JP2015518582A - 顕微鏡の稼働時に実施する方法および顕微鏡 - Google Patents

顕微鏡の稼働時に実施する方法および顕微鏡 Download PDF

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Abstract

【課題】ユーザが迅速かつ効率的に望みの表示に達することのできる方法を提供する。【解決手段】顕微鏡の稼働時に実施する方法および／または顕微鏡により撮像された対象物もしくは顕微鏡により撮像された対象物の部分を表示する方法であって、ａ．対象物の代替物をディスプレイもしくは別のディスプレイ上に表示するステップと、ｂ．前記代替物および／または前記代替物の表示において入力手段を用いて少なくとも１つの操作を行うステップと、ｃ．前記操作から対象物もしくは対象物の部分の表示のための少なくとも１つの表示パラメータを導出するステップ、および／または前記操作から少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータを導出するステップと、ｄ．前記対象物もしくは前記対象物の部分を、前記導出された表示パラメータおよび／または前記導出された顕微鏡制御パラメータを考慮して表示するステップと、を含む方法。【選択図】図１１

Description

本発明は、顕微鏡の稼働時に実施する方法および／または顕微鏡により撮像された対象物もしくは顕微鏡により撮像された対象物の部分を表示する方法に関する。
本発明はさらに、本発明の方法を実施するための顕微鏡、とりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡に関するものである。さらに本発明は、ディスプレイと、顕微鏡により撮像された対象物もしくは顕微鏡により撮像された対象物の部分を前記ディスプレイに表示するための手段とを備える顕微鏡、とりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡に関するものである。
顕微鏡では、対象物をディスプレイ上に表示できるようにするため、対象物の画像データを形成するのが通常である。このような画像データは、例えば走査された各対象点について、この対象点から発する検出光の出力に関する情報および／または検出光の波長に関する情報、および例えば座標指示の形でのそれぞれの対象点の位置に関する情報を含むことができる。
対象物の３次元走査が、例えば共焦点走査顕微鏡により可能である。
走査顕微鏡では、試料が光線により照射され、試料から放射された検出光が、反射光または蛍光光として観察される。明光線の焦点は、制御可能な光線偏向装置を用いて一般的には２つのミラーの傾斜によって試料平面内を移動される。ここで偏光軸は通常、互いに直交しており、したがって一方のミラーはｘ方向に、他方のミラーはｙ方向に偏向する。ミラーの傾斜は、例えばガルバノメータ調整エレメントを用いて行われる。対象物から発する検出光の出力が、走査光の位置に依存して測定される。通常、調整エレメントには、目下のミラー位置を検出するためのセンサが装備されている。
特に共焦点走査顕微鏡では、対象物が光線の焦点により３次元に走査される。共焦点走査顕微鏡は、一般的に、光源と、焦点光学系と、ビームスプリッタと、光線を制御するための光線偏向装置と、顕微鏡光学系と、検出絞りと、検出光ないし蛍光光を検出するための検出器とを含み、前記焦点光学系により、光源の光がホール絞り（Lochblende）（いわゆる励起ピンホール）に集束される。照明光は、ビームスプリッタを介して入射結合される。対象物から発する蛍光光または反射光は、光線偏向装置を介してビームスプリッタに戻り、これを通過し、引き続き検出絞りに集束される。この検出絞りの後方には検出器が配置されている。この検出装置は、デスキャン装置（Descan-Anordnung）と称される。焦点領域から直接発しない検出光は別の光路を辿り、検出絞りを通過しない。したがって点情報が得られ、この点情報は、照明光線の焦点により対象物をシーケンシャルに走査することにより３次元画像となる。通常、３次元画像は、層ごとの画像データ取得により達成される。市販の走査顕微鏡は、通常、古典的な光学顕微鏡のスタンドにフランジ取り付けされる走査モジュールから成り、この走査モジュールは、試料を走査するため付加的に必要な前記全てのエレメントを含む。
共焦点走査顕微鏡では、２光子励起（または多光子励起）の場合、検出絞りを省略することができる。なぜなら、励起確率が光子密度の２乗に、すなわち照明光強度の２乗に依存するからであり、照明光強度はもちろん焦点内では隣接領域よりも何倍も大きい。したがって検出すべき蛍光光は、大きな確率をもって大部分が焦点領域から発する。このことは、焦点領域からの蛍光光子を隣接領域からの蛍光光子から、絞り装置によってさらに選別することを不要にする。
３次元結像ないし対象物の３次元表示を可能にする画像データの形成は、別の形式の顕微鏡により行うこともできる。これについては例としてだけＳＰＩＭ技術について述べておく。このＳＰＩＭ技術では、対象物が種々異なる方向から光ディスクにより透過照明される。
ＥＰ １ ２３５ ０４９ Ａ２ ＵＳ ２００６／１７３２６８ Ａ１ ＷＯ ０２／０５２３９３ Ａ１ ＵＳ ２０１１／１４１１０３ Ａ１
通常、研究者は対象物を、自分にとって重要な視点（Aspekt）が良好に識別できるように表示することを望む。したがって顕微鏡のユーザないし顕微鏡により獲得した画像データを評価する研究者は、例えば対象物の表示の大きさまたは視線方向のような表示形式に影響を及ぼすことが必要である。さらにとりわけ３次元表示の場合は、対象物の特定の部分だけを表示し、他の部分は表示しないことがしばしば必要である。対象物の特定の切断面だけを所期のように見ることができることもしばしば望まれる。
したがって本発明の課題は、ユーザが迅速かつ効率的に望みの表示に達することのできる、冒頭に述べ形式の方法を提供することであり、好ましくは画像データの品質にできるだけ依存しないことが前提である。
この課題は、以下のステップを含む方法によって解決される：すなわち
ａ．対象物の代替物（Stellvertreter）をディスプレイもしくは別のディスプレイ上に表示するステップと、
ｂ．前記代替物および／または前記代替物の表示において入力手段を用いて少なくとも１つの操作を行うステップと、
ｃ．前記操作から対象物もしくは対象物の部分の表示のための少なくとも１つの表示パラメータを導出するステップ、および／または前記操作から少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータを導出するステップと、
ｄ．前記対象物もしくは対象物の部分を、前記導出された表示パラメータおよび／または前記導出された顕微鏡制御パラメータを考慮して表示するステップと、を含む方法によって解決される。
本発明のさらなる課題は、ユーザが迅速かつ効率的に自分の望みの表示に達することのできる顕微鏡を提供することである。
このさらなる課題は、以下の手段を備える顕微鏡によって解決される：すなわち
ａ．対象物の代替物をディスプレイもしくは別のディスプレイ上に表示する手段と、
ｂ．前記代替物および／または前記代替物の表示において入力手段を用いて少なくとも１つの操作を行う手段と、
ｃ．対象物の表示もしくは対象物の部分の表示のための少なくとも１つの表示パラメータを前記操作から導出する手段、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータを前記操作から導出する手段と、
ｄ．前記対象物もしくは対象物の部分を、前記導出された表示パラメータおよび／または前記導出された顕微鏡制御パラメータを考慮して表示する手段と、を備える顕微鏡によって解決される。
本発明は、ユーザが表示システムに、例えばコンピュータ制御されるディスプレイを備える顕微鏡に、どのような周辺条件により、どのような表示形式を望むかを、迅速かつ効率的に通知できるという利点を有する。ここでは特に有利なやり方で、対象物自体の表示ではなく、少なくとも１つのとりわけ仮想の代替物において、および／またはその表示において操作が行われる。この代替物は、とりわけユーザにとって容易にかつ迅速に概念的に理解できるさらなる対象物、例えば球とすることができる。しかしながら本来表示すべき、例えば生物学的対象物は、格段に複雑な構造、例えば形状を有することができる。これによりユーザにとって、自分の行為についての概観が格段に高まる。とりわけ、表示される対象物の詳細情報が多数あるためにユーザがオリエンテーション（方位感覚）を失い、どの視線方向が現在選択されているか、またはどの部分領域をユーザが取出出射または差込入射しているかを、時間を掛けて考えなければならないという事態が回避される。
代替物の３次元形状は、実際の対象物、例えばマウスまたは脳の抽象物（Abstraktion）に対応することができる。
本発明のさらなる利点は、代替物が不変の品質、とりわけ表示品質を有し、したがって品質の劣る実際のデータ（例えば強くノイズの影響を受けた対象物またはコントラストの低い対象物）の操作も同じように可能であることである。
本発明はとりわけ、ユーザが表示に関しての自分の望みを通知する際に、当該過程に対してまったく必要のない情報によってほとんど煩わされないという利点を有する。
さらに本発明は、その時点で存在する画像データがまったく許容しなくても、所望の表示を達成することができるという特別の利点を有する。なぜなら本発明の方法の特別の一実施形態によれば、所望の表示を達成するために画像データ収集過程に直接影響を及ぼすことができるからである。
特別の一実施形態では、代替物および／またはその表示において行われる操作により、この操作に対応する対象物の表示がとりわけ自動的に変化される。とりわけ有利には、対象物の表示の変化は、少なくとも１つの表示パラメータの変更に基づくことができ、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータの変更に基づくことができる。
とりわけこのような一実施形態には、ユーザが例えばコンピュータマウスを用いて代替物ないし代替物の表示を直接基準にして操作を入力することができ、この操作に対応して代替物の表示に影響を与え、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータを操作に基づいて変更し、これにより例えば、対象物もしくは対象物の部分領域が特別に表示されるという利点がある。ここでは例えば、ユーザは表示されたマウスポインタによって代替物に接触し、代替物に対するマウスポインタの特定の位置をマウスキーのクリックにより固定し、引き続きマウスの運動によって代替物を回転および／または移動することができる。ここでは、対象物の表示も同時に同じように回転および／または移動することができる。
特に有利な一実施形態では、代替物は２次元に表示され、対象物は立体ディスプレイまたはホログラフディスプレイにより３次元に表示される。ここでは代替物の表示を例えば別個の２Ｄディスプレイ上で行うことができ、一方、対象物は立体ディスプレイまたはホログラフディスプレイにより３次元に表示される。あるいは、代替物の表示も立体ディスプレイまたはホログラフディスプレイで、しかし２次元で行い、このディスプレイ上に対象物を３次元で表示することもできる。
とりわけ少なくとも１つの２Ｄ代替物を、３Ｄ立体モニタ上での表示の際に使用することは、代替物が３Ｄ表示により２Ｄ画面（スクリーン）上に表示され、そして本来の３Ｄ対象物が立体モニタ上に表示される場合に、有利である。
上述の実施形態（複数）は、立体的ないしホログラフの代替物上でのマウスポインタの「浮遊（Schweben）」効果が回避され、良好で簡単な制御、とりわけ３Ｄ制御が可能になるという特別の利点を有する。
ユーザが代替物の部分領域を、例えば切断平面（複数）の固定によりマーキングし、そしてこれらの平面により画定された領域を、マウスポインタがこの領域内に存在する間に、例えばマウスキーのダブルクリックまたはシングルクリックにより代替物もしくは代替物の表示から除去し、これにより表示された対象物の対応の領域も同様に除去され、これによりユーザが対象物の内部ないし生じた切断面を自由に見ることができるようにすることも可能である。
可能な一実施形態では、オフライン動作のためにまず対象物画像データが顕微鏡によって形成されること、オフライン動作においては対象物もしくは対象物の部分を表示するための表示パラメータだけが操作から導出されること、が行われる。
すでに述べたように、とりわけ所望の表示をすでに形成された画像データから形成することができない場合、顕微鏡のオンライン動作においては、継続する、とりわけ反復する対象物の走査中に、対象物もしくは対象物の部分を表示するための表示パラメータを操作から導出すること、および／または顕微鏡制御パラメータを操作から導出することができる。これにより、特定の表示のために、例えば特別の視線方向および／または特別の詳細表示および／または特別の断面表示のために所期の画像データを形成できるようになる。このことは好ましくは自動的に、および／またはユーザが顕微鏡固有の技術的詳細知識を有する必要のない形態で行われる。さらに有利には、複数の可能な表示形式のために対応の顕微鏡制御パラメータを顕微鏡にファイルしておくことができ、この顕微鏡制御パラメータは必要な場合には、例えば制御装置によって呼び出し、使用することができる。ここでは、特定の表示に対して適切な画像データを撮像するためには、自分がどのような顕微鏡調整を行われなければならないかをユーザはまったく知る必要のないことが有利である。
好ましくは、代替物は仮想対象物である。とりわけ代替物は、さらなる多次元対象物、とりわけ３次元対象物とすることができ、および／またはさらなる多次元対象物の部分、とりわけ３次元対象物の部分とすることができる。
代替物は、幾何学的物体、例えば球、立方体または円柱（ないし円筒）とすることもでき、および／または幾何学的物体の部分とすることができる。幾何学的基本形状の使用には、ユーザが簡単に概観を得ることができるという特別の利点がある。なぜならユーザは通常、幾何学的基本形状を自分の豊富な経験から知っているからである。
対象物に適合された基本形状を代替物として使用すること、例えばマウスまたは脳の模式化されたフィギュアを使用することは、顕微鏡表示を標準化し、統一された形で反復するのに寄与することができる。
さらなる一実施形態では、代替物を３Ｄ画像内に同時表示することができる。したがってユーザは、自分が抽象的な基本形状を観察することによりさらに良好なオリエンテーションが可能になる。
代替物がユーザに指示される座標系を有する実施形態では、特に良好に操作可能である。とりわけ代替物は、座標軸（複数）の形でおよび／または特徴的平面（複数）もしくは面の表示により、および／または基本平面の表示によりユーザに表示される座標系を有することができる。このような一実施形態により、どの視線方向が目下選択されているか、および／またはどの象元が例えばちょうど取出出射または差込入射されているかをユーザが例えば判断するのが容易になる。
とりわけ現在の調整状況および／または現在行われた操作を迅速に理解可能に再現するという観点では、有利には代替物もしくは代替物の表面を透明または半透明に表示し、または代替物の部分を透明または半透明に表示することができる。あるいはまたはそれに加えて、代替物の表面は、テクスチャ（Textur）および／または符号および／またはパターンおよび／または色を有することができ、および／または代替物の表面は、時間的にまたは状態に依存して変化可能なテクスチャおよび／または時間的にまたは状態に依存して変化可能な符号および／または時間的にまたは状態に依存して変化可能なパターンおよび／または時間的にまたは状態に依存して変化可能な色を有することができ、および／または時間的にまたは状態に依存して変化可能な透明度を有することができる。
基本的に操作としては、対象物の表示および／または顕微鏡の制御に影響を及ぼす全てのものが考えられる。操作は、とりわけ、すでに述べたように例えば部分領域の回転および／または切り取りを含むことができる。操作は、代替物の座標系の一象元に配置された部分の切り取りを含むことができる。および／または操作は、１つまたは複数の切断面の追加または変更を含むことができる。例えば操作は、代替物の部分の切り取り、または代替物の表示の部分の切り取りを含むこともできる。操作は、とりわけ、代替物の部分のマーキングを含むこともできる。
本発明の特に有利な一実施形態では、例えば２次元または３次元とすることのできる代替物表示を時間的に連続して行うことができる。この表示は、隣接する対象物平面の断面画像の連続とすることができる。とりわけこのような表示に対しては、操作が、スタートマーク、とりわけ出発平面およびエンドマーク、とりわけ終了平面の追加または変更を、例えば隣接する切断面を時間的に順次連続して表示するために含むことができる。
例えば断面表示のための操作または表示から除去すべき領域のマーキングのために操作によって選択可能な面は、湾曲した面とすることもできる。
すでに述べたように、代替物および／または代替物の表示は、大きさ、色およびコントラストの点でユーザの知覚能力に適合することができる。これはとりわけ、３Ｄ画像対象物が例えば強くノイズを受けている場合に行われる。このことは、ノイズを受けているにもかかわらず、明瞭な切断面ないし断面を規定することができるという特別の利点を有する。
特別の一変形例では、代替物によって規定された切断面ないし断面の時間的変化が、対象物の時間的に変化する表示として再現される。
とりわけ代替物ないしその表示を、３Ｄ画像のｎ個の異なるチャネルに適合することができる。このことは、代替物またはその表示の操作によって、同時にまたは時間的に別個に、個々のチャネルの個別の制御が可能であるように行われる。
有利には、代替物またはその表示の操作によって階調（Gradiation）を簡単に調整することもでき、断面が調整可能な始点および終点を有し、これらを介して経過、例えば透明度が調整される。
上にすでに述べたように、操作は代替物および／または代替物の表示の大きさ（寸法）の変更を含むことができる。
あるいはまたはそれに加えて、操作は、ディスプレイ上または別のディスプレイ上での代替物の表示の移動（スライド）を含むことができる。
表示パラメータは、所望の表示に関して関連する少なくとも１つの情報を含む。したがって例えば、表示パラメータは、対象物の表示に関するオリエンテーション（配向）についての情報を含むことができる。あるいはまたはそれに加えて、表示パラメータは、対象物の表示の大きさに関する情報または対象物の部分の表示の大きさに関する情報を含むことができる。
表示パラメータは、対象物の表示すべき部分の外側境界おび／または形状に関する情報を含むこともできる。
表示の特別の形式に対しては、表示パラメータが、種々異なる表示および／または対象物の種々異なる部分の表示の時間的連続に関する情報を含むようにすることができる。
とりわけ、表示パラメータは、対象物もしくは対象物の表示すべき部分の表示位置に関する情報を含むことができる。
有利な一実施形態では、対象物の表示に対して体積レンダリング法を使用することができる。とりわけ体積を体積セグメントに分解し、体積セグメント（複数）をユーザにより選択することができ、データの部分集合（Untermenge）の表示が体積セグメントのこの選択に応じて行われる。その代わりにまたはそれに加えて、異なる体積セグメントにおいてレンダリング法の種々の組合せを、ユーザの選択に応じて使用することも有利に可能である。特別の一実施形態では、異なる体積セグメント（複数）において、種々の画像チャネルのデータまたは画像チャネルの組合せのデータがユーザの選択に応じて表示される。
顕微鏡制御パラメータは、顕微鏡結像および／または対象物の画像データの形成に直接または間接的に関連する少なくとも１つの情報を含む。
顕微鏡制御パラメータは、例えば走査すべき少なくとも１つの対象物面に関する情報を含むことができる。顕微鏡制御パラメータは、対象物の走査すべき切断面の少なくとも１つの連続した集合に関する情報を含むことができ、および／または顕微鏡制御パラメータは、照明光線の焦点の時間的位置に関する情報を含むことができる。
とりわけ顕微鏡制御パラメータは、走査速度に関する情報を含むことができる。
例えば対象物の詳細を表示するために有利には、顕微鏡制御パラメータは走査精度および／または解像度に関する情報を含むことができる。例えば、とりわけ自動的に、特別の興味対象領域の外では、この興味対象領域の内部よりも低い分解能により画像データを獲得することができる。
顕微鏡制御パラメータは、対象物操作に関する情報を含むこともできる。例えばユーザは、代替物の操作または代替物の表示の操作により、対象物の実際の操作、例えば１つのエリアの光子ブリーチングまたはマイクロ電極による電圧の印加を開始することができる。
特に有利な本発明の発明コンセプトによれば、対象物もしくは対象物の部分が立体ディスプレイに表示され、ここでユーザは、それぞれの眼に対する特定の情報だけがこの眼に入射することを保証するメガネを掛けることができる。とりわけこれは、シャッターメガネまたは偏光メガネとすることができる。
あるいは、対象物もしくは対象物の部分をホログラフディスプレイに表示することもできる。ここでは形成された画像データから、ユーザにディスプレイ上で表示されるホログラムを得ることができる。このような一実施形態は、ユーザがメガネを掛ける必要がないという特別の利点を有する。さらに、ユーザは表示された対象物を、自分の眼が焦点を合わせる実際の場所で知覚するというさらなる利点がある。
代替物は、このような立体ディスプレイまたはホログラフディスプレイ上に表示することもできる。ここでこのディスプレイは、対象物が表示されるのと同じディスプレイとすることができる。しかし代替物の表示のために別のディスプレイを使用することもできる。
基本的にディスプレイの形式に関係なく、対象物および／または代替物を３次元表示することができる。
とりわけ対象物および／または代替物をホログラムとして表示することができ、および／または対象物および／または代替物を立体画像として表示することができ、および／または対象物および／または代替物を２次元表示で斜視的に表示することができる。
特別の一実施形態では、別のディスプレイは、携帯コンピュータおよび／またはラップトップおよび／または携帯電話および／またはタブレットＰＣのディスプレイである。とりわけ付加的に、操作を前述の機器の１つで、および／または１つにより入力することができる。
入力手段としては、画像情報を表示するためのシステムおよび／または顕微鏡に、所望の表示に関する情報を通知することのできる全ての機器が適する。とりわけ入力手段は、コンピュータマウスまたは接触感知性パネルまたは接触感知性スクリーンまたは運動センサを有することができる。
さらなる入力手段は、タッチスクリーンと関連したユーザの１本または複数の指である。
とりわけ入力手段は、無線接続された機器、例えばラップトップまたはスマートフォンとすることができる。代替物の表示のために適切なディスプレイを有する機器を使用するのが特に有利である。
入力手段の機能に関して、基本的に制限は存在しない。例えば入力手段は、接触または接近を容量的または誘導的に検出することができる。入力手段は情報を無線で、または音波伝送で、または光伝送で、例えば画像情報の表示システムおよび／または顕微鏡に伝送することができる。
特に有利には、とりわけ被検試料が複数の関連の対象物を含む場合には、対象物の他にさらなる対象物が表示されるようにすることができる。ここでさらなる対象物にはさらなる代替物が割り当てられ、さらなる対象物とさらなる代替物に関しても本発明の方法が実行される。このようにして、複数の対象物から成る構造体も所望のように表示することができる。
とりわけ本方法では、対象物の所望の表示のための画像データを用意するために、体積レンダリング、とりわけアルファブレンディング（Alpha-Blending）を行うことができる。
とりわけ本方法は、コンピュータおよび／または走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡により実施することができる。
コンピュータまたは顕微鏡、とりわけ共焦点走査顕微鏡のプログラミング可能な制御装置による実施のために、有利にはコンピュータプログラム製品を用いることができる。このコンピュータプログラム製品は、デジタルコンピュータのメモリに直接ロードすることができ、ソフトウエアコード部分を含んでおり、このソフトウエアコード部分により本発明の方法、とりわけ前記特別の実施形態の少なくとも１つを、当該コンピュータプログラム製品がコンピュータまたは顕微鏡のプログラミング可能な制御装置上で実行されるときに実施することができる。
すでに説明したように本方法の実施のためには有利には、顕微鏡、とりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡が使用される。
本発明の顕微鏡は、特別の一実施形態では、代替物および／またはその表示において行われる操作によって、とりわけ自動的に制御装置により、とりわけ制御コンピュータにより、操作に対応して対象物の表示が変化するように構成されている。ここではとりわけ、対象物の表示の変化は、少なくとも１つの表示パラメータの変更に基づくことができ、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータの変更に基づくことができる。
本発明の方法および／またはとりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡として構成することのできる本発明の顕微鏡は、別のまたは同じ顕微鏡により獲得された、とりわけ生物学的対象物の対象物データの表示に有利に使用することができる。
図面には本発明の対象が概略的に図示されており、図面に基づき以下に説明する。ここで同じように作用するエレメントには同じ参照符号が付してある。
本発明の方法の一実施形態を実施する際に使用可能なアルファブレンディングのためのコンピュータシステムまたは顕微鏡制御装置の可能な構成部材の概略図である。 表示すべき対象物を計算するための断面多角形の概略図である。 ユーザに代替物と対象物の表示を表示するディスプレイを示す図である。 ユーザに代替物と対象物の表示を表示するディスプレイを示す図である。 断面多角形計算のさらなる概略図である。 断面多角形計算のさらなる概略図である。 断面多角形計算のさらなる概略図である。 断面多角形計算のさらなる概略図である。 断面多角形計算のさらなる概略図である。 断面多角形計算のさらなる概略図である。 体積セグメントへの分割を示す図である。 三角形およびサブ三角形への分解を示す概略図である。 ３つの切断面の場合に対するアルゴリズムの概略図である。 ３つの切断面の場合に対するアルゴリズムの概略図である。 ３つの切断面の場合に対するアルゴリズムの概略図である。 一実施形態によるユーザに表示される制御エレメントの配置を示す図である。 代替物およびさらなる制御エレメントの表示のための一実施例を示す図である。 ユーザに表示される代替物および対象物の表示のための一実施例を示す図である。 本発明の顕微鏡の一実施例を示す図である。
図１１は、共焦点走査顕微鏡として構成された本発明の顕微鏡の一実施例を示す。
顕微鏡は光源１１０１を有する。光源１１０１により形成された照明光線束１１０２は、照明ホール絞り１１０３を通過した後、ダイクロイックメインビームスプリッタ１１０４に当たる。このダイクロイックメインビームスプリッタは照明光線束を、カルダン懸架された走査ミラーを含む光線偏向装置に偏向する。光線偏向装置１１０５は、照明光線束１１０２の焦点を、走査光学系１１０６および鏡筒光学系１１０７および対物レンズ１１０８を介して対象物１１０９上にないし対象物１１０９を通るように案内する。
対象物１１０９から発する検出光１１１０は同じ光路で、すなわち対物レンズ１１０９、鏡筒光学系１１０７および走査光学系１１０６を通って光線偏向装置１１０５に戻り、メインビームスプリッタ１１０４と検出ホール絞り１１１１を通過した後、検出装置１１１２に当たる。この検出装置は、検出光の出力に比例する電気信号を形成する。形成された電気検出信号は、プログラミング可能な制御装置１１１３にさらに出力され、この制御装置はディスプレイ１１１４上でユーザに対象物１１０９の表示１１１５を表示する。
対象物１１０９の代替物の表示１１１６を表示するための手段、すなわち携帯コンピュータ１１１７が設けられており、この携帯コンピュータは代替物の表示１１１６を示す別のディスプレイ１１１８を有する。代替物は球として示されており、これはとりわけ図３から理解される。携帯コンピュータ１１１７は、例えばスマートフォンとして構成することができる。
携帯コンピュータ１１１７のディスプレイ１１１８は接触感知性ディスプレイとして構成されており、代替物および／または代替物の表示における少なくとも１つの操作を行うために入力手段として機能する。あるいはまたはそれに加えて、例えば（図示しない）マウスを携帯コンピュータ１１１７に接続することができる。
制御装置１１１３は、入力された操作に関する情報を備える信号を無線で受信し、対象物もしくは対象物の部分を表示するための少なくとも１つの表示パラメータを前記操作から、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータを前記操作から導出する。例えば制御装置１１１３は光線偏向装置を操作に対応して制御し、これにより所望の表示を可能にし、とりわけ所望の表示に対して専用の画像データを生成することができる。すでに述べたように対象物もしくは対象物の部分を、導出された表示パラメータおよび／または導出された顕微鏡制御パラメータを考慮して表示するための手段として、とりわけディスプレイ１１１４が用いられる。
図３ａは、球として構成された代替物の表示３０１および対象物の表示３０２を示す。代替物３０１では、操作によってセグメントが除去されている。対応して本方法を実施する電子システムによって対応のセグメントが対象物の表示３０２から除去されている。これによりユーザは、発生した切断面を見ることができ、表示された対象物の内部を見通すことができる。
以下、本発明の実施のための種々の詳細な側面を説明する。
顕微鏡における種々の撮像（記録）方法が、位置に依存する強度データを形成する。通常、これらのデータは、空間座標ｘ、ｙおよびｚに対する標準グリッド（格子）の形で存在する。これを以下、画像積層体と称する。このグリッド内の体積エレメントはボクセルと称される。グリッド内に配置することは有利である。しかし本発明の方法の使用にとって必須のものではない。各グリッド点には複数の強度値が存在することができ、それらのデータは種々の検出器から、または種々の機器調整装置から由来する。これらはここでは画像チャネルと称される。
付加的にデータは、時間的に変化するｎ次元空間グリッドの形で存在することもできる。顕微鏡での次元として、ｘ、ｙおよびｚの他に、
..t,チャネル（１，ｔ）..チャネル（ｎ，t）,空間データ（FLIM,FRAP,FRET…）
等も発生し得る。
ここではまず、アルファブレンディングの一実施形態を、全ての体積レンダリング法に対する代表として説明する。しかし本発明の方法は、特別の実施形態またはアルファブレンディングに制限されるものではない。
図１は、コンピュータシステムまたは好ましくはプログラミング可能な顕微鏡制御装置の、アルファブレンディングの典型的実施に重要な構成部分を示すものであり、入力装置１０１、中央演算ユニット（ＣＰＵ）１０４とメモリ１０５を備えるコンピュータユニット１０２、グラフィックカード１０６およびモニタ１０３が示されている。グラフィックカードは、グラフィックプロセシングユニット（ＧＰＵ）１０７、テクスチャ（Textur）メモリユニット１１１および画像メモリ１１２を含み、画像メモリの内容がモニタ１０３に表示される。
アルファブレンディングは複数の計算ステップから成り、それらのいくつかはＣＰＵで実行され、他のものはＧＰＵで実行される。メイン機能ブロックとしてバーテックスシェーディング（Vertex Shading）１０８、プリミティブアセンブリおよびラスタリング（Primitive Assembly and Rasterization）１０９およびフラグメントシェーディング（Fragment Shading）１１０がＧＰＵ１０７で計算に関与する。
アルファブレンディングでは、３次元テクスチャが、色および透明値を備える画像積層体の強度データから、各ボクセルごとに形成される。ここでは、各画像チャネルに対して、赤成分Ｉｒ、緑成分Ｉｇおよび青成分Ｉｂを備える色を割り当てるのが通常である。この色はユーザによっても選択可能である。透明値αは、例えばピクセル強度Ｉから、次式により決定される：
α＝ｆ（Ｉ）＝α＊Ｉ （１）
ここでαは、表示の濁度を決定する係数であり、ユーザによりチャネルに依存して選択することができる。このようにして形成されたテクスチャはＣＰＵ１０４によりグラフィックカード１０６のテクスチャメモリ１１１に書き込まれる。
ＣＰＵ１０４により、多角形の頂点（Eckpunkte）の座標が、画像面に対して平行な平面と、画像積層体の境界面との間の切断面について、観察者に対して種々異なる距離で計算される。加えて浮動小数点座標が、多角形の所属の頂点のテクスチャメモリ座標に対して計算される。図２は、観察者までの距離が減少する状態でのこのような切断多角形（複数）２０１を示す。加えて、体積の境界線２０２が図示されている。
切断多角形は三角形に分解される。三角形座標およびテクスチャ座標がバーテックスシェーディングユニット（Vertex-Shading-Einheit）１０８に引き渡され、ここで三角形座標が観察者座標系に変換される。三角形（複数）は、観察者までの距離が順番に低下するような順で引き渡され、処理される。
次に変換された三角形座標とテクスチャ座標は、プリミティブアセンブリおよびラスタリングユニット１０９に引き渡される。そこでは、それぞれの三角形によりカバーされる出力機器の全てのピクセルについてピクセル座標の統合が行われる。さらに所属のテクスチャ座標が各ピクセルに対して補間される。
フラグメントシェーディングユニット１１０は、補間された強度を計算し、テクスチャメモリ１１１にあるデータから、出力機器のそれぞれのピクセルのテクスチャ座標に対して透明値を計算する。フレームバッファ１１２の色成分Ｒ，Ｇ，Ｂから、補間された強度Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂと補間された透明値αとにより、新たな色値Ｒ’，Ｇ’およびＢ’が決定され、これらはフレームバッファ１１２に書き戻される：
Ｒ’＝Ｒ・（１−α）＋Ｉｒ・α
Ｇ’＝Ｇ・（１−α）＋Ｉｇ・α （２）
Ｂ’＝Ｂ・（１−α）＋Ｉｂ・α
フレームバッファ１１２の内容は出力機器１０３に引き渡される。
切断面は正規化された平面式の形で記述することができる：
ａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ＋ｄ＝０ （３）
ただし、ａ２＋ｂ２＋ｃ２＝１
この条件を満たす座標（ｘ、ｙ、ｚ）を備える全てのポイントは、この平面内にある。係数ａ，ｂ，ｃおよびｄは、平面の位置とオリエンテーションを決定する。平面からの任意のポイントの距離Ｄは、
Ｄ＝ａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ＋ｄ （４）
により計算することができる。異なるＤを備えるポイントは、平面によって分離された異なる半体積（複数）内に存在する。インタフェースはＯｐｅｎＧＬのように、係数ａ，ｂ，ｃおよびｄの指定により複数の断面を確定する。ＧＰＵ１０７のプリミティブアセンブリおよびラスタリングユニット１０９では、三角形が前記のアルファブレンディングの際に切断される。この演算の結果は、切断除去すべき半体積内には存在しない０から２の三角形である。この演算に対する適切なアルゴリズムは、サザーランド−ホッジマン・ポリゴンクリッピング（Sutherland-Hodgeman Polygon Clipping）であり、これについては本明細書の後でさらに述べる。複数の切断面には、平面によって切断除去されない成分だけが表示される。
本発明の方法の可能な一実施形態によれば、以下のステップが実施される。これらのステップについては後で詳細に説明する：
・切断面（複数）を全体体積により確定するステップ、
・全体体積を体積セグメントに分割するステップ、
・体積セグメントを選択するステップ、
・データの部分集合を体積セグメントの前記選択に応じて表示するステップ。
すでに述べた図３ａは、２つの切断面３０３に対して本方法が実施された場合の代替物３０１の表示と対象物の表示３０２を示す。ここで代替物３０１の表示はコンピュータグラフィックであり、対象物の表示３０２と同じオリエンテーションを有する。この同じオリエンテーションにより、切断除去すべき体積セグメントを迅速に所期のように選択することが可能である。図３ｂには、３つの直交切断面の場合に対する代替物３０１が示されている。切断面の位置およびオリエンテーションが視覚化３０４されている。球セグメント上でのマウスクリックにより、対応の体積セグメントにおけるデータの見え方が切り替わる。
本方法の好ましい一実施形態では、最初は３つの切断面が、それぞれ体積の中心を通るｘｙ平面、ｘｚ平面およびｙｚ平面によって表示される。これらの切断面は、コンピュータプログラムにおいて平面式（４）の係数の形で管理される。表示は、体積の境界面を備えるそれぞれの平面の境界線の形で、投影画像において直接的に行われる。ここで境界線の頂点は、上記のアルファブレンディング法のために多角形の形成の際にも使用されるアルゴリズムによって形成することができる。図４ａは、アルファブレンディング法の切断多角形４０１と３つの切断面４０２，４０３および４０４を示す。
切断面の位置とオリエンテーションは、ユーザによって変更することができる。移動は好ましくは投影画像における入力装置のドラッグによって行われる。オリエンテーションの変更のために好ましくは同様に入力装置が、投影画像における特別の操作の表示によって使用される。しかし例えばスライドコントローラのような他のエレメントを使用することもできる。好ましい実施形態とは異なり、３とは異なる数の切断面を使用することもできる。これらの切断面は、ユーザがスイッチオフできるように構成することができる。それらの出発位置は異なるように選択することができる。切断面は出力機器の別の領域に、または別の出力機器に表示することもできる。
全体体積を体積セグメントに分割する第２のステップに対しては、切断面が０からＮ−１にナンバリングされる。Ｓ＝２Ｎの体積セグメントが定義される。各体積セグメントに対して番号ｓが設定される：
Figure 2015518582
ただし
Ｐｌ（ｎ）＝０， Ｄｎ＜０の場合
Ｐｌ（ｎ）＝２ｎ、 Ｄｎ≧０の場合 （５）
Ｄｎは、体積セグメント内のポイント（ｘ、ｙ、ｚ）から切断面までの距離である。したがって体積セグメント番号には、このポイントが対応の切断面から負でない距離を有する場合には１ビットがセットされる。図５は、体積セグメントの対応の番号ｓを備えるこのような分割を、３つの直交切断面の場合に対して１０進法と２進法で示す。
第３のステップに対してこの好ましい実施形態では、ユーザインタフェースに代替物の表示が球の形で、対象物の表示の横に図３ａに対応して表示される。代替物の表示では、切断面が表示される。切断面の表示は、対象物の表示と同じオリエンテーションを有する。さらに代替物の表示のためには、対象物の表示のためののと同じ座標変換が使用される。ユーザはコンピュータマウスにより１つまたは複数の体積セグメントをマウスクリックによって選択する。この選択は、コンピュータプログラムにより体積セグメントごとに体積セグメントの番号に基づいて記憶される。
球の形の代替物の実施形態は、単なる１つの可能な実施形態である。別の有利な可能性は、表示すべき体積に対応する辺の長さ比を備える直方体の使用である。
すでに述べたように代替物は、別の入力ないし出力機器に表示することもできる。コンピュータマウスの代わりに、例えばタッチパッドのような別の入力装置を使用することができる。さらなる一実施形態では、代替物ないしその表示のために、体積の投影に対するのとは別の座標変換を適用することができる。ここでは、例えば代替物ないしその表示のためには平行投影を使用するのが有利であり、一方、体積の投影のためには斜視像を使用するのが有利である。入出力機器の配置によってさらに良好なオリエンテーションが得られる場合には、別の投影方向も有用であり得る。
最後のステップでは、切断面の平面式と選択された体積セグメントに関する情報とが、体積を新たに投影するために使用される。このために使用される方法は、アルファブレンディングに基づいて説明した。しかしこれは、同じような形で別の体積レンダリング法にも適用される。
有利な一実施形態では、上記の多角形がすでにＣＰＵによって、対応の三角形をＧＰＵ１０７のバーテックスシェーディングユニット１０８に引き渡す前に、確定された切断面を考慮するために処理される。ここでプリミティブアセンブリおよびラスタリングユニット１０９は、切断面の考慮には使用されない。
図４ｂには、切断多角形４０１と、３つの切断面４０２，４０３および４０４の切断線４０５，４０６および４０７とが、多角形と共に図示されている。図４ｃは、多角形４０１の三角形への分解を示す。目標は、個々の三角形を、それぞれ体積セグメントの１つにだけ存在するサブ三角形に分解することである。加えて各サブ三角形に対しては、どの体積セグメントにこれが存在するのかを決定しなければならない。そしてサブ三角形は、１つまたは複数のＧＰＵでの処理のためにユーザの設定に応じて様々に取り扱うことができる。分かり易くするために代表として三角形４０８が選択される。図４ｄではこの三角形が、まず第１の切断線４０５により３つの三角形に分解される。三角形エッジ４０９の選択のためには２つの可能性がある。これは角度基準により選択することも、任意に選択することもできる。図４ｅには、第２の切断線４０６によるさらなる分解が、図４ｆには第３の切断線４０７によるものが図示されている。好ましい実施形態のための三角形分解のアルゴリズムを以下に説明する。
第１のステップで、三角形を３つのサブ三角形に分解するために第１の平面式が使用される。ここではサブ三角形のいずれもが同時には２つの半体積内に存在しない。
好ましい実施形態では、サブ三角形への三角形の分解が、図６に示したテーブルによって行われる。テーブルインデクスは、三角形の頂点に０から２の番号ｋを付し、平面からの頂点の距離が負でない場合に各頂点に対して１ビットをテーブルインデクスにセットすることにより決定される。図６には、距離が負でない頂点が黒塗りの円として可能な全ての場合に対して示されている。
このテーブルは、いくつのサブ三角形が発生し、オリジナル三角形のどの頂点ｋがサブ三角形の頂点をそれぞれ形成するかという情報を含む。ここでサブ三角形の各頂点に対しては、オリジナル三角形の所属の頂点の２つの番号が存在する。同じ番号の場合、点座標を直接引き継ぐことができる。番号が異なる場合には、補間しなければならない。
２つの頂点
Figure 2015518582
と
Figure 2015518582
の補間は、切断面からの２つの点の距離Ｄ１とＤ２を決定し、
Figure 2015518582
（６）
により計算することによって行われる。同じようにしてテクスチャ座標が計算される。引き続き、このようにして得られた三角形が別の切断面により分解される。
このテーブルは、新たな頂点が切断面までに負でない距離を有するか否かを指示する項目も含む。負でない距離を有する場合、第１の切断面に対して、サブ三角形がどの体積セグメント内に存在するかという情報に対する最下位ビットがセットされる。これらの情報は、さらなるステップで別の切断面により補完される。したがって第２の切断面に対しては第２のビットがセットされる等々。７ａ〜ｃは、このアルゴリズムを、３つの切断面の場合に対して再度示す。
結果は、番号の付されたサブ三角形のリストであり、この番号はこれが存在する体積セグメント５の番号に相当する。ユーザの選択に応じて、ユーザが表示を許容したセグメント内に存在する三角形が、所属のテクスチャ座標と共にＧＰＵ１０７のバーテックスシェーディングユニット１０８に引き渡される。
アルファブレンディングのさらなるステップは、従来技術による方法と同じように実行される。
説明した三角形分解方法は、本発明の方法のこのステップに対する可能な実施形態の単に１つである。テーブル内に存在する他の情報により、補間された座標の例えば多重計算が回避される。サザーランド−ホッジマン・ポリゴンクリッピングアルゴリズムも、修正された形で使用可能である。修正が必要なのは、オリジナルの形から切断除去された頂点および所属の三角形は破棄されるが、ユーザによるセグメントの選択によっては２つの辺の三角形がさらに必要になり得るからである。さらなる一実施形態は、係数のそれぞれ別の符号を平面式で適用し、サブ三角形を２つの半体積に対して形成することにより、サザーランド−ホッジマン・ポリゴンクリッピングアルゴリズムを二度使用する。
現代のＧＰＵは付加的にジオメトリー・シェードユニット（Geometry Shader-Einheit）を有し、このユニットにより三角形の分解をＧＰＵ上で実行することができる。ＧＰＵのフレキシビリティにより、とりわけクリッピングアルゴリズムをフラグメントシェーディングユニット１１０で実行することもできる。そのために、ｘ、ｙおよびｚ座標をフラグメントシェーディングユニットに伝送することができる。そしてそこで平面式に基づき、フラグメントが可視であるか否かが求められる。
本方法の別の有利な一実施形態では、ユーザが各個々の画像チャネルに対して、選択したセグメントにあるデータを表示すべきか否かを別個に決定することができる。このために図８は、制御エレメント８０１と画像表示部８０２の配置を示す。選択はスイッチ８０３と８０４を介してチャネル毎に行われるが、全ての体積セグメントに対して行われる。付加的にチャネルごとに、異なるレンダリング法に対して別々の選択をすることも可能である。
図９は、代替物の表示と、さらなる実施のための制御エレメントを示す。ここでは表示すべきチャネルおよびレンダリング法を、体積セグメントごとに選択することができる。ユーザは球上で体積セグメント９０１を選択し、この体積セグメントに対して調整を行う。ここでも球は、体積データの投影画像の表示と同じオリエンテーションを有する。この選択が、図１０に対応して、同一平面（co-planar）を成す切断面の場合に使用可能であると特に有利である。球では体積セグメント１００１，１００２および１００３が、同一平面の切断面によって分離される。体積セグメント１００５，１００６および１００７に対しては、スイッチ１００４によって異なる調整を設定することができ、その際にユーザが概観を失うことはない。
本発明を、特別の一実施形態に関連して説明した。しかし、以下の請求項の保護範囲を逸脱することなく、変更形態および変形形態を実施できることは自明である。
１１０１ 光源
１１０２ 照明光線束、焦点
１１０３ 照明ホール絞り
１１０４ ダイクロイックメインビームスプリッタ
１１０５ 光線偏向装置
１１０６ 走査光学系
１１０７ 鏡筒光学系
１１０８ 対物レンズ
１１０９ 対象物
１１１１ 検出ホール絞り
１１１２ 検出装置
１１１３ 制御装置
１１１４ ディスプレイ
１１１５ 対象物の表示
１１１６ 代替物の表示
１１１７ 携帯コンピュータ
１１１８ 別のディスプレイ
１０１ 入力装置
３０１ 代替物の表示
３０２ 対象物の表示
３０３ 切断面
４０１ 切断多角形
４０２，４０３，４０４ 切断面
４０５，４０６，４０７ 切断線
４０８ 三角形
１０１ 入力装置
１０２ コンピュータユニット
１０３ モニタ
１０４ ＣＰＵ
１０５ メモリ
１０６ グラフィックカード
１０７ ＧＰＵ
１１１ テクスチャメモリ
１１２ 画像メモリ
８０１ 制御エレメント
８０２ 画像表示部
１００１，１００２，１００３，１００５，１００６，１００７ 体積セグメント
本発明では、以下の形態が可能である。
（形態１）顕微鏡の稼働時に実施する方法および／または顕微鏡により撮像された対象物もしくは顕微鏡により撮像された対象物の部分を表示する方法であって、
ａ．対象物の代替物をディスプレイもしくは別のディスプレイ上に表示するステップと、
ｂ．前記代替物および／または前記代替物の表示において入力手段を用いて少なくとも１つの操作を行うステップと、
ｃ．前記操作から対象物もしくは対象物の部分の表示のための少なくとも１つの表示パラメータを導出するステップ、および／または前記操作から少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータを導出するステップと、
ｄ．前記対象物もしくは前記対象物の部分を、前記導出された表示パラメータおよび／または前記導出された顕微鏡制御パラメータを考慮して表示するステップと、
を含む方法が提供される。
（形態２）ａ．前記代替物および／またはその表示において行われる操作により、当該操作に対応して前記対象物の表示が、とりわけ自動的に、変化されること、および／または
ｂ．代替物および／またはその表示において行われる操作により、当該操作に対応して前記対象物の表示が、とりわけ自動的に、変化されること、ただしその際、前記対象物の表示の変化は、少なくとも１つの表示パラメータの変化に基づくこと、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータの変化に基づくこと、
ｃ．前記代替物のクリックまたはその他の接触により、３Ｄ空間セグメントを簡単に差込入射および取出出射することができること、が好ましい。
（形態３）オフライン動作のためにまず対象物画像データを顕微鏡により形成し、オフライン動作においては前記対象物もしくは前記対象物の部分の表示のための表示パラメータだけが前記操作から導出されること、が好ましい。
（形態４）顕微鏡のオンライン動作においては、対象物の継続する、とりわけ反復する、走査中に、前記対象物もしくは前記対象物の部分を表示するための表示パラメータを、前記操作から導出すること、および／または顕微鏡制御パラメータを前記操作から導出すること、が好ましい。
（形態５）ａ．前記代替物は仮想の対象物であること、および／または
ｂ．前記代替物は、さらなる多次元の、とりわけ３次元の対象物であること、および／またはさらなる多次元の、とりわけ３次元の対象物の部分であること、および／または
ｃ．前記代替物は、幾何形状物体および／または幾何形状物体の部分であること、および／または
ｄ．前記代替物は、球および／または球の部分であること、および／または
ｅ．前記代替物の３次元形状は、実際の対象物の抽象物に対応すること、が好ましい。
（形態６）ａ．前記代替物は、ユーザに表示される座標系を有すること、および／または
ｂ．前記代替物は、座標軸の形で、および／または特徴的平面もしくは面の表示により、および／または基本平面の表示によりユーザに表示される座標系を有すること、が好ましい。
（形態７）ａ．前記代替物もしくは前記代替物の表面は、透明もしくは半透明に表示され、または前記代替物の部分は透明もしくは半透明に表示されること、または
ｂ．前記代替物の表面は、テクスチャおよび／または符号および／またはパターンおよび／または色を有すること、および／または
ｃ．前記代替物の表面は、時間的にもしくは状態に依存して変化可能なテクスチャおよび／または時間的にもしくは状態に依存して変化可能な符号および／または時間的にもしくは状態に依存して変化可能なパターンおよび／または時間的にまたは状態に依存して変化可能な色を有すること、および／または
ｄ．時間的にもしくは状態に依存して変化可能な透明度を有すること、が好ましい。
（形態８）ａ．前記操作は回転を含むこと、および／または
ｂ．前記操作は、部分領域の切り取りを含むこと、および／または
ｃ．前記操作は、前記代替物の座標系の一象元に配置された部分の切り取りを含むこと、および／または
ｄ．前記操作は、１つまたは複数の切断面の追加もしくは変更を含むこと、および／または
ｅ．前記操作は、代替物の部分の切り取り、または代替物の表示の部分の切り取りを含むこと、および／または
ｆ．前記操作は、代替物の部分のマーキングを含むこと、および／または
ｇ．隣接する切断面を時間的に順次連続して表示するために前記操作は、スタートマーク、とりわけ出発平面、およびエンドマーク、とりわけ終了平面、の追加もしくは変更を含むこと、および／または
ｈ．前記操作は、代替物もしくは代替物の表示の大きさの変更を含むこと、および／または
ｉ．前記操作は、ディスプレイ上もしくは別のディスプレイ上での代替物の表示の移動を含むこと、が好ましい。
（形態９）ａ．前記表示パラメータは、対象物の表示に関するオリエンテーションについての情報を含むこと、および／または
ｂ．前記表示パラメータは、対象物の表示の大きさに関する情報もしくは対象物の部分の表示の大きさに関する情報を含むこと、および／または
ｃ．前記表示パラメータは、対象物の表示すべき部分の外側輪郭および／または形状に関する情報を含むこと、および／または
ｄ．前記表示パラメータは、対象物の種々異なる表示および／または対象物の種々異なる部分の表示の時間的連続に関する情報を含むこと、および／または
ｅ．前記表示パラメータは、対象物もしくは対象物の表示すべき部分の表示位置に関する情報を含むこと、が好ましい。
（形態１０）対象物の表示のために、体積レンダリング法が使用されること、が好ましい。
（形態１１）一体積が体積セグメントに分割され、体積セグメントがユーザにより選択され、データの部分集合の表示が体積セグメントの当該選択に応じて行われること、が好ましい。
（形態１２）異なる体積セグメントにおいてレンダリング法の種々の組合せが、ユーザの選択に応じて使用されること、が好ましい。
（形態１３）異なる体積セグメントにおいて、種々の画像チャネルのデータもしくは画像チャネルの組合せのデータが、ユーザの選択に応じて表示されること、が好ましい。
（形態１４）ａ．前記顕微鏡制御パラメータは、走査すべき少なくとも１つの対象物面に関する情報を含むこと、および／または
ｂ．前記顕微鏡制御パラメータは、対象物の走査すべき切断面の少なくとも１つの連続に関する情報を含むこと、および／または
ｃ．前記顕微鏡制御パラメータは、照明光線の焦点の時間的位置に関する情報を含むこと、および／または
ｄ．前記顕微鏡制御パラメータは、走査速度に関する情報を含むこと、および／または
ｅ．前記顕微鏡制御パラメータは、走査精度および／または解像度に関する情報を含むこと、および／または
ｆ．前記顕微鏡制御パラメータは、対象物操作に関する情報を含むこと、が好ましい。
（形態１５）ａ．対象物もしくは対象物の部分は、立体ディスプレイまたはホログラフディスプレイ上に表示されること、および／または
ｂ．代替物は、立体ディスプレイまたはホログラフディスプレイ上に表示されること、および／または
ｃ．対象物および／または代替物は３次元表示されること、および／または
ｄ．対象物および／または代替物はホログラムとして表示されること、および／または
ｅ．対象物および／または代替物は立体画像として表示されること、および／または
ｆ．対象物および／または代替物は、２次元表示として斜視的に表示されること、および／または
ｇ．代替物は２次元に表示され、対象物は立体ディスプレイもしくはホログラフディスプレイにより３次元に表示されること、が好ましい。
（形態１６）前記別のディスプレイは、携帯コンピュータおよび／またはラップトップおよび／または携帯電話および／またはタブレットＰＣのディスプレイであること、が好ましい。
（形態１７）前記入力手段は、コンピュータマウスもしくは接触感知性パネルもしくは接触感知性スクリーンもしくは運動センサを有すること、および／または前記入力手段は容量的におよび／または誘導的に動作すること、および／または前記入力手段は、情報を無線で、もしくは音波伝送で、もしくは光伝送で伝送すること、が好ましい。
（形態１８）対象物の他にさらなる対象物が表示され、当該さらなる対象物にはさらなる代替物が割り当てられ、前記さらなる対象物と前記さらなる代替物に関連しても、形態１から１３のいずれかに記載の方法と類似の方法が実施されること、が好ましい。
（形態１９）本方法は、コンピュータおよび／または走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡により実施されること、が好ましい。
（形態２０）顕微鏡のプログラミング可能な制御装置またはデジタルコンピュータのメモリに直接ロードすることができるコンピュータプログラム製品であって、当該コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに本発明の方法を実施することのできるソフトウエアコード部分を含むコンピュータプログラム製品が提供される。
（形態２１）本発明の方法を実施するための顕微鏡、とりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡が提供される。
（形態２２）ディスプレイと、顕微鏡により撮像された対象物もしくは顕微鏡により撮像された対象物の部分を前記ディスプレイに表示するための手段とを備える顕微鏡、とりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡であって、
ａ．対象物の代替物をディスプレイもしくは別のディスプレイ上に表示する手段と、
ｂ．前記代替物および／または前記代替物の表示において入力手段を用いて少なくとも１つの操作を行う手段と、
ｃ．対象物の表示もしくは対象物の部分の表示のための少なくとも１つの表示パラメータを前記操作から導出する手段、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータを前記操作から導出する手段と、
ｄ．前記対象物もしくは対象物の部分を、前記導出された表示パラメータおよび／または前記導出された顕微鏡制御パラメータを考慮して表示する手段と、
を備える顕微鏡が提供される。
（形態２３）ａ．前記代替物および／またはその表示において行われる操作によって、とりわけ自動的に、制御装置により、とりわけ制御コンピュータにより当該操作に対応して対象物の表示が変化すること、および／または
ｂ．前記代替物および／またはその表示において行われる操作によって、とりわけ自動的に、制御装置により、とりわけ制御コンピュータにより当該操作に対応して対象物の表示が変化すること、ただしその際に前記対象物の表示の変化は、少なくとも１つの表示パラメータの変化に基づくこと、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータの変化に基づくこと、が好ましい。
（形態２４）別の顕微鏡もしくは同じ顕微鏡により獲得された対象物、とりわけ生物学的対象物の対象物データの表示のために、本発明の方法および／または本発明の顕微鏡、とりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡を使用する使用法が提供される。
本発明は、ユーザが表示システムに、例えばコンピュータ制御されるディスプレイを備える顕微鏡に、どのような周辺条件により、どのような表示形式を望むかを、迅速かつ効率的に通知できるという利点を有する。ここでは特に有利なやり方で、対象物自体の表示ではなく、少なくとも１つのとりわけ仮想の代替物において、および／またはその表示において操作が行われる。この代替物は、とりわけユーザにとって容易にかつ迅速に概念的に理解できるさらなる対象物、例えば球とすることができる。しかしながら本来表示すべき、例えば生物学的対象物は、格段に複雑な構造、例えば形状を有することができる。これによりユーザにとって、自分の行為についての概観が格段に高まる。とりわけ、表示される対象物の詳細情報が多数あるためにユーザがオリエンテーション（方位感覚）を失い、どの視線方向が現在選択されているか、またはどの部分領域をユーザが取出出射または差込入射しているかを、時間を掛けて考えなければならないという事態が回避される。

Claims (24)

  1. 顕微鏡の稼働時に実施する方法および／または顕微鏡により撮像された対象物もしくは顕微鏡により撮像された対象物の部分を表示する方法であって、
    ａ．対象物の代替物をディスプレイもしくは別のディスプレイ上に表示するステップと、
    ｂ．前記代替物および／または前記代替物の表示において入力手段を用いて少なくとも１つの操作を行うステップと、
    ｃ．前記操作から対象物もしくは対象物の部分の表示のための少なくとも１つの表示パラメータを導出するステップ、および／または前記操作から少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータを導出するステップと、
    ｄ．前記対象物もしくは前記対象物の部分を、前記導出された表示パラメータおよび／または前記導出された顕微鏡制御パラメータを考慮して表示するステップと、
    を含む方法。
  2. ａ．前記代替物および／またはその表示において行われる操作により、当該操作に対応して前記対象物の表示が、とりわけ自動的に、変化されること、および／または
    ｂ．代替物および／またはその表示において行われる操作により、当該操作に対応して前記対象物の表示が、とりわけ自動的に、変化されること、ただしその際、前記対象物の表示の変化は、少なくとも１つの表示パラメータの変化に基づくこと、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータの変化に基づくこと、
    ｃ．前記代替物のクリックまたはその他の接触により、３Ｄ空間セグメントを簡単に差込入射および取出出射することができること、
    を特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. オフライン動作のためにまず対象物画像データを顕微鏡により形成し、オフライン動作においては前記対象物もしくは前記対象物の部分の表示のための表示パラメータだけが前記操作から導出されること、
    を特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 顕微鏡のオンライン動作においては、対象物の継続する、とりわけ反復する、走査中に、前記対象物もしくは前記対象物の部分を表示するための表示パラメータを、前記操作から導出すること、および／または顕微鏡制御パラメータを前記操作から導出すること、
    を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. ａ．前記代替物は仮想の対象物であること、および／または
    ｂ．前記代替物は、さらなる多次元の、とりわけ３次元の対象物であること、および／またはさらなる多次元の、とりわけ３次元対の象物の部分であること、および／または
    ｃ．前記代替物は、幾何形状物体および／または幾何形状物体の部分であること、および／または
    ｄ．前記代替物は、球および／または球の部分であること、および／または
    ｅ．前記代替物の３次元形状は、実際の対象物の抽象物に対応すること、
    を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. ａ．前記代替物は、ユーザに表示される座標系を有すること、および／または
    ｂ．前記代替物は、座標軸の形で、および／または特徴的平面もしくは面の表示により、および／または基本平面の表示によりユーザに表示される座標系を有すること、
    を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載に記載の方法。
  7. ａ．前記代替物もしくは前記代替物の表面は、透明もしくは半透明に表示され、または前記代替物の部分は透明もしくは半透明に表示されること、または
    ｂ．前記代替物の表面は、テクスチャおよび／または符号および／またはパターンおよび／または色を有すること、および／または
    ｃ．前記代替物の表面は、時間的にもしくは状態に依存して変化可能なテクスチャおよび／または時間的にもしくは状態に依存して変化可能な符号および／または時間的にもしくは状態に依存して変化可能なパターンおよび／または時間的にまたは状態に依存して変化可能な色を有すること、および／または
    ｄ．時間的にもしくは状態に依存して変化可能な透明度を有すること、
    を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. ａ．前記操作は回転を含むこと、および／または
    ｂ．前記操作は、部分領域の切り取りを含むこと、および／または
    ｃ．前記操作は、前記代替物の座標系の一象元に配置された部分の切り取りを含むこと、および／または
    ｄ．前記操作は、１つまたは複数の切断面の追加もしくは変更を含むこと、および／または
    ｅ．前記操作は、代替物の部分の切り取り、または代替物の表示の部分の切り取りを含むこと、および／または
    ｆ．前記操作は、代替物の部分のマーキングを含むこと、および／または
    ｇ．隣接する切断面を時間的に順次連続して表示するために前記操作は、スタートマーク、とりわけ出発平面、およびエンドマーク、とりわけ終了平面、の追加もしくは変更を含むこと、および／または
    ｈ．前記操作は、代替物もしくは代替物の表示の大きさの変更を含むこと、および／または
    ｉ．前記操作は、ディスプレイ上もしくは別のディスプレイ上での代替物の表示の移動を含むこと、
    を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. ａ．前記表示パラメータは、対象物の表示に関するオリエンテーションについての情報を含むこと、および／または
    ｂ．前記表示パラメータは、対象物の表示の大きさに関する情報もしくは対象物の部分の表示の大きさに関する情報を含むこと、および／または
    ｃ．前記表示パラメータは、対象物の表示すべき部分の外側輪郭および／または形状に関する情報を含むこと、および／または
    ｄ．前記表示パラメータは、対象物の種々異なる表示および／または対象物の種々異なる部分の表示の時間的連続に関する情報を含むこと、および／または
    ｅ．前記表示パラメータは、対象物もしくは対象物の表示すべき部分の表示位置に関する情報を含むこと、
    を特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 対象物の表示のために、体積レンダリング法が使用されること、
    を特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 一体積が体積セグメントに分割され、体積セグメントがユーザにより選択され、データの部分集合の表示が体積セグメントの当該選択に応じて行われること、
    を特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 異なる体積セグメントにおいてレンダリング法の種々の組合せが、ユーザの選択に応じて使用されること、
    を特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 異なる体積セグメントにおいて、種々の画像チャネルのデータもしくは画像チャネルの組合せのデータが、ユーザの選択に応じて表示されること、
    を特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. ａ．前記顕微鏡制御パラメータは、走査すべき少なくとも１つの対象物面に関する情報を含むこと、および／または
    ｂ．前記顕微鏡制御パラメータは、対象物の走査すべき切断面の少なくとも１つの連続に関する情報を含むこと、および／または
    ｃ．前記顕微鏡制御パラメータは、照明光線の焦点の時間的位置に関する情報を含むこと、および／または
    ｄ．前記顕微鏡制御パラメータは、走査速度に関する情報を含むこと、および／または
    ｅ．前記顕微鏡制御パラメータは、走査精度および／または解像度に関する情報を含むこと、および／または
    ｆ．前記顕微鏡制御パラメータは、対象物操作に関する情報を含むこと、
    を特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. ａ．対象物もしくは対象物の部分は、立体ディスプレイまたはホログラフディスプレイ上に表示されること、および／または
    ｂ．代替物は、立体ディスプレイまたはホログラフディスプレイ上に表示されること、および／または
    ｃ．対象物および／または代替物は３次元表示されること、および／または
    ｄ．対象物および／または代替物はホログラムとして表示されること、および／または
    ｅ．対象物および／または代替物は立体画像として表示されること、および／または
    ｆ．対象物および／または代替物は、２次元表示として斜視的に表示されること、および／または
    ｇ．代替物は２次元に表示され、対象物は立体ディスプレイもしくはホログラフディスプレイにより３次元に表示されること、
    を特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記別のディスプレイは、携帯コンピュータおよび／またはラップトップおよび／または携帯電話および／またはタブレットＰＣのディスプレイであること、
    を特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記入力手段は、コンピュータマウスもしくは接触感知性パネルもしくは接触感知性スクリーンもしくは運動センサを有すること、および／または前記入力手段は容量的におよび／または誘導的に動作すること、および／または前記入力手段は、情報を無線で、もしくは音波伝送で、もしくは光伝送で伝送すること、
    を特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 対象物の他にさらなる対象物が表示され、当該さらなる対象物にはさらなる代替物が割り当てられ、前記さらなる対象物と前記さらなる代替物に関連しても、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法と類似の方法が実施されること、
    を特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 本方法は、コンピュータおよび／または走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡により実施されること、
    を特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 顕微鏡のプログラミング可能な制御装置またはデジタルコンピュータのメモリに直接ロードすることができるコンピュータプログラム製品であって、当該コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法を実施することのできるソフトウエアコード部分を含むコンピュータプログラム製品。
  21. 請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法を実施するための顕微鏡、とりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡。
  22. ディスプレイと、顕微鏡により撮像された対象物もしくは顕微鏡により撮像された対象物の部分を前記ディスプレイに表示するための手段とを備える顕微鏡、とりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡であって、
    ａ．対象物の代替物をディスプレイもしくは別のディスプレイ上に表示する手段と、
    ｂ．前記代替物および／または前記代替物の表示において入力手段を用いて少なくとも１つの操作を行う手段と、
    ｃ．対象物の表示もしくは対象物の部分の表示のための少なくとも１つの表示パラメータを前記操作から導出する手段、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータを前記操作から導出する手段と、
    ｄ．前記対象物もしくは対象物の部分を、前記導出された表示パラメータおよび／または前記導出された顕微鏡制御パラメータを考慮して表示する手段と、
    を備える顕微鏡。
  23. ａ．前記代替物および／またはその表示において行われる操作によって、とりわけ自動的に、制御装置により、とりわけ制御コンピュータにより当該操作に対応して対象物の表示が変化すること、および／または
    ｂ．前記代替物および／またはその表示において行われる操作によって、とりわけ自動的に、制御装置により、とりわけ制御コンピュータにより当該操作に対応して対象物の表示が変化すること、ただしその際に前記対象物の表示の変化は、少なくとも１つの表示パラメータの変化に基づくこと、および／または少なくとも１つの顕微鏡制御パラメータの変化に基づくこと、
    を特徴とする請求項２２に記載の顕微鏡。
  24. 別の顕微鏡もしくは同じ顕微鏡により獲得された対象物、とりわけ生物学的対象物の対象物データの表示のために、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法および／または請求項２１から２３のいずれか一項に記載の顕微鏡、とりわけ走査顕微鏡および／またはレーザ走査顕微鏡および／または共焦点走査顕微鏡を使用する使用法。
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