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Computergesteuerte Mikroskope erlauben Benutzern,
verschiedene Parameter über
eine Benutzerschnittstelle einzustellen und die Erlangung von Bilddaten
auf der Basis von Parametermengen zu beginnen. Die Bilddaten und
die zugehörige
Menge von Parametern können
in einer Speichervorrichtung gespeichert werden, z.B. einer Computer-Festplatte
oder einem Netzserver.
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Im folgenden wird eine Menge von
Steuerparameterdaten, z.B. Größe und Position
eines Bildgebungsbereichs, Auflösung,
Beleuchtungsintensität, Erfassungsempfindlichkeit
und Zeitdaten, eine Aufzeichnung genannt. Eine Aufzeichnung definiert
eine Sequenz von Operationen und/oder den Status eines Mikroskops
und kann geladen und verwendet werden, um das Mikroskop zu konfigurieren,
wobei z.B. die Erlangung von Bilddaten unter identischen Bedingungen
im Vergleich zu der Erlangung von Bilddaten unter Verwendung der
gleiche Menge von Steuerparameterdaten zuvor an einem anderen Standort
oder zu einem späteren
Zeitpunkt ermöglicht
wird.
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Im allgemeinen kann ein Mikroskop
verwendet werden, um Probenbeleuchtung und/oder Probenbeobachtung
durchzuführen.
Eine Aufzeichnung definiert sowohl Probenbeleuchtung als auch/oder Probenbeobachtung
durch Definieren des Betriebszustands des Mikroskops. Folglich ist
die Ausführung einer
Aufzeichnung als der Prozess einer Probenbeleuchtung oder der Prozess
einer Probenbeobachtung ebenso wie die Kombination einer Vielzahl
dieser beiden Prozesse zu verstehen. Der jüngste Trend in den Biowissenschaften
weg von der Beobachtung von "fixierten" Proben zu der Beobachtung
von lebenden Exemplaren erfordert Beobachtungen zu diskreten Zeitpunkten über eine
ausgedehnte Zeitperiode, eventuell Tage. Vorbereitung lebender Exemplare führt gewöhnlich zu
einem Deckglas voller Zellen, die einen Bereich bedecken, der viel
weiter ist als durch eine einzelne Aufzeichnung beobachtet werden kann.
Beobachtung einer einzelnen Zelle zu diskreten Zeitpunkten über mehrere
Stunden bedeutet, dass das Mikroskop tatsächlich nur für einen
kleinen Betrag der Gesamtexperimentzeit arbeitet, und dass das Mikroskop
die Möglichkeit
verpasst, viele andere Zellen zu beobachten, eine gravierende Unterauslastung
einer Probe, eines Mikroskops und von Wissenschaftlern. Außerdem kann
manuelle Eingabe über derart
lange Experimentzeiten leicht zu einfachen Benutzerfehlern führen.
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Aus "Databases for Microscopes and Microscopical
Images" von Nicolas
J. Salmon, Steffen Lindek und Ernst H.K. Stelzer, Handbook of Computer Vision
and Applications, Vol. 2, 1999, Academic Press, Seiten 907–926 ist
bekannt, ein relationales Datenbankverwaltungssystem (relational
database management System, RDBMS) in einem konfokalen Mikroskopsystem
zu verwenden. Die Verwendung eines RDBMS war ein Schritt vorwärts im Vergleich
zu den Datenbanksystemen aus einer flachen Datei, die in früheren konfokalen
Mikroskopsystemen verwendet wurden. Es werden mehrere Vorteile erwähnt und eine
explizite Datenstruktur zur Verwendung mit dem RDBMS in Verbindung
mit dem kommerziell verfügbaren
Mikroskop LSM510 (Carl Zeiss Jena GmbH) wird beschrieben. Es werden
Details der RDBMS-Struktur erörtert
und Beispiele werden angegeben. Wegen den RDBMS-Begrenzungen ist
die Nutzbarkeit des Systems begrenzt, wobei derartige Begrenzungen
ebenso erörtert
werden.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, wie in Ansprüchen
1–18 beansprucht,
ein computergesteuertes Mikroskop mit verbesserter Nutzbarkeit vorzusehen,
welches es einem Benutzer erlaubt, komplexe Probenbeleuchtung und/oder
Beobachtungsprozesse schnell aufzubauen, zu modifizieren und neu
zu verwenden.
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Dieses Ziel wird durch Einführung einer
Aufzeichnungshierarchie erreicht, in der eine Aufzeichnung sowohl
eine Elternaufzeichnung von einer oder mehr Kinderaufzeichnungen
als auch eine Kinderaufzeichnung zu einer einzelnen Elternaufzeichnung sein
kann. Eine Aufzeichnungshierarchie gemäß der vorliegenden Erfindung
erlaubt es, Steuerparameterdaten von einer Elternaufzeichnung zu
einer Kinderaufzeichnung zu vererben. Die Gruppe von Kinderaufzeichnungen,
die mit einer Elternaufzeichnung verknüpft ist, wird eine Aufzeichnungssammlung
genannt. Zusammen gesehen bilden Aufzeichnungen und Aufzeichnungssammlungen
eine baumartige Hierarchie. Funktionen zum einzelnen Laden und Speichern,
die mit einer Aufzeichnung in Verbindung stehen, erlauben es, die
gesamte Aufzeichnungs- und Kinderaufzeichnungshierarchie in einer
Speichervorrichtung zu speichern und in den Computer eines computergesteuerten
Mikroskops neu zu laden. Mit anderen Worten bewirkt eine Einleitung
einer Sicherungsfunktion für
eine einzelne Aufzeichnung, dass nicht nur die Wurzelaufzeichnung,
sondern auch alle Kinderaufzeichnungen und Aufzeichnungssammlungen
in der Speichervorrichtung gesichert werden. Eine Einleitung einer
Ladeoperation bewirkt, dass eine Wurzelaufzeichnung (d.h. eine Aufzeichnung,
die keine Elternaufzeichnung hat) und Kinderaufzeichnungen und Aufzeichnungssammlun gen
in dem Computerspeicher des Computers des computergesteuerten Mikroskops
erstellt werden.
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Jede Aufzeichnungssammlung kann Funktionen
enthalten, die Aufzeichnungen (und implizit ihren Kinderaufzeichnungen)
ermöglicht,
hinzugefügt zu
werden zu, entfernt zu werden von und neu geordnet zu werden innerhalb
der Sammlung, ebenso wie Funktionen, die der Aufzeichnungshierarchie
ermöglichen,
durchlaufen zu werden.
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Die Standard-Mikroskopausführungsfunktion
wird verbessert, um zu erlauben, dass die Aufzeichnungshierarchie
mit einem einzelnen Funktionsaufruf durchgearbeitet wird, der als
ein Parameter zu der Aufzeichnung der höchsten Ebene in der Hierarchie,
die auszuführen
ist, weitergegeben wird. Mit anderen Worten führt eine spezielle Funktion "Aufzeichnung ausführen" zuerst Aufgaben
aus, die durch ihre eigenen Parameter angegeben werden, bildet dann
eine Schleife durch alle Aufzeichnungen, die innerhalb ihrer Sammlung
von Kinderaufzeichnungen enthalten sind, wobei die gleiche Funktion "Aufzeichnung ausführen" in jeder dieser
Aufzeichnungen aufgerufen wird. Des weiteren kann eine beliebige
Aufzeichnung in Bezug auf die Funktion "Aufzeichnung ausführen" aktiviert oder deaktiviert werden,
d.h. kann derart markiert werden, dass die Funktion "Aufzeichnung ausführen" des Mikroskops eine Ausführung nur
jener Aufzeichnungen beginnen wird, die aktiviert sind. Die Aktivierung
oder Deaktivierung einer Aufzeichnung kann durch Einführung eines
Indikators "Ausführung aktiviert" als ein weiterer
Parameter der Aufzeichnung erreicht werden.
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Bilddaten, die durch jede Aufzeichnung
erzeugt werden, können
entweder in einem separaten Fenster oder dem gleichen Fenster für eine ganze Aufzeichnungshierarchie
angezeigt werden.
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Die Aufzeichnungsausführungsfunktion
toleriert Kinderaufzeichnungen, in denen einige Parameter oder Gruppen
von Parametern nicht definiert sind. Diese Aufzeichnungen erben
dann die undefinierten Parameter von Elternaufzeichnungen, z.B.
entweder durch Kopieren der jeweiligen Parameterwerte der Elternaufzeichnung
oder durch Verweisen auf den jeweiligen Parameterwert der Elternaufzeichnung.
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Es sollte festgehalten werden, dass
ein computergesteuertes Mikroskop einen Computer umfassen kann,
um seine Einstellungen und/oder Operationen zu steuern. Ein computergesteuertes
Mikroskop kann auch mit einem externen Computer verknüpft sein,
der seine Einstellungen und/oder Operationen steuert, z.B. einem
Personalcomputer, oder mit einem Netz aus Computern, die sich nicht
neben dem Mikroskop befinden müssen.
Ferner sollte festgehalten werden, dass sich der Begriff "Mikroskop" nicht nur auf ein
Mikroskop als solches, sondern auch auf eine beliebige Hilfsvorrichtung
bezieht, die in dem Prozess einer Bilderlangung und Exemplar- oder Probenbehandlung
mit dem Mikroskop verknüpft
ist oder mit ihm zusammenarbeitet. Diese Vorrichtungen können inkludieren,
sind aber nicht darauf begrenzt auf, Erwärmungs- und Kühleinheiten,
Gas- oder Flüssigkeitsversorgungseinheiten,
Energieversorgungseinheiten, Probenmanipulatoren etc.
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Im Folgenden wird die Erfindung detaillierter mit
Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 ein
schematisches Diagramm eines computergesteuerten Mikroskops gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 die
Grundstruktur einer Aufzeichnung gemäß der Erfindung zeigt;
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3 ein
Beispiel einer Aufzeichnungshierarchie gemäß der Erfindung zeigt;
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4 ein
Beispiel einer Benutzerschnittstelle eines computergesteuerten Mikroskops
gemäß der Erfindung
zeigt; und
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5 ein
anderes Beispiel einer Benutzerschnittstelle eines computergesteuerten
Mikroskops gemäß der Erfindung
zeigt.
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In 1 werden
Komponenten eines computergesteuerten Mikroskops schematisch gezeigt und
in gewissen Details beschrieben, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
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Das computergesteuerte Mikroskop
umfasst ein Gestell 1, auf dem eine Probe platziert werden kann
und das in einer Ebene bewegt werden kann, die durch X und Y angezeigt
wird. Die Probe wird mittels einer Beleuchtungsvorrichtung 3 beleuchtet. Eine
Bildgebungsvorrichtung 4 ist derart angeordnet, dass ein
Bild der Probe erlangt werden kann, d.h. derart, dass die Probe 2 innerhalb
des Bildgebungsbereichs 5 der Bildgebungsvorrichtung 4 platziert
ist. Die Beleuchtungsvorrichtung 3 und die Bildgebungsvorrichtung 4 befinden
sich in dem gleichen Gehäuse,
wie in 1 gezeigt, oder
können
als getrennte Vorrichtungen vorgesehen werden. In dem in 1 gezeigten Mikroskop sind
Gestell 1, Beleuchtungsvorrichtung 3 und die Bildgebungsvorrichtung 9 mit einer
Steuervorrichtung 6, vorzugsweise einem Computer, verbunden.
Die Steuervorrichtung 6 steuert die Operation und/oder
Status des Mikroskops, d.h. die Positionierungsvorrichtung 1,
die Beleuchtungsvorrichtung 3 und die Bildgebungsvorrichtung 4,
die in 1 gezeigt werden.
Um das Mikroskop zu steuern, wird durch Computer 6 ein
Steuerprogramm ausgeführt,
nachdem es in den Speicher (nicht gezeigt) von Computer 6 geladen
wurde. Das Steuerprogramm wird permanent gespeichert und von einer
Speichervorrichtung 7 geladen.
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Der Benutzer des computergesteuerten
Mikroskops interagiert mit dem System durch Eingabevorrichtungen,
z.B. eine Tastaturvorrichtung 8, eine Zeigervorrichtung 9,
wie etwa eine Computermaus, einen Trackball, einen Berührungsbildschirm
oder dergleichen, und ein Mikrofon 10, und durch Ausgabevorrichtungen
wie eine Anzeige 11, von der mehr als eine, wie in 1 gezeigt, mit dem Computer 6 verbunden
sein kann. Auf einer Anzeigeoberfläche 12 von Ausgabevorrichtung 11 wird
ein Bild von Probe 2, wie durch Bildgebungsvorrichtung 4 aufgezeichnet,
für eine
Untersuchung durch den Benutzer und zusätzlich zu Steuerelementen des
Steuerprogramms, das durch Computer 6 ausgeführt wird,
angezeigt.
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Computer 6 steuert die Operation
und/oder Status des Mikroskops, z.B. durch Steuerung der Position
der Positionierungsvorrichtung 1, durch Steuerung der Art
und Intensität
der Beleuchtung, die durch Beleuchtungsvorrichtung 3 vorgesehen
wird, und durch Steuerung der Form, Größe und Position des Bildgebungsbereichs 5 oder
Bildgebungsregion 5a, die durch Bildgebungsvorrichtung 4 erfasst
wird. Ferner empfängt
Computer 6 Bilddaten von Bildgebungsgerät 4 und zeigt das
Bild von Probe 2 auf Ausgabevorrichtung 11 an
und/oder speichert das Bild in Speichervorrichtungen 7.
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Wie zuvor erwähnt, wird die obige Beschreibung
eines computergesteuerten Mikroskops, wie in 1 schematisch gezeigt, nur gegeben, um
ein besseres Verständnis
der weiter nachstehend beschriebenen Erfindung zu erleichtern, ist
aber nicht gedacht, den Bereich der Erfindung auf eine computergesteuerte
Bildgebungsvorrichtung, wie in 1 gezeigt,
zu begrenzen. Die computergesteuerte Bildgebungsvorrichtung, wie
in 1 gezeigt, zeigt
jedoch klar an, dass eine Vielzahl von Parametern der Bildgebungsvorrichtung
durch Computer 6 gesteuert werden. Diese Parameter inkludieren,
sind aber nicht begrenzt auf, Form, Größe, Ausrichtung und Position der
Bildgebungsregion, Auflösung
der Bildgebungsvorrichtung, Beleuchtungsintensität, Beobachtungsempfindlichkeit
und Zeitdaten (wie Startzeit und Dauer) etc.
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Die hauptsächliche Verbesserung, die durch die
Erfindung vorgesehen wird, wird durch Einführung einer Aufzeichnungshierarchie
in den Weg, auf dem der Computer arbeitet, d.h. Parameterdaten bearbeitet
und speichert/abruft, erreicht. Die Erfindung sieht ein computergesteuertes
Mikroskop mit zusätzlicher
Funktionalität
vor und erweitert deshalb seine Verwendbarkeit als ein technisch-wissenschaftliches Instrument.
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In 2 wird
die Struktur einer einzelnen Aufzeichnung gemäß der Erfindung gezeigt, die
sowohl eine Elternaufzeichnung als auch eine Kinderaufzeichnung
in einer Aufzeichnungshierarchie sein kann, die weiter nachstehend
detaillierter beschrieben wird. Wie in 2 gesehen werden kann, umfasst die Aufzeichnung
eine Menge von Parametern, z.B. Form, Größe und Position einer Bildgebungsregion,
Auflösung,
Beleuchtungsintensität,
Erfassungsempfindlichkeit, Zeitdaten (wie Startzeit und Dauer) und
andere Daten in Bezug auf den Prozess einer Probenbeleuchtung oder
Probenbeobachtung (Bilderlangung) oder eine Vielzahl von diesen
Prozessen.
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Es sollte festgehalten werden, dass
eine Aufzeichnung eine Vielzahl von jeder Art von Parameterdaten
umfassen kann. Z.B. kann eine Aufzeichnung zwei oder mehr Parameter
umfassen, die unterschiedliche Bildgebungsregionen mit Bezug auf Form,
Größe und Position
definieren. Auch kann eine Aufzeichnung unterschiedliche Beleuchtungs- und/oder
Erfassungsparameter umfassen.
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Des weiteren kann eine Aufzeichnung
als einen zusätzlichen
Parameter einen Indikator bezüglich
dessen umfassen, ob die Aufzeichnung ausgeführt wird oder nicht, falls
eine Funktion "Aufzeichnung
ausführen" des computergesteuerten
Mikroskops initiiert wird. Falls gesetzt, wird der Ausführungsindikator
die Funktion "Aufzeichnung
ausführen" des Mikroskops veranlassen,
auch die spezielle Aufzeichnung auszuführen, von der er ein Parameter ist.
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In 3 wird
ein Beispiel einer Aufzeichnungshierarchie gezeigt. Jede der Aufzeichnungen
in dieser beispielhaften Hierarchie umfasst eine Menge von Parametern,
wie mit Bezug auf 2 erläutert. Es
ist jedoch einem Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass Aufzeichnungen
innerhalb einer Aufzeichnungshierarchie gemäß der Erfindung zusätzliche
Parameter umfassen können
oder auf weniger oder andere Parameter begrenzt sein können.
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Eine Wurzelaufzeichnung 0.0.0, wie
in 3 gezeigt, ist dadurch
gekennzeichnet, dass sie keine Elternaufzeichnung hat. Die Wurzelaufzeichnung 0.0.0
umfasst Steuerparameterdaten, wie etwa die Form, die Größe und die
Position einer Bildgebungsregion, Auflösung einer Bildgebungsregion,
Beleuchtungsintensität,
Erfassungsempfindlichkeit und Zeit. In dem Beispiel von 3 wird diese Menge von Steuerparameterdaten für jede Aufzeichnung
verwendet, die in der Figur gezeigt wird. Die Wurzelaufzeichnung
0.0.0 hat zwei Kinderaufzeichnungen, d.h. Aufzeichnung 1.0.0 und
2.0.0, von denen beide die Menge von Steuerparameterdaten umfassen,
wie oben erwähnt.
Aufzeichnung 1.0.0 ist eine Elternaufzeichnung für Aufzeichnungen 1.1.0 und
1.2.0, von denen Aufzeichnung 1.2.0 eine Elternaufzeichnung für Aufzeichnung
1.2.1 ist. Ähnlich
ist einerseits Aufzeichnung 2.1.0 eine Kinderaufzeichnung von Aufzeichnung
2.0.0 und andererseits eine Elternaufzeichnung für Aufzeichnung 2.1.1.
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Es ist einem Durchschnittsfachmann
offensichtlich, dass diese Hierarchie durch Hinzufügen weiterer
Aufzeichnungen erweitert werden kann, die Kinderaufzeichnungen zu
einer beliebigen der Aufzeichnungen sind, die es bereits gibt, oder
ein Teil der in 3 gezeigten
Hierarchie werden. Gemäß der Erfindung
umfasst das Steuerprogramm eines computergesteuerten Mikroskops
eine Funktion zum Erstellen einer Aufzeichnungshierarchie durch
Ermöglichen
der Erstellung einer Wurzelaufzeichnung und Hinzufügen weiterer
Aufzeichnungen als Kinderaufzeichnungen der Wurzelaufzeichnung oder
von Kinderaufzeichnungen, die in einem vorherigen Schritt erstellt
werden. Der Schritt zum Erstellen von Kinderaufzeichnungen kann
auch als eine Funktion einer Hinzufügung von Aufzeichnungen zu
der Hierarchie verstanden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Steuerprogramm des computergesteuerten Mikroskops ferner
die Funktion zum Löschen
einer Aufzeichnung und/oder die Funktion für eine Umordnung der Aufzeichnungen
in der Aufzeichnungshierarchie.
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Ein Vorteil einer Einführung einer
Aufzeichnungshierarchie in das Steuerprogramm eines computergesteuerten
Mikroskops ist, dass sie die Möglichkeit
einführt,
Steuerparameterdaten von einer Elternaufzeichnung zu einer Kinderaufzeichnung
oder Gruppe von Kinderaufzeichnungen zu vererben.
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Falls z.B. ein Benutzer in einem
ersten Schritt die in 3 gezeigte
Wurzelaufzeichnung 0.0.0 definiert hat, wurden Steuerparameterdaten, wie
Form, Größe und Position
des Bildgebungsbereichs, Auflösung
des Bilderlangungsprozesses, Beleuchtungsintensität, Erfassungsempfindlichkeit
und Zeit definiert, um den Status und/oder Operation des computergesteuerten
Mikroskops vollständig
zu beschreiben. Falls der Benutzer in einem zweiten Schritt Kinderaufzeichnung
1.0.0 definiert, werden mindestens einige der gesteuerten Parameterdaten, die
zuvor für
Wurzelaufzeichnung 0.0.0 definiert oder eingestellt wurden, für die Definition
der Steuerparameterdaten von Kinderaufzeichnungsdaten 1.0.0 verwendet. Ähnlich werden
Steuerparameterdaten der Wurzelaufzeichnung 0.0.0 während der
Erstellung von Kinderaufzeichnung 2.0.0 vererbt.
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Natürlich erlaubt das Steuerprogramm
des computergesteuerten Mikroskops gemäß der Erfindung dem Benutzer,
vererbte Steuerparameterdaten zu überschreiben, z.B. durch Umdefinieren
der Form, Größe und/oder
Position der Bildgebungsregion. Mit oder ohne Begrenzungen basierend
auf den Steuerparameterdaten der Elternaufzeichnung kann der Benutzer
die Steuerparameterdaten der Kinderaufzeichnung ändern.
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Der Benutzer kann z.B. die Größe der Bildgebungsregion
einer Kinderaufzeichnung einerseits reduzieren und andererseits
die Auflösung
der Bildgebungsoperation erhöhen.
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Wenn der Benutzer eine weitere Kinderaufzeichnung
erstellt, werden anfangs vorzugsweise die Steuerparameterdaten der
Elternaufzeichnung durch die erstellte Kinderaufzeichnung geerbt.
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Der Benutzer erlangt Zugriff auf
die verbesserten technischen Funktionen des computergesteuerten
Mikroskops über
eine grafische Benutzerschnittstelle, die auf einer Ausgabevorrichtung
angezeigt wird. Im folgenden wird ein Beispiel einer derartigen
Benutzerschnittstelle beschrieben. Offensichtlich kann die Benutzerschnittstelle
ein anderes Aussehen und Anordnung von Information aufweisen.
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In 4 wird
ein Beispiel einer grafischen Benutzerschnittstelle gezeigt, die
auf der Anzeigevorrichtung (siehe 1)
des computergesteuerten Mikroskops angezeigt wird, und die nicht
nur das Bild 13 der Probe 2 unter Beobachtung
anzeigt, sondern auch grafische Steuerelemente 14 umfasst,
die dem Benutzer ermöglichen,
die Ausführung
des Steuerprogramms in dem Computer des Mikroskops zu steuern.
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Das Beispiel in 4 zeigt das Übersichtsbild 13,
wie durch eine Wurzelaufzeichnung gemäß der Erfindung definiert,
und eine kleinere Bildgebungsregion 15, die durch eine
jeweilige Kinderaufzeichnung gemäß der Erfindung
definiert wird. Der Benutzer kann die Form, die Größe, die
Ausrichtung und die Position der kleineren Bildgebungsregion mittels
der Zeigervorrichtung (siehe 1),
z.B. einer Computermaus, dadurch definieren, dass er ein Zeichenwerkzeug
aus der Palette 14 auswählt
und die Bildgebungsregion innerhalb der Grenzen des Übersichtsbild 13,
d.h. der Wurzelaufzeichnung, "zeichnet". Diese Technik ist
grundsätzlich
von anderen Computeranwendungen bekannt und wird für die Erfindung
angenommen, um eine erleichterte Erstellung einer Kinderaufzeichnung
zu erlauben.
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In 5 wird
ein anderes Beispiel einer grafischen Benutzerschnittstelle gezeigt,
die auf der Anzeigevorrichtung (siehe 1)
des computergesteuerten Mikroskops angezeigt wird, und die die Aufzeichnungshierarchie 16 in
einem benutzerfreundlichen Format ebenso wie grafische Steuerelemente 17,
die dem Benutzer erlauben, die Ausführung des Steuerprogramms in
dem Computer des Mikroskops zu steuern, zeigt. Das Diagramm 16 stellt
die Aufzeichnungshierarchie dar. Eine Wurzelaufzeichnung 18 und
eine einzelne Kinderaufzeichnung 19 werden als ein Beispiel
einer Aufzeichnungshierarchie gemäß der Erfindung gezeigt. Grundsätzlich kann
die Struktur der in 3 gezeigten
Hierarchie in dem Diagramm von 5 einfach
identifiziert werden. Im folgenden werden einige Verwendungsbeispiele
der Erfindung beschrieben, um ein besseres Verständnis des Bereichs der Erfindung
und der erreichten Vorteile zu geben.
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Beispiel 1:
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Beobachtung eines Felds
von Zellen, die über
einen weiten Bereich verteilt sind
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Während
die Bildgebungsregion mit dem Mikroskop kontinuierlich abgetastet
wird (d.h. die Funktion "Aufzeichnung
ausführen" kontinuierlich ausgeführt wird),
variiert der Benutzer die Position des Abtastgestells und Aufzeichnungsparameter,
bis eine einzelne Zelle von Interesse gefunden ist. Sobald gefunden,
können
andere Parameter (z.B. Beleuchtungsintensität und Erfassungsempfindlichkeit)
justiert werden, bis ein optimales Bild erhalten wird. Es wird ein
neues Bildgebungsfenster erstellt, wobei das Bild der Zelle (und
zugehörige
Parameter) auf dem Computerbildschirm in dem alten Fenster belassen werden.
Der Benutzer wiederholt den Prozess zum Finden von Zellen. Wenn
eine geeignete Anzahl von Zellen gefunden wurde, wählt der
Benutzer wiederum jedes Bildgebungsfenster und drückt einen
Knopf in der Fenstersteuerleiste, was bewirkt, dass die Aufzeichnung,
die innerhalb des Fensters enthalten ist, zu der Wurzelaufzeichnung
hinzugefügt
wird. Die Wurzelaufzeichnung wird somit eine Anzahl von Aufzeichnungen
enthalten.
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Wenn eine Datenerlangung neu gestartet wird,
wird erneut jede Aufzeichnung in der Wurzelaufzeichnung abgetastet,
wobei die Abtastfenster, die verwendet wurden, um die Zellen zu
finden, neu verwendet werden.
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Die Aufzeichnungssammlung kann in
zeitlich festgelegten Intervallen abgetastet werden, sodass viele
räumlich
entfernte Zellen zeit-multiplext beobachtet werden können.
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Beispiel 2:
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Beobachtung eines Felds
von Zellen, die über
einen kleinen Bereich verteilt sind
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Es wird eine Anpassung geringer Vergrößerung vorgenommen,
die ein Bild erstellt, in dem eine große Anzahl von Zellen identifiziert
werden kann. Unter Verwendung von Zeichenwerkzeugen, die aus einem
Abtastfenstersteuermenü ausgewählt werden, können Zellen
von Interesse auf der Anzeige gezeichnet werden, wobei die gezeichneten
Regionen automatisch Kinderaufzeichnungen definieren, die gezoomte
Versionen der Hauptaufzeichnung sind, der sie hinzugefügt werden.
Ein Beginn einer Bilderlangung (Aufzeichnungsausführung) bewirkt,
dass die Wurzel(Übersichts-)
Aufzeichnung, und dann alle Kinder- (Zellen-) Aufzeichnungen in
einer Folge abgetastet werden.
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Eine Erlangung einer beliebigen der
Aufzeichnungen kann deaktiviert werden, z.B. derart, dass nur die
Zellen abgetastet werden und nicht die Übersichtsaufzeichnung. Die
grafischen Objekte, die die Zellen in dem Übersichtsfenster definieren,
können
während
einer Abtastung manipuliert werden, um die Größenparameter der Kinderaufzeichnungen zu
justieren, während
sie abgetastet werden.
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Beispiel 3:
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Kombination von Beobachtung
eines weiten Bereichs und eines kleinen Bereichs
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Eine Hauptaufzeichnung, die Kinderaufzeichnungen
umfasst, kann einer anderen Aufzeichnung hinzugefügt werden.
Somit kann eine Aufzeichnungshierarchie aufgebaut werden, die Cluster
von Aufzeichnungen enthält,
innerhalb jeder von denen das Abtastgestell nicht bewegt werden
muss (z.B. da dieses langsam ist).
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Beispiel 4:
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Optimale Beobachtung von
unterschiedlichen Regionen innerhalb einer einzelnen Zelle
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Zellen, die mit fluoreszierenden
Sonden markiert sind, können
gewisse Strukturen, die eine hohe Dichte von Fluorophor enthalten,
und andere Strukturen mit geringeren Dichten haben. Es kann eine
anfängliche
nicht-optimale Abtastung
vorgenommen werden, bei der die zu optimierenden Bereiche gezeichnet
werden, wobei die gezeichneten Regionen automatisch Kinderaufzeichnungen
definieren, die nicht-gezoomte Versionen der Wurzelaufzeichnung sind.
Jede Kinderaufzeichnung erbt per Vorgabe (mit Ausnahme einer Größe) von
der Elternaufzeichnung Parameter. Dadurch kann der Benutzer Beleuchtungsintensität und Erfassungsempfindlichkeit
für jede
Region optimieren.
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Beispiel 5:
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Kombination von dreidimensionaler,
zweidimensionaler und eindimensionaler Datenerlangung
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Ein konfokales Fluoreszenzmikroskop
kann Fluoreszenzintensität
innerhalb eines dreidimensionalen Volumens messen. Eine einzelne
Aufzeichnung kann eine einzelne Probe oder Linie bilden. Ein zweidimensionales
konfokales Bild kann einen Schnitt durch eine Probe darstellen.
Ein Stapel von Schnitten bildet somit eine dreidimensionale Datendarstellung
der Probe. Für
eine derartige Maschine ist jede Aufzeichnung innerhalb der Aufzeichnungshierarchie
in drei Dimensionen definiert. Es kann daher eine Aufzeichnungshierarchie
aufgebaut werden, die Aufzeichnungen verschiedener Dimensionalität enthält. Beispiele
können
inkludieren:
- – Einen zweidimensionalen Übersichtsschnitt durch
ein Feld von Zellen, enthaltend Kinderaufzeichnungen, die dreidimensionale
Stapel sind.
- – Eine
Aufzeichnung, die ein einzelnes zweidimensionales Übersichtsbild
einer einzelnen Zelle (Nomarski-Kontrast) und eine Kinderaufzeichnung,
die einen Stapel von fluoreszierenden Bildern definiert, erstellt.
- – Eine
Wurzelaufzeichnung kann einen Schnitt in einer Richtung durch eine
Probe definieren, z.B. in einer Ebene, die der optischen Achse orthogonal
ist. Zeichnen einer Linie auf dem Übersichtsbild veranlasst, dass
eine Kinderaufzeichnung zu erstellen ist. Das Ausmaß einer
derartigen Kinderaufzeichnung kann erweitert werden, sodass sie eine
Ebene orthogonal zu ihren Eltern bildet.
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Beispiel 6:
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"Nur-Beleuchtungs"-Prozesse
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Es gibt viele Beispiele, in denen
nur eine Beleuchtung einer Probe und nicht Beobachtung interessant
ist.
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a) Foto-Bleiche
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Eine übliche Technik in der Zellbiologie
zur Beobachtung von Frachtbewegungen innerhalb von Zellen ist Foto-Bleiche.
Eine Zelle, die Proteine von Interesse enthält, markiert mit fluoreszierenden
Farbstoffen, wird vorbereitet. Es wird ein Anfangsbild der Zelle
erlangt, wonach eine Hochleistungslaserabtastung verwendet wird,
um Bereiche von Fluorophor innerhalb der Zelle zu bleichen. Die
Lichtdetektoren des Mikroskops können
während
der Bleichphase abgeschaltet werden, da die Bilddatensammlung nicht
erlangt wird. Nach der Bleiche wird dann eine zeitlich abgestimmte
Folge von Bildern genommen, um Transport von Fluorosphor zurück in die
gebleichte Region zu beobachten.
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Ein einfaches Bleichexperiment kann
eine Wurzelaufzeichnung, die eine Abtastung über die ganze Zelle definiert,
und eine oder mehr Kinderaufzeichnungen, die die Bleichregionen
sind, inkludieren. Die Daten, die erstellt werden, wenn die Bleichregionen
abgetastet werden, sind eine Art von Attrappe, da der Experimentator
häufig
nur an einer Steuerung des Betrags von Energie, die auf die Probe
trifft, und dem Bereich, über
dem Beleuchtung auftritt, interessiert ist. Der Benutzer beginnt
einfach eine zeitlich abgestimmte Folge von Abtastungen, bei der
die Wurzelaufzeichnung abgetastet wird. Während die Bleichregion abgetastet
wird, kann der Benutzer die Option "erlangen" in der Bleichregion umschalten, sodass
diese Region nur einmal in der zeitlich abgestimmten Folge abgetastet
wird.
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Die Bleichregion kann mit genau den
gleichen Parametern wie alle anderen Aufzeichnungen definiert sein,
sodass garantiert ist, dass der Benutzer präzise Information über die
Form und Position der Bleichregion hat, ebenso wie Eingabeenergie und
den präzisen
Zeitpunkt, zu dem die Bleiche aufgetreten ist.
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b) Fotoaktivierung (befreiend)
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Dies ist im wesentlichen das Gegenteil
von Foto-Bleiche, wodurch Licht verwendet wird, um ein Fluorophor
zu aktivieren. Die Parameter, die genau beschreiben, wann, wo und
wie die Zusammensetzung aktiviert wurde, sind innerhalb eines Aufzeichnungsobjekts
ordentlich enthalten.
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c) Unterdrückung
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Dies ist Foto-Bleiche ähnlich.
Verbindungen können
eingesperrt, oder ihre biologische Funktion durch Beleuchtung mit
einer charakteristischen Wellenlänge
ausgeschaltet werden.
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Beispiel 7:
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"Nur-Beobachtungs"-Prozesse
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In einigen Experimenten können Proben
Bioluminiszenz (Chemoluminiszenz) zeigen, d.h. Proben können Licht
ohne die Notwendigkeit für
Beleuchtungslicht emittieren.