DE10236417A1 - Slide Scanner-Vorrichtung und Verfahren - Google Patents

Slide Scanner-Vorrichtung und Verfahren Download PDF

Info

Publication number
DE10236417A1
DE10236417A1 DE2002136417 DE10236417A DE10236417A1 DE 10236417 A1 DE10236417 A1 DE 10236417A1 DE 2002136417 DE2002136417 DE 2002136417 DE 10236417 A DE10236417 A DE 10236417A DE 10236417 A1 DE10236417 A1 DE 10236417A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
slide
slides
specimen
slide scanner
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002136417
Other languages
English (en)
Inventor
Kai Dipl.-Ing. Säger
Karsten Dr. Schlüns
Peter Dr. Hufnagl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IPAL GmbH
Original Assignee
IPAL GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IPAL GmbH filed Critical IPAL GmbH
Priority to DE2002136417 priority Critical patent/DE10236417A1/de
Publication of DE10236417A1 publication Critical patent/DE10236417A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/04Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/00567Handling of original or reproduction media, e.g. cutting, separating, stacking
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/00567Handling of original or reproduction media, e.g. cutting, separating, stacking
    • H04N1/0057Conveying sheets before or after scanning
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/04Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa
    • H04N1/10Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa using flat picture-bearing surfaces
    • H04N1/1008Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa using flat picture-bearing surfaces with sub-scanning by translatory movement of the picture-bearing surface
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N2201/00Indexing scheme relating to scanning, transmission or reproduction of documents or the like, and to details thereof
    • H04N2201/04Scanning arrangements
    • H04N2201/0402Arrangements not specific to a particular one of the scanning methods covered by groups H04N1/04 - H04N1/207
    • H04N2201/0404Scanning transparent media, e.g. photographic film
    • H04N2201/0406Scanning slides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Slide Scanner zur Digitalisierung von Objektträgern mit DOLLAR A a) einem Gerät zur automatischen Zuführung von Objektträgern in den Scanner; DOLLAR A b) einem Transportband zur automatischen Führung der Objektträger durch das Gerät; DOLLAR A c) einer maschinellen Sortiervorrichtung zur Ablage fertig gescannter Objektträger in ein Archiv; DOLLAR A d) einem Identifikationssystem zur Detektion einer eindeutigen Codierung eines Objektträgers; DOLLAR A e) mindestens einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Präparate während des Scanvorgangs; DOLLAR A f) mindestens einem Scanelement, bestehend aus einem Objektiv und einem CCD-Detektor; DOLLAR A g) Mittel zur Übertragung der digitalen Bilddaten der Scanelemente in einen zentralen Rechner; DOLLAR A h) einem Computersystem zur Verwaltung der eingehenden digitalen Bilddaten, zum Zusammenfügen der Daten zu einem Gesamtbild und Anbringen von Zusatzinformationen wie dem Barcode an das Bild und zur Übertragung der fertigen Digitalbilder an ein Serversystem; DOLLAR A dadurch gekennhzeichnet, dass so viele Scanelemente orthogonal zur Transportrichtung nebeneinander oder quer versetzt angeordnet sind, dass zusammengenommen die gesamte Breite eines Objektträgers während eines Durchlaufs in Transportrichtung vollständig digitalisiert werden kann. DOLLAR A Damit soll das Ziel eines hochautomatisierten, bedienerfreundlichen, kompakten und ...

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Slide Scanner zur Digitalisierung von Objektträgern mit
    • a) einem Gerät zur automatischen Zuführung von Objektträgern in den Scanner;
    • b) einem Transportband zur automatischen Führung der Objektträger durch das Gerät;
    • c) einer maschinellen Sortiervorrichtung zur Ablage fertig gescannter Objektträger in ein Archiv;
    • d) einem Identifikationssystem zur Detektion einer eindeutigen Codierung eines Objektträgers;
    • e) mindestens einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Präparate während des Scanvorgangs;
    • f) mindestens einem Scanelement bestehend aus einem Objektiv und einem CCD-Detektor;
    • g) Mitteln zur Übertragung der digitalen Bildudaten von den Scanelementen in einen zentralen Rechner;
    • h) einem Computersystem zur Verwaltung der eingehenden digitalen Bilddaten, zum Zusammenfügen der Daten zu einem Gesamtbild und Anbringen von Zusatzinformationen wie dem Barcode an das Bild und zur Übertragung der fertigen Digitalbilder an ein Serversystem.
  • In der medizinischen und biologischen Forschung und Routine sowie in vielen weiteren Gebieten der Naturwissenschaften werden sehr häufig so genannte Objektträger (engl. Slides) verwendet, um Gewebeproben, Wasserproben, Kleintiere oder Pflanzenmaterial als dünne Schicht unter dem Mikroskop in starker Vergrößerung beobachten zu können. Dabei werden die Proben zum Teil auf chemischem oder biologischem Weg gefärbt oder bearbeitet, um bestimmte Informationen, beispielsweise über die Existenz oder Menge enthaltener Bestandteile, optisch einfacher erkennen zu können. Besonders in der Pathologie spielen Objektträger die entscheidende Rolle. Sie sind das Medium, auf das Gewebeproben gebracht werden, um sie weiter zu begutachten. In einem mittelgroßen pathologischen Institut können so bis zu 2000 Objektträger pro Tag entstehen. Diese Objektträger werden traditionell unter ein Mikroskop gelegt, um sie unter starker Vergrößerung beobachten zu können. Seit einigen Jahren setzen sich jedoch mehr und mehr elektronische Verfahren durch. Dabei kommt Bildverarbeitungssoftware zum Einsatz, die auf verschiedene Weisen die Arbeit des Betrachters vereinfachen oder unterstützen, in einigen Fällen sogar ersetzen kann. Solche Software kann Bilder verändern (beispielsweise Kontrast-, Farb- und Helligkeitsverbesserung), Objekte detektieren (beispielsweise durch Klassifikation, Mustererkennung oder Matching), Bildbeschreibungen unterstützen (Anmerkungen und Zeichnungen im Bild) und die Bilder in Datenbanken verwalten. Solche Systeme gehören mittlerweile zur Standardausstattung von Firmen und Instituten, die Objektträger bearbeiten. Grundlage für die Nutzung solcher Systeme ist jedoch die vollständige Übertragung eines Objektträgers in ein digitales Bild – das Scannen. Dabei stellt sich jedoch ein alles entscheidendes Problem. Das Bild eines Präparates muss in stark vergrößerter Form digitalisiert werden, denn die Bildinformationen, die ein Betrachter interpretieren will, oder eine Bildbearbeitungssoftware verarbeiten soll, eröffnen sich erst bei einer Vergrößerung von 100 bis 600-fach, gemessen am Auflösungsvermögen des menschlichen Auges (etwa 0,2 mm). Eine direkte Digitalisierung, wie etwa vom Flachbettscanner bekannt, ist nicht möglich, da die CCD-Chips, also die Detektoren, keine Pixeldichte besitzen, die eine so hochauflösende Digitalisierung erlaubt, dass das resultierende Bild unter Einhaltung einer angemessenen Qualität noch mehr als 65-fach vergrößert werden könnte. Solche Detektoren sind zudem technisch nicht realisierbar, und werden auch in den nächsten Jahren nicht möglich sein, da zum einen der gewünschte Pixelabstand bereits zu nahe an die Wellenlänge des sichtbaren Lichts rückt, und zum anderen eine kontinuierlich scharfe Abbildung der in diesem Größenbereich viel zu unebenen Präparate und Glasabdeckplättchen unmöglich bzw. technisch zu aufwendig ist. Das bedeutet, dass die Objekte beim Scannen optisch vergrößert werden müssen. Dies hat wiederum zur Folge, dass die gescannte Fläche (gemessen an der Fläche „in der Natur", also am realen Objekt) eines Aufnahmevorgangs mit Zunahme der Vergrößerungsstufe mit dem Quadrat der Vergrößerung abnimmt. Beispielsweise würde ein Detektor, der bei der Vergrößerung 1:1 das gesamte Objekt in einem Bild digitalisieren kann, bei der Vergrößerung 2:1 4 Bilder benötigen, bei 10:1 100, bei 100:1 10.000, und bei 400:1 16.000 Bilder. Zwischen dem Objekt und dem Detektor muss also eine Vergrößerungsoptik liegen. Geräte wie herkömmliche Flachbettscanner scheiden damit beispielsweise aus. Die bisherige technische Lösung ist eine simple Digitalkamera, die über einen so genannten Cmount-Adapter an ein Mikroskop angeschraubt werden kann. Diese Technik hat die Vorteile, dass sie sehr preiswert ist, da die Digitalkamera lediglich als Zusatzgerät für das ohnehin vorhandene Mikroskop angeschafft werden kann, und die vorhandene Mikroskopoptik genutzt wird, um Bilder eines Objektträgers in verschiedenen bestimmten Vergrößerungsstufen aufzunehmen. Das System hat jedoch den großen Nachteil, dass immer nur einzelne Teilbilder aufgenommen werden können.
  • Eine Weiterentwicklung dieser Technik sind steuerbare Mikroskope, die einen so genannten „Scanningtisch" besitzen. Diese ermöglichen das Verschieben des Objektträgers unter dem Objektiv in der Ebene. Die Ansteuerung geschieht dabei automatisch über eine Software oder manuell über den Rechner. Dies ermöglicht die systematische Aufnahme von mehreren Teilbildern. Eine sinnvolle Anwendung mit diesem System ist beispielsweise das Scannen eines ganzen Objektträgers in der Vergrößerung 16:1, oder das Digitalisieren eines Teilbereiches von beispielsweise 20 × 20 Bildern in der Vergrößerungsstufe 400:1. Höhere Vergrößerungen bzw. größere Bereiche sind dagegen kaum sinnvoll, da der Scanvorgang aufgrund der großen Anzahl von Teilbildern und der damit zusammenhängenden Anzahl an Verschiebe- Fokussier- und Aufnahmevorgängen eine inakzeptable Zeitspanne in Anspruch nähme. Die Digitalisierung eines einzigen Präparates unter 400-facher Vergrößerung nimmt mit einem solchen System ca. 8 Stunden in Anspruch.
  • Neueste Systeme wie zum Beispiel „Chroma Vision ACIS" sind Komplettsysteme, die eine Objektträgerbatterie, ein mit einer Digitalkamera ausgestattetes Mikroskop und einen Rechner vereinen. Diese Systeme erleichtern und vereinfachen zwar die Handhabung, entsprechen aber vom Leistungsumfang und von der Geschwindigkeit her in etwa den steuerbaren Mikroskopen.
  • Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle bisherigen Systeme zur Digitalisierung von Objektträgern entweder zu langsam sind, oder eine zu geringe Auflösung erreichen. Sie erlauben lediglich ein Scannen von Teilbereichen eines Präparates, oder aber die Digitalisierung eines ganzen Objektträgers in geringer Auflösung. Damit können die bisherigen Systeme nur Zusatzgeräte zu einem herkömmlichen Mikroskop sein, um Teilbilder digital mit Hilfe von Bildverarbeitungssoftware bearbeiten zu können. Anders wäre die Situation, wenn es ein Gerät gäbe, welches in hoher Geschwindigkeit einen ganzen Objektträger unter höchster Auflösung digitalisieren könnte. Das würde den Weg frei machen für eine vollständig digitale Bearbeitung und Begutachtung von Objektträgern, und damit das Lichtmikroskop in diesem Bereich überflüssig machen. Dies wäre aus mehreren Gründen von hohem Nutzen für die Anwender. Zum einen wäre eine rein digitale Lösung erheblich billiger als die teuren optischen Mikroskope, da durch einen Scanner und eine Client-Server basierte Virtuelle Mikroskop Software wie im Patent „Virtuelles Mikroskop-Vorrichtung und Verfahren" (Aktenzeichen 102130698 des DPMA vom 28.03.02) alle Mikroskope eines Betriebes ersetzt werden könnten, und keine Mikroskope mehr notwendig wären. Zum anderen liefe das ganze Verfahren schneller ab, und die Nutzung von Bildverarbeitungssoftware für die Bilder wäre sofort und ohne die Verzögerung des Teilscannens verfügbar. Zudem ergeben sich erhebliche Verbesserungen in der Funktionalität und der Verwaltung, wie im Patent „Virtuelles Mikroskop-Vorrichtung und Verfahren" (Aktenzeichen 102130698 des DPMA vom 28.03.02) vorgesehen.
  • Aufgabe
  • Der Stand der Technik in der Digitalisierung von Objektträgern und die Fortentwicklung der digitalen Bildbearbeitungs-, Visualisierungs- und Archivierungssoftware offenbaren eine Lücke im Bereich der Bildakquisition. Die zukünftigen rein digitalen Systeme zur Bearbeitung und Begutachtung von Objektträgern benötigen ein System zur schnellen, vollständigen, und extrem hochauflösenden Digitalisierung von Objektträgern. Die benötigte Zeit pro Objektträger sollte im Bereich weniger Sekunden liegen.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein hochautomatisiertes, bedienerfreundliches, kompaktes und einfaches Gerät zu entwickeln, welches mehrere hundert oder tausend Objektträger nacheinander in extrem hoher Geschwindigkeit unter 400-facher Vergrößerung vollständig digitalisiert, als eindeutig gekennzeichnete Bilder in einer Datenbank ablegt, und die Archivierung der gescannten Objektträger unterstützt.
  • Lösung der Aufgabe
  • Zur Lösung der genannten Aufgabe umfasst die Erfindung einen Slide Scanner als Gerät zur Digitalisierung von Objektträgern, dadurch gekennzeichnet, dass so viele Scanelemente orthogonal zur Transportrichtung nebeneinander oder quer versetzt angeordnet sind, dass zusammengenommen die gesamte Breite eines Objektträgers während eines Durchlaufs in Transportrichtung vollständig digitalisiert werden kann.
  • Das Grundprinzip der Erfindung ist also ein Slide Scanner, bei dem die Spaltenrichtung des zu erzeugenden Bildes durch nebeneinander angeordnete Zeilenscanner erzeugt wird, die zusammengenommen die gesamte Breite des Objektträgers abdecken. Die Zeilenrichtung wird durch den Vortrieb der Objektträger auf dem Transportband erzeugt. Durch Anpassung der Transportgeschwindigkeit an die Zeilenfrequenz der Zeilenscanner kann der Objektträger in konstanter Geschwindigkeit unter den Zeilenscannern bewegt werden. Damit wird eine lediglich durch die Zeilenfrequenz der Detektoren und die Leistungsfähigkeit von Datentransport und -Speicherung beschränkte Geschwindigkeit erreicht. Die Geschwindigkeit ist somit nicht mehr von mechanischen Komponenten abhängig, sondern wird eher von der, inzwischen sehr hoch anzusetzenden, Leistungsfähigkeit moderner CCD-Detektoren begrenzt.
  • Weitere Ausgestaltung der Erfindung
  • Ein entscheidender Vorteil der Erfindung ist die konstante Bewegung des Transportbandes. Durch exakte Anpassung der Geschwindigkeit an die Zeilenfrequenz der Scanelemente ist es möglich, eine fließende, konstante Bewegung des Transportbandes zu erlauben. Damit ist keine technisch aufwendige differentielle Bewegung nötig, wie es beim Scannen mit einem Scanningtisch unter dem Mikroskop nötig ist. Dabei wird das Präparat um einen bestimmten Betrag verschoben, eine Aufnahme gemacht, und wieder weiter verschoben. Dieser Mechanismus ist zum einen zeitaufwendig und stellt zum anderen hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Bewegung. Für das erfindungsgemäße Transportband ist jedoch lediglich eine konstante Bewegung notwendig. Die Geschwindigkeit darf dabei eine Abweichung von maximal 2% haben, ohne dass die Bilder einen sichtbaren Qualitätsverlust erleiden. Ein solches Transportband ist mit geringerem technischen Aufwand realisierbar als ein komplexer Scanningtisch. Zudem ist nur eine Bewegung in eine Richtung nötig, nicht in zwei wie beim Scanningtisch.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung stellt die Integration eines Identifikationssystems zur Detektion einer eindeutigen Codierung eines Objektträgers dar. Für ein solches System kommt vorzugsweise ein Barcodeleser in Frage. Aber auch mit einem Mikrochip wäre die Aufgabe lösbar. Eine automatische Identifizierung ist von hoher Wichtigkeit, denn ohne diese wäre ein automatisches Scannen von mehreren Objektträgern direkt hintereinander nicht möglich. Da aber erfindungsgemäß jeder Slide vor dem Scanvorgang unter einem Identifikationssystem hindurchgeführt wird, kann das resultierende Digitalbild eines Slides gleich mit der entsprechenden Identifizierungsnummer in der Datenbank abgelegt werden. Da mit diesem Verfahren weitere Umbenennungen oder Zwischenspeicherungen vermieden werden können, verringert dies die Gefahr einer Verwechslung. Zudem kann insgesamt der Automatisierungsgrad des Workflows erhöht werden, denn in vielen Bereichen, in denen Objektträger eingesetzt werden, so zum Beispiel in der Pathologie, kommen bereits Codierungen wie zum Beispiel Barcodes auf den den Objektträgern beigefügten Laufzetteln mit zusätzlichen Informationen zu einem Fall zum Einsatz. Für die Identifikation eines Objektträgers bedarf es in einem solchen Fall lediglich der Herstellung eines weiteren Barcodes als Aufkleber, der dann auf den Objektträger aufgebracht wird. Somit ist die Identifikation mit maximal geringem Arbeitsaufwand gewährleistet.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Einschub für Objektträger. Das Gerät ist dazu konzipiert, und macht nur dann Sinn, wenn eine große Anzahl von Objektträgern digitalisiert werden soll. Um dies mit möglichst geringer Interaktion und Überwachung durch einen Anwender zu realisieren, bedarf es eines Objektträger-Einschubs. Für das Scannen eines Objektträgers kann mit ca. 25 Sekunden Dauer (im Falle eines vollständig belegten Objektträgers) für den Scanvorgang gerechnet werden. Ohne Einschub müsste also in diesem Zeitintervall ein neuer Objektträger eingelegt werden. Um diesen Aufwand zu sparen, soll ein Einschub Bestandteil des erfindungsgemäßen Geräts sein, in den mehrere Objektträger eingelegt werden können. Durch eine einfache Mechanik kann realisiert werden, dass ein Objektträger unmittelbar hinter den anderen vom Einschub auf das Transportband fällt, beziehungsweise mitgeführt wird. So kann ohne weitere Interaktion eine große Menge an Objektträgern automatisch digitalisiert werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Mechanismus zur automatischen Detektion der Lage eines Objektträgers auf dem Transportband. Hier soll die Möglichkeit einbezogen werden, dass ein Objektträger durch einen Anwender versehentlich in falscher Lage in den Objektträgereinschub eingelegt wurde. Für eine falsche Lage gibt es theoretisch drei Möglichkeiten: Zum einen Quer statt Längs. Diese Möglichkeit wird einfach durch die Form des Einschubs ausgeschlossen, die es nicht erlauben wird, einen Objektträger versehentlich quer zur Transportrichtung anstatt längs einzulegen. Eine weitere Möglichkeit des fehlerhaften Einsetzens ist mit dem Präparatbereich voran statt mit dem Barcode voran. In diesem Fall stünde der Barcode, oder eine anders geartete Codierung, auf dem Kopf. Ein Barcodeleser ließe sich so einstellen, dass der Code in diesem Fall nicht gelesen werden kann. Damit könnte dafür gesorgt werden, dass dieses Präparat als nicht identifizierbar erkannt wird, und aussortiert wird. Die dritte Möglichkeit der fehlerhaften Lage eines Präparats ist, wenn der Objektträger mit dem Präparatbereich nach unten zeigt, statt nach oben. In diesem Fall zeigt auch der Barcode, bzw. die Codierung, nach unten, und ist für den Barcodeleser bzw. das Identifikationssystem ebenfalls nicht zu erkennen. Damit würde auch dieser Objektträger als nicht identifizierbar aussortiert. Damit ist gewährleistet, dass Objektträger, die falsch liegen und damit zu einem fehlerhaften Ergebnis führen würden, zum einen aussortiert werden, und zum anderen auch sicher erkannt werden. Auf diese Weise ist gleichzeitig gewährleistet, dass auch kein Objektträger einfach „übersehen" wird, und trotz fehlerhafter oder fehlender Digitalisierung in die Archivierung gelangt. Das Aussortieren der Objektträger soll durch einen simplen mechanischen Hebel realisiert werden, der zwischen Scanbereich und Archivierungsmodul liegt, und die auszusortierenden Objektträger in einen Behälter schiebt. Von dort können die Objektträger durch einen Anwender auf Fehler untersucht und in der richtigen Lage erneut eingelegt werden.
  • Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung enthält das System mechanische Komponenten, die eine Fehlstellung eines Objektträgers nach Erkennung korrigieren, bevor es in den Scanbereich gelangt. Die Korrektur bedeutet in diesem Fall schlicht das mechanische Drehen des Objektträgers um die Achse und den Betrag der Fehlstellung. Auf diese Weise kann die Rate an auszusortierenden Slides erheblich gesenkt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bildet das Archivierungs-Modul. Die fertig digitalisierten Objektträger werden durch das Transportband in eine Kassette geführt, und übereinander gestapelt. Das Übereinanderstapeln wird durch die Bewegung der an einer beweglichen Schiene aufgehängten Kassette nach unten gewährleistet. Die Bewegung wird vom Rechner gesteuert. Dieser kann die zeitliche Ankunft eines Objektträgers anhand der von den Scanelementen detektierten Trennbalken, der Transportgeschwindigkeit, und der Entfernung zwischen den Scanelementen und dem Archivierungsmodul berechnen. Eine Kassette soll mehrere Objektträger fassen. Wenn sie voll ist, soll sie automatisch abgelegt werden, und eine weitere Kassette in das Archivierungsmodul eingelegt werden. Die abgelegten Kassetten können von einem Anwender in ein Archiv gestellt werden. Zur Identifikation wird auf die Kassetten eine Codierung, vorzugsweise ein Barcode, und ein lesbarer Zahlencode aufgebracht. Zudem wird in der Datenbank des Rechners gespeichert, welche Objektträger in welcher Kassette lagern. Damit ist es später möglich, einen Objektträger anhand Kassetten- und Slide-Codierung im Archiv wieder aufzufinden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung stellen die Beleuchtungseinheiten unter den Scanelementen dar. Für das Scannen einzelner Zeilen eines Objektträgers ist eine punktgenaue Beleuchtung des aufzunehmenden Objektbereiches wichtig. Dazu werden unter dem Präparat Beleuchtungseinheiten jeweils genau in einer gedachten Linie mit den Scanelementen installiert. Die Beleuchtung erfolgt dabei mittels einer Lampe und eines Kondensors, der das Licht der Lampe auf den Bereich, der von einem Zeilenscanner abgedeckt wird, konzentriert wird. Wegen der Beleuchtung von unten werden im Bereich der Scanelemente Transportschienen benutzt, die einen Objektträger von beiden Seiten mit maximal 0,25 mm Breite einfassen. Auf diese Weise ist der Präparatbereich nach oben und unten offen. Das gewährleistet die freie Sicht für die Scanner von oben, und Platz für die Beleuchtungseinheiten von unten. Zwischen den Transportschienen und dem Präparat befindet sich ein Transportband, das für den Vortrieb der Objektträger sorgt. Im Gegensatz zu den anderen Transportbändern kommen im Bereich der Scanelemente schmale Transportbänder in der maximalen Breite der Transportschienen zum Einsatz, um so freie Sicht nach oben (für die Scanelemente) und nach unten (Für die Beleuchtungseinheiten) zu gewährleisten.
  • Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird statt zwei Transportbändern und einer Transportschiene lediglich eine Transportschiene benutzt, mit der die Objektträger durch das gesamte System geführt werden. Die Transportschiene ist wie oben beschrieben gestaltet. Dadurch wird eine Übergabe von einem Transportsystem auf ein anderes vermieden.
  • Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung stellt die Ausführung des Gerätes als speziellen Biopsie-Scanner dar. Im Gegensatz zu Resektaten (aus der Pathologie) oder vergleichbaren Proben, die potenziell auch die gesamte Größe des Präparatbereichs ausfüllen können, sind Biopsiepräparate in der Pathologie Präparate mit einer maximalen Breite von 5 mm. Für diesen Sonderfall soll entsprechend einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung die zulässige Breite des Präparates auf 5 mm beschränkt werden. Dadurch werden erheblich weniger (Nach den heutigen Zeilenscannern etwa 1 bis 2, siehe 8) Scanelemente benötigt. Das macht den Scanner erheblich billiger.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist der Rechner, der in dem Gerät integriert ist. Der Rechner übernimmt mehrere Aufgaben. Dies ist zum einen die Steuerung der Komponenten des Gerätes. Zu Steuern sind insbesondere der Aussortierungs-Mechanismus und das Archivierungsmodul. Zur Steuerung des Aussortierungs-Mechanismus wertet der Rechner ständig die eingehenden Daten des Identifikationssystems aus. Dabei wird die Zeit zwischen der Einlesung zweier Codes mit einbezogen. Weicht diese Zeit um einen Betrag oberhalb eines Schwellenwertes ab, so wird ein nicht identifizierter Objektträger vermutet, und dieser gelangt durch den Mechanismus zur Aussortierung nicht in das Archiv, sondern in einen Behälter zur Kontrolle. Für das Archivierungsmodul muss insbesondere der Augenblick gesteuert werden, in dem der Archivbehälter eine Stufe nach unten verschoben wird, um Platz für den nächsten Objektträger zu machen. Dieser Augenblick wird anhand des Identifikationssystems (zur Detektion eines gültigen, zu archivierenden Objektträgers) und der Trennbalkendetektion der Scanelemente, der Distanz zwischen Scanelementen und Archivierung und der Transportgeschwindigkeit berechnet. Eine weitere Aufgabe des Rechners ist die Erzeugung des Digitalbildes. Dazu erhält der Rechner die Daten des Identifikationssystems und der Scanelemente. Mit dem eingelesen Code des Identifikationssystems, der Transportgeschwindigkeit, und dem Abstand zu den einzelnen Scanelementen lässt sich jede Scanzeile der Scanelemente eindeutig einem Objektträger zuordnen. Zur Kontrolle und zur Erhöhung der Genauigkeit dienen darüber hinaus die Trennbalken auf den Objektträgern, anhand derer die Software des Rechners mit Mitteln der Bildverarbeitung die exakte Position des Objektträgers in Transportrichtung ermitteln kann. Auf diese Weise erhält der Rechner den Code des Objektträgers, die diesem zugeordneten Bilddaten der Scanelemente, sowie die Zuordnung der Bilddaten in Bezug auf die Lage auf dem Objektträger. Aus diesen Daten berechnet die Software des Rechners ein Digitalbild, welches als Namen oder als Zusatzinformation zu dem Bild den Code (also eine Indexnummer) erhält. Das so erzeugte Bild wird inklusive der Indexnummer in einer Datenbank abgelegt.
  • Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Möglichkeit der variablen Einstellung der Fokusebene. Die Präparate auf den Objektträgern können unterschiedliche Schichtdicken haben, je nach Anwendung und Präparattyp. Bei dickeren Präparaten ist es mit einem Mikroskop möglich, unterschiedliche Ebenen eines Präparates zu fokussieren, und so möglicherweise verschiedene Details eines Präparates darzustellen. Der Slide Scanner ist auf eine Fokusebene im Bereich von etwa 1 μm oberhalb des Objektträgerglases voreingestellt. Um jedoch auch andere Fokusebenen bei dickeren Präparaten zu ermöglichen, ist diese Einstellung veränderbar. Dabei hat der Anwender insbesondere zwei Möglichkeiten. Zum einen kann er die Fokusebene der Scanelemente generell verändern. Hat ein Anwender beispielsweise hauptsächlich Präparate mit einer Dicke von 6 μm, und will die obere Schicht fokussieren, so würde er eine Fokusebene von 5 μm oberhalb des Objektträgerglases fest einstellen. Eine weitere Möglichkeit wäre, die Fokusebene für ein einzelnes Präparat manuell einzustellen. Dazu kann der Anwender mit Hilfe eines Kontrollmonitors die optimale Fokusebene visuell suchen, und für ein einzelnes Präparat einstellen.
  • Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zufolge können die resultierendert Bilddaten auch im DICOM-Format (Digital Imaging and Communications in Medicine) abgelegt werden. Dazu erfolgt im Computersystem eine Generierung des DICOM-Formats für die Bilddaten. Dieses Format vereint die Bilddaten mit medizinisch relevanten Metadaten, und gilt in vielen Bereichen des digitalen Bildaustausches innerhalb der Medizin als Standard. Dies ermöglicht eine hohe Kompatibilität mit anderen Archivierungs- und Bildaustauschsystemen (PACS – Picture Archiving and Communications System) innerhalb der Medizin.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
  • Erläuterung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 die Aufsicht einses Objektträgers
  • 2 die Aufsicht eines Objektträgers für den Spezialfall Biopsie
  • 3 eine schematische Seitenansicht
  • 4 eine schematische Aufsicht
  • 5 die Anordnung der Scanelemente
  • 6 die Seitenansicht eines Scanelements
  • 7 den Fokusbereich
  • 8 den Vergleich einiger Zeilenscanner
  • 9 Mögliche Fehlstellungen von Detektor und Beleuchtung
  • 10 Fehlstellungen und Kalibrierung 1
  • 11 Fehlstellungen und Kalibrierung 2
  • 1 zeigt einen Objektträger von oben. Die Maße des Objektträgers (76 × 26 mm2, ISO 8073/I) und des Abdeckplättchens (46 × 24 mm2, DIN 58884) sind Standardmaße. Das Präparat kann maximal die Größe des Abdeckplättchens annehmen, also 46 × 24 mm2. In der Regel ist es etwas kleiner. Das Präparat kann als dünne Gewebeschicht (oder anderes Material) mit einer Dicke von üblicherweise 2 bis 4 μm verstanden werden, welches zwischen dem Objektträger und dem Abdeckplättchen mit einer Flüssigkeit fixiert wird. Ein Ende des Objektträgers besteht aus einem 20 mm breiten Streifen, an dem das Glas des Objektträgers aufgeraut ist, um per Hand Kennziffern darauf zu notieren. Dieser Bereich soll erfindungsgemäß anders genutzt werden, nämlich zur Aufprägung eines Codes, vorzugsweise eines Barcodes (Strichcode). Der Code soll in digitaler Form die sonst per Hand aufgebrachten Daten enthalten, also eine Identifizierungsnummer des Slides. Weiterhin soll am äußersten Rand, neben den Code, ein schwarzer Balken aufgetragen werden, der eine festgelegte Breite von 1 mm hat (Trennbalken). Dieser dient später beim Scannen zur Detektion des Präparatbereichs auf dem Objektträger.
  • 2 zeigt erneut einen Objektträger von oben, jedoch für den speziellen Fall eines Biopsiepräparates. Biopsien sind Gewebeproben mit einer maximalen Größe von 5 × 5 mm2. Bei Biopsiepräparaten wird nicht wie bei den meisten anderen Gewebe- oder Materialproben ein einzelner Schnitt des Präparates angefertigt, und auf einen Objektträger aufgebracht. Vielmehr ist hier auch die dritte Dimension, also die Höhenachse, entscheidend, denn das Ziel einer Biopsie ist die Untersuchung einer Probe auch in der Tiefe. Zur Umsetzung dieses Ziels in der Ebene werden daher mehrere (bis zu 10) so genannte Stufen (also einzelne Schnittebenen) nebeneinander auf einem Objektträger aufgebracht. Meistens werden mehrere Objektträger mit jeweils mehreren Stufen angefertigt, um ein Biopsiepräparat vollständig in der Ebene abzubilden. Da Biopsiepräparate eine maximale Breite von 5 mm haben, soll für diesen Fall eine spezielle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Slide Scanners angewandt werden. Die kostenintensivsten Komponenten des Slide Scanners bilden die Scanelemente. Die Anzahl der Scanelemente wird bestimmt durch die maximale Breite des zu scannenden Objektes. Da Biopsiepräparate nun aber eine Breitenbegrenzung von 5 mm aufweisen, kann ein wesentlich günstigerer Scanner konstruiert werden, der mit einem oder höchstens zwei Zeilenscannern auskommt, um die gesamte Breite eines Biopsiepräparates abzudecken. Da Biopsienpräparate (gemessen an der Anzahl von Objektträgern) in einem pathologischen Institut 60 bis 80% der Objektträger ausmachen, ist die Entwicklung eines preiswerteren Spezialgerätes für Biopsien sinnvoll.
  • 3 zeigt schematisch die Seitenansicht des Slide Scanners. Am linken Rand der Zeichnung ist der Objektträgereinschub abgebildet. Dabei handelt es sich um einen Schacht, in den eine große Menge von Objektträgern eingelegt werden kann. Die Slides sollen dabei mit der Längsachse in Richtung des Transportweges, mit dem Ende des Codes voran und dem Abdeckplättchen nach oben zeigend eingelegt werden. Ein irrtümliches Einlegen in Querrichtung wird durch die Form des Objektträgereinschubs verhindert. Sollte der Slide irrtümlich mit dem Abdeckplättchen nach unten eingelegt werden, kann keine fehlerfreie Digitalisierung durchgeführt werden. Der Fehler kann jedoch beim Codelesen und Scanbereich detektieren durch die interne Software erkannt werden, und ein Aussortieren des Objektträgers eingeleitet werden. Ein irrtümliches Einlegen eines Slides mit dem Präparatbereich statt mit dem Code voran kann ebenfalls detektiert, und auf gleiche Weise behandelt werden. Dieser Fehler führt also nicht zu einer fehlerhaften oder fehlenden Digitalisierung. Die große Menge an Objektträgern im Einschub soll einen kontinuierlichen Betrieb des Slide Scanners gewährleisten. Der Einschub ist daher gleichsam als Vorrat zu verstehen, der vom Slide Scanner in konstanter Geschwindigkeit abgearbeitet wird. Unter dem Objektträgereinschub verläuft ein Transportband, welches einen Slide nach dem anderen in konstanter Geschwindigkeit durch die Maschine führt. Dabei liegt ein Slide immer direkt hinter dem anderen. Eine Leitschiene sorgt dafür, dass die Slides zu Beginn an eine Seitenbegrenzung geschoben werden, so dass die Slides in exakt definierter Position durch die Maschine gefahren werden. In dieser Position werden die Slides unter einem Identifikationssystem hinweggeführt, der ständig nach Codes scannt, und detektierte Codes per Datenkabel an den Rechner überträgt. Anschließend kommen die Slides unter den Scanbereich. In diesem Bereich ist der weitere Einsatz des bisherigen Transportbandes unmöglich, da die Slides hier von unten beleuchtet werden müssen. Daher werden die Slides, die durch das erste Transportband in eine exakte Position gebracht wurden, nun in seitliche Transportschienen eingefasst. Diese Schienen bieten an beiden Seiten nur eine minimale Auflagefläche (max. 0,25 mm). Der Halt der Slides wird durch Einhaltung des exakten, der Breite der Slides entsprechenden, Abstandes zwischen den Transportschienen gewährleistet. Daher muss für die Maschine auch eine Standardbreite für die Objektträger verwendet werden. Zur zusätzlichen Fixierung der Slides im Scanbereich besteht an dieser Stelle ein Unterdruck unter den Slides, so dass diese nach unten hin fest auf die Transportschienen gepresst werden. Dadurch sind die Slides in der Höhe und Lage fixiert, und bewegen sich lediglich durch Vortrieb der schmalen Transportbänder in den Transportschienen in konstanter Geschwindigkeit in Richtung des Transportweges. Der Unterdruck wird durch Abdichtung des Bereiches unter den Slides im Scanbereich und Anbringung einer Luft Ansauge Vorrichtung gewährleistet. Dies unterstützt gleichzeitig die Kühlung der Beleuchtungseinheiten, die sich in diesem Bereich befinden. Im Scanbereich befinden sich nun mehrere Scanelemente über den Slides, und in gleicher Lage unter den Slides jeweils die Beleuchtungseinheiten. Die Positionen der Scanelemente veranschaulichen die 4 und 5. Der Abstand in der Höhe zwischen Scanelementen und Slide sowie zwischen Slide und Beleuchtungseinheit bleibt, nach einer einmaligen Voreinstellung, konstant. Dadurch können diese drei Komponenten optimal auf einen Fokusbereich eingestellt werden. Dies veranschaulichet auch 7. Die Daten der Scanelemente werden per Datenkabel an den Rechner übertragen. Nach dem Scanbereich werden die Slides durch die Transportschienen wieder auf ein zweites Transportband geschoben. Dieses wiederum schiebt die Slides in das Archivierungsmodul. Das Archivierungsmodul ist eine Objektträgerkassette, in die mehrere Slides übereinander gestapelt werden. Die Kassette ist an einer vertikalen Schiene befestigt, und kann rechnergesteuert nach unten bewegt werden. Dadurch können die Slides durch den Vortrieb des Transportbandes bei gleichzeitigem Verschub der Objektträgerkassette nach unten übereinander gestapelt werden. Ist eine Kassette voll, muss sie durch einen Anwender ersetzt werden, oder durch ein weiteres Maschinenmodul automatisch ausgetauscht werden. 4 zeigt schematisch ebenfalls den kompletten Slide Scanner, allerdings in der Ansicht von oben. Der obere Teil der Figur zeigt die Maschine, der untere exemplarisch die Position einiger Slides in der Maschine. Besser als in 3 lässt sich hier die Lage des Identifikationssystems erkennen, das über dem Transportband befestigt ist. Auch wird in dieser Figur die Anordnung der Scanelemente deutlich. Diese Anordnung soll dabei jedoch nur das Grundprinzip wiedergeben. Die Scanelemente decken jeweils einen bestimmten Teil der Gesamtbreite des Objektträgers ab. Alle Scanelemente zusammen decken die gesamte Breite ab (Vergleiche hierzu auch 5). Bei der Anordnung muss dabei berücksichtigt werden, dass die Vergrößerungsoptik, die zwischen dem Objektträger und dem Detektor liegt, eine größere Fläche einnimmt. Das verhindert eine direkt angrenzende Anordnung der Scanelemente. Um dennoch auf geringer Länge alle Scanelemente unterzubringen, bietet sich eine Anordnung auf mehreren schräg zur Transportrichtung verlaufenden, parallelen Geraden an, wie in der Figur schematisch dargestellt. Da ein Objektträger der Länge nach unter den Scanelementen durchfährt, ist die Position der Scanelemente in Längsrichtung unerheblich. Es muss lediglich gewährleistet sein, dass alle gescannten Zeilen der Scanelemente demselben Objekt zugeordnet werden, und ein gemeinsamer Bezugspunkt in Längsrichtung existiert. Die Zuordnung zum Objekt kann anhand des Abstandes vom Scanelement zum Identifikationssystem, der Zeit zwischen Codelesung und Scanbeginn und der Transportgeschwindigkeit im Rechner eindeutig berechnet werden. Für den gemeinsamen Bezugspunkt in Längsrichtung wird der Trennbalken eingeführt, der jeweils am Ende eines jeden Objektträgers aufgebracht ist (Vergleiche 1 und 2). Der Trennbalken ist ein schwarzer Balken mit der Breite 1 mm, der über die gesamte Breite eines Objektträgers geht. Dieser Balken kann mit einfachen Mitteln der Bildverarbeitung von der Software, die die Signale der Scanner verarbeitet, erkannt werden. Zwischen den Trennbalken und dem Präparatbereich liegt der Bereich mit dem aufgeprägten Code. Das heißt, es wird eine feste Distanz gewählt, nach der die Software die Signale des Scanners nach der Detektion eines Trennbalkens abspeichern soll. Diese Strecke entspricht nach 1 und 2 17 mm. Danach werden wieder für eine feste Distanz (Nach 1 und 2 sind dies 46 mm) die Signale gespeichert. Dann wird das Speichern wieder unterbrochen, bis für den nächsten Objektträger der nächste Trennbalken detektiert wurde. Auf diese Weise werden tatsächlich nur die Signale gespeichert, die auch den Präparatbereich abbilden, und zwar unabhängig von der Lücke zwischen zwei Objektträgern. Die untere Hälfte von 4 zeigt schematisch die Präparate an bestimmten Positionen innerhalb des Slide Scanners.
  • 5 veranschaulicht noch einmal, wie mit den Scanelementen ein Objektträger abgedeckt wird. Die Scanelemente sind Zeilenscanner, und scannen bei jedem einzelnen Scanvorgang immer genau einen bestimmten Teil der Breite (also der Spaltenrichtung) eines Objektträgers. Pro Scanvorgang entsteht also eine Pixelreihe, die auf dem Objektträger einem Teil einer Spalte entspricht. Jedes Scanelement scannt kontinuierlich, während die Transportschienen den Objektträger unter den Scanelementen voran schieben. Dadurch scannt ein Scanelement benachbarte Spalten eines Objektträgers, immer in der gleichen Breitenbegrenzung. Zusammengenommen ergeben also alle Spalten eines Scanelements eine Reihe von vollständigen Zeilen eines Objektträgers. Alle Zeilen aller Scanelemente decken somit das gesamte Präparat ab. Aus der Anordnung der Scanelemente wird allerdings deutlich, dass die Spalten nicht gleichzeitig begonnen und beendet werden. Durch das Identifikationssystem und den Trennbalken, der aufgrund der Sichtbarkeit in jeder Breitenbegrenzung von jedem Scanelement erkannt werden kann, ist jedoch trotzdem eine Zuordnung zum Objektträger möglich. Allerdings kann das zu erzeugende Digitalbild eines Objektträgers erst dann vollends zusammengesetzt werden, wenn der (bezogen auf die Transportrichtung) vorderste Scanner die hinterste Spalte des Präparates aufgezeichnet hat. Dies wird von der Software des Rechners bewältigt. Weiterhin ist zu bedenken, dass während noch die hinteren Bereiche eines Präparates aufgezeichnet werden, bereits auch Daten der vorderen Bereiche des nächsten Präparates von den hinteren Scannern ankommen. Diese Daten müssen von der Software des Rechners richtig zugeordnet werden, was aber rechnerisch leicht lösbar ist.
  • 6 veranschaulicht ein einzelnes Scanelement. Ein Scanelement besteht aus einem Objektiv (also einer konvexen Linse), und einer CCD-Detektorzeile. Das Objektiv bewirkt eine Erhöhung der Scanauflösung. Gleichzeitig hat es aber zur Folge, dass der Scanbereich auf dem Objekt um den Faktor der Vergrößerung kleiner ist als der CCD-Detektor. Wenn ein CCD-Zeilendetektor beispielsweise 40 mm abdeckt, aber eine 5-fach Vergrößerungsoptik zwischengeschaltet ist, dann kann mit diesem Scanelement nur ein Bereich von 8 mm auf dem Präparat gescannt werden. Dadurch wird auch deutlich, dass ein Scanelement einen größeren Bereich einnimmt, als den Bereich, den es auf dem Präparat scannt. Durch dieses große Volumen der einzelnen Scanelemente können diese nicht unmittelbar nebeneinander platziert werden. Daher die komplizierte Anordnung der Scanelemente wie in 4 oder 5.
  • 7 zeigt den Fokusbereich der Präparate. Die Objektträger und Abdeckplättchen (Vergleiche 1 und 2), die im Slide Scanner verwendet werden, haben ungefähr festgelegte Maße. Ein Objektträger hat eine Dicke von ca. 1000 μm, ein Abdeckplättchen von ca. 150 μm. Ein Schnitt (also ein Präparat) hat üblicherweise eine Dicke von 2 bis 4 μm. Da die Präparate hintereinander durch den Slide Scanner gefahren werden, und jeweils eine unterschiedliche Dicke aufweisen können, muss ein Bereich festgelegt werden, der für den Scanner scharf abgebildet wird (Fokusbereich). Um für jede mögliche Präparatdicke immer ein scharfes Bild zu bekommen, wird der Fokusbereich bei ca. 1 μm festgelegt. Das bedeutet, die scharf abgebildete Ebene liegt 1 μm über dem Objektträger. Ist ein Präparat nun wesentlich dicker, so wird eben nicht die mittlere, sondern eher die untere Ebene scharf abgebildet. Es ist für die Helligkeit und Bildqualität aber unerheblich, ob über der scharfen Ebene nach einige μm Präparat liegen. Es soll mit dem erfindungsgemäßen Slide Scanner jedoch auch möglich sein, den Fokusbereich selbst voreinzustellen. Dies macht beispielsweise Sinn, wenn ausschließlich besonders dicke (beispielsweise 20 μm) Präparate gescannt werden, die vielleicht sogar noch in einer oberen Ebene scharf abgebildet werden sollen. In diesem Fall können die Scanner auf einen anderen Fokusbereich eingestellt werden.
  • Zur genaueren Erklärung wird noch einmal auf das Transportband eingegangen. Hierbei muss zwischen den Transportbändern von Objektträgereinschub bis zum Scanbereich und vom Scanbereich bis zum Archivierungsmodul, und dem Transportband im Scanbereich unterschieden werden. Für die ersten beiden Transportbänder gelten keine hohen Genauigkeitsanforderungen in Bezug auf die Lage der Präparate im Raum, denn das Identifikationssystem bedarf keiner hohen Positionierungsgenauigkeit für eine erfolgreiche Detektion des Codes. Gleiches gilt für das Archivierungsmodul. Anders jedoch ist dies für das Transportband im Bereich der Scanelemente. Hier muss eine exakte Positionierung in Transportrichtung und orthogonal dazu erzielt werden, denn die Zeilenscanner sollen genau die Spaltenrichtung des Bildes erzeugen. Die Anordnung der Scanelemente und die Erzeugung des Bildes im Rechner basieren auf diesem Grundprinzip. Auch die Position in der Höhe muss äußerst exakt sein, denn der Abstand zwischen Präparat und Scanelement ist die Brennweite und entscheidet damit über die Fokusebene. Die Höhenpositionierung muss daher im Bereich unter einem μm exakt sein. Eine weitere Anforderung im Scanbereich ist der gleichzeitige freie Zugang des Präparatbereiches von oben und unten, denn direkt über dem Objektträger befinden sich die Scanelemente und direkt darunter die Beleuchtungseinheiten. Um alle drei Forderungen zu erfüllen, werden im Scanbereich statt eines Transportbandes Transportschienen mit integrierten Bändern eingesetzt. Diese fassen einen Objektträger von beiden Seiten ein, mit einer Auflagefläche von maximal 0,25 mm auf beiden Seiten. Dadurch wird der Präparatbereich auf dem Objektträger nicht überdeckt. Das Präparat wird mit geringem Druck zwischen den Transportschienen eingespannt, um eine sichere und feste Lage zu gewährleisten. Zur Gewährleistung der Lagefestigkeit in Höhenrichtung soll unter den in die Transportschiene eingespannten Objektträgern mit einer Saugvorrichtung ein leichter Unterdruck erzeugt werden, der dafür sorgt, dass die Objektträger mit leichtem Druck auf die Transportschienen gepresst werden, und so ihre Höhenlage exakt beibehalten. Dafür ist es natürlich nötig, dass der Raum unter den Transportschienen im Scanbereich möglichst gut abgedichtet ist, um so einen Unterdruck mit geringem technischen Aufwand halten zu können.
  • Als Abschätzung der Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Systems dient folgendes exemplarisches Rechenbeispiel, nachzuvollziehen anhand 8: Gescannt werden soll ein Präparat in der Größe 40 × 24 mm2. Die Auflösung soll so hoch sein, dass das Bild bei 400-facher Vergrößerung immer noch mit einem Punktabstand von 0,26 mm auf dem Monitor dargestellt werden kann. Demnach sollen also (1/0,26) × 400 = 1539 Pixel pro mm gescannt werden. Zum Vergleich wurde dieser Scan mit einem Mikroskop mit rechnergesteuertem Scanningtisch durchgeführt. Dabei wird der Objektträger, abhängig von der verwendeten Kamera, in mehreren Teilbildern aufgenommen, die anschließend zu einem Bild zusammengesetzt werden. Für die Aufnahme eines jeden Teilbildes muss der Scanningtisch verschoben werden. Für die geforderte Auflösung bei der genannten Präparatgröße wurden ca. 8500 Teilbilder benötigt. Der Scanvorgang dauerte ca. 8 Stunden. Für das erfindungsgemäße System wird exemplarisch die Dauer beim Einsatz folgender Scanner für die gleiche Präparatgröße und geforderte Auflösung berechnet. Als Zeilenscanner nehmen wir beispielsweise den Typ „SUK 45" der Firma „Schäfter und Kirchhoff Hamburg". Dieser Zeilenscanner hat einen Pixelabstand von 8 μm. Für die geforderte Auflösung ist daher ein Objektiv mit der Vergrößerung 12,3-fach in jedem Scanelement notwendig. Um mit diesen Scanelementen die gesamte Breite des Präparats (24 mm) abzudecken, sind 14 Scanelemente notwendig. Die Zeilenfrequenz des Detektors beträgt 2470 Hertz. Damit würde der Scan dieses Objektträgers ca. 25 Sekunden in Anspruch nehmen. Dies wäre 1150-mal schneller als mit dem Mikroskop mit Scanningtisch. Und eine Einrichtung, die beispielsweise 2000 Objektträger am Tag zu scannen hat (wie ein mittelgroßes pathologisches Institut), brauchte 14 Stunden, um alle Objektträger zu scannen. Wenn das Gerät also unterbrechungsfrei im Einsatz wäre, würde eines Ausreichen, um den Tagesbedarf zu decken. 9 verdeutlicht das Verfahren zur Kalibrierung des Systems. Das erfindungsgemäße Gerät ist ein aufwendiges System mit mechanischen und optischen Komponenten, die extrem genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Eine starke Erschütterung oder der Transport des Geräts können zu einer Fehlstellung von Komponenten führen, die durch Kalibrierung kompensiert werden muss. An Fehlstellungen sind insbesondere die Folgenden denkbar:
    • – fehlende Symmetrie einer Detektorachse orthogonal zur Transportrichtung. Verdrehung in drei Raumwinkeln.
    • – Verschub einer Detektorachse zu den anderen. Verschub in drei Raumrichtungen.
    • – fehlende Symmetrie einer Beleuchtungsachse mit einer Detektorachse. Verdrehung in drei Raumwinkeln.
    • – Verschub einer Beleuchtungsachse zu den anderen. Verschub in drei Raumrichtungen.
    • – Transportgeschwindigkeit ist nicht an die Zeilenfrequenz der Zeilenscanner angepasst.
    • – Die Zeilenscanner überlappen oder lassen Lücken.
  • 9 zeigt die möglichen Rotationen und Translationen eines Detektors. In gleicher Weise können Fehlstellungen bei einer Beleuchtungseinheit entstehen.
  • 10 und 11 zeigt die Auswirkung von bestimmten Fehlstellungen auf das gescannte Bild eines Testobjektträgers (Testslide). Die bezeichneten Winkel und Verschieberichtungen entsprechen den Bezeichnungen aus 9. Als Testslide dient ein Glasobjektträger mit parallelen schwarzen Strichen in Quer- und Längsrichtung. Der Einfachheit halber wurden hier gleich dicke Striche in gleichem Abstand zueinander dargestellt. In der Praxis mag eine andere Zusammensetzung aus Quer- und Längslinien sinnvoller sein. Die schematisch dargestellten gescannten Bilder bei bestimmten Fehlstellungen basieren auf einem gedachten Modell aus drei Zeilenscannern, wobei der mittlere Scanner, bzw. dessen Beleuchtungseinheit, die Fehlstellung aufweist. Im Folgenden wird jede dargestellte Auswirkung einer Fehlstellung näher erläutert: Bei einem sauber kalibrierten System soll das gescannte Bild des Testslides genau dem Testslide entsprechen. Liegt eine Verdrehung eines Detektors um alpha vor, so sind die gescannten Linien in der richtigen Lage, aber die Horizontalen sind verkürzt abgebildet und gestreckt. Liegt eine Verdrehung um Beta vor, so sind die gescannten Linien in Längsrichtung nach links oder rechts verschoben und horizontal leicht gestreckt. Bei einer Verdrehung um gamma erscheinen die Linien ebenfalls verdreht, und zwar wie die Verdrehung des Detektors selbst. Ein Verschub eines Detektors um x wirkt sich durch einen Verschub der Linien nach links oder rechts in Längsrichtung aus. Liegt ein Verschub in y-Richtung vor, so erscheinen die horizontalen Linien nach unten oder oben verschoben. Ein Verschub in z-Richtung führt zu einer unscharfen Abbildung der Linien aufgrund der veränderten Brennweite.
  • Die 11 zeigt die Auswirkungen auf das gescannte Bild bei Fehlstellungen der Beleuchtungseinheit. Ist diese um den Winkel alpha gedreht, so erscheint der Bereich um die Linien dunkler, da weniger Licht durch das Präparat scheint (in der Figur schematisch dargestellt). Liegt eine Verdrehung um beta vor, so erscheint der Bereich um die Linien ebenfalls dunkler. Zudem kann ein Schatteneffekt eintreten. Eine Verdrehung um gamma kann dazu führen, dass der obere und untere Teil eines Detektors überhaupt kein Licht mehr empfängt, und der Bereich daher schwarz erscheint. Ein Verschub der Beleuchtungseinheit in x-Richtung hat ebenfalls einen schwarzen Bereich im oberen oder unteren Teil eines Detektors zur Folge. Ein Verschub in y-Richtung führt dazu, dass überhaupt kein Licht den Detektor erreicht (ein geringer Verschub verringert das Licht lediglich). Der gesamte Bereich erscheint schwarz. Bei einem Verschub in z-Richtung ist eine schwächere Beleuchtung und damit ein dunklerer Bereich um die Linien zu erwarten.
  • Eine weitere fehlerhafte Einstellung des Systems stellt die Anpassung der Transportgeschwindigkeit an die Zeilenfrequenz dar. Dies führt zu einem Schatteneffekt in horizontaler Richtung.
  • Schließlich muss eine Überlappung der Scanzeilen beseitigt werden. Die Anzahl überlappender Pixel kann durch einfache Mittel der Bildverarbeitung detektiert werden. Liegt eine Überlappung vor, so kann diese durch Verschub des Scanelements in y-Richtung beseitigt werden, bzw. durch Berücksichtigung der Überlappung beim nachfolgenden Bildausbau im Rechner, bei dem dann die überlappenden Zeilen einfach ausgelassen werden. Die Auswirkungen der Fehlstellungen auf das gescannte Bild des Testslides sind für die jeweilige Fehlstellung jeweils typisch. Es ist daher gut möglich, den Vorgang der Kalibrierung zu automatisieren. Dazu wird der Testslide in das System eingelegt, und der Kalibrierungsprozess gestartet. Der Slide wird dazu einmalig gescannt, und das gescannte Bild mittels einer Bildverarbeitungssoftware auf die möglichen, durch Fehlstellungen verursachten, Abweichungen untersucht. Durch Detektion der Art der Abweichung und der Lage im Bild kann bestimmt werden, welcher Detektor oder welche Beleuchtungseinheit in welcher Art und um welchen Betrag falsch eingestellt ist. Die Einstellung wird dann automatisch korrigiert, und der Testslide wird erneut eingeführt. In einem iterativen Vorgang wird dieser Prozess wiederholt, bis die Abweichungen hinreichend minimiert wurden. Da in einem Durchgang aufgrund der verschiedenartigen Auswirkungen der Fehlstellungen und der geringen Korrelation der Auswirkungen miteinander alle Fehlstellungen aller Beleuchtungseinheiten in einem Durchgang, sowie alle Fehlstellungen aller Detektoren sowie die Transportgeschwindigkeit in einem weiteren Durchgang kalibriert werden können, sollte die gesamte Kalibrierung inklusive eines Kontrolldurchlaufs mit drei Scanvorgängen zu bewältigen sein. In seltenen Fällen wäre ein weiterer Iterationsschritt mit weiteren drei Durchläufen nötig.

Claims (16)

  1. Slide Scanner zur Digitalisierung von Objektträgern mit a. einem Gerät zur automatischen Zuführung von Objektträgern in den Scanner; b. einem Transportband zur automatischen Führung der Objektträger durch das Gerät; c. einer maschinellen Sortiervorrichtung zur Ablage fertig gescannter Objektträger in ein Archiv; d. einem Identifikationssystem zur Detektion einer eindeutigen Codierung eines Objektträgers; e. mindestens einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Präparate während des Scanvorgangs; f. mindestens einem Scanelement bestehend aus einem Objektiv und einem CCD-Detektor; g. Mitteln zur Übertragung der digitalen Bilddaten der Scanelemente in einen zentralen Rechner; h. einem Computersystem zur Verwaltung der eingehenden digitalen Bilddaten, zum Zusammenfügen der Daten zu einem Gesamtbild und Anbringen von Zusatzinformationen wie dem Barcode an das Bild und zur Übertragung der fertigen Digitalbilder an ein Serversystem, dadurch gekennzeichnet, dass so viele Scanelemente orthogonal zur Transportrichtung nebeneinander oder quer versetzt angeordnet sind, dass zusammengenommen die gesamte Breite eines Objektträgers während eines Durchlaufs in Transportrichtung vollständig digitalisiert werden kann.
  2. Slide Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Transportbandes so exakt auf die Zeilenfrequenz der Scanelemente eingestellt werden kann und so konstant läuft, dass der Scanvortrieb in Transportrichtung als konstante, fließende Bewegung ohne Bewegungsunterbrechung des Transportbandes möglich wird.
  3. Slide Scanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Scanner ein Identifikationssystem geschaltet ist, das einen auf dem Objektträger aufgebrachten Code liest und die detektierten Informationen an den Rechner zur Anbringung der Daten an die Bildinformationen oder Archivierung der Dateien weitergibt.
  4. Slide Scanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Einschub für Objektträger beinhaltet, in den mehrere Objektträger eingelegt werden können, die dann nacheinander automatisch auf das Transportband und damit in den Scanner geführt werden.
  5. Slide Scanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät einen Mechanismus beinhaltet, der die Lage von auf das Transportband gelegten Objektträgern selbstständig erkennt und falls nötig aussortiert.
  6. Slide Scanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät einen Mechanismus beinhaltet, der die Objektträger nach Abschluss des Scanvorgangs sortiert und in handliche Sortierfächer legt, die in ein Archiv gestellt werden können.
  7. Slide Scanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eine Beleuchtungseinheit enthält, die den jeweils aktuell gescannten Präparatausschnitt vom unten derart beleuchtet, dass im CCD-Detektor ein scharfes, helles Bild des Präparates ankommt.
  8. Slide Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanbereich in Zeilenrichtung statt über 24mm nur über 4mm geht, um so ein billigeres Gerät mit weniger Scanelementen zu erhalten, welches speziell zum Scannen von Biopsieproben konzipiert ist.
  9. Slide Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät einen Rechner beinhaltet, auf den die Daten des Identifikationssystems und der Scanelemente übertragen werden.
  10. Slide Scanner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner eine Software beinhaltet, die die Daten des Identifikationssystems und der Scanelemente zu einem Gesamtbild mit zusätzlichen Bildinformationen zusammenfügt, und in einer Datenbank ablegt.
  11. Slide Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokusebene variabel eingestellt werden kann, so dass der Fokus auf Präparate mit verschiedenen Schichtdicken adaptiert werden kann.
  12. Slide Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierenden Gesamtbilder im DICOM-Format in der Datenbank abgelegt werden.
  13. Slide Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass System eine Fehlstellung eines Objektträgers nach Erkennung durch mechanische Komponenten korrigiert wird, bevor es in den Scanbereich gelangt.
  14. Slide Scanner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine Transportschiene benutzt wird, mit der die Objektträger durch das gesamte System geführt werden.
  15. Verfahren zur Kalibrierung des Slide Scanners, wobei a. Ein Testsude mit parallelen horizontalen und vertikalen Linien durch den Slide Scanner geführt wird,
  16. Ein Rechnersystem das gescannte Bild des Testsudes übertragen bekommt und mittels einer Bildverarbeitungssoftware auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Geometrie des Testsudes und die von der Bildverarbeitungssoftware detektierten Abweichungen auf dem gescannten Bild die Art einer Fehlstellung, der betroffene Detektor und/oder die betroffene Beleuchtungseinheit und der Betrag der Fehlstellung errechnet werden kann, und somit automatisch korrigiert werden kann.
DE2002136417 2002-08-05 2002-08-05 Slide Scanner-Vorrichtung und Verfahren Withdrawn DE10236417A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002136417 DE10236417A1 (de) 2002-08-05 2002-08-05 Slide Scanner-Vorrichtung und Verfahren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2002136417 DE10236417A1 (de) 2002-08-05 2002-08-05 Slide Scanner-Vorrichtung und Verfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10236417A1 true DE10236417A1 (de) 2004-02-19

Family

ID=30469602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002136417 Withdrawn DE10236417A1 (de) 2002-08-05 2002-08-05 Slide Scanner-Vorrichtung und Verfahren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10236417A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006099907A1 (de) * 2005-03-19 2006-09-28 Microm International Gmbh Vorrichtung zur handhabung und sortierung mikrotomierter gewebeproben
WO2006119826A1 (de) * 2005-05-06 2006-11-16 Microm International Gmbh Vorrichtung zur handhabung und zuordnung mikrotomierter gewebeproben
DE102006014043A1 (de) * 2006-03-27 2007-10-04 OCé PRINTING SYSTEMS GMBH Verfahren und Vorrichtung zum Archivieren von Druckbildern
DE102007042138A1 (de) 2007-09-05 2009-03-12 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Verfahren und Einrichtung zur automatischen Probenzuführung
DE102007059973A1 (de) * 2007-12-11 2009-06-18 Medical Laserrent E.K. Verfahren und Identifikatorsystem zur Zuordnung von Fotodokumenten zu einem Patienten

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006099907A1 (de) * 2005-03-19 2006-09-28 Microm International Gmbh Vorrichtung zur handhabung und sortierung mikrotomierter gewebeproben
WO2006119826A1 (de) * 2005-05-06 2006-11-16 Microm International Gmbh Vorrichtung zur handhabung und zuordnung mikrotomierter gewebeproben
US7964141B2 (en) 2005-05-06 2011-06-21 Microm International Gmbh Apparatus for handling and classifying microtomized tissue samples
DE102006014043A1 (de) * 2006-03-27 2007-10-04 OCé PRINTING SYSTEMS GMBH Verfahren und Vorrichtung zum Archivieren von Druckbildern
DE102007042138A1 (de) 2007-09-05 2009-03-12 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Verfahren und Einrichtung zur automatischen Probenzuführung
DE102007059973A1 (de) * 2007-12-11 2009-06-18 Medical Laserrent E.K. Verfahren und Identifikatorsystem zur Zuordnung von Fotodokumenten zu einem Patienten

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE202011110651U1 (de) Digitalmikroskop
DE60033923T2 (de) System und verfahren zur automatischen verarbeitung von gewebeproben
DE69427785T2 (de) Optischer Kodierungsleser
EP3156967B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erstellen einer mikroskopiepanoramadarstellung
DE60312754T2 (de) Mikroskopischen Abbildungssystem und Methode zur Datenerfassung
DE60305779T2 (de) Mikroskop
DE102012110376B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ordnen von Codekandidaten in einem Bild für Dekodierversuche
DE102007010225B4 (de) Verfahren zur Aufnahme von hochauflösenden Bildern von Defekten auf der Oberseite des Waferrandes
EP1645839B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung von bewegten Objekten
EP2920577B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur mikroskopie einer vielzahl von proben
US20090046192A1 (en) Automated digital image recording system for and method of digitizing slides
DE3519986A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum pruefen von gedruckten verdrahtungskarten auf fehler
DE102012214664B4 (de) Objektträger mit Bezugspunkten
EP2581863A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Zusammenstellen von Instrumentensets
EP2546776A1 (de) Kamerabasierter Codeleser und Verfahren zu dessen justierter Herstellung
EP2130087A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum mikroskopischen untersuchen einer probe, computerprogramm und computerprogrammprodukt
AT405463B (de) Computerunterstütztes video-mikroskop
DE202006020599U1 (de) Optische Erfassung von bewegten Objekten und Vorrichtung
DE10222119A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Positionieren eines zu bedruckenden Substrats
DE102005042214A1 (de) Aufnahme- und Übergabestation für eingedeckte Objektträger
EP3507035A1 (de) Biegemaschine mit einer arbeitsbereich-bilderfassungsvorrichtung und verfahren zur darstellung eines arbeitsbereichs
DE112019004942T5 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung einer Probe eines digitalen Schnittscanners
DE10013344A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Führen eines Laserstrahls über ein Objekt
EP0708325A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion von Gegenständen, insbesondere von Flaschen
DE102014202860B4 (de) Bereitstellen von Probeninformationen mit einem Lasermikrodissektionssystem

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee