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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausführen von Interaktionen an sich
räumlich
und zeitlich veränderten
mikroskopischen Objekten. Interaktion bedeutet dabei das Ausführen von
Manipulationen an den mikroskopischen Objekten. Ein Beispiel für Interaktionen
ist die gezielte Beleuchtung von Positionen innerhalb des Objekts
mit elektromagnetischer Strahlung. Bei der Manipulation des Objekts
kann es sich z. B. um ein gezieltes Bleichen von Farbstoffen, eine
gezielte Photoaktivierung von Farbstoffen oder einen Cage-Compound-Release
in einem bestimmten Bereich des mikroskopischen Objekts handeln
(z. B. ein Zellkern).
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Beobachtung
und Manipulation von sich räumlich
und zeitlich veränderten
mikroskopischen Objekten. Im besonderen umfasst das System ein konfokales
Scanmikroskop, das einen Beleuchtungslichtstrahl über ein
Objekt führt,
mehrere Detektoren, die aus dem vom Objekt ausgehenden Licht Intensitäten aus
unterschiedlichen Spektralbereichen ermitteln, eine Verarbeitungseinheit,
einen PC, eine Eingabeeinheit und ein Display.
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Es
existieren zahlreiche Verfahren zum Ausführen von Interaktionen an biologischen
Objekten. Dabei ist jedoch zu beachten, dass diese biologischen
Objekte ruhen oder sich wenig zeitlich und räumlich ändern. Eine Auswertung von
Daten sich zeitlich und räumlich ändernder
mikroskopischer Objekte konnte bisher nicht zufriedenstellend durchgeführt werden.
Dies gilt auch für
die
DE 101 43 441
A1 , aus der zwar ein Verfahren und ein Mikroskopsystem zur
Beobachtung dynamischer Prozesse bekannt ist, jedoch betrifft dieses
das Gebiet von Langzeituntersuchungen. Hier geht es darum, aufgrund
der langen Zeitdauer der Beobachtung die Datenmenge zu begrenzen,
um dadurch nur wenig Speicherplatz zu benötigen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausführen von
Interaktionen an sich räumlich
und zeitlich verändernden
mikroskopischen Objekten zu schaffen, und dabei unabhängig von
der Bewegung der mikroskopischen Objekte eine gezielte Interaktion
an den ausgewählten
Bereichen bzw. Positionen innerhalb des mikroskopischen Objekts
gewährleisten
zu können.
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Die
objektive Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs
1 aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein System zum Ausführen von
Interaktionen an sich räumlich
und zeitlich verändernden
mikroskopischen Objekten zu schaffen, und dabei unabhängig von
der Bewegung der mikroskopischen Objekte eine gezielte Interaktion
an den ausgewählten
Bereichen bzw. Positionen innerhalb des mikroskopischen Objekts gewährleisten
zu können.
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Die
objektive Aufgabe wird durch ein System gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs
7 aufweist.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass zunächst mit einem Mikroskop ein
Bild einer Probe erzeugt wird, wobei das Bild mindestens ein mikroskopisches Objekt
umfasst. Anhand des Bildes wird interaktiv durch den Benutzer mindestens
ein virtuelles Bezugsobjekt definiert. Dieses Bezugsobjekt definiert eine
diskrete Punktemenge von Interaktionsorten, zusammenhängende Regionen
von Interaktionsorten oder lokale Koordinatensysteme, die in die Schwerpunkte
der abgebildeten Objekte gelegt werden. Durch diesen Schritt wird
mindestens eine Region oder mehrere Positionen im Objekt bestimmt.
Mit dem Mikroskop wird eine Folge von Bildern aufgenommen und aus
diesen Bildern wird ein optischer Fluss berechnet. Dieser optische
Fluss beschreibt die Bewegung der Grauwerte aus einem Bild in das nächste. Der
aus der Folge der Bilder errechnete optische Fluss wird auf die
Menge vordefinierter virtueller Bezugsobjekte wie kartesisches Koordinatensystem,
Region oder Positionen im Objekt angewandt. Schließlich erfolgt
das Ausführen
der Interaktionen auf den durch den optischen Fluss geänderten
virtuellen Bezugsobjekten und somit in einem geänderten Koordinatensystem,
einer geänderten
Region oder den geänderten
Positionen im sich zeitlich und räumlich verändernden mikroskopischen Objekt.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Interaktion an dem
vom Benutzer gewünschten
Ort trotz Eigenbewegung oder Deformation des mikroskopischen Objekts,
durchgeführt
wird.
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Die
Interaktion wird im Rahmen dieser Schrift als die gezielte Manipulation
des Objekts an mindestens einer Position des Objekts definiert.
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Beispiele
für die
Gewinnung von Messdaten sind die Gewinnung von Intensitätsparametern
durch Aufnahme oder Berechnungen wie Mittelwert, Maximum, Varianz
oder beliebige Momente der Intensitätsverteilung innerhalb einer
Region. Die Gewinnung von Messdaten kann auch die Gewinnung von Geometriedaten,
wie z. B. Schwerpunkt, Oberfläche, Umfang,
Volumen einer markierten Region oder die Bewegung des Schwerpunkts
der markierten Region sein, die sich unter dem Einfluss des Flussfeldes
verändern.
Weitere Klassen von Messwerten ergeben sich aus der Detektion von
Kollisionen markierter Objekte unter der Einwirkung des Flussfeldes.
Diese Messdaten werden durch das Verfahren in geeigneter Form extrahiert
und stehen im Nachhinein einer Visualisierung sowie einer rechnergesteuerten
Datenanalyse zur Verfügung.
Weitere Beispiele für
Interaktionen ist die gezielte Beleuchtung von Positionen innerhalb
des Objekts mit elektromagnetischer Strahlung.
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Bei
der Manipulation des Objekts kann es sich z. B. um ein gezieltes
Bleichen von Farbstoffen, eine gezielte Photoaktivierung von Farbstoffen
oder einen Cage-Compound-Release in einem bestimmten Bereich des
mikroskopischen Objekts handeln (z. B. ein Zellkern). Ebenfalls
kann die Manipulation des mikroskopischen Objekts das Schneiden
oder Ausschneiden der bestimmten Region oder Positionen des Objekts
umfassen. Dabei ist es besonders wichtig, dass man die Bewegungen
und die zeitliche Veränderung
des Objekts miterfasst, um das mikroskopischen Objekt an der richtigen
und auch gewünschten Stelle
zu schneiden oder auch zu manipulieren. Als Interaktion wird somit
die gezielte Manipulation des Objekts in einem ausgewählten Bereich
oder an ausgewählten
Positionen des mikroskopischen Objekts definiert.
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Die
Erfindung wird im folgenden am Beispiel eines konfokalen Mikroskops
beschrieben, wobei dem Fachmann klar ist, daß dieselbe Technologie auch
auf andere Mikroskopiearten angewandt werden kann. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung können
den Unteransprüchen
entnommen werden.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Scanmikroskops,
wobei den Detektoren ein SP Modul nachgeschaltet ist;
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2 eine
Ausführungsform
der Auswahl eines mikroskopischen Objekts;
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3 eine
weitere Ausführungsform
der Auswahl eines mikroskopischen Objekts;
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4 eine
graphische Darstellung der Bewegung des Objekts im kartesischen
Koordinatensystem;
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5 eine
graphische Darstellung der Bewegung eines Objekts, wobei ein kartesisches
Koordinatensystem im Schwerpunkt des Objekts festgelegt ist und
bei der Bewegung des Objekts mitbewegt wird;
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6 eine
schematische Darstellung der Ermittlung des Verschiebungsvektorfeldes;
und
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7 eine
schematische Darstellung eines Teilbereichs einer weiteren Ausführungsform
des Mikroskopsystems, wobei verschiedene Stellelemente vorgesehen
sind.
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In 1 ist
das Ausführungsbeispiel
eines konfokalen Scanmikroskops 100 schematisch gezeigt.
Obwohl hier ein konfokales Scanmikroskop 100 dargestellt
ist, soll es nicht als Beschränkung
der Erfindung aufgefasst werden. Es ist ebenso denkbar, den Gegenstand
der Erfindung auch mit einem konventionellen Mikroskop zu realisieren.
Der von mindestens einem Beleuchtungssystem 1 kommende Beleuchtungslichtstrahl 3 wird
von einem Strahlteiler oder einem geeigneten Umlenkmittel 5 zu
einem Scanmodul 7 geleitet. Bevor der Beleuchtungslichtstrahl 3 auf
das Umlenkmittel 5 trifft, passiert dieser ein Beleuchtungspinhole 6.
Das Scanmodul 7 umfasst einen kardanisch aufgehängten Scanspiegel 9, der
den Beleuchtungslichtstrahl 3 durch eine Scanoptik 12 und
ein Mikroskopobjektiv 13 hindurch über bzw. durch eine Probe 15 führt. Der
Beleuchtungslichtstrahl 3 wird bei nicht transparenten
Proben 15 über
die Probenoberfläche
geführt.
Bei biologischen Proben 15 oder transparenten Proben kann
der Beleuchtungslichtstrahl 3 auch durch die Probe geführt werden.
Zu diesen Zwecken werden nichtleuchtende Präparate gegebenenfalls mit einem
geeigneten Farbstoff präpariert
(nicht dargestellt, da etablierter Stand der Technik). Die in dem
Objekt vorhandene Farbstoffe werden durch den Beleuchtungslichtstrahl 3 angeregt
und senden Licht in einem ihnen eigenen charakteristischen Bereich
des Spektrums aus. Dieses von der Probe 15 ausgehende Licht
definiert einen Detektionslichtstrahl 17. Dieser gelangt
durch das Mikroskopobjektiv 13, die Scanoptik 12 und über das
Scanmodul 7 zum Umlenkmittel 5, passiert dieses
und gelangt über
ein Detektionspinhole 18 auf mindestens eine Detektoreinheit 19.
Die z. B. als Photomultiplier ausgeführt ist. In dem hier dargestellten
System des Scanmikroskops 100 ist dem Detektor 19 ein
SP-Modul 20 vorgeschaltet.
Mit dem SP-Modul 20 kann der Benutzer den geeigneten Bereich
zur Detektion auswählen
und gegebenenfalls auf entsprechende Detektoren richten. Es ist
dem Fachmann klar, dass auch andere Detektoren, wie z. B. Dioden,
Dioden-Arrays, APDs, Photomultiplier-Arrays, CCD-Chips oder CMOS-Bildsensoren
eingesetzt werden können.
Der von der Probe 15 ausgehende bzw. definierte Detektionslichtstrahl 17 ist
in 1 als gestrichelte Linie dargestellt. Im Detektor 19 werden
elektrische, zur Leistung des von der Probe 15 ausgehenden
Lichtes, proportionale Detektionssignale erzeugt. Da, wie bereits
oben erwähnt, von
der Probe Licht nicht nur einer Wellenlänge ausgesandt wird, ist es
sinnvoll vor der mindestens einen Detektionseinheit 19 das
SP-Modul 20 vorzusehen. Die von dem Detektor 19 oder
den Detektoren erzeugten Daten werden an ein Rechnersystem 23 weitergegeben.
Dem Rechnersystem 23 ist mindestens ein Peripheriegerät 27 zugeordnet,
das z. B. als Display ausgebildet ist. Mit dem Display 27 werden dem
Benutzer die von den Detektoren aufgenommenen und an das Rechnersystem 23 gelieferten
Daten der Probe 15 bildlich dargestellt. Die bildliche
Darstellung der Probe 15 umfasst mindestens ein mikroskopisches
Objekt 30. Ferner ist dem Rechnersystem 23 ein
Eingabemittel zugeordnet, das z. B. aus einer Tastatur 28 einer
Einstellvorrichtung 29 für die Komponenten des Mikroskopsystems
und einer Maus 25 besteht. Mit der Maus 25 kann
z. B. der Benutzer das mikroskopische Objekt 30 auswählen, um
an dem ausgewählten
Objekt 30 entsprechende Manipulationen durchführen zu
können.
Neben der Auswahl des gesamten mikroskopischen Objekts 30,
kann der Benutzer auch einzelne Positionen 630 bzw.
Pixel im Bild der Probe 15 auswählen, um aufgrund dieser ausgewählten Positionen
gezielte Manipulationen bzw. Interaktionen durchführen zu
können.
Das mikroskopische Objekt kann auch ohne direktes Markieren durch
den Benutzer mittels automatischer Bildverarbeitungsalgorithmen
ausgewählt
werden. Diese Bildverarbeitungsalgorithmen sind aus dem Stand der
Technik hinlänglich
bekannt.
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In 2 ist
eine Ausführungsform
für die Auswahl
eines mikroskopischen Objekts innerhalb der Probe 15 dargestellt.
Die vom Scanmikroskop 100 aufgenommenen Daten der Probe 15 sind
auf dem Display 27 in bildlicher bzw. graphischer Form dargestellt.
Das Bild der Probe 15 umfasst mehrere mikroskopische Objekte 30.
Von den mikroskopischen Objekten 30 kann durch den Benutzer
mindestens ein mikroskopisches Objekt 30 ausgewählt werden.
Die Auswahl des mikroskopischen Objekts 30 erfolgt z. B.
mittels der Maus 25. Hierzu kann der Benutzer mit der Maus 25 z.
B. ein Fadenkreuz 35 auf das mikroskopische Objekt richten.
Durch einen Mausklick ist dieses mikroskopische Objekt 30 ausgewählt. Das
Rechnersystem 23 ermittelt anhand der Auswahl den Schwerpunkt
des mikroskopischen Objekts 30. Ebenso kann z. B. der Benutzer,
wie in 3 dargestellt ist, mittels eines Mauszeigers 37 innerhalb
eines ausgewählten
mikroskopischen Objekts 30 eine virtuelles Bezugsobjekt
definieren, welches eine Region 36 festlegt innerhalb der
bestimmte Manipulationen bzw. Interaktionen durchgeführt werden
können.
Ebenso kann der Benutzer im oder am mikroskopischen Objekt mehrere
Positionen 38 festlegen, an denen die ausgewählten Messungen
bzw. Interaktionen durchgeführt
werden.
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4 zeigt
eine graphische Darstellung der Bewegung eines mikroskopischen Objekts 30 in
einem statischen Koordinatensystem. Das statische Koordinatensystem 40 umfasst
eine X-Achse und eine Y-Achse, die beide senkrecht zueinander angeordnet
sind. Im Koordinatensystem 40 ist ein mikroskopisches Objekt 30 zum
Zeitpunkt T = 0 eingezeichnet. Ebenso ist in 4 das mikroskopische
Objekt 30 zum Zeitpunkt T = N eingezeichnet. Der Übergang vom
mikroskopischen Objekt 30 beim Zeitpunkt T = 0 zum mikroskopischen
Objekt 30 beim Zeitpunkt T = N wird mittels eines ersten
Vektors 41 und eines zweiten Vektors 42 dargestellt.
Der zweite Vektor 42 ist dabei länger als der erste Vektor 41,
was auf eine Bewegung des mikroskopischen Objekts 30 hindeutet, die
aus einer Translation in Verbindung mit einer Rotation entstanden
ist. Es ist schwierig, mit dieser Ausführungsform die bestimmten und
ausgewählten
Interaktionspositionen bzw. Interaktionsflächen zu definieren und wieder
aufzufinden. Dies liegt vor allem darin, dass ein statisches Koordinatensystem
zum Verfolgen der Interaktionspositionen bzw. Interaktionsflächen verwendet
wird. Es ist immer schwierig vom Koordinatenursprung des statischen
Koordinatensystems 40 auf die neue Position bzw. Lage der Regionen
bzw. Positionen innerhalb des mikroskopischen Objekts 30 zum
Zeitpunkt T = N zu rechnen.
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In 5 ist
eine graphische Darstellung der Bewegung eines mikroskopischen Objekts
dargestellt, wobei als virtuelles Bezugsobjekt ein Koordinatensystem
in den Schwerpunkt des mikroskopischen Objekts gelegt ist, das bei
der Bewegung des mikroskopischen Objekts diesem folgt. Wie bereits
oben erwähnt,
wählt der
Benutzer ein mikroskopisches Objekt 30 im Bild der Probe
aus und das Rechnersystem 23 ermittelt den Schwerpunkt 50 des
mikroskopischen Objekts 30. In 5 ist das
mikroskopische Objekt 30 zum Zeitpunkt T = 0 dargestellt.
Der Schwerpunkt 500 zum Zeitpunkt
T = 0 befindet sich innerhalb des mikroskopischen Objekts 30.
Der Schwerpunkt 500 bildet den
Ursprung des Koordinatensystems 520 zum
Zeitpunkt T = 0. Das mikroskopische Objekt 30-0 umfasst
ferner eine Region 51, an der eventuell Manipulationen
bzw. Interaktionen durchgeführt
werden sollen. Das mikroskopische Objekt 30 zum Zeitpunkt
T = N ist aus dem mikroskopischen Objekt 30 zum Zeitpunkt
T = 0 durch Rotation und Translation hervorgegangen. Hinzu kommt,
dass das mikroskopische Objekt 30 ebenfalls Verformungen
unterworfen sein kann. Verformungen treten bei biologischen Objekten
häufig
auf. Somit ändert
sich auch die Lage des Schwerpunkts 50 zum Zeitpunkt T =
N innerhalb des mikroskopischen Objekts 30 zum Zeitpunkt
T = N. Die Region 51 an der Manipulationen bzw. Interaktionen
ausgeführt
werden sollen ist in dem vorliegenden Fall teilweise aus dem mikroskopischen
Objekt 30 ausgewandert. Die Objektbewegungen verfolgt man
durch Tracking und Nachführen der
Koordinatentransformation, indem man das optische Flussfeld als
Kraft auf das Koordinatensystem einwirken lässt. Dieses in 5 dargestellte
Verfahren funktioniert manchmal hinreichend, versagt jedoch in gewissen
Situationen Beispiele hierfür
sind die bereits erwähnten
Verformungen der mikroskopischen Objekte, wie sie in der Biologie üblich sind.
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6 zeigt
die schematische Darstellung der Ermittlung eines Verschiebungsvektorfeldes
60, das
die Rotation und Translation zwischen einem mikroskopischen Objekt
30 zum
Zeitpunkt T = 0 und einem mikroskopischen Objekt
30 zum
Zeitpunkt T = N repräsentiert.
Das mikroskopische Objekt
30 ist durch eine Region
61 dargestellt,
die von einer Linie
62 umschlossen ist. Die Linie
62 kann
auch die ausgewählte
Region umschließen,
und somit zumindest ein Teil des mikroskopischen Objekts
30 sein.
Das Rechnersystem
23 vergleicht nun die festgelegten Positionen
630 am mikroskopischen Objekt
30 zum Zeitpunkt
T = 0 mit der Lage von mehreren Positionen
63N am
mikroskopischen Objekt
30 zum Zeitpunkt T = N durch die
Berechnung eines zeitlich veränderlichen
Flussfeldes. Menschliche Augen können dies
durch die Verfolgung einzelner Merkmale nachvollziehen, wie in der
Zeichnung entlang der Linie
62 ducrch mehrere Positionen
630 verdeutlicht wird. Fehlen Bezugsmerkmale
kann das Auge diese Transformation nicht nachvollziehen, während das mathematische
Werkzeug eine Lösung
liefert. Das Verschiebungsvektorfeld
60 resultiert aus
der Zuordnung einander entsprechender Pixel-Positionen zum Zeitpunkt
T = 0 und zum Zeitpunkt T = 1 und zum darauffolgenden Zeitpunkt
T = 2, sukzessive bis zum Zeitpunkt T = N. Das Verschiebungsvektorfeld
60 findet
man dadurch, in dem das Rechnersystem
23 Korrespondenzen
zwischen allen Pixel-Positionen
63-0 zum
Zeitpunkt T = 0 und den Pixel-Positionen
63-N zum Zeitpunkt
T = N sukzessive sucht. Die Beschränkung auf die Pixel
63-0,
63-N ist
nur zur Verdeutlichung gemacht, mathematisch wird die Lösung des Flussproblems
mit allen Pixeln vorgenommen. Obwohl in den
4 und
5 lediglich
zwei aufeinanderfolgende mikroskopische Objekte dargestellt sind, ist
es für
den Fachmann selbstverständlich,
dass das erfinderische Verfahren auf eine Bildfolge von N-Bildern
angewendet werden kann. Auch die Verallgemeinerung auf mehr als
ein Objekt ist problemlos möglich.
Anhand der Bildfolge bzw. Volumenfolge wird durch die Lösung des
Flussproblems die Deformation und Bewegung bestimmt, die man auf
die anfänglich
definierten Regionen bzw. Positionen anwendet und diese somit verfolgt
bzw. trackt. Dieses Verfahren benötigt keine Binarisierung von
Objekten sondern arbeitet auf den Intensitäten und somit auf einem quasi-kontinuierlichen
Modell. Das Verschiebungsvektorfeld ermittelt sich z. B. über die
Gleichungen 1 bis 3 die auch als „optische Fluss" Gleichung bezeichnet
wird,
wobei I die Intensität ist. Es
ist dem Fachmann allerdings hinreichend bekannt, daß es weitere
Flussgleichungen gibt, die diese ersetzen können. Die aus diesen Gleichungen
hervorgehenden Vektorfelder sind die Änderungsanweisungen, um die
durch die virtuellen Bezugsobjekte definierten Orte in jedem Zeitschritt
anzupassen.
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Die
Modifikationen bzw. Interaktionen erfolgen immer auf dem geänderten
Koordinatensystem und folglich an der geänderten Position des mikroskopischen
Objekts 30. In der Praxis heißt dies, dass die im mikroskopischen
Objekt 30 markierte Region 61 bzw. Positionen 63 der
Koordinatensystemänderung
unterworfen sind, die durch das gefundene Verschiebungsvektorfeld
definiert sind. Die Modifikationen bzw. Interaktionen werden aufgrund
der Koordinatensystemänderungen
an den virtuellen Bezugsobjekten, also z. B. auf die Region 61 bzw.
auf die Positionen 63, angewendet. So werden z. B. in Abhängigkeit
von der Zeit die Geometriedaten, wie z. B. der Schwerpunkt, die
Oberfläche,
der Umfang oder das Volumen des sich verändernden mikroskopischen Objekts 30 ermittelt.
Ebenso kann die Bewegung des Schwerpunkts oder ähnlicher Merkmale über die
Zeit bildlich dargestellt und ausgewertet werden. Aus den Geometriedaten
können
abgeleitete Geometriedaten, wie Geschwindigkeit, Beschleunigung
oder Verzögerung
ermittelt werden. Ebenso ist es möglich Kollisions-, Vereinigungs-
und Trennungsstatistiken vordefinierter mikroskopischer Objekte
im Bild der Probe 15 über
die Zeit zu erfassen, die im Rahmen oben gegebenener Definition
als Messung generalisiert werden. Ebenso ist es möglich Intensitäten innerhalb
eines interessierenden Bereichs (Region of Interest) über die
Zeit zu erfassen. Dies ermöglicht
z. B. Organellen oder sonstige von Biologen erkennbare strukturierte
Objekte innerhalb einer biologischen Masse zu kennzeichnen und Prozesse
im Innern der mikroskopischen Objekte oder Organellen zu messen,
obwohl diese sich heftig bewegen und/oder zappeln. Hinzu kommt,
dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
Manipulationen der markierten Pixelbereiche mittels elektromagnetischer
Strahlung durchgeführt
werden können.
Bei der Verwendung eines Scanmikroskops handelt es sich derzeit
bei der Manipulation durch Strahlung vorzugsweise um Laserstrahlung
zu Zwecken des Bleichens, des Schneidens, des Cage-Compound-Release
oder der Photoaktivierung, wobei dem Fachmann hinreichend klar ist,
daß jede
weitere in Zukunft auftretende Interaktion mit elektromagnetischer
Strahlung auch abgedeckt ist. Diese Manipulation wird ausschließlich auf den
durch das virtuelle Bezugsobjekt definierten Bereiches des mikroskopischen
Objekts 30 angewendet und zwar unabhängig davon, wie sich der Bereich des
mikroskopischen Objekts 30 über die Zeit verändert und
bewegt. Bei der Verwendung eines herkömmlichen Mikroskops oder eines
Scanmikroskops, kann man z. B. Bereiche oder Positionen eines mikroskopischen
Objekts 30 markieren, diese über die Zeit verfolgen und
diese zu einem bestimmten Zeitpunkt schneiden bzw. manipulieren.
Dabei ist durch das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt, dass
unabhängig
von der Bewegung des mikroskopischen Objekts 30 diese Stelle
geschnitten bzw. manipuliert wird, die zu einem Zeitpunkt T = 0
von den Benutzer ausgewählt
worden ist.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung eines Teilbereichs des Mikroskopsystems,
der die Verbindung des Rechnersystems 23 mit den verschiedenen
Stellelementen des Scanmikroskops 100 offenbart. In einer
besonderen Ausführungsform kann
die Berechnung der Bewegung des mikroskopischen Objekts 30 mit
einem FPGA/DSP 63 durchgeführt werden. Hinzu kommt, dass
der FPGA/DSP 63 auch dazu herangezogen werden kann, das
Scanmikroskop 100 über
entsprechend ansteuerbare Stellelemente nachzuregeln, falls das
ausgewählte mikroskopische
Objekt 30 bzw. die Region im mikroskopischen Objekt 30 das
durch das Mikroskop festgelegte Bildfeld verlässt. Der FPGA/(DSP 63 kann ebenfalls
als Einschub im Rechnersystem 23 selbst ausgebildet sein.
Ebenso ist es denkbar, dass eine Software die Berechnung für die Bewegungsverfolgung
und die Ermittlung des Verschiebungsvektorfeldes realisiert. Dabei
können
sowohl die Software und/oder der FPGA/DSP 63 in entsprechender
Weise zusammenarbeiten. Die durch das Softwaremodul und/oder das
FPGA/DSP 63 ermittelten Veränderungen des mikroskopischen
Objekts 30, werden zum eventuellen Nachführen der
optischen Systeme des Scanmikroskops herangezogen. Ist es z. B.
erforderlich, das Bildfeld des Scanmikroskops aufgrund der Auswanderung
des mikroskopischen Objekts 30 nachzuführen, so werden an entsprechende
Stellelemente Aktuatorsignale an der Software bzw. dem FPGA/DSP 63 geliefert.
Das Scanmikroskop 100 ist mit einem XYZ-Tisch 65 versehen,
der in allen drei Raumrichtungen verstellbar ausgerichtet ist. Für jede Achse
ist ein Stellmotor 66 vorgesehen, über den eine geeignete Verstellung
des XYZ-Tisches 65 durchgeführt werden kann. Die Signale
für die
Verstellung werden aufgrund des Trackings von der Software oder
von dem FPGA/DSP 63 erzeugt. Ebenso erzeugt die Software
oder der FPGA/DSP 63 Signale zum Verstellen eines Objektivrevolvers 67 des
Scanmikroskops 100 um somit eine Veränderung des Bildfeldes herbeiführen zu
können.
Der Objektivrevolver 67 umfasst einen ersten Stellmotor 68 zum
Drehen des Objektiverevolvers, so dass eines der mehreren Objektive 70 in
die Arbeitsposition gebracht werden kann. Hinzu kommt, dass ein
zweiter Stellmotor, oder Aktuator 69 (Piezo) vorgesehen
ist, der eine Relativbewegung zwischen dem Objektivrevolver 67 und dem
XYZ-Tisch 65 erzeugt. Das Auswählen eines anderen Objektivs 70 wird
z. B. dann angeregt, wenn aufgrund der Bewegungen des mikroskopischen
Objekts 30 bzw. der ausgewählten Region die Auswahl eines
neuen Bildfensters erforderlich ist. Ebenso wird aufgrund des ermittelten
Verschiebungsvektorfeldes durch die Software oder den FPGA/DSP 63 an
die Galvos des Scanmoduls entsprechende Steuersignale geliefert,
damit diese der Bewegung des mikroskopischen Objekts 30 in
entsprechender Weise folgen können
und somit die gewünschte
Interaktion bzw. Modifikation ausschließlich auf den ausgewählten Bereich
des mikroskopischen Objekts anwenden. Die Anzahl der Stellmöglichkeiten
im mikroskopischen System hängt
vor allem im wesentlichen von der jeweils gewünschten Ausstattung des mikroskopischen
Systems ab. Eine Standardkonfiguration eines Scanmikroskops 100 hat
z. B. neben einer Galvanometersteuerung in XYZ für die Steuerung des Abtastpunktes
häufig
noch einen XY-Tisch und einen groben z-Aktuator womit sich für XYZ jeweils
zwei Sätze
von Aktuatoren ergeben, die zur Steuerung genutzt werden können.
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Die
Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es
ist jedoch selbstverständlich,
dass Änderungen
und Abwandlungen durchgeführt
werden können,
ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.