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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildanalyse.
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Die
Quantifizierung und Vermessung von Bildobjekten ist eine regelmäßig angewandte
Tätigkeit in
Forschung, Entwicklung und Produktion. Exemplarisch sind hier das
Auszählen
von Bakterienkolonien in der Mikrobiologie, die Quantifizierung
von landwirtschaftlich genutzten Flächen auf Satelliten-Abbildungen
oder das Erkennen und Vermessen von Strukturen oder Defekten, wie
beispielsweise Rissen, bei der Materialanalyse genannt. Weitere
Anwendungsbereiche sind die Züchtung
von Zellen, beispielsweise für
therapeutische Zwecke.
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Die
Quantifizierung von Bildobjekten ist eine vergleichsweise zeitaufwendige
Tätigkeit,
so dass der Wunsch nach einer Automatisierung dieser Prozesse besteht.
Der finanzielle Aufwand für
die Entwicklung von automatisierten Objekterkennungssystemen ist
jedoch sehr hoch, da für
jedes Problem eigene Software-Neuentwicklungen
bzw. aufwendige Software-Adapatationen durchgeführt werden müssen. Solche
automatischen Objekterkennungssysteme können daher bislang nur von
finanzstarken Institutionen für
größere Reihenuntersuchungen
angeschafft werden.
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Bei
der Kultivierung von Zellen spielen mikroskopische Analysen eine
wichtige Rolle. So ist beispielsweise ständig zu überwachen, ob das Kulturgefäß bereits
vollständig
mit Zellen bewachsen ist und die Zellen in neue Kulturgefäße überführt werden müssen, ob
eine Kontamination der Zellkulturen mit Bakterien vorliegt, ob die
Zellen im Laufe der Kultivierung nicht entarten, etc. Auch zahlreiche
analytische Verfahren basieren auf einer mikroskopischen Auswertung.
Beispielsweise hierfür
sind die Zellzählung in
Wachstumsstudien sowie die Bestimmung des Verhältnisses von toten zu lebenden
Zellen in der Life/Dead-Färbung.
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Diese
Analysen werden heutzutage nahezu ausschließlich vom Laborpersonal mit
dem Auge durchgeführt.
Wie oben ausgeführt,
ist eine automatische Erfassung sehr kostenintensiv und kommt daher
insbesondere für
kleinere Firmen und Institutionen nicht in Betracht.
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Als
weiterer Nachteil neben der Kostenintensität ist zu nennen, dass auch
die Einarbeitung von Personal sehr aufwendig ist und daher insbesondere für kleinere
Unternehmen bzw. Institute nicht realisierbar ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zur Bildanalyse bereitzustellen, mittels derer eine Bildanalyse
kostengünstig durchführbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Danach
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung Mittel zur Übertragung eines oder mehrerer
der zu analysierenden Abbildungen an eine Analyseeinheit umfasst,
wobei die Mittel derart ausgeführt
sind, dass wenigstens ein Abschnitt des Übertragungsweges durch das
Internet gebildet wird. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Empfangseinheit
zum Empfang der übertragenen
Abbildungen, Mittel zur automati schen Übertragung der Abbildungen
von der Empfangseinheit zu einer Analyseeinheit. Ferner ist eine
Analyseeinheit vorgesehen, die Mittel zur automatischen Analyse
der empfangenen Abbildungen aufweist, wobei die Analyseeinheit derart
ausgeführt
ist, dass die Abbildungen im Hinblick auf wenigstens eine Eigenschaft
des auf den Abbildungen dargestellten Objektes, beispielsweise einer
Zellkultur, analysiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner Mittel
zur Bereitstellung und/oder Übertragung
des Ergebnisses der in der Analyseeinheit vorgenommenen Bildanalyse
auf.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
es, Unternehmen oder Institutionen, die über einen Internetzugang verfügen, eine
Bildanalyse vorzunehmen zu lassen, ohne die oben beschriebene kostenintensive
Ausstattung dafür
anschaffen zu müssen.
Es ist erfindungsgemäß möglich, für beliebige
Unternehmen eine sehr leistungsfähige
Objekterkennung bereitzustellen, wobei der zeitliche Aufwand für die Unternehmen,
die eine Bildanalyse wünschen, minimal
ist. Der kostenmäßige Aufwand
ist ebenfalls sehr begrenzt.
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Die
beispielsweise nach den Wünschen
der Kunden entwickelte Analyseeinheit verbleibt auf einem leistungsstarken
Rechner des Unternehmens, das die Bildanalyse durchführt. Der
Kunde muss lediglich die zu analysierenden Abbildungen per Internet
an die Empfangseinheit übertragen.
In einem vollautomatischen Prozess werden die Abbildungen analysiert
und anschließend
die Ergebnisse dem Kunden beispielsweise auf einem Server zur Verfügung gestellt
oder ihm zugesandt.
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Damit
wird es den Kunden ermöglicht,
auch bei kleineren Serien die Objekterkennung automatisch durchführen zu
lassen, was insbesondere für die
Vielzahl der Labore aus dem Bereich der industriellen und akademischen
Forschung interessant ist, die sich eigene Bilderkennungssysteme
nicht leisten können
oder wollen und bei denen sich die Fragestellungen sehr häufig ändern.
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Neben
dem Vorteil, dass für
die Kunden, das heißt
für die
die Bildanalyse in Auftrag gebenden Unternehmen oder Institute,
die Anschaffung der Bildanalyseapparatur nicht erforderlich ist,
ergibt sich als weiterer Vorteil, dass auch der Einsatz von besonders
qualifizierten Laborpersonal kundenseitig nicht nötig ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist überall
dort einsetzbar, wo beliebige Objekte erkannt, quantifiziert und/oder
vermessen werden müssen.
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Ein
beispielhafter Bereich ist der der Zellkulturtechnologie. Die Züchtung von
Zellen außerhalb des
Körpers
gehört
heute zu einer Standardtechnologie in jedem biomedizinischen Labor.
Als Basistechnologie für
zelltherapeutische Verfahren, die die wesentlichen Innovationen
im Gesundheitswesen in den kommenden Jahrzehnten sein werden, wird
die Bedeutung der Zellkultur zukünftig
weiter stetig und steil steigen.
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Allerdings
wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf den Bereich
von Zellen oder Zellkulturen beschränkt ist. Auch andere Bereiche,
wie beispielsweise die Porenvermessung oder die Vermessung von Defekten,
wie beispielsweise Rissen, in beliebigen Materialien kommen in Betracht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn in Zellkultur-Laboren
bereits ein Mikroskop mit Digitalkamera, Computer und Internetzugang
vorliegt, was häufig der
Fall ist. Damit ist es für
den Kunden ohne weiteres möglich,
per Internet an die Analyseeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Abbildungen zu übersenden,
deren Analyse bzw. Auswertung gewünscht ist.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Mittel zur Bereitstellung des Ergebnisses
der in der Analyseeinheit vorgenommenen Bildanalyse durch einen Server
gebildet werden, auf den mittels Internet zugreifbar ist. Dies bedeutet,
dass das die Vorrichtung betreibende Unternehmen nicht den Kunden
das Ergebnis der Analyse schic ken muss. Vielmehr ist es ausreichend,
das Ergebnis der Analyse auf einem Server bereitzustellen, auf den
der Kunde jederzeit zugreifen kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Empfangseinheit
ebenfalls durch einen Server gebildet wird. Der Kunde schickt im
Bedarfsfall somit die Abbildung(en), deren Analyse vorzunehmen ist,
per Internet an einen an das Internet angeschlossenen Server.
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Die
Mittel zur automatischen Übertragung der
Abbildungen von der Empfangseinheit zu einer Analyseeinheit können Zugriffsmittel
umfassen, mittels derer auf die Empfangseinheit zugreifbar ist.
Dies bedeutet, dass auf die Empfangseinheit zugegriffen wird, um
die dort vorliegenden Abbildungen an die Analyseeinheit zu übertragen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Abbildungen nach dem Zugriff
auf der Empfangseinheit verbleiben, somit in die Analyseeinheit
kopiert werden, oder von der Empfangseinheit auf die Analyseeinheit
verschoben werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn Prüfmittel vorgesehen
sind, die derart ausgeführt
sind, dass sie die Empfangseinheit auf neue Inhalte hin überprüft, und
dass die Prüfmittel
mit den Zugriffsmitteln in Verbindung stehen, die durch die Prüfmittel
derart angesteuert werden, dass die Zugriffsmittel auf die Empfangseinheit
zugreifen, wenn mittels der Prüfmittel ein
neuer Inhalt festgestellt wird. Die Prüfmittel dienen somit dazu,
eine Überprüfung des
Inhalts der Empfangseinheit dahingehend vorzunehmen, ob sich in
dieser neue Abbildungen befinden, die zu analysieren sind. Wird
mittels der Prüfmittel
festgestellt, dass dies der Fall ist, aktivieren die Prüfmittel
Zugriffsmittel, die die neuen Inhalte von der Empfangseinheit zu
der Analyseeinheit kopieren oder verschieben.
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Dabei
kann die Prüfung
der Empfangseinheit auf neue Inhalte in regelmäßigen Zeitabständen oder nur
bei Änderung
des Inhaltes der Empfangseinheit erfolgen. Ändert sich der Inhalt der Empfangseinheit, werden
die Prüfmittel
aktiviert, um festzustellen, ob die Änderung das Vorliegen neuer
Daten auf der Empfangseinheit betrifft.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Analyseeinheit
derart ausgeführt
ist, dass die Abbildungen im Hinblick auf wenigstens eine Eigenschaft
einer auf den Abbildungen dargestellten Zellkultur analysiert werden.
Wie bereits oben ausgeführt,
besteht ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in der Analyse von Zellkulturen oder Materialien bzw. Werkstoffen.
Jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Vielmehr sind mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
beliebige Abbildungen auswertbar.
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Bei
der Eigenschaft einer auf den Abbildungen dargestellten Zellkultur
kann es sich beispielsweise um die Anzahl der Zellen oder Zellkerne,
um morphologische Eigenschaften der Zellen oder von Zellstrukturen,
um die Kontamination der Zellen, beispielsweise mit Bakterien, um
den Zelltyp, um den Konfluenzgrad der Zellen, um die Zelldichte,
das Zellvolumen oder um die flächenmäßige Ausdehnung von
Zellen handeln. Grundsätzlich
sind selbstverständlich
auch weitere Eigenschaften analysierbar.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn vorzugsweise für den Nutzer oder das die Bildanalyse
durchführende
Unternehmen verfügbare
Mittel vorgesehen sind, mittels derer die zu analysierende Eigenschaft definierbar
ist. Diese Mittel können
beispielsweise in einer Eingabemaske bestehen, in die die gewünschte zu
quantifizierende Eigenschaft eingegeben wird, wie beispielsweise
die Anzahl von Zellkernen, die Zelldichte, das Zellvolumen etc..
Die Maske bzw. Bildschirmoberfläche
kann beispielsweise auf einem per Internet zugänglichen Server abgespeichert
sein, der von dem die Bildanalyse durchführenden Unternehmen betrieben
wird. Bei diesem Server kann es sich um denselben Server handeln,
durch den die Empfangseinheit gebildet werden kann, an die die zu analysierenden
Abbildungen gesendet werden. Grundsätzlich ist ebenso denkbar,
dass es sich um zwei getrennte Server bzw. Empfangseinrichtungen handelt.
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Die
Mittel, mittels derer die zu analysierende Eigenschaft definierbar
ist, können
somit Bestandteil der Empfangseinheit sein oder mit dieser in Verbindung
stehen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Mittel, mittels derer die zu analysierende
Eigenschaft definierbar ist, mit der Analyseeinheit mittelbar oder
unmittelbar derart in Verbindung stehen, dass die Analyseeinheit
automatisch derart angepaßt
wird, dass die mit Hilfe der genannten Mittel definierte Eigenschaft
analysiert wird. Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es,
ohne manuellen Eingriff die Analyseeinheit derart zu modifizieren,
dass sie die gewünschte,
zu erfassende Eigenschaft auch tatsächlich erfasst. Denkbar ist
beispielsweise, dass der Nutzer vorgibt, die Zelldichte zu erfassen
und dass diese Information automatisiert an die Analyseeinheit übertragen
wird, die daraufhin ebenfalls automatisiert derart modifiziert wird,
dass die übertragenen
Abbildungen tatsächlich
im Hinblick auf die gewünschte Eigenschaft
analysiert werden. Eine derartige Modifikation der Analyseeinheit
besteht vorzugsweise in einer automatischen Anpassung der Software,
mittels derer die Analyseeinheit betrieben wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der
Analyseeinheit ferner eine Bearbeitung der Abbildungen vorgenommen
wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass bestimmte Zellarten, Materialbereiche,
etc. markiert, ausgeschnitten, kopiert, etc. werden.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines im folgenden
beschriebenen Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist Mittel zur Übertragung
eines oder mehrerer Abbildungen an eine Analyseeinheit auf. Bei
den Abbildungen handelt es sich um solche von Zellkulturen, die
im Hinblick auf eine bestimmte Eigenschaft qualitativ und/oder quantitativ
analysiert werden sollen. Denkbar ist beispielsweise, eine Analyse
dahingehend vorzunehmen, dass der Konfluenzgrad oder die Zellart
ermittelt wird oder dass geprüft
wird, ob die Zellkultur mit Bakterien kontaminiert ist, wie viele Zellkerne
vorliegen, wie das Verhältnis
lebender zu toten Zellen ist, etc.. Die Abbildungen stammen von einem
Unternehmen, das selbst über
keine Bildanalysevorrichtung verfügt und bei dem sich häufig stark schwankende
Fragestellungen im Hinblick auf die Analyse ergeben, so dass die
Anschaffung einer derartigen Vorrichtung nicht lohnt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
arbeitet internetbasiert, d.h. sie steht mit dem Internet in Verbindung.
Die Verbindung wird durch eine Empfangseinheit in Form eines Empfangsservers
realisiert, der mit dem Internet in Verbindung steht und auf dem eine
Datenbank abgelegt ist, in die der Nutzer über eine Eingabemaske die Parameter
einer Zellkultur eintragen kann, die zu erfassen sind. Der Nutzer
ruft somit per Internet die Eingabemaske auf und trägt neben
Nutzerdaten die Eigenschaften des abgebildeten Objektes ein, die
zu analysieren sind.
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Gleichzeitig
dazu oder auch zeitversetzt sendet der Nutzer ebenfalls mit Hilfe
des Internet die zu analysierenden Abbildungen an den Empfangsserver.
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Der
Empfangsserver steht mit Prüfmitteln
in Verbindung, die in regelmäßigen Zeitabständen prüfen, ob
sich der Inhalt des Empfangsservers verändert hat. Sobald festgestellt
wird, dass hier neue Abbildungen eingegangen sind, werden seitens
der Prüfmittel
Zugriffsmittel aktiviert, die die neuen Abbildungen von dem Empfangsserver
an die Analyseeinheit übertragen.
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Ebenfalls
wird die Anforderung des Nutzers hinsichtlich der zu erfassenden
Eigenschaften des abgebildeten Objektes an die Analyseeinheit übermittelt.
Anschließend
erfolgt eine Prüfung,
ob die Analyseeinheit bereits zu Erfassung der definierten Eigenschaften
geeignet ist. Ist dies nicht der Fall, erfolgt automatisch eine
Modifikation der Analyseeinheit durch Softwareänderung derart, dass die Analyseeinheit
die zu erfassenden Parameter des abgebildeten Objektes erfaßt und beispielsweise
statistisch auswertet.
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Anschließend wird
die Analyse der Abbildungen hinsichtlich der definierten Eigenschaften
vorgenommen. Nach Abschluß der
Analyse wird das Ergebnis auf einem Server bereit gestellt, der
ebenfalls über
einen Internetzugang verfügt.
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Von
diesem Internetserver kann der Kunde sich nun das Ergebnis der Analyse
herunterladen, wobei denkbar ist, dass der Kunde benachrichtigt wird,
sobald das Analyseergebnis vorliegt. Diese Benachrichtigung kann
beispielsweise per E-Mail, SMS, Anruf, etc. erfolgen.
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Die
mittels der Analyseeinheit angefertigte Auswertung kann beispielsweise
folgendes umfassen:
- • Vorbereitung der Abbildungen
(z. B. Kontrastverstärkung,
Filterung)
- • Analyse
des Bildes mit Bildanalyse-Software (z. B. Pixel- und objektorientierte
Bildanalyse-Software)
- • Nachbearbeitung
und Aufbearbeitung der Daten (z. B. Verrechnungen, tabellarische
Aufarbeitung, Diagrammdarstellungen)
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Die
Vorteile für
die Kunden bestehen darin, dass sich der Kunde keine teuere Hard- und Softwareumgebung
anschaffen muss, dass sich der Kunde nicht um die Administration
eines Computernetzes kümmern
muss und dass der Kunde sich nicht in komplexe Programmsysteme einarbeiten
muss. Vielmehr genügt
es, sich eines einfachen User-Interfaces zu bedienen.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Systems
bestehen darin, dass die Ergebnisse aufgrund der Automatisierung
in einem Bruchteil der Zeit bereit gestellt werden, die bei einer
manuellen Analyse aufgewendet werden muss. Fehlerhafte Interpretationen
durch fehlerhafte menschliche Erkennung werden beseitigt. Das sonst
benötigte
hochqualifizierte Personal kann für andere Aufgaben freigestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist, dass durch die internetbasierte Plattform-Technologie
hohe Investitionskosten für
teuere Analyseeinheiten kundenseitig gespart werden können.
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Die
Tatsache, dass die Vorrichtung internetbasiert arbeitet, bringt
den weiteren Vorteil mit sich, dass die Vorrichtung weltweit erreichbar
ist, so dass eine regionale Beschränkung entfällt.
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Da
heute in nahezu jedem Zellkultur-Labor ein Mikroskop mit Digitalkamera,
Computer und Internetzugang vorliegt, ist es für die Kunden besonders einfach
und bequem, die Vorrichtung zu nutzen.