ES2207813T3 - Procedimiento y dispositivo para grabar el movimiento de objetos microscopicos. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para grabar el movimiento de objetos microscopicos.Info
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Abstract
Procedimiento para grabar el movimiento de microobjetos obteniendo la imagen real del objeto en un microscopio y para grabar la dinámica de la intensidad en diferentes puntos de la imagen, caracterizado porque la intensidad se mide simultáneamente en dos o más puntos de la imagen por medio de fotosensores independientes, las señales eléctricas de los cuales son substraídas unas de otras y porque la dinámica del objeto se determina sobre la base del espectro de la amplitud de la frecuencia de la señal diferencial.
Description
Procedimiento y dispositivo para grabar el
movimiento de objetos microscópicos.
La presente invención se refiere a la tecnología
de la medición, especialmente a procedimientos para grabar el
movimiento de microobjetos y se puede utilizar, por ejemplo en
biología, para grabar el movimiento de partículas brownianas y
microorganismos así como para procesos de grabación en tejidos
biológicos, en capilaroscopia, etc.
Es conocido un procedimiento para grabar el
movimiento de microobjetos para sondear el medio con los
microobjetos mediante radiación y grabar la dinámica de la
radiación difundida, por ejemplo la imagen manchada de una
radiación coherente, por medio de un fotosensor [1]. El dispositivo
para realizar este procedimiento comprende una fuente de luz, un
sensor de la radiación difusa y una unidad para procesar la señal
de salida del sensor.
En este caso, el movimiento de los microobjetos
específicos no puede ser rastreado puesto que la imagen manchada no
muestra los microobjetos individuales.
Es conocido otro procedimiento en el que los
microobjetos son observados bajo el microscopio y su movimiento en
el plano de la imagen real del objeto es grabado mediante un
fotosensor que realiza un rastreo cíclico punto por punto de esta
imagen mientras graba el cambio de la intensidad de la señal en los
puntos apropiados de la imagen desde un ciclo al otro ciclo ([2] -
prototipo)
El dispositivo para realizar este procedimiento
prototipo comprende una fuente de luz, un microscopio, un
fotosensor con un dispositivo de rastreo y una unidad electrónica
para el procesado de la señal.
Este procedimiento tiene una baja sensibilidad a
los cambios de los parámetros del objeto porque el ruido del
sistema (ruido acústico así como ruido de la propia radiación de un
ciclo al ciclo siguiente) puede exceder al cambio de la señal que
resulta del movimiento del objeto. Además, la frecuencia de los
procesos dinámicos grabados está limitada hacia arriba por el tiempo
de medición.
Es un objeto de esta invención incrementar la
sensibilidad de la medición del movimiento de un microobjeto, para
aumentar la gama de frecuencia y simplificar el procedimiento.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona una medición de la intensidad de la imagen del objeto
en el microscopio óptico en diversos puntos simultáneamente, por
medio de fotosensores independientes. Las señales eléctricas
resultantes se substraen y el movimiento del objeto se determina
sobre la base del espectro amplitud-frecuencia de
esta señal diferencial. Más o menos, sólo se mide el movimiento del
objeto ya que la intensidad fluctuante de la propia radiación
sondeada así como el ruido acústico en fase se eliminan en gran
medida y no contribuyen en la señal diferencial grabada.
De acuerdo con ello, el dispositivo sugerido para
realizar este procedimiento difiere del prototipo en que comprende
dos fotosensores independientes, las salidas de los cuales están
conectadas a entradas diferentes de un amplificador
diferencial.
En una realización preferida, los fotosensores
están dispuestos en forma de una estructura periódica los elementos
adyacentes de la cual están conectados a entradas diferentes de un
amplificador diferencial.
Una realización alternativa está caracterizada
porque se proporcionan marcas en el vidrio del objeto micrométrico
del ocular del segundo canal del microscopio, marcas las cuales
corresponden a los límites de la imagen grabada.
La presente invención se describirá ahora con
referencia a los tres dibujos que se acompañan.
La figura 1 muestra la estructura esquemática del
dispositivo, en el cual: 1 - fuente de luz, 2 - microscopio, 3 -
objetivo, 4 - ocular, 5 - fotosensores, 6 - plano de la imagen, 7 -
plano del objeto micrométrico, 8 - plano del objeto.
La figura 2 muestra el diagrama esquemático del
circuito de la formación de la señal eléctrica diferencial, en el
cual 9 - imagen del microobjeto en el plano de la imagen, 10 -
circuito de substracción, 11 - unidad de proceso de la señal
diferencial.
La figura 3 es un ejemplo de una estructura
cíclica con ambos fotosensores 12 y 13.
La invención se realiza como sigue:
En el plano del objeto del microscopio, el objeto
es irradiado mediante una fuente de luz coherente o incoherente y
la intensidad del objeto en el plano de la imagen se graba en
diversos puntos simultáneamente, por ejemplo por medio de un
fotodiodo de cuadrante. Las señales eléctricas son substraídas de
las superficies sensibles a la luz independientes del fotodiodo. La
cantidad total de ruido en fase, por ejemplo la intensidad
fluctuante de la fuente de luz, se elimina también. Por otra parte,
las señales resultantes del movimiento del microobjeto o por el
cambio de sus formas son independientes y la intensidad fluctuante
de la señal del fotodiodo no es correlativa y no se substrae.
Además, la suma (o la diferencia, respectivamente) de las dos
señales de la misma amplitud con una fase aleatoria se sabe que es
(\sqrt{2}) veces mayor que las señales individuales. Por lo
tanto, la superposición de N señales independientes de los
fotodiodos conducen a un incremento de la amplitud de la señal
requerida por (\sqrt{N}) veces la cantidad. Sin embargo, hay que
enfatizar que la mejora de la relación señal-ruido
está principalmente provista por la substracción del ruido en fase.
La dinámica del microobjeto se determina sobre la base del espectro
de Fourier (o la función de correlación) de la señal eléctrica
diferencial.
El dispositivo para realizar este procedimiento
se representa esquemáticamente en la figura 1 y comprende una
fuente de luz 1, un microscopio de canal dual 2 con un objetivo 3 y
un ocular 4 en el segundo canal del cual está dispuesta la unidad
de fotosensor cuyas superficies sensibles a la luz están colocadas
en el plano de la imagen 6. Para simplificar la observación del
área grabada, están provistas marcas en el vidrio del objeto
micrométrico en el plano 7, las cuales corresponden a los límites
de las áreas del objeto dispuestas en el plano del objeto 8, para
ser grabadas por los fotosensores 5. La figura 2 muestra las
superficies sensibles a la luz de los fotosensores 5 en el fondo de
la imagen, por ejemplo de los microobjetos 9 (o lo que es lo mismo,
de la proyección de los fotodiodos 5 en el plano del objeto 8 como
se puede ver cuando se mira a través del ocular 4). Esta figura
muestra esquemáticamente la conexión de las salidas del fotodiodo
al circuito de substracción 10 (amplificador diferencial) y a la
unidad de análisis 11 para la señal de diferencial. La figura 3
muestra un ejemplo de realización de la estructura periódica de las
superficies del fotosensor sensibles a la luz, permitiendo una
substracción más comprensible del ruido en fase y un desplazamiento
del espectro de la señal requerida grabada hacia la gama de radio
frecuencia. Las zonas sensibles a la luz (en negro) están
eléctricamente conectadas al segundo elemento adyacente apropiado y
forman ambos los fotosensores 12 y 13.
La función del dispositivo se describirá ahora
por medio del ejemplo de la grabación del movimiento de un
microobjeto 9 en el agua. En el caso de un movimiento browniano o
direccional, las imágenes del microobjeto exceden de los límites de
las superficies sensibles a la luz 5 y la intensidad grabada por
ellas es cambiante y cambia independientemente en cada superficie.
Su señal eléctrica es substraída por el amplificador diferencial;
la parte en fase de la señal se suprime mediante este amplificador
y la unidad de análisis recibe sólo la otra señal diferencial que
resulta de la dinámica del microobjeto. La unidad de análisis
calcula por ejemplo el espectro de Fourier de la señal diferencial
cuya frecuencia característica F (por ejemplo el ancho de banda del
espectro de Lorenz al 50%, para el movimiento browniano) es una
función del tiempo t para las imágenes del microobjeto que exceden
del tamaño característico d de la superficie 5:
(1)F = 1/t =
vK/d
Aquí, v - velocidad del microobjeto, K -
amplificación del objetivo. Por lo tanto, para un área de la
superficie de 1 mm^{2} y una amplificación de 100x del objetivo
3, la velocidad v = 10 \mum/s corresponde a la frecuencia F = 1
Hz.
Para grabar tales frecuencias, se requiere un
tiempo de medición relativamente largo. Para incrementar la
frecuencia característica F, la cual corresponde a la velocidad
apropiada v, así como para suprimir el ruido en fase tan
completamente como sea posible, las superficies sensibles a la luz
están dispuestas en la forma de una estructura periódica de
elementos adyacentes los cuales son parte de diferentes
fotosensores. La figura 3 muestra una posible disposición en la que
los fotosensores 12 y 13 están compuestos de diversos elementos
conectados al segundo elemento adyacente apropiado. Por lo tanto, se
incrementa la exactitud del fotosensor y el tamaño característico
d, siendo ahora igual al período de la estructura, se reduce,
mientras se mantiene constante la superficie total del
fotosensor.
Para una superficie total del fotosensor de 1
mm^{2} y para K = 100, el tamaño característico del área grabada
es 10 \mum. Debido a las marcas provistas en el vidrio del objeto
micrométrico dispuestas en el plano 7, las líneas exteriores del
área grabada son visibles en el campo visual del microscopio.
El presente procedimiento y dispositivo fueron
implantados utilizando un microscopio comercial con un aumento de
1200x. Se demostró que este procedimiento mejora la relación
señal-ruido en 20 - 40 dB dependiendo del tipo de
fuente de luz, en contraste a una grabación en serie de señales de
fotosensores (se utilizaron fotodiodos de cuadrante comerciales
FD-19-KK). Por medio de un
ordenador IBM, se midió el espectro de Fourier de la señal
diferencial y se mostró que la anchura del espectro grabado aumenta
con el incremento de la velocidad del microobjeto v y la
disminución del tamaño característico d, de acuerdo con la fórmula
(1). En caso de oscilación del objeto, la frecuencia de oscilación
es derivada directamente del pico del espectro de Fourier y no
depende del aumento del microscopio con tal de que la amplitud de
las oscilaciones sea menor que el tamaño característico d.
Claims (4)
1. Procedimiento para grabar el movimiento de
microobjetos obteniendo la imagen real del objeto en un microscopio
y para grabar la dinámica de la intensidad en diferentes puntos de
la imagen, caracterizado porque la intensidad se mide
simultáneamente en dos o más puntos de la imagen por medio de
fotosensores independientes, las señales eléctricas de los cuales
son substraídas unas de otras y porque la dinámica del objeto se
determina sobre la base del espectro de la amplitud de la
frecuencia de la señal diferencial.
2. Dispositivo para grabar el movimiento de
microobjetos, dispositivo el cual comprende un microscopio, por
ejemplo un microscopio de canal dual, el cual contiene una fuente
de luz, un fotosensor dispuesto en uno de los canales del
microscopio y una unidad de análisis electrónico para analizar la
señal de salida eléctrica del fotosensor anteriormente mencionado,
caracterizado porque el fotosensor contiene por lo menos dos
fotoelementos independientes las salidas de los cuales están
conectadas a diferentes entradas de un amplificador
diferencial.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2
caracterizado porque los fotoelementos están dispuestos en
forma de una estructura periódica los elementos adyacentes de la
cual están conectados a diferentes entradas del amplificador
diferencial.
4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2
caracterizado porque están provistas marcas en el vidrio del
objeto micrométrico del ocular del segundo canal del microscopio,
marcas las cuales corresponden a los límites de la imagen
grabada.
Applications Claiming Priority (2)
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