DE102013227155A1 - Laser microdissection and laser microdissection system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (200) zum Bearbeiten eines mikroskopischen Objekts mit zumindest zwei unterschiedlichen Objektregionen mit unterschiedlichen Objekteigenschaften durch Lasermikrodissektion, bei dem ein Lasermikrodissektionssystem mit einem Mikroskop mit einer Auflichteinrichtung verwendet wird, mittels derer ein durch eine Lasereinheit mit zumindest einer einstellbaren Laserstrahleigenschaft erzeugter Laserstrahl durch ein Mikroskopobjektiv des Mikroskops geführt wird, wobei durch einen Benutzer eine Schnittlinie auf dem Objekt durch die zumindest zwei Objektregionen vorgegeben wird und ein Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem Objekt entsprechend der Schnittlinie mittels einer Laserablenkeinrichtung in der Auflichteinrichtung mit einer einstellbaren Schnittgeschwindigkeit verschoben wird. Es werden zumindest zwei Abschnitten der Schnittlinie, die jeweils durch eine der zumindest zwei Objektregionen verlaufen, in Abhängigkeit von der jeweiligen Objekteigenschaft wenigstens ein Einstellwert für die zumindest eine Laserstrahleigenschaft und/oder die Schnittgeschwindigkeit zugeordnet wird, und es wird während des Verschiebens des Auftreffpunkts des Laserstrahls auf dem Objekt entsprechend der Schnittlinie die zumindest eine Laserstrahleigenschaft und/oder die Schnittgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Einstellwert, der dem Abschnitt der Schnittlinie zugeordnet ist, in dem sich der Auftreffpunkt jeweils befindet, eingestellt. Ein Lasermikrodissektionssystem ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.The invention relates to a method (200) for processing a microscopic object having at least two different object regions with different object properties by laser microdissection, in which a laser microdissection system with a microscope is used with incident light device, by means of which a laser beam generated by a laser unit with at least one adjustable laser beam property is guided by a microscope objective of the microscope, wherein by a user a cutting line on the object through the at least two object regions is predetermined and a point of incidence of the laser beam is displaced on the object corresponding to the cutting line by means of a laser deflecting device in the Auflichteinrichtung with an adjustable cutting speed. At least two sections of the cutting line, each passing through one of the at least two object regions, are assigned at least one set value for the at least one laser beam characteristic and / or the cutting speed depending on the respective object property, and it becomes during the displacement of the point of impact of the laser beam on the object corresponding to the cutting line, the at least one laser beam characteristic and / or the cutting speed are set in dependence on the at least one setting value associated with the section of the cutting line in which the impact point is located. A laser microdissection system is also an object of the invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines mikroskopischen Objekts mit zumindest zwei unterschiedlichen Objektregionen mit unterschiedlichen Objekteigenschaften durch Lasermikrodissektion und ein entsprechendes Lasermikrodissektionssystem gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The present invention relates to a method for processing a microscopic object having at least two different object regions with different object properties by laser microdissection and a corresponding laser microdissection system according to the respective preambles of the independent claims.
Stand der Technik State of the art
Verfahren zur Bearbeitung biologischer Proben durch Lasermikrodissektion existieren bereits seit Mitte der 1970er Jahre (siehe z.B.
Bei der Lasermikrodissektion können Zellen, Geweberegionen usw. aus einem Objekts („Probe“, „Präparat“) isoliert und als sogenannte Dissektate gewonnen werden. Ein besonderer Vorteil der Lasermikrodissektion ist der kurze Kontakt des Objekts mit dem Laserstrahl, durch den dieses kaum verändert wird. Die spezifische Gewinnung der Dissektate kann auf unterschiedliche Weise erfolgen (siehe z.B.
Beispielsweise kann in bekannten Verfahren aus einem Objekt mittels eines Infrarot- oder Ultraviolettlaserstrahls ein Dissektat isoliert werden, das unter dem Einfluss der Schwerkraft in einen geeigneten Dissektatauffangbehälter fällt. Das Dissektat kann dabei aus dem Objekt auch zusammen mit einer anhaftenden Membran ausgeschnitten werden. Bei der sogenannten Laser Capture Microdissection wird hingegen eine thermoplastische Membran mittels eines entsprechenden Laserstrahls erwärmt. Dabei verschmilzt die Membran mit dem gewünschten Bereich des Objekts und kann in einem darauffolgenden Schritt durch Reißen entfernt werden. Eine weitere Alternative besteht darin, das Dissektat mittels des Laserstrahls an einen Deckel eines Dissektatauffangbehälters anzuheften. Bei bekannten inversen Mikroskopsystemen zur Lasermikrodissektion können nach oben katapultierte Dissektate auch an den Boden eines Dissektatauffangbehälters, der mit einer adhäsiven Beschichtung versehen ist, angeheftet werden. For example, in known methods, an object can be isolated from an object by means of an infrared or ultraviolet laser beam which falls under the influence of gravity into a suitable dissektate collecting container. The dissectate can also be cut out of the object together with an adherent membrane. In the so-called laser capture microdissection, however, a thermoplastic membrane is heated by means of a corresponding laser beam. The membrane fuses with the desired area of the object and can be removed by tearing in a subsequent step. Another alternative is to attach the dissectate by means of the laser beam to a lid of a Dissektatauffangbehälters. In known inverse microscope systems for laser microdissection, catapulted dissected-up can also be attached to the bottom of a dissektate collection container provided with an adhesive coating.
Die vorliegende Erfindung kommt hierbei insbesondere bei den Verfahren zum Einsatz, bei denen ein Dissektat aus einem Objekt herausgetrennt und in einem darunter angeordneten Dissektatauffangbehälter aufgefangen wird. Insbesondere ist die Erfindung für kontaktfreie Auffangsysteme für Dissektate geeignet. In this case, the present invention is used in particular in the methods in which a dissectate is separated from an object and collected in a dissected collecting container arranged underneath. In particular, the invention is suitable for contact-free collection systems for dissectates.
Bekannte Mikroskopsysteme zur Lasermikrodissektion, wie sie beispielsweise aus der
Vorteilhafter sind daher Lasermikrodissektionssysteme, die Laserablenk- bzw. Laserscaneinrichtungen aufweisen, die dazu eingerichtet sind, den Laserstrahl bzw. dessen Auftreffpunkt über ein feststehendes Objekt zu bewegen. Derartige Lasermikrodissektionssysteme, die auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung besondere Vorteile bieten, werden unten im Detail erläutert. Ein besonders vorteilhaftes Lasermikrodissektionssystem, das eine Laserablenkeinrichtung mit gegeneinander verstellbaren Glaskeilen im Laserstrahlengang aufweist, ist beispielsweise in der
In beiden Fällen, also sowohl in Lasermikrodissektionssystemen, in denen der Mikroskoptisch verfahren wird, als auch in Lasermikrodissektionssystemen, die eine Laserablenkeinrichtung aufweisen, wird in der Regel mit gepulsten Lasern gearbeitet, wobei durch jeden Laserpuls ein Loch bzw. eine Vertiefung in dem Objekt erzeugt wird. Eine Schnittlinie entsteht durch eine Aneinanderreihung derartiger Löcher bzw. Vertiefungen, gegebenenfalls mit Überlappung. In both cases, ie both in laser microdissection systems in which the microscope stage is moved and in laser microdissection systems which have a laser deflection device, pulsed lasers are generally used, whereby a hole or depression is produced in the object by each laser pulse , A cutting line is created by a juxtaposition of such holes or depressions, optionally with overlap.
Die Lasermikrodissektion kann zur Gewinnung von Einzelzellen oder definierten Gewebebereichen verwendet werden, die anschließend beispielsweise unterschiedlichen diagnostischen Analyseverfahren unterworfen werden. In der Onkologie kann die Lasermikrodissektion beispielsweise dafür eingesetzt werden, um spezifisch Tumorzellen aus einem mikroskopischen Schnitt zu isolieren und auf spezifische Metaboliten oder Proteine zu untersuchen. Hierbei muss sichergestellt sein, dass das entsprechende Material möglichst schonend gewonnen wird und insbesondere keine thermische Beeinträchtigung vorliegt. The laser microdissection can be used to obtain single cells or defined areas of tissue, which are subsequently subjected, for example, to different diagnostic analysis methods. In oncology, for example, laser microdissection can be used to specifically isolate tumor cells from a microscopic section and to examine specific metabolites or proteins. In this case, it must be ensured that the corresponding material is obtained as gently as possible and, in particular, that there is no thermal impairment.
Andererseits sollen entsprechende Einzelzellen oder Gewebebereiche jedoch auch für den Benutzer möglichst einfach und ohne zusätzlichen Aufwand gewonnen werden. Dies erweist sich insbesondere dann als problematisch, wenn ein entsprechendes Objekt mehrere unterschiedliche Objektregionen mit unterschiedlichen Objekteigenschaften aufweist, die die Bearbeitbarkeit mit dem Laserstrahl beeinflussen. So kann eine interessierende Objektregion beispielsweise von unterschiedlich schwer mittels des Laserstrahls zu durchtrennenden Regionen umgeben sein. Während hier also beispielsweise eine erste Region schon vollständig vom Laserstrahl durchtrennt ist, ist in einer anderen Region noch ein aufwendiges Nacharbeiten erforderlich, um die interessierende Region vollständig zu isolieren. Dies ist langwierig und gegebenenfalls fehlerbehaftet. Insbesondere besteht die Gefahr, das Objekt insgesamt einer zu intensiven Bearbeitung auszusetzen, was eine thermische Belastung mit sich bringt, welche die interessierende Region gegebenenfalls unbrauchbar für nachfolgende Analysen machen kann. On the other hand, however, corresponding individual cells or tissue regions should also be used for the Users can be won as easily and without additional effort. This proves to be particularly problematic if a corresponding object has several different object regions with different object properties, which influence the workability with the laser beam. For example, an object region of interest may be surrounded by regions that are difficult to separate by means of the laser beam. For example, whereas here, for example, a first region is already completely severed by the laser beam, a costly reworking is still required in another region in order to completely isolate the region of interest. This is tedious and possibly buggy. In particular, there is the risk of exposing the object as a whole to excessive processing, which entails a thermal load which may make the region of interest unusable for subsequent analyzes.
Es besteht daher der Bedarf nach verbesserten Möglichkeiten zum Bearbeiten mikroskopischer Objekte mit zumindest zwei unterschiedlichen Objektregionen mit unterschiedlichen Objekteigenschaften durch Lasermikrodissektion. There is therefore a need for improved possibilities for processing microscopic objects having at least two different object regions with different object properties by means of laser microdissection.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Bearbeiten eines mikroskopischen Objekts mit zumindest zwei unterschiedlichen Objektregionen mit unterschiedlichen Objekteigenschaften durch Lasermikrodissektion und ein entsprechendes Lasermikrodissektionssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. The present invention proposes a method for processing a microscopic object having at least two different object regions with different object properties by laser microdissection and a corresponding laser microdissection system having the features of the independent patent claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Die vorliegende Erfindung geht von einem an sich bekannten Verfahren zum Bearbeiten eines mikroskopischen Objekts mit zumindest zwei unterschiedlichen Objektregionen mit unterschiedlichen Objekteigenschaften durch Lasermikrodissektion aus. In einem derartigen Verfahren wird, wie eingangs erläutert, vorteilhafterweise ein Lasermikrodissektionssystem eingesetzt, das ein Mikroskop mit einer Auflichteinrichtung aufweist. Mittels der Auflichteinrichtung wird, wie auch unter Bezugnahme auf die
Während der tatsächlichen Bearbeitung des mikroskopischen Objekts, d.h. in einem Bearbeitungsschritt, wird ein Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem Objekt entsprechend der zuvor vorgegebenen Schnittlinie, d.h. entsprechend der Schnittlinie, die durch die zumindest zwei unterschiedlichen Objektregionen verläuft, mittels einer Laserablenkeinrichtung in der zuvor erwähnten Auflichteinrichtung verschoben. Die Verschiebung erfolgt mit einer einstellbaren Schnittgeschwindigkeit. During the actual processing of the microscopic object, i. in a processing step, an impact point of the laser beam on the object corresponding to the previously given cutting line, i. according to the section line passing through the at least two different object regions, moved by means of a laser deflecting device in the incident light device mentioned above. The shift takes place with an adjustable cutting speed.
Bei einer derartigen Schnittgeschwindigkeit kann es sich insbesondere um eine kontinuierliche Vorschubgeschwindigkeit des Auftreffpunkts des Laserstrahls auf dem mikroskopischen Objekt handeln. Unter einer „Schnittgeschwindigkeit“ wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung jedoch auch die Geschwindigkeit verstanden, mit der ein entsprechender Auftreffpunkt insgesamt bewegt wird. Beispielsweise ist in bekannten Verfahren zur Lasermikrodissektion vorgesehen, jeweils mehrere Laserpulse an jeweils einem Auftreffpunkt eines Laserstrahls auf einem Objekt abzugeben. Zwischen entsprechenden Schritten erfolgt eine Verschiebung des Auftreffpunkts des Laserstrahls. In solchen Fällen wird der Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem Objekt also schrittweise verschoben, wobei die Schnittgeschwindigkeit hier der mittleren Geschwindigkeit einer derartigen Verschiebung entspricht. Such a cutting speed may in particular be a continuous feed rate of the point of impact of the laser beam on the microscopic object. In the context of the present application, however, a "cutting speed" is also understood to mean the speed with which a corresponding point of impact is moved overall. For example, it is provided in known methods for laser microdissection to deliver a plurality of laser pulses each at a point of impact of a laser beam on an object. Between corresponding steps, a shift of the point of impact of the laser beam occurs. In such cases, the point of impact of the laser beam on the object is thus shifted stepwise, the cutting speed here corresponding to the average speed of such a shift.
Die Erfindung geht also von einem an sich bekannten Lasermikrodissektionssystem aus. Ein derartiges Lasermikrodissektionssystem umfasst ein Mikroskop, das eine Auflichteinrichtung, ein Mikroskopobjektiv und eine Lasereinheit aufweist, wobei ein Strahlengang eines Laserstrahls der Lasereinheit durch die Auflichteinrichtung und durch das Mikroskopobjektiv verläuft und eine Objektebene des Mikroskopobjektivs an einem einstellbaren Schnittpunkt schneidet, der mittels Ansteuersignalen an die Laserablenkeinrichtung vorgegeben wird. The invention is therefore based on a known laser microdissection system. Such a laser microdissection system comprises a microscope which has an incident light device, a microscope objective and a laser unit, wherein a beam path of a laser beam of the laser unit passes through the incident light device and through the microscope objective and intersects an object plane of the microscope objective at an adjustable point of intersection, which by means of control signals to the laser deflection device is given.
Die Erfindung kommt dabei insbesondere in sogenannten kontaktfreien Lasermikrodissektionssystemen zum Einsatz. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass ein Dissektat nicht an Membranen und dergleichen angeheftet wird, sondern aufgrund der Schwerkraft aus dem Objekt nach unten fällt. Das Objekt ist dabei in Aufrechtsystemen an der Unterseite eines Objektträgers angeordnet und wird durch den Objektträger hindurch von dessen Oberseite aus bearbeitet. The invention is used in particular in so-called non-contact laser microdissection systems. These are characterized by the fact that a dissectate is not attached to membranes and the like, but falls down from the object due to gravity. The object is arranged in upright systems on the underside of a slide and is processed through the slide from the top of it.
Mittels der Auflichteinrichtung wird also ein Laserstrahl aus einer Laserlichtquelle in den Beobachtungsstrahlengang des Mikroskops eingekoppelt. Der Laserstrahl wird durch das Mikroskopobjektiv, das auch zum Betrachten des Objekts verwendet wird, auf dieses fokussiert. By means of the incident light device, therefore, a laser beam from a laser light source is coupled into the observation beam path of the microscope. The laser beam is focused through the microscope objective, which is also used to view the object.
Zur Vermeidung von Missverständnissen sei an dieser Stelle betont, dass das im Rahmen der Erfindung eingesetzte Lasermikrodissektionssystem mit Objekten verwendet wird, die bereits mikroskopietauglich vorbereitet sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um Dünnschnitte handeln, die mittels eines Mikrotoms aus einem größeren Gewebeblock herausgetrennt werden. Bei einem solchen Gewebeblock kann es sich beispielsweise um ein fixiertes Organ oder eine Biopsie eines entsprechenden Organs handeln. Das erfindungsgemäße Lasermikrodissektionssystem dient daher nicht zur Gewinnung von Objekten sondern zu deren Bearbeitung sowie zur Isolation von bestimmten Bereichen hiervon. Es versteht sich, dass die Erfindung auch mit Objekten, die nicht mittels eines Mikrotoms gewonnen werden, zum Einsatz kommen kann, z.B. mit Ausstrichen, Mazeraten usw. To avoid misunderstandings, it should be emphasized at this point that the laser microdissection system used in the context of the invention is used with objects that have already been prepared for microscopy. These may be, for example, thin sections which are separated out of a larger tissue block by means of a microtome. Such a tissue block may be, for example, a fixed organ or a biopsy of a corresponding organ. The laser microdissection system according to the invention therefore does not serve to obtain objects but to process them and to isolate certain areas thereof. It is understood that the invention can also be used with objects which are not obtained by means of a microtome, for example with smears, macerates, etc.
Mikrotome werden ausschließlich bei der Vorbereitung von mikroskopischen Objekten eingesetzt. Mikrotome können hierzu auch Laser aufweisen. Die mittels eines Mikrotoms erhaltenen Schnitte werden auf einen Objektträger, wie oben erwähnt, aufgebracht, gegebenenfalls dort befestigt, angefärbt usw. Erst dann stehen diese für einen Einsatz in dem Lasermikrodissektionssystem zur Verfügung. Ein Mikrotom unterscheidet sich in seinem Betrieb unter anderem dadurch fundamental von einem Lasermikrodissektionssystem, dass dort Schnitte mit möglichst homogener Schnittstärke gewonnen werden. Mikrotome sind daher dazu ausgebildet, eine große Anzahl an identischen Schnitten mit parallelen Schnittflächen zu erzeugen, wohingegen Lasermikrodissektionssysteme zum Heraustrennen von Dissektaten nach objektabhängigen Kriterien, beispielsweise nach visuellen Kriterien, eingerichtet sind. Der Fachmann würde daher bei Mikrotomen eingesetzte technische Lösungen nicht auf Lasermikrodissektionssysteme übertragen. Microtomes are used exclusively in the preparation of microscopic objects. Microtomes can also have lasers for this purpose. The sections obtained by means of a microtome are applied to a microscope slide as mentioned above, optionally attached there, stained, etc. Only then are these available for use in the laser microdissection system. Among other things, a microtome differs fundamentally in its operation from a laser microdissection system in that it produces cuts with as homogeneous a cutting thickness as possible. Microtomes are therefore designed to produce a large number of identical cuts with parallel cut surfaces, whereas laser microdissection systems are set up for separating dissects according to object-dependent criteria, for example according to visual criteria. The person skilled in the art would therefore not transfer technical solutions used in microtomes to laser microdissection systems.
Mikrotome umfassen ferner keine Mikroskope, in deren Beobachtungsstrahlengang ein Laserstrahl eingekoppelt wird. Der Laserstrahl wird daher in Mikrotomen auch niemals durch ein Mikroskopobjektiv, das auch zur Betrachtung verwendet wird, auf ein Objekt, z.B. einen Gewebeblock, fokussiert. Furthermore, microtomes do not include microscopes in whose observation beam path a laser beam is coupled. The laser beam in microtomes is therefore never transmitted to an object, e.g., a microscope objective, which is also used for viewing. a tissue block, focused.
Der Mikroskoptisch ist in Lasermikrodissektionssystemen mit einer Laserablenkeinrichtung, wie erfindungsgemäß eingesetzt, beim Heraustrennen des Dissektats, also während des Dissektiervorgangs, bezüglich der x- und y-Richtung (also senkrecht zur optischen Achse des Mikroskopobjektivs) gegenüber dem Mikroskopobjektiv feststehend angeordnet. The microscope stage is in laser microdissection with a laser deflection device, as used in the invention, when separating the dissect, ie during the Dissektiervorgangs, with respect to the x and y direction (ie perpendicular to the optical axis of the microscope objective) fixedly disposed relative to the microscope objective.
Im Gegensatz zu Lasermikrodissektionssystemen mit einem während des Dissektiervorgangs motorisch verfahrenen Mikroskoptisch (Scanningtisch), der insbesondere bei stark vergrößernden Objektiven eine hohe Positioniergenauigkeit besitzen muss, um präzise Schnitte zu ermöglichen, erweisen sich Lasermikrodissektionssysteme mit einer Laserablenkeinrichtung als einfacher und kostengünstiger in der Herstellung und besitzen Präzisionsvorteile. In contrast to laser microdissection systems with a microscope stage (scanning stage) moved by a motor during the dissecting process, which has to have a high positioning accuracy, in particular in the case of high-magnification objectives, in order to allow precise cuts, laser microdissection systems with a laser deflector are simpler and more cost-effective to produce and have precision advantages ,
Die Laserablenkeinrichtung weist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform zwei dicke, gegen eine optische Achse geneigte und unabhängig voneinander um eine optische Achse drehbare gläserne Keilplatten („Glaskeile“) auf, welche durch ihre Keilwinkel eine Strahlablenkung erzeugen. Durch die Drehung der gläsernen Keilplatten ist der resultierende Ablenkwinkel des Laserstrahls gegenüber der optischen Achse variabel. Am Ausgang der Laserablenkeinrichtung weist der Laserstrahl durch die Dicke und die Schrägstellung der gläsernen Keilplatten einen seitlichen Strahlversatz gegenüber der optischen Achse auf und trifft für alle Ablenkwinkel die Mitte der Objektivpupille des Mikroskopobjektivs. Der Schnittpunkt des Laserstrahls mit der Objektebene ist damit einstellbar. In a particularly advantageous embodiment, the laser deflection device has two thick glass wedge plates ("glass wedges") which are inclined relative to an optical axis and can rotate independently of one another about an optical axis, which beam deflections are produced by their wedge angles. Due to the rotation of the glass wedge plates, the resulting deflection angle of the laser beam relative to the optical axis is variable. At the output of the laser deflection device, the laser beam has a lateral beam offset with respect to the optical axis due to the thickness and the oblique position of the glass wedge plates and strikes the center of the objective pupil of the microscope objective for all deflection angles. The intersection of the laser beam with the object plane is thus adjustable.
Eine derartige Laserablenkeinrichtung ist insbesondere deshalb vorteilhaft gegenüber anderen Laserablenkeinrichtungen wie beispielsweise Spiegelscannern, Galvanometerscannern oder Schrittmotorscannern, weil diese nicht in einer zu der Objektivpupille konjugierten Ebene angeordnet werden muss. Damit ist auch keine sogenannte Pupillenabbildung erforderlich, um zu erreichen, dass der abgelenkte Strahl die Objektivpupille trifft. Bei der Mikrodissektion mit UV-Laserlicht wäre dabei beispielsweise eine UV-taugliche Pupillenabbildung erforderlich. Weitere Vorteile einer derartigen Laserablenkeinrichtung mit Keilplatten sind beispielsweise in der
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während des Verschiebens des Auftreffpunkts des Laserstrahls auf dem Objekt die zumindest eine Laserstrahleigenschaft und/oder die Schnittgeschwindigkeit (bei der es sich, wie oben erläutert, bei einer schrittweisen Verschiebung auch um eine mittlere Geschwindigkeit handeln kann) in Abhängigkeit von der Objekteigenschaft der Objektregion der wenigstens zwei Objektregionen, in der sich der Auftreffpunkt jeweils (momentan) befindet, eingestellt wird. Wie zuvor erläutert, wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Schnittlinie auf dem Objekt durch die zumindest zwei Objektregionen vorgegeben. Bei der Bearbeitung wird der Auftreffpunkt des Laserstrahls damit auch durch diese wenigstens zwei Objektregionen geführt. Zu jedem Zeitpunkt befindet sich damit der Auftreffpunkt des Laserstrahls in einer der zumindest zwei unterschiedlichen Objektregionen und es erfolgt eine entsprechende Einstellung. According to the invention, during the displacement of the point of incidence of the laser beam on the object, the at least one laser beam characteristic and / or the cutting speed (which, as explained above, can also be a medium speed in a stepwise displacement), depend on the Object property of the object region of the at least two object regions in which the impact point is (currently) each time is set. As explained above, in the context of the method according to the invention, a cutting line on the object is predetermined by the at least two object regions. During machining, the point of impact of the laser beam is thus also guided through these at least two object regions. At any point in time, the point of impact of the laser beam is in one of the at least two different ones Object regions and there is a corresponding setting.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest zwei Abschnitten der Schnittlinie, die jeweils durch eine der zumindest zwei Objektregionen verlaufen, in Abhängigkeit von der jeweiligen Objekteigenschaft wenigstens ein Einstellwert für die zumindest eine Laserstrahleigenschaft und/oder die Schnittgeschwindigkeit zugeordnet wird, und dass während des Verschiebens des Auftreffpunkts des Laserstrahls auf dem Objekt entsprechend der Schnittlinie die zumindest eine Laserstrahleigenschaft und/oder die Schnittgeschwindigkeit in Abhängigkeit vondem wenigstens einen Einstellwert, der dem Abschnitt der Schnittlinie zugeordnet ist, in dem sich der Auftreffpunkt jeweils befindet, eingestellt wird According to the invention, at least two sections of the cutting line, each passing through one of the at least two object regions, are assigned at least one set value for the at least one laser beam characteristic and / or the cutting speed, depending on the respective object property, and during the displacement of the point of impact the laser beam is set on the object corresponding to the cutting line, the at least one laser beam property, and / or the cutting speed depending on the at least one set value associated with the portion of the cutting line in which the landing point is respectively located
Bei derartigen Objekteigenschaften kann es sich insbesondere um eine thermische Sensitivität, einen Laserabsorptionskoeffizienten, eine mechanische Stabilität, eine Objektdicke und/oder eine geometrische Position handeln. Such object properties may in particular be a thermal sensitivity, a laser absorption coefficient, a mechanical stability, an object thickness and / or a geometric position.
Die Einstellung der wenigstens einen Laserstrahleigenschaft und/oder der Schnittgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer thermischen Sensitivität einer Objektregion ermöglicht es, die thermische Belastung des entsprechenden Objekts und damit unerwünschte Effekte zu reduzieren. Die Erfindung kann hier beispielsweise vorsehen, in Objektregionen mit hoher thermischer Sensitivität eine vergleichsweise geringe Laserenergie und/oder eine hohe Schnittgeschwindigkeit zu verwenden. Damit wird die thermische Belastung einer entsprechenden Probenregion gering gehalten. Wird in einem solchen Fall das Objekt in einem entsprechenden Objektbereich nicht wie erwünscht vollständig durchtrennt, können mehrere Durchläufe vorgesehen sein, was jedoch eine Abkühlung der Probe zwischen diesen Durchläufen erlaubt. The adjustment of the at least one laser beam characteristic and / or the cutting speed as a function of a thermal sensitivity of an object region makes it possible to reduce the thermal load on the corresponding object and thus unwanted effects. The invention can provide, for example, to use a comparatively low laser energy and / or a high cutting speed in object regions with high thermal sensitivity. Thus, the thermal load of a corresponding sample region is kept low. If, in such a case, the object in a corresponding object area is not completely severed as desired, several passes may be provided, but this allows the sample to cool between these passes.
Neben der thermischen Sensitivität kann, wie erläutert, auch ein Laserabsorptionskoeffizient einer Objektregion berücksichtigt werden, um auf dieser Grundlage die zumindest eine Laserstrahleigenschaft und/oder die Schnittgeschwindigkeit anzupassen. Bereiche mit vergleichsweise hohem Laserabsorptionskoeffizienten absorbieren dabei einen größeren Anteil der Laserenergie, so dass zu deren Bearbeitung beispielsweise eine höhere Schnittgeschwindigkeit und/oder eine geringere Anzahl an Laserpulsen oder eine geringere Laserenergie benötigt werden. Derartige Bereiche können damit schonender geschnitten werden, wenn hierbei schonendere Laserstrahleigenschaften eingesetzt werden. In addition to the thermal sensitivity, as explained, a laser absorption coefficient of an object region can also be taken into account in order to adapt the at least one laser beam characteristic and / or the cutting speed on this basis. Areas with comparatively high laser absorption coefficients thereby absorb a larger proportion of the laser energy, so that their processing requires, for example, a higher cutting speed and / or a smaller number of laser pulses or a lower laser energy. Such areas can thus be cut more gently, if this gentler laser beam properties are used.
Umgekehrt benötigen gegebenenfalls Objektregionen mit hoher mechanischer Stabilität, d.h. harte, schwierig zu durchtrennende Objektregionen, eine höhere Laserleistung und/oder eine höhere Anzahl an Laserpulsen. Die Schnittgeschwindigkeit wird in derartigen Bereichen beispielsweise herabgesetzt. Conversely, object regions having high mechanical stability, i. hard, difficult to cut through object regions, a higher laser power and / or a higher number of laser pulses. The cutting speed is lowered in such areas, for example.
Ferner benötigen beispielsweise Objektregionen, in denen eine größere Objektdicke vorliegt, mehr Laserenergie zur Durchtrennung und/oder erlauben nur eine geringe Schnittgeschwindigkeit. Furthermore, for example, object regions in which a larger object thickness is present require more laser energy for cutting through and / or allow only a low cutting speed.
Besondere Vorteile werden erzielt, wenn die vorliegende Erfindung in einem Verfahren zum Einsatz kommt, in dem dreidimensionale mikroskopische Objekte geschnitten werden. Unter einem „dreidimensionalen“ mikroskopischen Objekt wird hierbei ein Objekt verstanden, das nicht wie herkömmlicherweise eine im Vergleich zur Horizontalerstreckung vernachlässigbare Vertikalerstreckung aufweist. Solche dreidimensionalen mikroskopischen Objekte sind also höher als herkömmliche mikroskopische Dünnschnitte. Particular advantages are achieved when the present invention is used in a process in which three-dimensional microscopic objects are cut. In this case, a "three-dimensional" microscopic object is understood to mean an object which, unlike conventionally, does not have a vertical extent that is negligible compared to the horizontal extent. Such three-dimensional microscopic objects are thus higher than conventional microscopic thin sections.
Zum Bearbeiten entsprechender dreidimensionaler Objekte mittels Lasermikrodissektion ist beispielsweise aus der noch nicht veröffentlichten
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Einstellung unterschiedlicher Laserstrahleigenschaften vorteilhaft sein. Bei derartigen Laserstrahleigenschaften kann es sich zumindest um eine Laserenergie bzw. Laserleistung, eine Laserapertur und/oder eine Laserfrequenz des Laserstrahls handeln. In the context of the present invention, the adjustment of different laser beam properties may be advantageous. Such laser beam properties may be at least a laser energy or laser power, a laser aperture and / or a laser frequency of the laser beam.
Die Einstellung der Laserenergie beeinflusst direkt die an dem jeweiligen Auftreffpunkt des Laserstrahls eingebrachte Energiemenge. Entsprechendes gilt auch für die Schnittgeschwindigkeit, wobei bei einer langsameren Schnittgeschwindigkeit mehr Energie pro Strecke eingebracht wird als bei einer schnelleren Schnittgeschwindigkeit – vorausgesetzt, die Laserenergie, die Laserfrequenz und/oder die Laserapertur werden nicht verändert. Entsprechendes gilt auch für die Laserfrequenz. Auch die Laserapertur hat direkten Einfluss auf die pro Fläche eingebrachte Energiemenge. Auch wenigstens zwei derartige Laserstrahleigenschaften können synchron zueinander verändert werden, wenn eine Einstellung der Laserstrahleigenschaften in Abhängigkeit von der jeweiligen Objekteigenschaft erfolgen soll. Durch die Einstellung der genannten Laserstrahleigenschaften verfügt der Fachmann über eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Beeinflussung der zur Bearbeitung eines mikroskopischen Objekts verfügbaren Mittel. The setting of the laser energy directly influences the amount of energy introduced at the respective impact point of the laser beam. The same applies to the cutting speed, whereby at a slower cutting speed more energy is introduced per line than at a faster cutting speed - provided that the laser energy, the laser frequency and / or the laser aperture are not changed. The same applies to the laser frequency. Also the Laser aperture has a direct influence on the amount of energy applied per area. Also, at least two such laser beam properties can be changed synchronously with one another if an adjustment of the laser beam properties is to take place as a function of the respective object property. By adjusting the aforementioned laser beam properties, the person skilled in the art has a large number of options for influencing the means available for processing a microscopic object.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Objekteigenschaften der zumindest zwei Objektregionen bereits beim Vorgeben der Schnittlinie auf dem Objekt vorgegeben werden. Dies kann beispielsweise bereits dann erfolgen, wenn ein Benutzer eine entsprechende Schnittlinie definiert. It is particularly advantageous if the object properties of the at least two object regions are already predefined when specifying the cutting line on the object. This can already be done, for example, when a user defines a corresponding cutting line.
Eine derartige Schnittlinie wird beispielsweise auf einem Computerbildschirm mittels bekannter Eingabemittel, beispielsweise mittels einer Maus, mittels Tablets und/oder anderer Eingabemittel vorgegeben. Die Vorgabe erfolgt dabei typischerweise auf einem mikroskopischen Bild des zu bearbeitenden Objekts. Ein entsprechendes Bild wurde also bereits vorab aufgenommen. Such a cutting line is predetermined, for example, on a computer screen by means of known input means, for example by means of a mouse, by means of tablets and / or other input means. The default is typically done on a microscopic image of the object to be processed. A corresponding picture was therefore already taken in advance.
Hierdurch ist eine (visuelle und/oder automatische) Erkennung der unterschiedlichen Objektregionen und eine Zuordnung entsprechender Objekteigenschaften zu diesen Objektregionen vergleichsweise einfach möglich. Beispielsweise verfügt ein Benutzer aufgrund seiner Erfahrung bei der Bearbeitung mikroskopischer Objekte durch Lasermikrodissektion über Kenntnisse bezüglich der vorhandenen Objekteigenschaften. Ein Benutzer kann beispielsweise entsprechende Objekteigenschaften zu einer Schnittlinie zuordnen, indem er bestimmte Bereiche dieser Schnittlinie in geeigneter Weise, beispielsweise farbig und/oder durch Zuordnung von Zahlenwerten, markiert. Die Zuordnung kann auch in abstrahierter Weise erfolgen oder intuitiv vorgenommen werden. Beispielsweise kann der Benutzer eine dickere Schnittlinie in Objektregionen vorgeben, die eine intensivere Laserbearbeitung (d.h. beispielsweise mit höherer Laserenergie und/oder langsamerer Schnittgeschwindigkeit) erfordern. Dies kann beispielsweise durch festeres „Aufdrücken“ eines Eingabestifts eines Tablets erfolgen. Vorteilhafterweise werden dabei die Objekteigenschaften der zumindest zwei Objektregionen jeweils mit der Schnittlinie gemeinsam gespeichert und/oder an ein entsprechendes Lasermikrodissektionssystem übertragen, beispielsweise von einem entsprechenden Rechner. In this way, a (visual and / or automatic) recognition of the different object regions and an assignment of corresponding object properties to these object regions is comparatively easily possible. For example, a user has knowledge of existing object properties due to his experience in machining microscopic objects through laser microdissection. For example, a user may associate corresponding object properties with a cut line by appropriately marking certain areas of that cut line, such as in color and / or by assigning numerical values. The assignment can also be done in an abstract manner or be made intuitively. For example, the user may specify a thicker cut line in object regions that require more intensive laser processing (i.e., for example, higher laser energy and / or slower cutting speed). This can be done, for example, by firmer "pushing" a stylus of a tablet. Advantageously, the object properties of the at least two object regions are stored together in each case with the cutting line and / or transmitted to a corresponding laser microdissection system, for example from a corresponding computer.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Lasermikrodissektionssystem in die Lage versetzt wird, die Objekteigenschaften der zumindest zwei Objektregionen automatisch zu ermitteln. Wie bereits zuvor erläutert, erfolgt das Vorgeben einer Schnittlinie auf einem Objekt in herkömmlichen Lasermikrodissektionssystemen typischerweise auf einem Computerbildschirm. Hierbei liegen entsprechende Bilder vor, die mittels einer Bildauswerteeinheit eines Lasermikrodissektionssystems ausgewertet werden können. Die Bildauswerteeinheit kann dabei beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Farben, Grauwerte, Dichten, Strukturmerkmale und/oder aufgrund einer ermittelten räumlichen Position von Objektregionen bzw. Punkten in derartigen Objektregionen eine Objekteigenschaft ermitteln. Beispielsweise kann ein optisch dichter Objektbereich darauf hinweisen, dass ein entsprechendes Objekt eine intensive Bearbeitung benötigt, so dass an einem derartigen Ort die Laserenergie erhöht werden kann. It is particularly advantageous if the laser microdissection system is enabled to automatically determine the object properties of the at least two object regions. As previously explained, specifying a cut line on an object in conventional laser microdissection systems typically occurs on a computer screen. In this case, corresponding images are available which can be evaluated by means of an image evaluation unit of a laser microdissection system. The image evaluation unit can determine an object property, for example based on different colors, gray values, densities, structural features and / or on the basis of a determined spatial position of object regions or points in such object regions. For example, an optically dense object area can indicate that a corresponding object requires intensive processing, so that the laser energy can be increased at such a location.
Vorteilhafterweise werden, wie erläutert, die Objekteigenschaften der zumindest zwei Objektregionen jeweils bestimmten Bereichen der Schnittlinie zugeordnet. Die Schnittlinie kann dabei auch getrennt von dem Objektbild an das Lasermikrodissektionssystem übertragen werden, vorausgesetzt, dieses ist mit einem entsprechenden Bildgebungssystem kalibriert und ermöglicht eine zuverlässige Bearbeitung einer entsprechenden Probe auch ohne zugeordnetes optisches Bild Advantageously, as explained, the object properties of the at least two object regions are respectively assigned to specific regions of the cut line. The cutting line can also be transmitted separately from the object image to the laser microdissection system, provided that it is calibrated with a corresponding imaging system and enables reliable processing of a corresponding sample even without an associated optical image
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft zum Einsatz kommen, wenn der Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem Objekt zumindest in oder parallel zu einer Objektebene des Mikroskopobjektivs verschoben wird. Die Objektebene des Mikroskopobjektivs, die vorteilhafterweise eine ebene Fläche darstellt, definiert in bekannten Lasermikrodissektionssystemen die x- und y-Ebene, der beispielsweise auch die Oberfläche des Mikroskoptischs entspricht. Ein mikroskopisches Objekt wird in dieser x-y-Ebene angeordnet und kann entsprechend verschoben werden. Durch die verwendete Laserablenkeinrichtung kann der Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem Objekt in dieser Ebene oder parallel hierzu verschoben werden. The method according to the invention can advantageously be used if the point of impact of the laser beam on the object is displaced at least in or parallel to an object plane of the microscope objective. The object plane of the microscope objective, which advantageously represents a flat surface, defines in known laser microdissection systems the x and y plane, which for example also corresponds to the surface of the microscope stage. A microscopic object is placed in this x-y plane and can be moved accordingly. By means of the laser deflection device used, the point of impact of the laser beam on the object can be displaced in this plane or parallel thereto.
Besondere Vorteile ergeben sich jedoch dann, wenn der Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem Objekt in einer weiteren Richtung verschoben wird, nämlich in z-Richtung senkrecht zu der Objektebene oder einer hierzu parallelen Ebene. Dies ist beispielsweise in der erwähnten
Ein Lasermikrodissektionssystem mit einem Mikroskop mit einer Auflichteinrichtung zum Führen eines durch eine Lasereinheit mit zumindest einer einstellbaren Laserstrahleigenschaft erzeugten Laserstrahls durch ein Mikroskopobjektiv des Mikroskops ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Das Lasermikrodissektionssystem weist Mittel zum Vorgeben einer Schnittlinie auf dem Objekt durch die zumindest zwei unterschiedlichen Objektregionen mit unterschiedlichen Objekteigenschaften durch einen Benutzer auf. Das Lasermikrodissektionssystem verfügt über eine Laserablenkeinrichtung in der Auflichteinrichtung zum Verschieben des Auftreffpunkts des Laserstrahls auf dem Objekt entsprechend der Schnittlinie mit einer einstellbaren Schnittgeschwindigkeit. Erfindungsgemäß weist ein derartiges Lasermikrodissektionssystem Mittel zum Zuordnen wenigstens eines Einstellwerts für die zumindest eine Laserstrahleigenschaft und/oder die Schnittgeschwindigkeit zu zumindest zwei Abschnitten der Schnittlinie, die jeweils durch eine der zumindest zwei Objektregionen verlaufen, in Abhängigkeit von der jeweiligen Objekteigenschaft, und Einstellmittel zum Einstellen der zumindest einen Laserstrahleigenschaft und/oder der Schnittgeschwindigkeit, mit der der Auftreffpunkt des Laserstrahls auf dem Objekt entsprechend der Schnittlinie verschoben wird, auf. Die Einstellmittel sind dafür eingerichtet, die zumindest eine Laserstrahleigenschaft und/oder die Schnittgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Einstellwert, der dem Abschnitt der Schnittlinie zugeordnet ist, in dem sich der Auftreffpunkt während des Verschiebens des Auftreffpunkts des Laserstrahls auf dem Objekt jeweils befindet, einzustellen. A laser microdissection system comprising a microscope with incident light device for guiding a laser beam generated by a laser unit with at least one adjustable laser beam characteristic through a microscope objective of the Microscope is also an object of the present invention. The laser microdissection system has means for prescribing a cutting line on the object through the at least two different object regions having different object characteristics by a user. The laser microdissection system has a laser deflection device in the incident light device for shifting the point of impact of the laser beam on the object according to the cutting line with an adjustable cutting speed. According to the invention, such a laser microdissection system comprises means for assigning at least one set value for the at least one laser beam characteristic and / or the cutting speed to at least two sections of the cut line, each passing through one of the at least two object regions, in dependence on the respective object characteristic, and adjusting means for adjusting the at least one laser beam characteristic and / or the cutting speed at which the point of impact of the laser beam is displaced on the object in accordance with the cutting line. The adjusting means are adapted to adjust the at least one laser beam characteristic and / or the cutting speed depending on the at least one set value associated with the section of the cutting line in which the impact point is located during the displacement of the point of incidence of the laser beam on the object ,
Ein derartiges Lasermikrodissektionssystem ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens, wie es zuvor erläutert wurde, eingerichtet. Ein derartiges Lasermikrodissektionssystem profitiert daher von den zuvor erläuterten Vorteilen. Such a laser microdissection system is particularly adapted for carrying out a method as explained above. Such a laser microdissection system therefore benefits from the advantages explained above.
Insbesondere weist ein derartiges Lasermikrodissektionssystem Detektionsmittel zum Detektieren der Objekteigenschaften der zumindest zwei unterschiedlichen Objektregionen auf. Diese können beispielsweise in einer Bildauswerteeinheit integriert sein, die ein Bild des mikroskopischen Objekts erfasst und die entsprechenden Objektregionen bzw. Objekteigenschaften automatisch erkennt. In particular, such a laser microdissection system has detection means for detecting the object properties of the at least two different object regions. These can be integrated, for example, in an image evaluation unit, which acquires an image of the microscopic object and automatically recognizes the corresponding object regions or object properties.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden nicht wiederholt erläutert. In the figures, corresponding elements are given identical reference numerals and will not be explained repeatedly.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
In
Das Lasermikrodissektionssystem
Am Mikroskopfuß
Ferner ist ein Triebknopf
Von dem Objekt in der Objektebene
Das Lasermikrodissektionssystem
Bei dem Lasermikrodissektionssystem
Die Steuereinheit
Für die Lasermikrodissektion kann insbesondere eine Laserablenkeinrichtung
Im dargestellten Beispiel weist die Laserablenkeinrichtung
Der Steuerrechner
In
Das mikroskopische Objekt ist im dargestellten Beispiel insgesamt mit
In den Teilfiguren
Im dargestellten Beispiel soll mittels Lasermikrodissektion beispielsweise die Objektregion
Daher wird, wie in Teilfigur
Wie in Teilfigur
Bei der Bearbeitung der Probe
Vorteilhafterweise wird die Schnittlinie
In
In einem Schritt
In einem Schritt
Die entsprechenden Daten, d.h. die Schnittlinien mit den diesen abschnittsweise zugeordneten Laserstrahleigenschaften und/oder Schnittgeschwindigkeiten, werden beispielsweise an eine Steuereinheit
Dies erfolgt in einem Schritt
Das Verfahren kommt in einem Schritt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 98/14816 A1 [0006] WO 98/14816 A1 [0006]
- EP 1276586 B1 [0007, 0025, 0052, 0060] EP 1276586 B1 [0007, 0025, 0052, 0060]
- DE 102012207240 [0034, 0043] DE 102012207240 [0034, 0043]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Isenberg, G. et al.: Cell surgery by laser micro-dissection: a preparative method. Journal of Microscopy, Band 107, 1976, Seiten 19–24 [0002] Isenberg, G. et al .: Cell surgery by laser micro-dissection: a preparative method. Journal of Microscopy, Vol. 107, 1976, pages 19-24 [0002]
- Bancroft, J.D. und Gamble, M.: Theory and Practice of Histological Techniques. Elsevier Science, 2008, Seite 575, Kapitel „Laser Microdissection“ [0003] Bancroft, JD and Gamble, M .: Theory and Practice of Histological Techniques. Elsevier Science, 2008, page 575, chapter "Laser Microdissection" [0003]
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2013
- 2013-12-24 DE DE102013227155.7A patent/DE102013227155A1/en active Pending
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Bancroft, J.D. und Gamble, M.: Theory and Practice of Histological Techniques. Elsevier Science, 2008, Seite 575, Kapitel "Laser Microdissection" |
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