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Die Erfindung betrifft ein neuartiges Computereingabegerät zur Navigation in digitalen Bildern, insbesondere in digitalisierten histologischen Gewebsschnitten.
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Grundlegende Operationen eines Computers sind die Eingabe und Ausgabe von Daten. Diese Grundfunktionen werden durch periphere Ein- und Ausgabegeräte realisiert, die in datenleitender Verbindung mit dem Computer stehen, wobei die datenleitende Verbindung kabelgebunden oder kabellos erfolgen kann, letzteres meist durch eine Funkverbindung nach dem Bluetooth-Protokoll.
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Eine Tastatur (engl. Keyboard) ist ein Eingabegerät, das als Bedien- und Steuerelement eine Anzahl von mit den Fingern zu drückenden Tasten enthält und in erster Linie zur alphanumerischen Dateneingabe dient.
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Ein Zeigegerät (engl. Pointing Device) ist ein Eingabegerät, das als Bedien- und Steuerelement zur Interaktion mit einem System dient, beispielsweise um eine Handbewegung des Nutzers durch einen Positionszeiger (engl. Cursor) innerhalb einer grafische Benutzeroberfläche (GUI) zu repräsentieren.
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Eines der am weitesten verbreiteten Zeigegeräte ist die Maus, ein Gerät das, auf einer Unterlage in der Horizontalebene hin und her verschoben, seine eigene Verschiebung erfasst und das Ergebnis dieser Erfassung an den Computer weitergibt, so dass der Computer diese Verschiebung in eine entsprechende Verschiebung des Cursors in der Bildschirmebene errechnen und darstellen kann. Zusatzfunktionen wie Markieren, Zoomen und Scrollen sind durch Tasten und Räder realisiert, die am Gehäuse der Maus angebracht sind.
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Insbesondere Laptops weisen als Ersatz für eine Maus meist ein sogenanntes Trackpad auf, eine rechteckige Sensorfläche, auf der der Nutzer mit einem Finger hin und her wischt, um in der Horizontalebene eine Eingabe für eine Verschiebung des Cursors auf dem Computermonitor zu erzeugen. Auch Trackpads weisen, ähnlich wie eine Maus, meist zusätzliche Tasten auf, um Zusatzfunktionen zu realisieren.
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In der Medizin wird die mikroskopische Diagnostik zur histologischen Untersuchung von Gewebsproben eingesetzt. Dazu werden mikrometerdünne, gefärbte Gewebsschnitte hergestellt und am Lichtmikroskop beurteilt. Auch auf diesem Gebiet ist jedoch ein Trend hin zu einer digitalen Bearbeitung der Präparate zu beobachten, da dies günstiger, schneller, flexibler, interdisziplinärer und transparenter ist. Mit Hilfe der Digitalisierung können auch Bildkataloge für maschinelles Lernen erstellt werden. Die Erstellung digitaler Bilder aus den Schnittpräparaten ist heute mit Hilfe spezieller Scanner technisch bereits möglich und wird angewendet.
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Allerdings ist die diagnostische Bearbeitung digitaler Bilder heute noch mühsam, weil die Bewegungsabläufe zur Navigation in dem Präparat an einem Lichtmikroskop völlig anders sind als die Möglichkeiten zur Navigation in einem digitalen Bild, das auf einem Computermonitor wiedergegeben wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, existierende Computer-Hardware dahingehend zu ergänzen und zu verbessern, dass der Untersucher möglichst nicht dadurch in seiner Effizienz eingeschränkt wird, dass der Computer ihn zu Bewegungen zwingt, die sich völlig von den am Mikroskop gewohnten und eingeübten Routinen unterscheidet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Computereingabegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorgeschlagen wird dazu ein neuartiges Computereingabegerät zur Navigation in digitalen Bildern, das ein Gehäuse mit einer Oberseite umfasst, die eine rechteckige Sensorfläche aufweist, auf der ein flaches, rechteckiges Eingabeelement in der Horizontalebene verschiebbar ist, wobei die Position des Eingabeelements auf der Sensorfläche erfasst und an einen Computer übermittelt wird. Die Sensorfläche kann beispielsweise eine Breite von 7 bis 15 cm und eine Länge von 5 bis 10 cm aufweisen. Die Sensorfläche kann außerdem vorteilhaft gegenüber der Oberseite des Gehäuses vertieft sein, insbesondere um ca. 1 bis 3 mm, so dass die Sensorfläche eine physische Randbegrenzung aufweist. Besonders vorteilhaft kann das Eingabeelement als Objektträgerimitat mit den Maßen 7,5 cm x 2,5 cm x 0,3 cm ausgeführt sein.
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Das vorgeschlagene Computereingabegerät zur Navigation in digitalen Bildern ermöglicht es dem Untersucher, ein digitales Bild eines Gewebeschnitt mit dem Blick auf einen Computermonitor mit denselben Bewegungsabläufen zu untersuchen, die er von der analogen Arbeit am Lichtmikroskop gewohnt ist. Die Notwendigkeit, neue Bewegungsroutinen anzutrainieren entfällt, und der Wechsel zwischen Mikroskop und Computer ist nahtlos möglich.
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Bei der Erfindung handelt es sich um ein Eingabegerät, das dem Untersucher die Navigation durch digitalisierte Schnittpräparate am PC ermöglichen soll. Dafür wurde das Gerät als Skeuomorphismus ähnlich dem Mikroskoptisch mit aufliegendem Objektträger konzipiert. Die Navigation in der X- und Y-Achse des digitalen Bildes erfolgt durch die Bewegung eines Objektträgerimitates, dessen relative bzw. absolute Positionsveränderung von einem Sensor erfasst wird. Softwaregestützt werden die Positionsdaten des Objektträgerimitates auf die Bildposition des digitalen Schnittes umgerechnet, das entsprechend bewegt wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Computereingabegerät weiterhin ein Bedienelement zum kontinuierlichen Einstellen eines Zoomfaktors auf. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Computereingabegerät weiterhin ein Bedienelement zur stufenweisen Auswahl einer Zoomstufe aufweist.
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Um dem Anwendungserlebnis der konventionellen Mikroskopie möglichst nahe zu kommen, kann an dem Computereingabegerät ein Bedienelement, beispielsweise ein Drehrad, angebracht sein, durch das in Anlehnung an den Fein-/Grobtrieb eines Lichtmikroskops, gestuftes oder stufenloses Zoomen im Bild möglich ist. Das Computereingabegerät oder seine Softwareschnittstelle zum Computer, d.h. ein Treiber, soll es ermöglichen, zwischen stufenlosem und gestuftem Zoomen zu wechseln, wobei die Zoomstufen beim gestuften Zoomen besonders vorteilhaft dem Wechsel zwischen den in der Lichtmikroskopie üblichen Vergrößerungen (20x, 40x, etc.) entspricht, um etablierte histologische Scoringsysteme etc. auch digital abbildbar zu machen.
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Um eine einhändige Bedienung des Computereingabegeräts zu ermöglichen, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass bestimmte durch Finger erzeugte Berührungsmuster als Signal für die Einstellung einer Zoomstufe interpretiert werden. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Eingabeelement, also beispielsweise ein Objektträgerimitat, selber eine Sensoroberfläche aufweist, die zur Erkennung mehrerer Berührungen („multi touch“) ausgebildet ist. Beispielsweise könnte ein Bediener des Computereingabegeräts Zeigefinger, Mittelfinger und Ringfinger derselben Hand zum Verschieben des Objektträgerimitats nutzen. Die Sensoroberfläche des Objektträgerimitats registriert diese drei gleichzeitig, aber an verschiedenen Orten der Sensoroberfläche stattfindenden Berührungen. Solange alle drei Finger aufliegen, kann man das Bild bewegen. Eine Änderung dieses Berührungsmusters kann nun als Befehl zur Änderung des Zoomfaktors interpretiert werden. Beispielsweise könnte ein Anheben des Zeigefingers als Befehl zum Hereinzoomen in das Bild interpretiert werden und ein Heben des Ringfingers als Befehl zum Herauszoomen aus dem Bild interpretiert werden. Der Zoomvorgang wird dadurch gestoppt, das der jeweilige Finger wieder auf das Objektträgerimitat gelegt wird.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Computereingabegerät oder seine Softwareschnittstelle zum Computer dafür ausgebildet ist, dass das Bild automatisiert abgetastet wird, d.h. dass der sichtbare Bildausschnitt im Gesamtbild automatisiert verschoben wird. Diese Funktion kann beispielsweise automatisch beim Wechsel zwischen den Bildern ausgelöst werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass diese Funktion jederzeit durch den Benutzer aktivierbar ist. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Benutzer die Geschwindigkeit der Bewegung des sichtbaren Bildausschnitts oder/und das Bewegungsprofil der Bewegung des sichtbaren Bildausschnitts (von links nach rechts, rechts nach links, oben nach unten etc...) wählen kann.
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Das Computereingabegerät kann vorteilhaft weitere Bedienelemente, beispielsweise eine Anordnung von vorteilhaft berührungssensitiven, besonders vorteilhaft frei programmierbaren, Schaltern aufweisen, um das Computereingabegerät mit weiteren Funktionen auszustatten.
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In verschiedenen Ausgestaltungen kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Computereingabegerät eines oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist:
- • ein Bedienelement zum Aufrufen einer Annotationsfunktion zum Einfügen von Text in das digitale Bild,
- • ein Bedienelement zum Aufrufen einer Markierungsfunktion zum Setzen von Marken für die Vermessung von in dem digitalen Bild sichtbaren Strukturen.
- • ein Bedienelement zum Aufrufen einer Zentrierungsfunktion zur Ausrichtung des digitalen Bildes und zur Justierung.
- • mindestens ein Bedienelement zum Blättern durch mehrere digitale Bilder.
- • ein Bedienelement zum Aufrufen einer Einstellfunktion zum Einstellen der Farbe oder/und des Kontrastes des digitalen Bildes.
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Gemäß weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann das Computereingabegerät vorteilhaft so ausgestaltet sein, dass der Untersucher, d.h. der Benutzer des Computereingabegeräts, zwischen einem Präzisionsmodus und einem Übersichtsmodus hin und her schalten kann.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Präzisionsmodus wählbar ist, in welchem die Sensitivität der Sensorfläche sich antiproportional zur Zoomstufe verhält, so dass eine gleich große Bewegung des Objektträgerimitats auf der Sensorfläche des Computereingabegeräts bei einer größeren Zoomstufe in eine kleinere Bewegung des auf dem Computermonitor angezeigten Bildausschnitts umgerechnet wird, und umgekehrt.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein Übersichtsmodus wählbar ist, in welchem die Sensitivität der Sensorfläche konstant und folglich unabhängig von der Zoomstufe ist, d.h. eine gleich große Bewegung des Objektträgerimitats auf der Sensorfläche des Computereingabegeräts bei einer größeren Zoomstufe in eine größere Bewegung des auf dem Computermonitor angezeigten Bildausschnitts umgerechnet wird als bei einer kleineren Zoomstufe.
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Besonders vorteilhaft weist das vorgeschlagene Computereingabegerät weiterhin Mittel zur Erfassung einer Verschiebung des Computereingabegeräts relativ zu seiner Unterlage sowie mindestens eine Maustaste auf. Dadurch wird es möglich - nach einer software- oder hardwareinduzierten Umschaltung - das vorgeschlagene Computereingabegerät wie eine herkömmliche Maus zu benutzen, so dass keine zusätzliche Maus benötigt wird.
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Dazu kann bei dem vorgeschlagenen Computereingabegerät beispielsweise vorgesehen sein, dass das Bedienelement zum kontinuierlichen Einstellen eines Zoomfaktors ein seitlich an dem Gehäuse angeordnetes Drehrad ist, das bei einem Druck auf das Drehrad in axialer Richtung gleichzeitig als Maustaste wirkt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Computereingabegeräts in einer Draufsicht und
- 2 das Computereingabegerät in einer isometrischen Ansicht.
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Das Computereingabegerät weist ein Gehäuse 1 mit einer handergonomischen Plattform auf. Auf der Oberseite des Gehäuses 1 ist eine rechteckige, 15,0 cm x 5,0 cm x 0,3 cm messende Vertiefung angeordnet, die als Sensorfläche 2 ausgebildet ist. Die Vertiefung der Oberfläche säumt das Areal für das Eingabeelement 3 und stellt eine physische Begrenzung seines Bewegungsfreiraums dar. Somit ist eine ständige Erfassung durch den oder die Sensoren der Sensorfläche 2 gewährleistet.
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Für das Eingabeelement 3 ist, neben der naheliegenden Fertigung aus Kunststoff, prinzipiell jedes Material denkbar, solange dieses von der Sensorfläche 2 mit ausreichender Sensitivität erfasst wird. Das Eingabeelement 3 ist im Ausführungsbeispiel als Objektträgerimitat ausgeführt, dessen Maße in Anlehnung an konventionelle Glasobjektträger, 7,5 x 2,5 x 0,3 cm betragen.
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Seitlich am Gehäuse 1 ist ein Drehrad 4 angebracht, das als Bedienelement zum kontinuierlichen Einstellen eines Zoomfaktors ausgebildet ist.
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Oberhalb der Vertiefung für das Sensorfeld 2 und das als Objektträgerimitat ausgebildete Eingabeelement 3 befindet sich eine Leiste mit kapazitativen Bedienelementen 5, 6, 7, 8, 9, 10, die den Zugriff auf weitere softwareseitig abgebildete Funktionen ermöglicht und den Funktionsumfang des Gerätes somit deutlich über die konventionellen Techniken erweitert. So enthält die Leiste
- • ein Bedienelement 5 zur stufenweisen Auswahl einer Zoomstufe,
- • ein Bedienelement 6 zum Aufrufen einer Annotationsfunktion zum Einfügen von Text in das digitale Bild,
- • ein Bedienelement 7 zum Aufrufen einer Markierungsfunktion zum Setzen von Marken für die Vermessung von in dem digitalen Bild sichtbaren Strukturen,
- • ein Bedienelement 8 zum Aufrufen einer Zentrierungsfunktion zur Ausrichtung des digitalen Bildes und zur Justierung,
- • zwei Bedienelemente 9 zum Blättern durch mehrere digitale Bilder, und
- • ein Bedienelement 10 zum Aufrufen einer Einstellfunktion zum Einstellen der Farbe oder/und des Kontrastes des digitalen Bildes.
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Das Gehäuse 1 enthält außerdem einen Mikroprozessor zur Verarbeitung der vom Sensorfeld 2 erzeugten Daten, sowie eine Schnittstelle zum Datenaustausch mit einem Computer, die entweder kabelgebunden (z.B. USB) oder kabellos (z.B. Bluetooth) ausgeführt sein kann.
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Das Gerät ist problemlos treiberbasiert in alle gängigen proprietären und Open Source Programme, die zur Darstellung und Bearbeitung digitaler Feinschnittpräparate existieren (Aperio, Nexus, QuPath etc.), implementierbar.
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Neben der herkömmlichen Navigation erfüllt das Interface durch eine entsprechende Softwareanbindung folgende weitere justierbare Funktionen:
- • Präzisionsmodus: Die Sensorsensitivität verhält sich antiproportional zur Zoomstufe, um bei höheren Vergrößerungen ein präziseres Handling des Bildes zu ermöglichen.
- • Übersichtsmodus: Die Sensorsensitivität ist konstant und folglich unabhängig von der Zoomstufe, so dass die Auslenkung der Bewegung konstant bleibt.
- • Markierungs- und Messfunktionen (setzten einer Area of interest, präzises digital gestütztes Ausmessen von Tumorgrenzen etc.)
- • Zentrierungsfunktion zur Ausrichtung des digitalen Bildes und zur Justierung
- • Stufenloses / Gestuftes Zoomen (entsprechend Objektivvergrößerungen)
- • Farb- und Kontrasteinstellungen des Bildes
- • Hin- und Herwechseln zwischen Bildern
- • Wechsel zwischen Absolut- und Relativbewegung des Objektträgerimitates
- • Fotoaufnahmefunktion
- • Mausfunktion um bei Bedarf einen Medienwechsel überflüssig zu machen
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Sensorfläche
- 3
- Eingabeelement, Objektträgerimitat
- 4
- Bedienelement zum kontinuierlichen Einstellen eines Zoomfaktors
- 5
- Bedienelement zur stufenweisen Auswahl einer Zoomstufe
- 6
- Bedienelement zum Aufrufen einer Annotationsfunktion
- 7
- Bedienelement zum Aufrufen einer Markierungsfunktion
- 8
- Bedienelement zum Aufrufen einer Zentrierungsfunktion
- 9
- Bedienelement zum Blättern
- 10
- Bedienelement zum Aufrufen einer Einstellfunktion