WO2000029833A1 - Anordnung und verfahren zur blutanalyse für die serodiagnostik - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Blutanalyse für die Serodiagnostik. Zur objektiven und zuverlässigen Testdurchführung und -auswertung wird folgende Merkmalskombination vorgeschlagen: ein mindestens eine Kavität (12) zur Aufnahme von Blutproben (18) sowie Nachweisreagenzien aufweisender Probenträger (14), eine Lichtquelle (24) zur Beleuchtung der zu untersuchenden Kavität (12), ein Farbbildaufnehmer (10) zur zweidimensionalen Abtastung der zu untersuchenden Kavität (12) und farbselektiven Erzeugung von Bildsignalen, ein Analog/Digital-Wandler (50) zur Umsetzung der Bildsignale in Bildpunkten zugeordnete und bildpunktweise in Grundfarben aufgeteilte digitale Bilddaten, eine die Bilddaten verarbeitende Bildverarbeitungseinrichtung (16) zur Wiedergabe und/oder Klassifizierung von in der Kavität (12) ausgebildeten Reaktionsmustern der Blutprobe (18).

Description

Anordnung und Verfahren zur Blutanalyse für die Serodiagnostik

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Blutanalyse für die . Serodiagnostik, insbesondere zur Erfassung, Auswertung und Wiedergabe von Bilddaten in der Blutgruppenserologie .

In der Serodiagnostik bzw. Blutgruppenserologie werden zur Blutgruppenbestimmung oder auch zur in vitro Diagnose von Infektionskrankheiten spezifische, auf Antigen- Antikδrper-Reaktionen beruhende Nachweisreaktionen in den Probensubstanzen ausgelöst und deren Erscheinungsform beurteilt. So werden beispielsweise bei Hämagglutination- stests Erythrozyten in Blutproben über membranständige oder in anderer Weise fixierte Antigene spezifisch verklumpt und die Agglutinationsmuster der präzipitierten Komplexe nach einem von negativ (keine Agglutination) bis vierfach positiv (starke Agglutination) abgestuften Bewertungssystem halbquantitativ bewertet . Alternativ wurden auch sogenannte Festphasen-Methoden zur Suche und Identifizierung von erythrozytären Antikörpern sowie zur Kreuzprobe vorgeschlagen, bei denen sich positive Reaktionen als Schicht gebundener Erythrozyten an speziell präparierten Festphasen darstellen.

In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die Testsubstanzen in den Kavitäten bzw. Näpfchen von Mikrotiterplatten vorzulegen und die Reaktionsmuster mit bloßem Auge visuell zu beurteilen. Als nachteilig wird angesehen, daß diese subjektive Art der Bestimmung vor allem bei Übergangsphasen zu Fehlbeurteilungen führen kann, die unter Umständen schwerwiegende Konsequenzen beispielsweise bei Unverträg- lichkeit von Bluttransfusionen nach sich ziehen. Neben Erfahrung und Sachkenntnis erfordert die visuelle Beobachtung vor allem bei Reihenanalysen einen hohen Zeitaufwand. Hinzu kommt, daß die Reaktionsabläufe nur in einem eng begrenzten Zeitfenster eine visuelle Auswertung er- lauben.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur TeStauswertung in der Serodiagnostik anzugeben, womit sich in ökonomi- scher und wiederholbarer Weise vorzugsweise automatisch präzise Testresultate zuverlässig ermitteln lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den unabhängigen Patentansprüchen 1 bzw. 13 angegebenen Merkmalskombina- tionen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Analyseanordnung umfaßt demnach: - einen mindestens eine Kavität zur Aufnahme von Blutproben sowie Nachweisreagenzien aufweisenden, vorzugsweise als Mikrotiterplatte oder Mikrotiterstreifen ausgebildeten Probenträger, - eine Lichtquelle zur Beleuchtung der zu untersuchenden Kavität, - einen Farbbildaufnehmer zur zweidimensionalen Abtastung der zu untersuchenden Kavität und farbselektiven Erzeugung von Bildsignalen,

- einen Analog/Digital-Wandler zur Umsetzung der Bildsi- gnale in Bildpunkten zugeordnete und bildpunktweise in

Grundfarben aufgeteilte digitale Bilddaten, und

- eine die Bilddaten verarbeitende Bildverarbeitungseinrichtung zur Wiedergabe und/oder Auswertung der Bilddaten insbesondere zur Klassifizierung von in der Kavität ausgebildeten Reaktionsmustern der Blutprobe.

Damit ist es möglich, die Testbewertung anhand eines farbgetreuen und unverfälschten Abbildes der zu untersuchenden Kavitäten zu beliebigen Zeitpunkten nach definierten Kriterien maschinell durchzuführen und zu doku- mentieren. Insbesondere können unterschiedliche Farbabstufungen in den Reaktionsmustern, die bei einer bloßen Schwarzweißaufnahme eventuell nicht unterscheidbar wären, zur Vermeidung von Fehlbeurteilungen erkannt werden. Die Anordnung ermöglicht es, auf rationelle und äußerst zu- verlässige Weise Bluttests durchzuführen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Bildverarbeitungseinrichtung einen Videocontroller und eine Farbbildschirmeinheit zur Vorzugs- weise vergrößerten Farbbildwiedergabe der Bilddaten auf. Damit kann parallel oder ergänzend eine klassische visuelle Befundung durch eine Fachperson vorgenommen werden, wobei das Bild mit einem Vielfachen der Originalgröße darstellbar ist. Vorteilhafterweise ist die Bildverarbeitungseinrichtung mit einem Speichermedium zur Speicherung der Bilddaten in Zuordnung zu Patientendaten ausgestattet, um die Testergebnisse zu dokumentieren und jederzeit nachvollziehbar zu machen.

Für eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit ist es günstig, wenn die Bildverarbeitungseinrichtung einen mit einem Bildspeicher gekoppelten Bildprozessor aufweist.

Die erforderliche Farbempfindlichkeit und Auflösung kann dadurch erreicht werden, daß der Farbbildaufnehmer durch eine einen Halbleiter-Bildsensor, insbesondere einen CCD- Bildsensor aufweisende, in drei Grundfarbstufen arbeiten- de Videokamera gebildet ist. Weiter ist es im Hinblick auf eine Steigerung der Auflösung vorteilhaft, wenn der Farbbildaufnehmer eine auf die zu untersuchende Kavität fokussierbare Abbildungsoptik aufweist. In diesem Zusammenhang wird die Probenverarbeitung durch eine Positio- niervorrichtung zur sequentiellen Positionierung einer Mehrzahl von Kavitäten des Probenträgers in einer Meßposition vereinfacht.

Um Bildfehler zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn die Lichtquelle durch eine spannungsstabilisierte elektrische Weißlichtquelle und gegebenenfalls einen der Weißlicht- quelle nachgeordneten Diffusor gebildet ist. Eine weitere Verbesserung wird durch ein dem Farbbildaufnehmer vor- schaltbares Graufilter zur intermittierenden Kalibrierung der Homogenität und Intensität der Lichtquelle erzielt. Günstig ist es auch, wenn dem Farbbildaufnehmer ein im ultravioletten und infraroten Wellenlängenbereich sperrendes und im sichtbaren Bereich durchlässiges Meßlichtfilter vorgeordnet ist.

Zur Vereinfachung der automatischen Dokumentation der Analysedaten ist es vorgesehen, daß auf dem Probenträger mittels des Farbbildaufnehmers abtastbare Patientendaten vorzugsweise als Strichcode aufgebracht sind.

In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

- eine zur Aufnahme von Blutproben sowie Testreagenzien ausgebildete Kavität eines Probenträgers wird in einer Meßposition positioniert, - die in der Meßposition befindliche Kavität wird beleuchtet und mittels eines Farbbildaufnehmers unter farbselektiver Erzeugung von analogen Bildsignalen zweidimensional abgetastet,

- die Bildsignale werden in Bildpunkten zugeordnete und bildpunktweise in Grundfarben aufgeteilte digitale

Bilddaten umgesetzt,

- die Bilddaten werden mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung insbesondere zur Klassifizierung von in der Kavität ausgebildeten Reaktionsmustern wiedergegeben und/oder ausgewertet.

Alternativ oder ergänzend zu der automatischen Auswertung können die Bilddaten auf einer Anzeigeeinheit als vorzugsweise vergrößertes Farbbild der erfaßten Kavität ge- gebenenfalls in Verbindung mit Auswerteergebnissen dargestellt werden. Weiter ist es vorgesehen, daß die Bildda- ten auf einem Speichermittel in Zuordnung zu Patientendaten abgespeichert werden.

Um eine reaktionsspezische Differenzierung zu ermδgli- chen, wird vorgeschlagen, daß den Bildpunkten nach Maßgabe der Farbanteile der zugeordneten Bilddaten oder eines daraus abgeleiteten Farbtones ein Kennwert zur Bereichs- Segmentierung der Reaktionsmuster zugeordnet wird. Dabei wird eine objektive Testauswertung dadurch erreicht, daß zusammenhängende Bildpunktbereiche mit übereinstimmenden Kennwerten ermittelt werden, daß Flächenmerkmale der Bildpunktbereiche wie Durchmesser, Schwerpunkt, Flächeninhalt und Kompaktheit bestimmt werden, und daß das Reaktionsmuster durch Vergleich der Flächenmerkmale mit empi- rischen Vorgabewerten klassifiziert wird.

Eine weitere Vereinfachung in der Bildverarbeitung und Auswertung wird dadurch erzielt, daß den Bildpunkten zur Erzeugung farbspezifischer Schwarzweißbilder binäre Kenn- werte zugeordnet werden.

Bei einem Agglutinationstest erscheinen miteinander verklumpte Erythrozyten als dunkelrotes Sediment, während bei einem Festphasentest in umgekehrter Weise ein Erythrozytensediment als Ausdruck einer negativen Reaktion erhalten wird. Um diese Zur hochsensiblen Erkennung und Trennung solcher Reaktionsmerkmale ist es daher von besonderem Vorteil, den Bildpunkten mit einem im rotschwarzen Bereich liegenden Farbton einheitlich ein binä- rer Kennwert zugeordnet wird. Weitere testrelevante Aussagen lassen sich dadurch gewinnen, daß bei einem Agglu- tinations- oder Festphasentest den Bildpunkten mit einem im gelb-braunen Bereich liegenden Farbton einheitlich ein binärer Kennwert zugeordnet wird.

Um ein Grauwertbild der zu messenden Kavität mit möglichst eindeutig definierten Graustufen zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn für jeden Bildpunkt nach Maßgabe der Farbanteile der zugeordneten Bilddaten oder eines daraus abgeleiteten Farbtones ein Grauwert ermittelt wird. Eine bevorzugte Auswertemδglichkeit sieht dann vor, daß die auf die Gesamtzahl der Bildpunkte normierte Häufigkeit der einzelnen Grauwerte des Grauwertbildes als Grauwert- verteilungskurve bestimmt wird, und daß aus der Grauwert- Verteilungskurve Kenngrößen zur Klassifizierung eines Re- aktionsmusters der in der Kavität befindlichen Blutprobe abgeleitet werden. Dies kann vorteilhaft dadurch geschehen, daß aus einem Minimum der Grauwertverteilungskurve ein Schwellenwert bestimmt wird, und daß den Bildpunkten mit Grauwerten oberhalb des Schwellenwertes ein erster Kennwert und den Bildpunkten mit Grauwerten unterhalb des Schwellenwertes ein zweiter Kennwert zur Bereichssegmentierung des Reaktionsmusters zugeordnet wird.

Eine weitere verfahrensmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß aus dem Grauwertbild für mindestens eine lineare Bildpunktfolge eine GrauwertVerlaufskurve in Abhängigkeit von der Bildpunktposition ermittelt wird, und daß aus Kenngrößen der Grauwertverlaufskurve durch Vergleich mit vorgegebenen Schwellenwerten ein Reaktionsmuster klassi- fiziert wird. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert . Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Blutanalyse in der Blutgruppenserologie;

Fig. 2 einen Mikrotiterstreifen mit mehreren Kavitäten und darin vorliegende Festphasentests mit unter- schiedlich ausgebildeten Reaktionsmustern in einer abgebrochenen Draufsicht;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der mittleren Kavität nach Fig. 2 mit unterschiedlich ausgeprägten und farblich unterscheidbaren Reaktionsbereichen;

Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung eines Grauwertbildes eines Agglutinationstests in einer Kavität;

Fig. 5 ein Histrogramm des Grauwertbildes nach Fig. 4;

Fig. 6 ein Grauwertbild einer Kavität entsprechend Fig. 4 zur Veranschaulichung einer linienhaften Bild- auswertung; und

Fig. 7 den Grauwertverlauf der Bilddaten entlang der gestrichelten Scanlinie in Fig. 6.

Die in Fig. 1 symbolhaft dargestellte Anordnung zur serodiagnostischen Blutanalyse ermöglicht die Erfassung, Speicherung, Wiedergabe und Auswertung von Bilddaten von Bluttests an Blutproben. Als Blutproben werden dabei Proben angesehen, welche mindestens einen Blutinhaltsstoff wie Blutplasma, Blutserum oder zelluläre Elemente aufwei- sen. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus einem Farbbildaufnehmer 10 zur zweidimensionalen Abtastung der Probengefäße beziehungsweise Kavitäten 12 eines als Mi- krotiterstreifen oder Mikrotiterplatte ausgebildeten Probenträgers 14 sowie einer digitalen Bildverarbeitungsein- richtung 16 zur Bestimmung von Reaktionsmustern der in den Kavitäten 12 zusammen mit Testreagenzien vorgelegten Blutproben 18.

Der Probenträger 14 läßt sich in einer Meßkammer 20 mit- tels einer Positioniervorrichtung 22 positionieren, so daß jeweils eine der Kavitäten 12 in einer Meßposition angeordnet ist. Zur Beleuchtung der zu messenden Kavität 12 dient eine Lichtquelle 24, die eine mittels Stabilisatorschaltung 26 spannungsstabilisierte hochfrequente Weißlichtquelle 28 und eine zwischen der Weißlichtquelle und der Kavität angeordnete Streuplatte 30 umfaßt.

Der Farbbildaufnehmer 10 ist durch eine Videokamera 32 gebildet, die einen in den drei Grundfarbstufen Rot, Grün, Blau (R,G,B) arbeitenden CCD-Bildsensor 34 aufweist. Dem CCD-Bildsensor 34 ist eine Abbildungsoptik 36 vorgeordnet, die eine Fokussierung der Sensorfläche auf die zugewandte Innenwandung der in der Meßposition befindlichen Kavität 12 ermöglicht. Eine mittels Stell- antrieb 38 betätigbare Wechseloptik 40 dient dazu, verschiedene optische Elemente in den Strahlengang zwischen Kavität 12 und Farbbildaufnehmer 10 zu bringen. Ein Meßlichtfilter 42 der Wechseloptik 40 transmittiert das von der Kavität 12 ausgehende Meßlicht im sichtbaren Wellenlängenbereich und sperrt im UV- und IR-Bereich. Ein Grau- filter 44 ermöglicht eine Kalibrierung der Lichtquelle 24 durch Leerbildaufnahmen, anhand derer die Homogenität und Intensität der Beleuchtung überprüft werden kann. Eine Konkavlinse 46 ist dazu vorgesehen, den Farbbildaufnehmer 10 auf die Oberfläche des Probenträgers 14 zu fokussie- ren, um eine dort aufgebrachte Strichcode-Markierung zur Proben- und Probandenidentifizierung abzutasten.

Die von dem Farbbildaufnehmer 10 gelieferten analogen RGB-Bildsignale lassen sich in einem Analog/Digital- Wandler 50 in Bildpunkten bzw. Pixeln zugeordnete digitale Bilddaten umsetzen. Die erfaßte Kavität 12 wird dabei auf eine zweidimensionale Bildpunktmatrix abgebildet, wobei jedem Bildpunkt drei Bilddaten als RGB-Werte zugeordnet sind. Alternativ können diese RGB-Werte in ein soge- nanntes HSI-Farbmodell konvertiert werden, in welchem pixelweise aufgeteilte Werte für den Farbton (H) , die Sättigung (S) und die Helligkeit (I) vorliegen. Diese digitalen Bilddaten lassen sich in einem mit einem RAM- Bildspeicher gekoppelten Bildprozessor 52 weiterverarbei- ten und gegebenenfalls über einen Videocontroller 54 auf einem Monitor 56 als originalgetreues, vorzugsweise vergrößertes Farbbild darstellen oder auf einem Permanent- Speicher 58 in Zuordnung zu Patientendaten vorzugsweise in einem Datenbankformat ablegen. Fig. 2 zeigt einen Mikrotiterstreifen 14, welcher an den Wandungen 60 seiner Kavitäten 12 mit einer reaktiven Festphasen-Schicht aus immobilisierten Erythrozyten mit ausgewählten antigenen Mustern beschichtet ist. An diese Erythrozyten können Antikörper aus Seren oder Plasmen gebunden werden. Dabei kommt es zur Ausbildung einer Erythrozyten-Doppelschicht bzw. eines Zellrasens 62, wenn in der zu untersuchenden Probe ausreichende Mengen erythrozytärer Antikörper vorliegen. Entsprechend ist in der linken Kavität in Fig. 2 eine 4-fach positive Reaktion dargestellt, während in der mittleren Kavität eine schwächeres positives Reaktionsmuster (++) abgebildet ist. Negative Ergebnisse (-) sind an Knöpfchen nicht gebundener Zellen erkennbar, die sich durch Zentrifugieren als Erythrozytensediment 64 im Zentrum einer Kavität 12 sammeln (Fig. 2 rechts) .

Die Reaktionsmuster lassen sich anhand der gewonnenen Bilddaten mit unterschiedlichen Methoden rechnerisch ana- lysieren. Dabei wird ein Gesamtergebnis aus den Resultaten der Einzelmethoden abgeleitet, wobei deren unterschiedlichen Einschränkungen und Ungenauigkeiten gegebenenfalls durch eine entsprechende mathematische Gewich- tung Rechnung getragen werden kann.

Eine erste Auswertemethode macht sich die in den Bilddaten enthaltene Farbinformation unmittelbar zunutze, um Bewertungsmerkmale aus testspezifischen Bereichen der Reaktionsmuster extrahieren zu können. Dabei wird zunächst zur Segmentierung der Reaktionsmuster in zusammengehörige Bereiche den Bildpunkten nach Maßgabe der Farbanteile der zugeordneten Bilddaten oder eines daraus abgeleiteten Farbtones ein Kennwert zugeordnet. Für die Bildpunktbereiche mit übereinstimmenden Kennwerten lassen sich Flä- chenmerkmale wie Durchmesser, Schwerpunkt, Flächeninhalt und Kompaktheit bestimmen, anhand derer das Reaktionsmuster in der Kavität durch Vergleich mit empirisch ermittelten Vorgabewerten klassifiziert wird.

Um die Auswertung zu vereinfachen, können farbspezifische Schwarzweißbilder durch Zuordnung binärer Kennwerte erzeugt werden. So wird bei dem Festphasen-Reaktionsmuster nach Fig. 3 ein erstes Schwarzweißbild dadurch gewonnen, daß den Bildpunkten des Zellrasens 62 aufgrund ihres im gelb-braunen Bereich liegenden Farbtons ein Kennwert "Schwarz" und den verbleibenden Bildpunkten ein Kennwert "Weiß" zugeteilt wird. Entsprechend wird der Sedimentbereich 64, dessen Bildpunkte einen im rot-schwarzen Bereich liegenden Farbton aufweisen, als zweiter Schwarzweißbild-Datensatz gesondert dargestellt. Sodann kann aufgrund der mittleren Größe des schwarzen Bereichs im ersten Bild bei gleichzeitig bereits ausgeprägt vorhandenem schwarzen Bereich im zweiten Bild auf eine 2-fach positive Reaktion (++) geschlossen werden.

Weitere Auswertemethoden basieren auf einer mittelbaren Grauwertbetrachtung der Reaktionsmuster. Zu diesem Zweck wird aus den Farbanteilen der Bilddaten oder deren Farbton ein Grauwert unter Erzeugung eines Grauwertbildes ermittelt. Eine flächenhafte Auswertung sieht dann vor, daß die auf die Gesamtzahl der Bildpunkte normierte Häufigkeit der einzelnen Grauwerte als Grauwertverteilungskurve bestimmt wird, und daß Extremwerte und Integralwerte von Kurvenabschnitten zur Klassifizierung eines Reaktionsmusters ermittelt werden.

Als Beispiel für diese Methode ist in Fig. 4 ein vereinfachtes Grauwertbild eines Agglutinationstests dargestellt, bei dem miteinander verklebte Erythrozyten ein kompaktes Agglutinat 66 gebildet haben. Die gestrichelte Begrenzungslinie 68 umschließt dabei einen Auswertebe- reich, dessen Grauwertverteilung als Grauwertverteilungs- kurve bzw. Histogramm 70 in Fig. 5 gezeigt ist. Die Kurve 70 weist zwei gut unterscheidbare Peakbereiche 72, 74 auf, die durch ein lokales Minimum bei Grauwert 45 getrennt sind, wobei der Bereich 72 dem hellen Bildhinter- grund und der Bereich 74 den dunklen Zellklumpen zugeordnet ist. Die Berechnung der kumulativen Häufigkeit bzw. des Kurvenintegrals unterhalb des einzigen aufgefundenen Minimums ermöglicht im gegebenen Fall eine empirische Einstufung des Reaktionsbildes in die Klasse 4-fach posi- tiv.

Allgemein lassen sich verschiedene Charakteristika der Kurve 70 zur Klassifizierung heranziehen, insbesondere die Anzahl der lokalen Minima, die Anzahl der iterativen Suchschritte bis zum ersten Auffinden eines Minimums, die kumulativen Häufigkeiten unterhalb eines ersten und ggf. eines zweiten Minimums und die kumulative Häufigkeit in einem Bereich um das absolute Maximum, letzteres als Maß für die Einheitlichkeit des Hintergrunds. Alternativ ist auch eine Bereichssegmentierung analog zu der vorstehend beschriebenen Farbausertung denkbar, wobei aus einem Mi- nimum der Grauwertverteilungskurve ein Schwellenwert bestimmt wird und den Bildpunkten mit Grauwerten oberhalb des Schwellenwertes ein erster Kennwert und den Bildpunkten mit Grauwerten unterhalb des Schwellenwertes ein zweiter Kennwert zugeordnet wird.

Eine weitere Auswerte- bzw. Klassifizierungsmöglichkeit ergibt sich durch eine linienbezogene Analyse des Grauwertbildes. Dabei wird für mindestens eine lineare Bild- punktfolge bzw. Scanlinie 76 (Fig. 6) aus dem Grauwertbild eine Grauwertverlaufskurve 78 erzeugt, wie sie in Fig. 7 in Abhängigkeit von der Pixelposition dargestellt ist. Als Bewertungskriterien werden Charakteristika der Kurve 78 bestimmt. Hierzu werden in einem ersten Schritt die maximalen und minimalen Grauwerte ermittelt und mit einem prozentualen Abschlag bzw. Zuschlag versehen. Für die daraus resultierenden Grauwertniveaus werden die Schnittpunkte 80, 80 ' , 82 , 82 ' mit de Kurve 78 gesucht. Als Kenngrößen werden sodann die Steigungen GRAD an den Punk- ten 80,82 und 80 ',82' und der Schnittpunkt der durch diese Punktepaare definierten Geraden berechnet. Weitere Kenngrößen ergeben sich aus dem Kontrastunterschied DIFF zwischen den Punkten 80,82 und 80' ,82' und dem Durchmesser DIAM zwischen den Punkten 82,82'. Zudem wird ab- schnittsweise die Stetigkeit und die Varianz der Grauwerte als Maß für die Homogenität des Bildinhalts überprüft. Die ErgebnisZuweisung erfolgt durch Vergleich der erhaltenen Kennwerte mit empirischen Schwellenwerten. Eine stark positive Reaktion bedingt beispielsweise einen Durchmesser DIAM größer als 100 Pixel, eine Kontrastdif- ferenz _DIFF von mehr als 25 und eine Steigung GRAD von mehr als 45° .

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Blutanalyse für die Serodiagnostik mit

a) einem mindestens eine Kavität (12) zur Aufnahme von Blutproben (18) sowie Nachweisreagenzien aufweisenden, vorzugsweise als Mikrotiterplatte oder Mikrotiterstreifen ausgebildeten Probenträger (14) ,

b) einer Lichtquelle (24) zur Beleuchtung der zu untersuchenden Kavität (12) ,

c) einem Farbbildaufnehmer (10) zur zweidimensio- nalen Abtastung der zu untersuchenden Kavität

(12) und farbselektiven Erzeugung von Bildsignalen,

d) einem Analog/Digital-Wandler (50) zur Umsetzung der Bildsignale in Bildpunkten zugeordnete und bildpunktweise in Grundfarben aufgeteilte digitale Bilddaten,

e) einer die Bilddaten verarbeitenden Bildverar- beitungseinrichtung (16) zur Wiedergabe und/oder Auswertung der Bilddaten insbesondere zur Klassifizierung von in der Kavität (12) ausgebildeten Reaktionsmustern der Blutprobe (18) .

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinrichtung (16) einen Videocontroller (54) und eine Farbbildschirmeinheit (56) zur vorzugsweise vergrößerten Farbbildwiederga- be der Bilddaten aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinrichtung (16) ein Speichermedium (58) zur Speicherung der Bildda- ten in Zuordnung zu Patientendaten aufweist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinrichtung (16) einen mit einem Bildspeicher gekoppelten Bild- Prozessor (52) aufweist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß der Farbbildaufnehmer (10) durch eine einen Halbleiter-Bildsensor (34) , insbesondere einen CCD-Bildsensor aufweisende, in drei Grundfarbstufen arbeitende Videokamera (32) gebildet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbbildaufnehmer (10) eine auf die zu untersuchende Kavität (12) fokussierbare Abbildungsoptik (36) aufweist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Positioniervorrichtung (22) zur sequentiellen Positionierung einer Mehrzahl von Ka- vitäten (12) des Probenträgers (14) in einer Meßposition.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24) durch eine spannungsstabilisierte elektrische Weißlichtquelle

(28) und gegebenenfalls einen der Weißlichtquelle nachgeordneten Diffusor (30) gebildet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein dem Farbbildaufnehmer (10) vor- schaltbares Graufilter (44) zur intermittierenden Kalibrierung der Homogenität und Intensität der Lichtquelle (24) .

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein dem Farbbildaufnehmer (10) vorgeordnetes, im ultravioletten und infraroten Wellenlängenbereich sperrendes und im sichtbaren Bereich durchlässiges Meßlichtfilter (42) .

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Probenträger (14) mittels des Farbbildaufnehmers (10) abtastbare Patien- tendaten (48) vorzugsweise als Strichcode aufgebracht sind.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine mittels der Bildverarbeitungs- einrichtung (16) steuerbare Wechseloptik (38,40) zur wählweisen Positionierung von Filtern oder Abbildungslinsen vor dem Farbbildaufnehmer (10) .

13. Verfahren zur Blutanalyse für die Serodiagnostik bei welchem

a) eine zur Aufnahme von Blutproben (18) sowie Testreagenzien ausgebildete Kavität (12) eines Probenträgers (14) in einer Meßposition posi- tioniert wird,

b) die in der Meßposition befindliche Kavität (12) beleuchtet und mittels eines Farbbildaufnehmers (10) unter farbselektiver Erzeugung von analo- gen Bildsignalen zweidimensional abgetastet wird,

c) die Bildsignale in Bildpunkten zugeordnete und bildpunktweise in Grundfarben aufgeteilte digi- tale Bilddaten umgesetzt werden,

d) die Bilddaten insbesondere zur Klassifizierung von in der Kavität (12) ausgebildeten Reaktionsmustern mittels einer Bildverarbeitungsein- richtung (16) wiedergegeben und/oder ausgewertet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilddaten auf einer Farbbildschirmeinheit (56) als vorzugsweise vergrößertes Farbbild der er- faßten Kavität (12) gegebenenfalls in Verbindung mit Auswerteergebnissen dargestellt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Bilddaten auf einem nicht- flüchtigen Speichermittel (58) in Zuordnung zu Patientendaten abgespeichert werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, da- durch gekennzeichnet, daß den Bildpunkten nach Maßgabe der Farbanteile der zugeordneten Bilddaten oder eines daraus abgeleiteten Farbtones ein Kennwert zur Bereichssegmentierung der Reaktionsmuster zugeordnet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zusammenhängende Bildpunktbereiche (62,64) mit übereinstimmenden Kennwerten ermittelt werden, daß Flächenmerkmale der Bildpunktbereiche (62,64) wie Durchmesser, Schwerpunkt, Flächeninhalt und Kompaktheit bestimmt werden, und daß das Reaktionsmuster durch Vergleich der Flächenmerkmale mit empirischen Vorgabewerten klassifiziert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß den Bildpunkten zur Erzeugung farbspezifischer Schwarzweißbilder binäre Kennwerte zugeordnet werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Agglutinations- oder Festphasentest den Bildpunkten mit einem im rot-schwarzen Bereich liegenden Farbton einheitlich ein binärer Kennwert zugeordnet wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Agglutinations- oder Festphasentest den Bildpunkten mit einem im gelb-braunen Bereich liegenden Farbton einheitlich ein binärer Kennwert zugeordnet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Bildpunkt nach Maßgabe der Farbanteile der zugeordneten Bilddaten oder eines daraus abgeleiteten Farbtones ein Grau- wert zur Erzeugung eines Grauwertbildes (66) der zu messenden Kavität (12) ermittelt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Gesamtzahl der Bildpunkte normierte Häufigkeit der einzelnen Grauwerte des Grauwertbildes als Grauwertverteilungskurve (70) bestimmt wird, und daß aus der Grauwertverteilungskurve (70) Kenngrößen zur Klassifizierung eines Reaktionsmusters der in der Kavität (12) befindlichen Blutprobe abge- leitet werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Minimum der Grauwertverteilungskurve (70) ein Schwellenwert bestimmt wird, und daß den Bildpunkten mit Grauwerten oberhalb des Schwellenwertes ein erster Kennwert und den Bildpunkten mit Grauwerten unterhalb des Schwellenwertes ein zweiter Kennwert zur Bereichssegmentierung des Reaktionsmusters zugeordnet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Grauwertbild (66) für mindestens eine lineare Bildpunktfolge (76) eine Grauwertverlaufs- kurve (78) in Abhängigkeit von der Bildpunktposition ermittelt wird, und daß aus Kenngrößen der Grauwert- Verlaufskurve (78) durch Vergleich mit vorgegebenen Schwellenwerten ein Reaktionsmuster klassifiziert wird.