DE3313789A1 - Selbsttaetige mikroskopische untersuchungseinrichtung und verfahren zur ermittlung und wiederfindung von objekten in einem bild - Google Patents

Selbsttaetige mikroskopische untersuchungseinrichtung und verfahren zur ermittlung und wiederfindung von objekten in einem bild

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DE3313789A1
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Marshall D. 01701 Framingham Mass. Graham
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    • G06V20/69—Microscopic objects, e.g. biological cells or cellular parts
    • G06V20/693—Acquisition

Description

Patentanwälte Dipl.-ing. E. Eder
Dipl.-Ing. K. Schieschke
CCQO München 40, Elisabethstr. 34
COULTER ELECTRONICS, INC. Hialeah/Florida U.S.A.
Selbsttätige mikroskopische Untersuchungseinrichtung und Verfahren zur Ermittlung und Wiederfindung von Objekten
in einem Bild
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Bildverarbeitung und insbesondere auf automatische, mikroskopische Untersuchungseinrichtungen und Verfahren zur Ermittlung und Wiederfindung von interessierenden Objekten in einem Bild.
Insbesondere eignet sich die Erfindung zur Verwendung in einer selbsttätig arbeitenden, mikroskopischen Einrichtung zur Untersuchung von auf einem Objektträger befindlichen biologischen Präparaten (z.B. Blutzellen). Im allgemeinen werden in einer solchen automatischen Einrichtung zur mikroskopischen Untersuchung die Zellen auf einem Objektträger zunächst abgetastet und von der Zellstruktur wird ein digitales Bild erzeugt. Dieses Bild wird dann verarbeitet, um einzelne Merkmale der abgetasteten Zellen zu bestimmen oder zu sichten. Aufgrund dieser identifizierten Merkmale werden dann die Zellen klassiert. Häufig sind einige Zellen entweder nicht klassifizierbar (durch das Gerät) oder erfordern aus anderen Gründen eine weitere Untersuchung, entweder durch die Bedienungsperson oder durch eine weitere maschinelle Einrichtung. Die Daten solcher
als interessante Objekte erfaßten Zellen werden gespeichert, so daß diese fraglichen Zellen später für die erforderliche Weiteruntersuchung wieder auffindbar sind. Nach erfolgter Untersuchung eines Objektträgers (oder einer Anzahl von Objektträgern) in einem ersten Durchgang kehrt die Einrichtung automatisch zu den interessante Objekte einschließenden markierten Bereichen zur weiteren Untersuchung zurück. In den meisten Fällen müssen die Objektträger vor der Weiteruntersuchung vom Objekttisch entfernt werden. Um diese Weiteruntersuchung durchführen zu können, ist dann eine exakte und wiederholbare Wiederauffindung der inteiessanten Objekte auf dem Objektträger wesentlich.
Es sind bereits mehrere Konstruktionen bekannt (z.B. US-PS 3 851 972), mit welchen einzelne Objekte (insbesondere Zellen) wieder auffindbar sind aufgrund von Computer-Speicherung der Objektträgerlage in den Kassetten (oder von Objektträger-Kennungszeichen) und von Koordinatensignalen, welche die spezifische Lage einer Zelle auf dem Objektträger darstellen. In der handelsüblichen Ausführung der Konstruktion wird die Position der Zelle in Form von (durch Schrittzähler erfaßten) Tischkoordinaten X und Y bezogen auf die "Ausgangsstellung" des Gerätes, d.h. auf die Objekttischstellung, in der der Objektträger aufgegeben wird, gespeichert. Sobald der Objektträger wieder auf dem Objekttisch vorliegt, führt eine servogesteuerte Mechanik den Objektträger anhand der gespeicherten Koordinaten wieder in seine ursprüngliche Grundstellung zurück» Dieses Verfahren (wie auch alle anderen bekannten Verfahren zur Objektwiederfindung) erfordert eine höchstgradig wiederholbare und präzise: !^positionierung der Objekttisch-Grundstellung gegenüber der optischen Achse des Geräts sowie eine ebenso präzise Repositionierung des erneut eingebrachten Objektträgers in der Trägerhaltung des Objekttisches. Diese Erfordernisse sind durch den open-loop Betrieb solcher Wiederfindungsverfahren bedingt und müssen in der Praxis extreme Toleranzen der mechanischen Bauteile und der elektrischen Antriebsschaltung berücksichtigen, wodurch sich eine
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entsprechend kostspielige hardware ergibt.
Bei anderen Anwendungsgebieten, z.B. numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und einigen automatischen Forschungsmikroskopen, werden im closed-loop Betrieb arbeitende, servogesteuerte Stellvorrichtungen mit linearen Codierern oder ähnlichen Sensoren verwendet, um die genaue Positionierung eines Elements zu ermöglichen. Obwohl der Präzisionsgrad solcher Verfahren den Anforderungen der meisten automatischen Anwendungsgebiete der Mikroskopie genügen dürfte, sind die hardware-Kosten für gewerblich einsetzbare, selbsttätig arbeitende Mikroskope zu hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätig arbeitende mikroskopische Untersuchungseinrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung und Wiederfindung interessanter Objekte in einem Bild und zur selbsttätigen Untersuchung von interessanten Objekten auf einem Objektträger zur anschließenden Wiederfindung dieser interessanten Objekte zwecks weiterer Untersuchung zu schaffen, wobei die Einrichtung einfacher und billiger herstellbar und das Verfahren präziser und schneller ausführbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet eine automatische Ermittlung und Wiederauffindung von interessanten Objekten in einem mehrere Objekte gegen einen Hintergrund einschließenden Bild. Jedes der interessanten Objekte ist durch ein vorbestimmtes Merkmalsmuster gekennzeichnet. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sieht die Erfindung eine mikroskopische Einrichtung zur automatischen Untersuchung biologischer Zellen (z.B. Blut- oder Gehirnzellen) auf einem Objektträger vor. Nach weiteren Ausführungsformen der Erfindung lassen sich unterschiedliche Objekttypen als interessante Objekte in einem ersten automatischen Durchgang erfassen und in einem zweiten Durchgang zur weiteren Untersuchung wieder auffinden.
Zur erfindungsgemäßen Einrichtung gehört eine selektiv betätigbare Objekt-Kennungseinheit mit einer Erfassungsvorrichtung zur Abtastung des Bilds und Erfassung von Objekten in diesem Bild, über eine Merkmais-Sichtereinheit werden bestimmte erfaßte Objekte, die bestimmte Merkmalsmuster aufweisen, als "interessante" Objekte gekennzeichnet. Dieses bestimmte Merkmalsmuster läßt sich für ein vorgegebenes Objekt, z.B. durch Bestimmung einer gewichteten Summe von Grossen anhand eines die erfaßten, elementaren Eigenschaften darstellenden Vektors festlegen. Der gewichtete Summenvektor läßt sich mit einem Satz gespeicherter Bezugsvektoren zur Feststellung einer Übereinstimmung vergleichen, d.h. zur Erkennung eines dieser gespeicherten Bezugsvektoren. Ein Objekt kann nach erfolgter Feststellung einer weitgehenden Übereinstimmung des gewichteten Summenvektors mit einem der abgespeicherten Bezugsvektoren als inteiissantes Objekt erfaßt werden. Ein Objekt kann aber auch aufgrund einer festgestellten, im wesentlichen mangelnden Übereinstimmung als interessantes Objekt eingeordnet werden, in diesem Fall dann als "nicht identifizierbar" . Nach den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung läßt sich eine beliebige Anzahl von Klassen oder Typen von interessanten Objekten definieren, wobei auch andere Definitionen des vorgegebenen Merkmalsmusters verwendbar sind.
Eine Objektmarkierungseinheit erzeugt ein Markierungssignal für das erfaßte, interessante Objekt. Dieses Markierungssignal schließt eine, diesem vorgegebenen Merkmalsmuster entsprechende Komponente ein. Darüber hinaus weist das Markierungssignal eine den relativen Abstand und die relative Ausrichtung einer Anzahl von erfaßten, dem interessanten Objekt benachbarten Objekten darstellende Lagemuster-Komponente auf.
Ein selektiv betätigbarer Speicher dient zur Speicherung der von der Objekt-Markierungseinheit erzeugten Markierungssignale.
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.! Z:-':.y~l--O-.:- 3313788
Über einen selektiv betätigbaren Vergleicher wird das laufend erzeugte Markierungssignal mit den gespeicherten Markierungssignalen verglichen, über diesen Vergleicher läßt sich eine wesentliche Übereinstimmung der Lagemuster-Komponente des laufenden Markierungssignals mit der entsprechenden Komponente eines der gespeicherten MarkierungsSignaIe feststellen und dann ein diese Übereinstimmung anzeigendes Signal "Objekt gefunden" zu erzeugen.
Die gesamte Steuerung der Einrichtung erfolgt über eine Steuervorrichtung. Im ersten bzw. Erfassungsdurchgang betätigt die Steuervorrichtung die Objekt-Kennungseinheit und den Speicher, so daß diese Elemente die Markierungssignale erzeugen und speichern. In einem Wiederfindungs- bzw. Überprüfungsdurchgang betätigt die Steuervorrichtung die Objekt-Kennungseinheit und den Vergleicher, um das Bild erneut abzutasten und eine Folge von laufenden Markierungssignalen für erfaßte "interessante" Objekte zu erzeugen und diese laufend mit den vorher im Erfassungsdurchgang gespeicherten MarkierungsSignalen zu vergleichen. Das vom Vergleicher erzeugte Signal "Objekt gefunden" zeigt an, daß auf dem Objekttisch ein interessantes Objekt wiedergefunden und zur weiteren Untersuchung in Lage gebracht wurde. Dieses Signal kann z.B. auch dazu verwendet werden, die Bedienungsperson darauf aufmerksam zu machen, daß ein interessantes Objekt wieder vorliegt.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Einrichtung lediglich aus einer Objekt-Kennungseinheit und dem Speicher. Die im Speicher gespeicherten Markierungssignale lassen sich in Verbindung mit einer gesonderen Einrichtung verwenden, welche aus einem vorstehend beschriebenen Objektkenner und einem Vergleicher besteht und zusätzlich eine Steuerung aufweist, welche auf Signale anspricht, die den gespeicherten MarkierungsSignalen zur vorstehend beschriebenen Wiederfindung von Bildobjekten entsprechen.
Einrichtung und Verfahren nach der Erfindung ermöglichen sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht eine
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vorteilhafte Methode zur Wiederfindung von Objekten in einem Bild im closed-loop Betrieb. Im Wiederfindungsdurchgang spricht die Einrichtung auf Bezugsmerkmale des eigentlichen Bildes unter Verwendung von Informationen über das interessante Objekt und die benachbarten Objekte an. In einem automatischen Mikroskop für die Untersuchung von Blutzellen gestattet die Speicherung solcher Informationen in einem ersten Untersuchungsdurchgang und deren Verwendung während des Wiederaufsuchungsvorgangs zur weiteren Überprüfung eirE wesentliche Reduzierung der Toleranzen sowohl für die Objekttischeinstellung als auch für die Repositionierung des Objektträgers in der Halterung. Darüber hinaus muß nach der Erfindung nicht mehr darauf geachtet werden, ob Bezugspunkte auf dem Objekttisch (z.B. durch Zählungsfehler oder Stoßeinwirkung) oder auf dem Objektträger (durch Abblättern oder Abrieb) sich seit dem ersten Durchgang des Objektträgers verändert haben. Außerdem wird auch jegliche Unklarheit darüber ausgeschaltet/ welche zweier benachbarter Zellen wieder gesucht werden soll . Auf diese Weise ist es anhand der Erfindung möglich, unter Verwendung einer relativ einfachen,, wenig kostspieligen und zuverlässigen hardware genauere Ergebnisse zu erzielen, als dies mit irgendeiner bisher bekannten Methode zur Wiederauffindung von bereits einmal untersuchten Objekten zwecks weiterer Untersuchung möglich war.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht einer Einrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm zu Fig. 1;
Figο 3 ein Blockdiagramm der Bildverarbeitungseinheit nach Fig. 2;
Fig. 4 ein Blockdiagramm des logischen Prozessors der Bildverarbeitungseinheit nach Fig. 3;
: "V r '-. ''■:■ τ;:-,.: 3313/03 - 12 -
Fig. 5A und 5B den jeweiligen Ablaufplan des Ermittlungs-
und des Wiederf indung spr ograinins der Einrichtung nach Fig. 1; und
Fig. 6 ein Objektbild zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Einrichtung nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer selbsttätigen mikroskopischen Untersuchungseinrichtung 8 zur Wiederfindung biologischer Zellen auf einem Objektträger. Diese Einrichtung 8 stellt eine Variante einer bekannten, handelsüblichen, selbsttätigen mikroskopischen Untersuchungseinrichtung dar und ist mit einer Kassette zur Aufnahme von 14 Objektträgern mit Blutaustrichen ausgestattet. Wenn keiner dieser Objektträger einer weiteren Untersuchung bedarf, dann kann die Einrichtung 8 die gesamte Charge ohne Unterbrechung automatisch verarbeiten. Ist eine Probe normal, werden die Leukozyten nach bestimmten Gruppen klassiert (nach neutrophilen Segmentoder Stabkernigen, Basophilen, Eosinophilen, Lymphocyten und Monocyten); die Erythrozyten werden auf Normalität hinsichtlich Größe, Gestalt und Farbe ausgewertet; außerdem wird die Blutplättchenanzahl ausgewertet. Diese Meßdaten werden für jeden Objektträger ausgedruckt, und die Untersuchungseinrichtung zeigt der Bedienungsperson durch ein Signal an, sobald die Kassette voll durchgelaufen ist. Anormale Proben können kernhaltige Erythrozyten, unreife Granulozyten, Erythroplasten oder atypische Lymphozyten enthalten; sOwohl für diese wie auch für das Auftreten normaler Zelltypen in einem größeren Verhältnis als normal zeigt die Einrichtung 8 an, daß eine nochmalige überprüfung des Blutausstriches erforderlich ist. Sie kann auch so eingestellt werden, daß Proben mit anormaler Erythrozyten-Morphologie oder anormalen Blutplättchenwerten markiert werden. In einem Wiederfindu^-ngs- bzw. Überprüfungsdurchgang sind über die Einrichtung 8 bestimmte Ausschnitte bestimmter Objektträger mit interessanten Objekten automatisch wieder auffindbar. Die Objektträger sind dann nach dem ersten
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Untersuchungsdurchgang manuell oder automatisch wieder zugriff sbereit, um erneut unter das Mikroskop gebracht zu werden.
Dieses Wiederfindungsverfahren nach der Erfindung ist hier zwar in Verbindung mit der Variante der eingangs erwähnten bekannten mikroskopischen Einrichtung beschrieben, läßt sich abe^auch auf jede andere automatische mikroskopische Untersuchungseinrichtung anwenden, welche Objektträger in einer Kassette verarbeitet, die Objekte durch Abtastung erfaßt und die Objektmerkmale sichtet.
Die Einrichtung 8 nach Fig. 1 ist auf einer Konsole 1o aufgebaut. Eine Kassette 11 mit einer bestimmten Anzahl von Objektträgern mit 2i untersuchenden Zellproben ist auf der Konsole 10 montiert. Die Mikroskopeinheit 12 ermöglicht die Vergrößerung und optische Beobachtung zur Untersuchung der auf jedem Objektträger vorhandenen Zellen. Die durch das Mikroskop 12 vergrößerten Objektträgerausschnitte sind über ein optisches Beobachtungssystem, bestehend aus einer (nicht gezeigten) Video-Kamera und einem Video-Monitor 13 zu beobachten. Eine Kathodenstrahlröhre 14 liefert eine optische Anzeige der in einem in der Konsole 10 untergebrachten Speicher gespeicherten Informationen. Über die Tastatur 15 sind eine Anzahl noch zu erläuternder Funktionen der Untersuchungseinrichtung von Hand auslösbar. Ein Steuerhebel 16 gestattet die Verschiebung des mikroskopischen Bildfeldes auf bestimmte Ausschnitte des zu untersuchenden Objektträgers.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm für die Einrichtung nach Fig.1. Die Einrichtung 8 besteht aus einem automatischen Mikroskop 20 (mit einem zugehörigen Objektträger-Verstellmechanismus), einem Golay-Bildprozessor 22, einem Computer 24, einem Wiederf indungs-Prozessor 26, einem zugehörigen Speicher 28 und einem Satz peripherer Einheiten 30.
-. ;;:.;: 3313ν
Die einzelnen Merkmale der vorstehend aufgeführten Einheiten der Einrichtung 8 sind an sich bekannt (US-PS 3 851 972, 4 060 713 und 4 183 013 - handelsübliche Ausführungsformen sind beschrieben in der Zeitschrift "Pattern Recognition" Bd.13, Nr.4, Seiten 299 - 314, 1981, "Leukozytenbildanalyse mit dem diff3 System"; Real-Time Medial Image Processing, Herausgeber: M. Onoe, K. Preston Jr. und A. Rosenfeld, S. 163-182, 1980, "Das diff3 Analysegerät: Ein Parallel-Serien Golay Bildprozessor"JL
Das automatische Mikroskop 20 und der Golay Bildprozessor sind allgemeine Zusatzgeräte, die sich als periphere Spezialeinheiten sowohl für den Minicomputer 24 als auch für einen Allzweck 16-bit Computer eignen. Zu den peripheren Geräten gehören; zwei Steuerhebel zur manuellen Steuerung der Einstellvorrichtungen für den Brennpunkt und den Objekttisch des automatischen Mikroskops; eine Tastatur und ein Datenmonitor für den Eingriff des Operateurs; ein zweiter Schwärz-weiß-Monitor zur Anzeige der BiIdtastpunkte und deren Verarbeitung; zwei Drucker zur Meßwertwiedergabe; eine akustische Alarmeinheit als Rufvorrichtung; ein Bandlaufwerk zur Eingabe der systembezogenen und der diagnostischen Software und zur vorübergehenden Speicherung von langsam zu übertragenden Daten.
Über einen Standard RS-232 Anschluß ist eine Steuerung der Untersuchungseinrichtung über einen externen Computer oder eine Datenübertragung zu diesem möglich.
Der Golay Bildprozessor 22 ist im Blockdiagramm in Fig. 3 im einzelnen dargestellt. ZumProzessor 22 gehört ein Vergleicher 30, ein logischer Golay-Prozessor (GLOPR) 34 und eine Histogrammeinheit 36. Über Eingaberegister 3 8 und Ausgaberegister 40 ist der Prozessor 22 an den Computer 24 angeschlossen.
Der GLOPR 3 4 ist in Fig. 4 im einzelnen im Blockschaltbild dargestellt. Er schließt einen Übertragungsgenerator 44 und binäre Bildregister 47-50 ein.
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Figo 5A und 5B erläutern die Arbeitsweise der Einrichtung 8 zur Ermittlung und Wiederfindung von Objekten. Die Gesamtsteuerung der Einrichtung 8 erfolgt über den Computer 24, wobei im wesentlichen die in den Blöcken 1 bis 7 in Fig. 5A und 5B gezeigten Arbeitsgänge gesteuert werden. Sobald während des Ermittlungsverfahrens ein interessantes Objekt festgestellt wird, werden Daten- und Merkmalssignale an den Wiederfindungsprozessor 26 übertragen, welcher wiederum Markierungssignale erzeugt, die im Speicher 28 gespeichert werden. Im Wiederfindungsverfahren arbeitet der Prozessor 26 ähnlich und erzeugt wiederum laufend Signale. In diesem Verfahrensschritt werden aber die laufend erzeugten Markierungssignale mit den gespeicherten MarkierungsSignalen verglichen, um eine etwaige Übereinstimmung festzustellen. Nach erfolgter Feststellung einer solchen Übereinstimmung wird an den Computer 24 das Signal "Objekt wiedergefunden" gegeben.
Die Arbeitsweise der in Fig. 1 und 2 gezeigten mikroskopischen Untersuchungseinrichtung wird nachstehend im einzelnen anhand des zweidimensionalen Bilds 100 in Fig. 6 erläutert. Dieses Bild zeigt eine Vielzahl von Objekten gegen einen Hintergrund. Hierbei handelt es sich um drei Objekttypen, die hier durch schwarze kreisförmige Punkte, durch schwarze rechteckige Punkte und durch schwarze dreieckige Punkte wiedergegeben sind. Dieses Bild kann z.B. die verarbeitete Darstellung eines Ausschnittes eines Blutausstrichs auf einem Objektträger sein, wobei die Punkte die Massezentren der Objekte darstellen (z.B. ganze Zellen, zerbrochene Zellen, Zellenteile, Färbungsniederschlag etc.). Die quadratischen Punkte stehen für die Massezentren von Zellen mit einem bestimmten Eigenschaftsmuster (das z.B. die Kriterien für Erythroblasten erfüllt.) Die dreieckigen Punkte stehen für die Massezentren von Zellen oder anderen Objekten mit einem bestimmten "nicht identifizierbaren" Eigenschaftsmuster, die der weiteren Überprüfung bedürfen. In diesem Beispiel sind sowohl die quadratischen als auch die dreieckigen Punkte "interessante Objekte". Die
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kreisförmigen Punkte stellen die Massezentren aller anderen Zellen oder Objekte dieses Blutausstrichs dar. In der nachfolgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Einrichtung eine Objekterfass.ungseinheit,eine Merkmalssichtungseinheit, eine Objektmarkierungseinheit, eine Speichereinheit und eine Vergleichereinheit aufweist.
Vom Computer 24 gesteuert wird im Ermittlungsdurchgang über den Objekterfasser (Elemente 20 und 24) der Einrichtung 8 zunächst ein Bildfeld auf einem Objektträger abgetastet^und es werden alle in dem jeweiligen Bildfeld enthaltenen Objekte auf dem Objektträger erfaßt. Der Merkmalsichter (Elemente 22 und 24) verarbeitet die vom Objekterfasser gelieferten Daten und klassiert die erfaßten Objekte. Bezogen auf Fig. 6 erzeugt der Merkmalssichter die kreisförmigen, dreieckigen und quadratischen Punkte im Feld 102 darstellende Daten. Zu diesem Zeitpunkt hat der Merkmalssichter tatsächlich bereits alle im Bildfeld 102 befindlichen Objekte klassiert und jedes Objekt auf ein Massezentrum reduziert und den Typ des Objekts (einschl. "nicht identifizierbar") und seine Lage innerhalb des Bildfelds gekennzeichnet.
Der Objektmarkierer (im Prozessor 26) erzeugt dann ein Markierungssignal für jedes "interessante" Objekt, (d.h. quadratische und dreieckige Punkte) im Bildfeld 102. Das Markierungssignal besteht aus zwei Komponenten, nämlich einer Merkmalsmuster-Komponente, welche das Objekt als interessantes Objekt sowie seinen Typ kennzeichnet, und einer Lagemuster-Komponente, welche die Lage aller benachbarten Objekte gegenüber dem interessanten Objekt innerhalb eines Radius R des interessierenden Objekts darstellt. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird R unter Berücksichtigung der Objektdichte im Bildfeld vorgewählt. Für verhältnismäßig hohe Dichten kann R sehr klein sein und für verhältnismäßig geringe Dichten kann R sehr groß gewählt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann R unter Berücksichtigung der jeweils erfaßten Objektdichte gesteuert werden. In diesem Fall wird dann R für jedes einzelne "interessante Objekt" bestimmt, sobald eine bestimmte Anzahl der am
nächsten liegenden Objekte gekennzeichnet bzw. erfaßt worden ist. Im vorliegenden Fall wird die Lage als Winkelverschiebung θ gegenüber der Bezugsachse 80 und als Abstand r vom interessanten Objekt ausgedrückt.
Die Lage der benachbarten Objekte kann aber auch als orthogonale Translationsversetzung gegenüber einem Bezugspunkt im Bildfeld ausgedrückt werden. In der Praxis erfolgt eine Rasterabtastung der Bilder, und die Koordinaten können in Form einer Tastzeile (Y) und der Position des Sildelements (X) auf einer Tastzeile dargestellt werden.
In Bezug auf Fig. 6 liegen unter Zugrundelegung der Darstellung von r, θ drei interessierende Objekte 0., O2 und O3 im Feld 102 vor. Zum Objekt 0.. gehören zwei benachbarte Objekte
Innerhalb des Radius
und N„ innerhalb des Radius R von 0..
R des Objekts
liegen vier benachbarte Objekte, nämlich
., N1. und N und im Radiusbereich R des Objekts O3 liegen zwei benachbarte Objekte N1 und N-. Der Objektmarkierer erzeugt die in nachstehender Tabelle stehenden Markierungssignale:
Merkmal Lagemuster Θ1; r2' θ 5> V Θ6
B 3V θ3; r4, ©4' V θ
B r3, Θ1; r7' Θ7
U r1'
Objekt
In dieser Tabelle stehen R. und θ. für die radiale und winkli-
JL JL
ge Versetzung gegenüber dem jeweils benachbarten Objekt N.. B ist eine Kennzeichnung für den Typ (z.B. Erythroblast) der interessanten Objekte 0. und O3 und U ist die Kennung für den Typ (nicht identifizierbar) des Objekts O3. Die Markierungssignale werden im Speicher 28 zum späteren Zugriff gespeichert.
Während des Wiederfindungs- bzw. Überprüfungsverfahrens, das vom Computer 24 gesteuert abläuft, tastet der Objekterfasser wiederum ein Bildfeld auf dem Objektträger ab und erfaßt jedes einzelne Objekt. Während dieses Überprüfungsverfahrens
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ist aber möglicherweise der Objektträger verschoben (oder willkürlich wieder eingeschoben) worden gegenüber den Arbeitskoordinaten des Objekterfassers. Bei einer selbsttätigen, mikroskopischen Untersuchungseinrichtung der erwähnten bekannten Konstruktion wird z.B. eine Anzahl von Objektträgern nacheinander im Erfassungsdurchgang verarbeitet. Dann werden einer oder mehrere dieser Objektträger im Wiederfindungs- bzw. Überprüfungsverfahren nochmals verarbeitet. Zwischen diesen beiden Verarbeitungsschritten kann ein Objektträger in Bezug auf die Arbeitskoordinaten des Objekterfassers entfernt und dann wieder eingebracht werden, was eine Verschiebung der Objektträgerlage im überprüfungsverfahren zur Folg* haben kann. Im Überprüfungsverfahren kann daher das Bildfeld im allgemeinen z.B. dem Feld 110 in Fig. 6 entsprechen.
Anhand der für das Bildfeld 10 erfaßten Objektdaten klassiert der Merkmalsichter alle in diesem Bildfeld befindlichen Objekte auf die gleiche Weise wie im Erfassungsverfahren.
Der Objektmarkierer erzeugt dann für jedes interessante Objekt im Bildfeld 110 Markierungssignale auf die gleiche Weise wie im Ermittlungsverfahren. Diese Markierungssignale entsprechen im wesentlichen den im Ermittlungsverfahren erzeugten Signalen, mit Ausnahme der Signale für sich am Rand des Bildfelds 110 befindliche "interessante" Objekte, denn eines oder mehrere der benachbarten Objekte sind möglicherweise nicht mit eingeschlossen. Während der Erzeugung dieser Markierungssignale im Überprüfungsverfahren vergleicht der Vergleicher (im Element 26) das laufend erzeugte Markierungssignal mit den vorher im Speicher 28 gespeicherten Markierungssignalen. Sobald eine Übereinstimmung (wesentliche Übereinstimmung, z.B. für am Randbereich des Bildfelds liegende interessante Objekte) während dieses Vergleichs festgestellt wird, wird ein Signal "Objekt gefunden" gefunden, welches diese Übereinstimmung anzeigt. Dieses Signal kann auch ein Alarmsignal für die Bedienungsperson sein, daß ein interessantes Objekt zur direkten Beobachtung und Untersuchung vorliegt, über die Steuerung 24 kann
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aber auch eine weitere automatische Untersuchung des interessanten Objekts ausgelöst werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann bei erfolgter Wiedererfassung eines interessanten Objektes die Steuerung 24 automatisch den Objekttisch so verstellen, daß das Objekt im Bildfeld zentriert liegt und die Bedienungsperson kann dann z.B. über das Mikroskop R oder CRT 13 das Objekt betrachten, ohne daß Unklarheiten darüber bestehen, welches der interessanten Objekte als solches gerade wieder erfaßt wurde. Statt der Verschiebung des wiedergefundenen interessanten Objekts in den Mittelpunkt des Bildfelds kann auch ein Cursor oder ein Leuchthintergrund auf dem CRT 13 zur eindeutigen Identifizierung des wiedergefundenen Objekts dienen.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind der Wiederfindungsprozessor 26 und der zugehörige Speicher 28 als vom Computer 24 getrennte Einheiten dargestellt. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen der Computer 24 die vorstehend beschriebenen Funktionen des Prozessors 26 und des Speichers 28 übernimmt.
Im Rahmen der Erfindung sind auch Varianten der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise möglich. Zum Beispiel können die benachbarten Objekte als innerhalb eines entweder vorbestimmten oder adaptiv bestimmten begrenzten Winkelsektors und /oder Bereichs liegend definiert werden. Für die Kriterien benachbarter Objekte kann auch statt der vorbestimmten Entfernung vom interessanten Objekt ein Mehrfaches des Durchmessers des interessanten Objekts zugrundegelegt werden. Dieses Kriterium läßt sich auch mit einer Begrenzung auf einen Winkelse ktor verbinden.
Die Verarbeitung als interessante Objekte kann auch auf interessante Objekte beschränkt werden, die größer sind als ein vorbestimmter Abstand vom Bildfeldrand (um sicherzustellen, daß alle benachbarten Objekte innerhalb der Kriterien mit erfaßt werden, und zwar sowohl im Ermittlungs- als auch im Wiederfindungsverfahren).
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Nach einer weiteren Ausführungsform können die vom Objektmarkierer erzeugten Markierungssignale neben der Merkmalsmusterkomponente und der Lagemuster-Komponente eine Koordinatenkomponente aufweisen, welche die Position des interessanten Objektes innerhalb des Bildes wiedergibt. Diese Koordinatenkomponente kann während des Überprüfungsverfahrens verwendet werden, bei dem ja jedes interessante Objekt allgemein in das Bildfeld gebracht wird und dann die Lagemuster-Komponente des jeweils zugehörigen Markierungssignals mit den gespeicherten MarkierungsSignalen verglichen wird. Sobald das Bildfeld während des Überprüfungsverfahrens gegenüber dem während des Ermittlungsverfahrens vorgelegenen Bildfelds derart verschoben ist, daß die Lagemuster-Komponenten der laufend erzeugten Markierungssignale während des Wiederfindungsverfahrens mit keinem der Lagemuster-Komponenten der gespeicherten Markierungssignale eine wesentliche Übereinstimmung zeigen, dann kann das Bildfeld im überprüfungsverfahren automatisch zurechtgerückt werden, z.B. kann eine Verschiebung in Form einer rechteckigen Spirale erfolgen, bis eine Übereinstimmung der Lagemuster-Komponenten festgestellt wird. Die Koordinaten-Komponenten der Markierungssignale können dann durch die erforderliche Verschiebung des Bildfeldes bis zur Feststellung einer Lagemuster-Übereinstimmung verschoben worden sein.
Nach anderen Ausführungen können die Lagemuster-Kompcnenten der Lagesignale die jeweiligen geometrischen Beschreibungsdaten darstellen, z.B. karte si—--sehe Koordinaten in Bezug auf einen beliebigen Bezugspunkt im Bildfeld. In diesem Fall werden auch die Koordinaten des interessanten Objekts gegenüber dem Bezugspunkt gespeichert.
Die vorstehend beschriebene, bevorzugte Ausführungsform zur Ermittlung und Wiederfindung von interessierenden Objekten in einem Bild geht von zwei zueinander rechtwinkligen, geometrischen Dimensionen aus. Die gleichen Techniken lassen sich auch in Verbindung mit einem dreidimensionalen Bild anwenden. Die dritte Dimension kann eine geometrische Dimension sein oder aber
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auch eine andere, von den ersten beiden geometrischen Dimensionen unabhängige Größe, z.B. Zeit, Grauton oder Fluoreszenz.
Patentanwälte
Dip!.-!ng. E. Eder
Dip!.-!ng. K. Schiegchke
fiPOO München 40, ElisÄstr. 34
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Claims (14)

  1. Patentenwätte
    Dipi.-äng. S.
    Die!.-!ng. K.Schieschke
    München 40, Eüsabethstr. 34
    COULTER ELECTRONICS, INC. Hialeah/Florida U.S.A.
    Selbsttätige mikroskopische Untersuchungseinrichtung und Verfahren zur Ermittlung und Wiederfindung von Objekten
    in einem Bild
    Patentansprüche
    Mikroskopisches Untersuchungsverfahren zur selbsttätigen Ermittlung von interessanten Objekten in einem ein Objekt oder mehrere gegen einen Hintergrund darstellenden, zwei- oder dreidimensionalen Bild, wobei jedes interessante Objekt ein charakteristisches, vorbestimmtes Merkmalsmuster besitzt, wobei durch Abtastung des Bilds und Erfassung eines Objektes oder mehrerer Objekte während des Abtastvorganges Objekte identifiziert und einige der identifizierten, das vorbestimmte Merkmalsmuster aufweisende Objekte als interessant gekennzeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß für ein interessantes Objekt ein Markierungssignal erzeugt wird, welches eine das vorbestimmte Merkmalsmuster des als interessant identifizierten Objekts darstellende Komponente sowie eine den relativen Abstand und die relative Ausrichtung einer erfaßten Anzahl dem als interessant identifizierten Objekt benachbarter Objekte darstellende Lagemuster-Komponente aufweist.
  2. 2. Mikroskopisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektidentifizierung selektiv durchgeführt wird, daß die vom Markierungssig- . nalgeber erzeugten Markierungssignale selektiv gespeichert werden, daß ein laufend erzeugtes Markierungssignal slektiv mit den gespeicherten Markierungssignalen verglichen wird, daß eine wesentliche Übereinstimmung der Lagemusterkomponente des laufend erzeugten Markierungssignals mit der Lagemusterkomponente eines der gespeicherten Markierungssignale festgestellt und für diese Übereinstimmung ein Signal "Objekt wiedergefunden" erzeugt wird, daß in einem Ermittlungsverfahrensschritt die Objektidentifizierung und die Speicherung sowie in einem Wiederfindungs-Verfahrensschritt die Identifizierung und der Vergleich der Objekte erfolgen.
  3. 3. Mikroskopisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsfunktion für jedes als interessant identifizierte Objekt die Erzeugung von dessen Lage im Bild darstellenden Koordinatensignalen einschließt.
  4. 4. Mikroskopisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatensignal-Erzeugung für alle benachbarten Objekte Koordinatensignale einschließt, welche das Lagemuster benachbarter Objekte im Bild darstellen.
  5. 5. Mikroskopisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Koordinatensignnalgeber eine Lagemuterkomponente erzeugt, welche die radiale und winkelmäßige Versetzung des identifizierten, interessanten Objekts gegenüber jedem benachbarten Objekt darstellt.
  6. 6. Mikroskopisches Untersuchungsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Koordinatensignalgeber auch eine orthogonal translationsversetzte
    .3·
    Lagen des identifizierten interessanten Objekts gegenüber jedem benachbarten Objekt darstellende Lagenmuster-Komponente erzeugt wird. .
  7. 7. Mikroskopische Untersuchungseinrichtung zur selbsttätigen Ermittlung von interessanten Objekten in einem ein Objekt oder mehrere gegen einen Hintergrund einschließenden zwei- oder dreidimensionalen Bild, wobei jsdes der interessanten Objekte ein vorbestimmtes Merkmalsmuster aufweist, mit einer Objektkennungseinheit, welche über eine Erfassungsvorrichtung das Bild abtastet und während des Abtastvorganges eines oder mehrere dieser Objekte erfaßt, einen Merkmalsichter zur Identifizierung einzelner erfaßter, das vorbestimmte Merkmalsmuster aufweisender Objekte als interessantes Objekt, gekennzeichnet durch eine Objektmarkierungseinheit zur Erzeugung eines Markierungssignals für ein identifiziertes interessantes Objekt, wobei das Markierungssignal eine das vorbestimmte Merkmalsmuster des identifizierten interessanten Objekts darstellende Merkmalsmuster-Komponente sowie eine den relativen Abstand und die relative Ausrichtung einer Anzahl erfaßter, dem identifizierten interessanten Objekt benachbarter Objekte darstellende Lagemuster-Komponente aufweist.
  8. 8. Mikroskopische Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine selektiv arbeitende Objektmarkierungseinheit, durch einen selektiv betätigbaren Speicher für die von der Objektmarkierungseinheit erzeugten Markierungssignale, einen selektiv betätigbaren Vergleicher zum Vergleichen eines laufend erzeugten Markierungssignals mit den gespeicherten Markierungssignalen, eine Erfassungseinheit zur Feststellung einer wesentlichen Übereinstimmung der Lagemusterkomponente des laufend erzeugten Markierungssignals mit der Lagemuster-Komponente eines der gespeicherten Markierungssignale eine Wiederauffindungs-Einheit zur Erzeugung eines die Übereinstimmung anzeigenden Signals "Objekt wiedergefunden" und durch eine Steuerung
    ·:-: :; ;: 3313783
    mit einer Einheit zur Betätigung der Objekt-Kennungseinheit während des Ermittlungsbetriebes sowie des Speichers, wobei die Steuerung auch eine Einheit einschließt zur Betätigung der Objekt-Kennungseinheit und des Vergleichers im Wiederfindungs-Betrieb.
  9. 9. Mikroskopische Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektmarkierungseinheit einen Signalgeber zur Erzeugung von Koordinatensignalen für jsdes identifizierte interessante Objekt aufweist, wobei die Koordinatensignale die Lage des identifizierten Objekts im Bild darstellen.
  10. 10. Mikroskopische Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber auch für jedes benachbarte Objekt die Lage der benachbarten Objekte im Bild darstellende Koordinatensignale erzeugt.
  11. 11. Mikroskopische Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektmarkierunaseinheiti p.inpn s
  12. stellt.
  13. 13. Mikroskopische Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektmarkierungseinheit eine Kennungseinheit zur Identifizierung von deffi identifizierten interessanten Objekt benachbarten Objekten aufweist, wobei die benachbarten Objekte innerhalb
    eines vorbestimmten oder adaptiv vorbestimmten Abstands vom interessanten Objekt liegende Objekte sind.
  14. 14. Mikroskopische Untersuchungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet/ daß die Objektmarkierungseinheit eine Kennungseinheit zur Identifizierung von den identifizierten interessanten Objekten benachbarten Objekten einschließt/ wobei diese benachbarten Objekte innerhalb eines vorbestimmten oder adaptiv bestimmten, vom interessanten Objekt ausgehenden Winkelsektors liegende Objekte sind.
    Patentanwälte
    Dipl.-Ing. E^Eder
    Dipl.-lr.g. K. Sohieschke
    £.000 Müη3hen 40^abethstr. 34
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