nur im fokussierten Bereich statt. Mit Hilfe von Objektiven mit passendem und an die Probe angepasstem Arbeitsabstand sowie passender numerischer Apertur kann eine Probe von 500 Mikrometer Dicke gerastert werden. Es sind dickere und dünnere Proben möglich, auch oberflächliches Eindringen und Rastern ist erfindungsgemäß möglich. It proves to be particularly advantageous in this context that when using the vibration spectroscopic imaging with eg CARS or SRS on the thickness of the frozen section sample, ie from the top to the bottom, a substantially three-dimensional visualization is provided, optionally by other methods such as which supports the principal component analysis. This allows the surgeon to more accurately make his decision as to whether additional tissue needs to be removed, as he not only averages, as in conventional techniques, for example, pathological tissue over the entire frozen section sample, but the distribution of such tissue about the thickness of the frozen section sample. This is due, inter alia, to the fact that the examination method according to the invention operates in the region of the long-wavelength excitation light, and therefore low in vibration the tissue can penetrate. The absorption cross section of the excitation light in the tissue is very low in the unfocused region. The information gain therefore takes place only in the focused area. By means of objectives with a suitable working distance adapted to the sample and a suitable numerical aperture, a sample of 500 micrometers thick can be rasterized. Thicker and thinner samples are possible, even superficial penetration and rastering is possible according to the invention.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Scanner Mittel zur Auswertung erfasster Bilder mittels eines Vergleiches wenigstens von Teilen erfasster Bilder mit Bildern aus Substanzbibliotheken, welche schwingungsspektroskopische Signaturen von CARS oder/und SRS-relevanten Substanzen enthalten oder von entsprechenden Vergleichsproben des Patienten oder anderer Quellen, auf. According to a particularly preferred embodiment, the scanner according to the invention comprises means for evaluating acquired images by comparing at least parts of acquired images with images from substance libraries containing vibration spectroscopic signatures of CARS and / or SRS-relevant substances or from corresponding reference samples from the patient or other sources, on.

Mit einem derartigen Vergleich ist eine besonders effektive und schnelle Analyse von erfassten Bildern möglich. Aufgrund der Substratschonung schwingungsspektroskopischer bildgebender Rasterung wie z.B. CARS oder SRS kann ein Eigenvergleich ohne Substanzentnahme durchgeführt werden, was die hier beschriebene Methodik fundamental von der herkömmlichen, auf dem Ablauf Entnahme-Frieren-Schneiden-Färben-Bewerten unterscheidet. With such a comparison, a particularly effective and rapid analysis of captured images is possible. Due to substrate conservation of vibration spectroscopic imaging screening such as e.g. CARS or SRS can be self-benchmarked without debris collection, which fundamentally differentiates the methodology described here from the conventional sampling, freeze-tinting, staining evaluation.

Zweckmäßigerweise weist der erfindungsgemäße Scanner wenigstens eine in ihrer Ausgangswellenlänge modifizierbare Laser- oder Lichteinrichtung zur Schwingungsanregung einer Schnellschnitt-Probe auf. Mittels derartiger modifizierbarer oder einstellbarer Laser- bzw. Lichteinrichtungen ist der verwendete Scanner auf unterschiedlichste zu erkennende Substanzen oder Zielmuster in den Schnellschnitt-Proben einstellbar. Man könnte auch die PCR (Principal Component Analyse) mit einbeziehen. Dadurch wird die Methodik hoch personalisiert und richtet sich sogar am einzelnen Patienten aus. Die PCA oder Hauptkomponentenanalyse ist ein Verfahren der multivariaten Statistik. Sie dient dazu, umfangreiche Datensätze zu strukturieren, zu vereinfachen und zu veranschaulichen, indem eine Vielzahl statistischer Variablen durch eine geringere Zahl möglichst aussagekräftiger Linearkombinationen (die „Hauptkomponenten“) genähert wird. Expediently, the scanner according to the invention has at least one laser or light device that can be modified in its output wavelength for the vibration excitation of a frozen section sample. By means of such modifiable or adjustable laser or light devices, the scanner used can be set to different substances or target patterns to be detected in the quick-cut samples. One could also include PCR (Principal Component Analysis). This makes the methodology highly personalized and even aligns with the individual patient. The PCA or principal component analysis is a method of multivariate statistics. It serves to structure, simplify, and illustrate large data sets by approximating a variety of statistical variables with a smaller number of highly meaningful linear combinations (the "main components").

Es kann ebenfalls zweckmäßig sein, wenigstens eine Laser- oder Lichteinrichtung mit fester Ausgangswellenlänge zu verwenden. Hier sei beispielsweise an die Verwendung von Faserlasern hingewiesen. Diese Lösung erweist als preiswert. Sie baut ferner klein und ist mit weniger Aufwand bereitstellbar. Auch polychrom arbeitende Systeme, welche auf einer spektralen schwingungsspektroskopischen Bildgebung basieren, sind von der Erfindung umfasst. It may also be desirable to use at least one fixed output wavelength laser or light device. For example, reference is made here to the use of fiber lasers. This solution proves to be inexpensive. It also builds small and can be provided with less effort. Polychromic systems based on spectral vibration spectroscopic imaging are also included in the invention.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Scanner eine Einrichtung zur Überlagerung von erhaltenen Bildern mit weiteren erhaltenen Bildern und/oder Referenzbildern oder Grafiken auf. Derartige Überlagerungen können beispielsweise unter Zuhilfenahme von Algorithmen ausgeführt werden, welche die einzelnen Signaturen der Bilder gewichten, beispielsweise um strukturelle Besonderheiten hervorzuheben. Proben, die nach dem Schnellschnitt weiter bearbeitet werden, auch in herkömmlicher Manier, können zur Falluntersuchung oder -dokumentation in der erweiterten Bildgebung gescannt und mit den schwinggungsspektroskopischen Bildern überlagert oder verrechnet werden, um weitere Details für eine Bewertung der Untersuchung zu erhalten. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Mit dem erfindungsgemäßen Scanner ist es möglich, schnell und wiederholt, d. h. mit hohem Durchsatz, Schnellschnitt-Proben zu analysieren und entsprechende Bilder zur Verfügung zu stellen. Durch Anwendung der schwingungsspektroskopischen Bildaufnahmetechnologie wie z.B. CARS oder SRS ist ein derartiger Scanner gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen, welche beispielsweise Immunfärbung, HE-Färbung oder andere Färbetechniken verwenden, wesentlich schneller und leistungsfähiger. According to a further preferred embodiment, the scanner has a device for superimposing received images with further obtained images and / or reference images or graphics. Such superimpositions can be carried out, for example, with the aid of algorithms which weight the individual signatures of the images, for example in order to emphasize structural features. Samples that are further processed after the flash cut, also in conventional manner, may be scanned for case study or documentation in the advanced imaging and superimposed or billed with the swing spectroscopic images for further detail for evaluation of the assay. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings. With the scanner according to the invention, it is possible to quickly and repeatedly, d. H. with high throughput, to analyze frozen sections samples and provide corresponding images. By using the vibration spectroscopic image acquisition technology such as e.g. CARS or SRS is such a scanner over conventional devices that use, for example, immunostaining, HE staining or other staining techniques, much faster and more efficient.

Mittels schwingungsspektroskopischen Bildaufnahmetechnologie wie z.B. CARS oder SRS ist es nicht nur möglich, eine Probe manuell oder halbautomatisch zu verarbeiten, wie dies in der Mikroskopie üblich ist, sondern es ist ferner möglich, mit hohem Durchsatz strukturelle Merkmale zur Verfügung zu stellen (beispielsweise als HE-Falschfarbenbild). Die Merkmale eines HE-gefärbten Bildes ergeben sich durch eine Färbung des Hintergrundes und der hervorzuhebenden Zellmerkmale. Diese unterscheiden sich a priori ebenso durch ihre schwingungsspektroskopischen Signaturen im Raman, CARS oder SRS-Spektrum. Diese Spektren werden in der Bildgebung z.B. entsprechend ihrer Intensität in Helligkeitswerte umgesetzt, die dann ein Falschfarbenbild ergeben. Dieses Bild kann, muss aber nicht zwingend, ähnlich einem HE-Bild wiedergegeben werden, um z.B. für HE-gewohnte Pathologen den Vergleich so einfach wie möglich zu gestalten und die Fehleranfälligkeit der Interpretation a priori zu minimieren. Vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist es, weitere Komponenten aus dem schwingungsspektroskopischen Bild hinzuzufügen. Dies ermöglicht insbesondere eine Zeitersparnis bei der Interpretation, wenn im Rahmen von Forschungsergebnissen neueste Untersuchungen eingebunden werden sollen oder im Forschungsbereich, wenn, auch unter Zuhilfenahme von mathematischen Analysemethoden wie z.B. der Hauptkomponentenanalyse, Ergebnisse aus Studien mit anderen Proben verglichen werden sollen. Insbesondere ist es möglich, chemische CARS-Sonden bildgebend darzustellen (mit sehr hoher Eindringtiefe), und weitere Substanzen, beispielsweise aus einer Bibliothek abzurufen und als Datensatz oder Bild-Overlay in das ursprüngliche Bild oder den ursprünglichen Datensatz mit einzublenden und derartige überlagerte Bilder in geeigneter Software zu verarbeiten. CARS-Bilder können zweckmäßigerweise vor Ort oder per Fernabfrage bewertet werden. Not only is it possible to process a sample manually or semi-automatically by means of a vibration spectroscopic image acquisition technology such as CARS or SRS, as is customary in microscopy, but it is also possible to provide structural features at high throughput (for example as HE). false color image). The features of a HE-stained image result from a background coloration and cell characteristics to be highlighted. These also differ a priori in terms of their vibrational spectroscopic signatures in the Raman, CARS or SRS spectrum. These spectra are converted in the imaging, for example according to their intensity in brightness values, which then give a false color image. This image may, but not necessarily, be reproduced in a similar manner to a HE image in order to make the comparison as easy as possible, for example for HE-familiar pathologists, and to minimize the error susceptibility of the interpretation a priori. Advantageous in the context of the invention is to add further components from the vibration spectroscopic image. This allows in particular a time saving in the interpretation, if in the context of research results latest investigations or in the field of research if, also with the aid of mathematical analysis methods such as the principal component analysis, results from studies with other samples are to be compared. In particular, it is possible to image chemical CARS probes (with a very high penetration depth) and to retrieve further substances, for example from a library and to superimpose them as a data set or image overlay in the original image or the original data record, and to superimpose such superimposed images in a suitable manner Software to process. CARS images may conveniently be evaluated on-site or remotely.

Vorteilhafterweise können im Rahmen eines Workflow verschiedende Bilder automatisiert erkannt werden, und beispielsweise mittels Stitching-Verfahren zu größeren Bildern zusammengesetzt werden. Da es sich bei den schwingungsspektroskopischen Methoden im wesentlichen um Methoden mit Anregung im langwelligen IR-Bereich handelt, werden die zweidimensionalen zusammenfügbaren und/oder zusammengefügten Bilder auch in der dritten Dimension verknüpft zu sog. Dreidimensionalen Modellen. Diese können dann z.B. mit Hilfe von 3D-Brillen oder einem 3D-Polymerdrucker ausgegeben werden oder, was Stand der Technik ist, auf den Patienten projiziert oder mit Hilfe der sog. „augmented Reality“ per Spiegelbrille dem Operateur eingeblendet werden, um die Qualität der Operation zu verbessern. Schwingungsspektroskopischen Bildaufnahmetechnologie wie z.B. CARS oder SRS kann insbesondere auf Slides, Micro-Tissue-Arrays, gefrorenen Proben oder anderen Probentypen angewendet werden. Zweckmäßigerweise ist die schwingungsspektroskopische Bildaufnahmetechnologie wie z.B. CARS oder SRS auf verschiedene in der Schwingungsspektroskopie aktive Substanzen optimiert, wobei auch geeignete Markersubstanzen oder chemisch induzierte Prozesse im Zusammenhang mit der schwingungsspektroskopischen Bildaufnahmetechnologie wie z.B. CARS oder SRS verwendet werden können. Advantageously, as part of a workflow different images can be detected automatically, and assembled, for example by means of stitching to larger images. Since the vibrational spectroscopic methods are essentially methods with excitation in the long-wave IR range, the two-dimensional composable and / or joined images are also linked in the third dimension to so-called three-dimensional models. These may then be e.g. be issued with the help of 3D glasses or a 3D polymer printer or, as is the state of the art, projected onto the patient or with the help of the so-called "augmented reality" mirror glasses to the surgeon to improve the quality of the operation. Vibration spectroscopic image acquisition technology such as e.g. CARS or SRS can be used especially on slides, micro-tissue arrays, frozen samples or other sample types. Conveniently, the vibration spectroscopic image acquisition technology such as e.g. CARS or SRS is optimized for various substances active in vibrational spectroscopy, including suitable marker substances or chemically induced processes associated with the vibration spectroscopic image acquisition technology, e.g. CARS or SRS can be used.

Mit CARS-Bildgebung ist auch eine Erkennung relativ seltener Ereignisse, beispielsweise unter Verwendung von CARS-Signaturen, durchführbar, wobei hier auch insbesondere Veränderungen der beobachteten Bildausschnitte sowie optische und digitale Vergrößerungsprozesse einsetzbar sind. Durch die digitale Weiterverarbeitung der Bilddaten sind interpolierende Zoom und Pan-Vorgänge möglich, d.h. der Operateur kann sehr schnell auf dem Substrat navigieren und sich Übersicht über die zu operierenden Stellen im dreidimensionalen Raum verschaffen. Optisch kann durch verschiedene Objektive die Übersicht gegen Detailaufnahmen getauscht werden, oder auch schnelle Übersichtsaufnahmen erzielt werden. CARS imaging also makes it possible to detect relatively rare events, for example using CARS signatures, in which case it is also possible in particular to use changes in the observed image sections as well as optical and digital magnification processes. The digital processing of the image data enables interpolating zoom and pan operations, i. The surgeon can navigate the substrate very quickly and gain an overview of the sites to be operated in three-dimensional space. Optically, the overview can be exchanged for detail shots with different lenses, or even quick overview shots can be obtained.

Zur Optimierung der CARS-Bildgebung ist es möglich, die Laserleistung von Pump- oder Stokes-Laser oder gegebenenfalls auch anderer, aktivierender Typen von Lasern anzupassen. Ferner sind in diesem Zusammenhang chemische Einflussnahmen auf zu analysierendes Gewebe bekannt. Diese Vorgehensweise ist vorteilhaft, um z.B. bestimmte Schwingungsbanden hervorzuheben oder wenn gewünscht auch Reaktionen auszuführen, die sich schneller als der herkömmliche Färbeprozeß durchführen lassen, da aufgrund der chemischen Markierung bestimmte Charakteristika schneller bestimmen lassen. To optimize CARS imaging, it is possible to adjust the laser power of pump or Stokes lasers, or possibly other activating types of lasers as well. Furthermore, chemical influences on the tissue to be analyzed are known in this context. This procedure is advantageous for e.g. to emphasize certain vibrational bands or, if desired, also to carry out reactions which can be carried out faster than the conventional dyeing process, as due to the chemical marking certain characteristics can be determined more quickly.

Der erfindungsgemäße Scanner hat bevorzugt Zugriff auf Substanzbibliotheken, welche im Rahmen der Kennung von CARS-Signaturen verwendet werden können. The scanner according to the invention preferably has access to substance libraries which can be used in the context of the identification of CARS signatures.

Derartige Substanzbibliotheken können in dem Scanner integriert oder im Rahmen von peripheren Vorrichtungen bereitgestellt werden. Such substance libraries may be integrated in the scanner or provided by peripheral devices.

Es sind Algorithmen bekannt, um CARS-Signaturen zu finden und von Hintergrundinformationen zu unterscheiden. Beispielsweise ist es möglich, verschiedene Peaks innerhalb eines Spektrums auszumessen. Hierbei erweist es sich als zweckmäßig, z.B. HWMH-Messungen vorzunehmen, wenn es sich um das quantitative Beschreiben mit Methoden wie z.B. SRS handelt, oder um Hauptkomponentenanalyse, wenn es darum geht generelle Features bzw. Merkmale zu finden und mit anderen Teilen des Substrats zu vergleichen. Algorithms are known for finding CARS signatures and distinguishing them from background information. For example, it is possible to measure different peaks within a spectrum. In this case it proves to be expedient, e.g. HWMH measurements, when it comes to quantitatively describing with methods such as e.g. SRS, or principal component analysis when it comes to finding general features and comparing them to other parts of the substrate.

Besonders günstig ist die Nutzung von nichtresonanten Hintergründen oder auch anderer Hintergrundarten, wie z. B. Gegenfärbung, um eine bessere Orientierung auf der Probe zu ermöglichen. Particularly favorable is the use of non-resonant backgrounds or other background types, such. B. counterstaining to allow better orientation on the sample.

Es ist ferner möglich, die CARS-Bildgebung mit anderweitigen immuno- oder fluoreszenzgefärbten Teilen der Probe zu überlagern, beispielsweise zur In-Situ-Validierung eines CARS-Falschfarbenbildes. Vorteilhaft ist dieses Verfahren insbesondere im Bereich der medizinischen Forschung einsetzbar, wenn auf große Archive zugegriffen werden kann, um gegenwärtige Forschung gegen historische Zustände zu vergleichen. It is also possible to overlay the CARS imaging with other immuno- or fluorescence-stained parts of the sample, for example for in-situ validation of a CARS false-color image. Advantageously, this method is particularly useful in the field of medical research, when large archives can be accessed to compare current research against historical conditions.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibung figure description

1 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und 1 shows a flow chart to illustrate a preferred embodiment of the invention, and

2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Scanners. 2 shows a preferred embodiment of a scanner according to the invention.

In der in 1 dargestellten bevorzugten Ausgestaltung, insbesondere zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird zunächst in einem Schritt 101 eine zu untersuchende Probe bereitgestellt. In einem anschließenden Schritt 102 erfolgt eine geeignete Sektionierung der Probe. Die bei der Sektionierung entstehenden einzelnen Schnitte werden in einem Schritt 103 in eine entsprechende Aufnahmeeinrichtung (sogenanntes Cradle) eines CARS-Scanners geladen. In the in 1 illustrated preferred embodiment, in particular for explaining the method according to the invention, is first in one step 101 provided a sample to be examined. In a subsequent step 102 a suitable sectioning of the sample takes place. The individual sections resulting from the sectioning become in one step 103 loaded into a corresponding recording device (so-called cradle) of a CARS scanner.

In einem nachfolgenden Schritt 104 werden die jeweiligen Schnitte durch den Scanner erfasst, und in einem anschließenden Schritt 105 aufbereitet. In a subsequent step 104 the respective sections are detected by the scanner, and in a subsequent step 105 edited.

Als Beispiel für die Aufbereitung in Schritt 105 sei eine HE-Falschfarbendarstellung genannt. As an example of the preparation in step 105 Let's call it a HE false color representation.

Die so aufbereiteten Daten können anschließend in einem Schritt 106 mit archivierten Daten, und/oder in einem Schritt 107 weiteren Bildgebungsverfahren zugeführt werden. The processed data can then be processed in one step 106 with archived data, and / or in one step 107 be supplied to further imaging method.

Alternativ zu den Schritten 102, 103 ist es auch möglich, aus der Probe eine Einzelprobe bzw. einen Schnellschnitt zu entnehmen (Schritt 102a), und diese in den Scanner bei Schritt 104 zu geben. Alternative to the steps 102 . 103 it is also possible to take a single sample or a quick cut from the sample (step 102 ), and this in the scanner at step 104 to give.

In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scanners insgesamt mit 200 bezeichnet. Der Scanner weist einen Scannertisch 202, und einen Scannerkopf 204 auf. Der Scannerkopf 204 ist bezüglich des Tisches 202 um eine Achse 206 verschwenkbar. In 2 is a preferred embodiment of a scanner according to the invention as a whole 200 designated. The scanner has a scanner table 202 , and a scanner head 204 on. The scanner head 204 is about the table 202 around an axis 206 pivotable.

Der Tisch 202 weist eine (nicht dargestellte) Einrichtung zur x-y-Positionierung des Objektträgers 208 auf. The table 202 has a device (not shown) for xy positioning of the slide 208 on.

Eine CARS- bzw. SRS-Lasereinheit ist in dem Tisch 202 unterhalb des Objektträgers 208 positionierbar, wobei diese Lasereinheit ebenfalls in x-y-Richtung verschiebbar ausgebildet sein kann. A CARS or SRS laser unit is in the table 202 below the slide 208 can be positioned, this laser unit can also be designed to be displaceable in the xy direction.

In der bezüglich des Tisches 202 klappbaren Unterseite des Scannerkopfes 204 ist ein Tastkopf 210 ausgebildet, welcher zweckmäßigerweise in einer entsprechenden Öffnung des Scannerkopfes 204 ausgebildet wird, so dass er mit der unteren Fläche des Scannerkopfes 204 bündig ist. In terms of the table 202 hinged bottom of the scanner head 204 is a probe 210 formed, which expediently in a corresponding opening of the scanner head 204 is formed so that it matches the bottom surface of the scanner head 204 is flush.

Der Tastkopf 210 kann ebenfalls x-y-verschiebbar ausgebildet sein. Der Scanner 200 ist mit einem (schematisch dargestellten) Rechner 220 verbunden. The probe 210 can also be formed xy-displaceable. The scanner 200 is with a (schematically represented) computer 220 connected.

In dem Scannerkopf 210 befinden sich die notwendigen Filter und Detektoren zur Durchführung einer CARS-Erfassung der von dem Objektträger gehaltenen Probe, d. h. zur Erfassung von der Probe aufgrund der CARS-Steuerung emittierter Strahlung. In the scanner head 210 There are the necessary filters and detectors to perform a CARS detection of the specimen held by the slide, ie to detect radiation emitted by the specimen due to the CARS control.

Alternativ zu der klappbaren Ausgestaltung des Scannerkopfes 204 bezüglich des Tisches 202 sind auch andere Mechanismen zur Positionierung des Tastkopfes 210 über den Objektträger 208 möglich. Beispielsweise ist es möglich, den Scannerkopf 204 bezüglich des Tisches 202 verschiebbar oder wegdrehbar auszubilden. Alternatively to the folding design of the scanner head 204 with respect to the table 202 are also other mechanisms for positioning the probe 210 over the slide 208 possible. For example, it is possible to use the scanner head 204 with respect to the table 202 shiftable or wegdrehbar form.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beliebig wiederholt werden, bis beispielsweise ausreichende Einzelwellenlängendetektionen ausgeführt worden sind. Wenn diese komplett verfügbar sind, kann die Auswertung erfolgen. The method according to the invention can be repeated as desired until, for example, sufficient single-wavelength detections have been carried out. If these are completely available, the evaluation can be done.

Alternativ ist es möglich, automatisch einen spektralen Scan durchzuführen, und nach Abschluss eines derartigen Scans zu entscheiden, ob zusätzliche Daten erforderlich oder weitere Scanvorgänge notwendig erscheinen. Anschließend ist eine Auswertung in optimierter Weise möglich. Alternatively, it is possible to automatically perform a spectral scan and decide upon completion of such scan whether additional data is required or further scans appear necessary. Subsequently, an evaluation in an optimized manner is possible.

Claims

Scanner for the scanning of freshly obtained tissue samples, characterized by a device for performing and evaluating an imaging method using a vibration spectroscopic imaging, in particular a CARS imaging or CARS-type imaging.

Scanner according to claim 1, characterized in that the evaluation of the imaging method comprises a comparison of at least parts of acquired images with substance libraries containing CARS signatures of potentially relevant substances or tissue libraries, also processed mathematically includes.

Scanner according to one of claims 1 or 2, characterized by at least one in its output wavelength modifiable laser or light device for CARS excitation of a quick-cut sample to be observed.

Scanner according to one of the preceding claims, characterized by at least one laser or light device with fixed output wavelength, which can also be used as a pump source.

Scanner according to one of the preceding claims, characterized by a device for overlaying an image obtained on the basis of the vibration spectroscopic imaging with images or sections of images obtained otherwise, which can be used for comparison.

A method of scanning freshly obtained tissue samples, characterized by using an imaging technique using vibrational spectroscopic imaging, in particular CARS imaging or CARS-like imaging.

A method according to claim 6, characterized in that the evaluation of the imaging method comprises a comparison of at least parts of acquired images with substance libraries containing CARS signatures of possibly relevant substances or tissue libraries, also processed mathematically includes.