WO2017140854A1 - Mikroskopanordnung - Google Patents

Mikroskopanordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2017140854A1
WO2017140854A1 PCT/EP2017/053634 EP2017053634W WO2017140854A1 WO 2017140854 A1 WO2017140854 A1 WO 2017140854A1 EP 2017053634 W EP2017053634 W EP 2017053634W WO 2017140854 A1 WO2017140854 A1 WO 2017140854A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sample
image
lens
camera
arrangement according
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/053634
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Katja SCHULZE
Original Assignee
Oculyze Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oculyze Gmbh filed Critical Oculyze Gmbh
Priority to EP17705637.1A priority Critical patent/EP3417330A1/de
Priority to AU2017220648A priority patent/AU2017220648B2/en
Priority to CA3014283A priority patent/CA3014283A1/en
Priority to US16/076,097 priority patent/US11175488B2/en
Publication of WO2017140854A1 publication Critical patent/WO2017140854A1/de
Priority to US17/526,836 priority patent/US20220075166A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/0008—Microscopes having a simple construction, e.g. portable microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/02—Objectives
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/361—Optical details, e.g. image relay to the camera or image sensor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/362—Mechanical details, e.g. mountings for the camera or image sensor, housings
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/56—Accessories
    • G03B17/565—Optical accessories, e.g. converters for close-up photography, tele-convertors, wide-angle convertors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/80—Geometric correction
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/60—Type of objects
    • G06V20/69—Microscopic objects, e.g. biological cells or cellular parts
    • G06V20/695—Preprocessing, e.g. image segmentation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/60—Type of objects
    • G06V20/69—Microscopic objects, e.g. biological cells or cellular parts
    • G06V20/698—Matching; Classification
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10056—Microscopic image
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M1/00—Substation equipment, e.g. for use by subscribers
    • H04M1/02—Constructional features of telephone sets
    • H04M1/0202—Portable telephone sets, e.g. cordless phones, mobile phones or bar type handsets
    • H04M1/026—Details of the structure or mounting of specific components
    • H04M1/0264—Details of the structure or mounting of specific components for a camera module assembly

Definitions

  • the invention relates to a microscope assembly containing
  • a camera mount arranged in the region of the image plane of the lens arrangement for a camera for generating a digital image.
  • a lens arrangement may be understood to be a single lens, but also an arrangement with a plurality of lenses.
  • a multiply magnified image of an object area in an image plane is generated in microscopes.
  • the sample is enlarged in an image plane of the lens array.
  • microscopes have for this purpose an eyepiece with which the image can be viewed with the eye.
  • microscopes are also known which provide a camera in the image plane. With the camera, the enlarged image is taken and can then be viewed and evaluated on a computer screen or the like. State of the art
  • Microbiological processes are regularly monitored and monitored in commercial applications.
  • An example of such a microbiological process is the yeast and contamination analysis in the brewing process.
  • samples are taken and analyzed microscopically. The observations must be evaluated and logged. This is done either manually or with the help of suitable software and hardware.
  • suitable software and hardware When the sample is removed and transferred to a laboratory, there is a risk that the sample will change due to time lag and changes in environmental conditions.
  • the on-site survey is laborious because sensitive microscopes, analyzers and computers in production must be protected from damage, overheating, contamination and the like and need space.
  • Microscopes usually contain different lenses, each of which represents expensive multi-lens systems. The magnification is chosen by the user depending on the available lenses. The viewing is done through an eyepiece.
  • Known microscope assemblies must therefore meet ergonomic requirements that result in a certain size of the device to have.
  • Known microscopes are usually not designed for the automatic analysis of the analysis.
  • WO 2011 156 249 A2 describes a method for measuring the cell count and viability of yeast cells in a sample.
  • DE 692 27 355 T2 describes a portable enlargement observation device for body sections.
  • WO2012058641A2 discloses the acquisition of images of the skin surface and body openings by means of a smartphone and a microscope attachment. A slide or sample chamber is not provided.
  • WO2013120091 Al discloses an arrangement with single lenses. A paper-folded version of the Loewenhock microscope, which was designed for use with the hand, is revealed.
  • the magnification comprises at least two lenses along the optical path: an objective lens and a condenser lens.
  • an objective lens and a condenser lens.
  • the use of a field lens and an aperture is disclosed.
  • Such a lens assembly is complex and relatively expensive to manufacture. The magnifications realized with this arrangement are not sufficient for microbiological applications, such as the study of yeasts.
  • US 2015/0037786 A1 discloses a portable diagnostic system having a sample holder and an analysis module.
  • the analysis module includes a microscope with small dimensions in the range of chips with its own camera and optics which allows several 100-fold magnification.
  • the analysis module comprises an electronic circuit with memories and communication interfaces. There are also suitable input-output components for input and playback of data.
  • the data recorded by the diagnostic system may be communicated to a mobile station or the like. This or a network connected computer for advanced analysis perform an unspecified image analysis.
  • DE 10 2013 112 508 AI discloses an adapter for attaching a mobile radio terminal with a camera to a microscope assembly.
  • the microscope assembly is conventional, complex and expensive. Disclosure of the invention
  • the lens assembly is formed by a ball lens, a halved ball lens or a lens in the form of an ellipsoid of revolution;
  • the lens may in particular be a lens with a diameter of less than 5 mm, preferably less than 2 mm.
  • a very particularly preferred embodiment of the invention uses a ball lens with 1 mm diameter.
  • an even smaller lens with a diameter of 0.5 mm can be realized.
  • the camera can be fixable with the detector plane in the image plane or shortly thereafter.
  • the captured image is transmitted from the mobile station to a central data processing.
  • the central data processing system can be set up in a completely different location. This is not influenced by the production process on site.
  • the central data processing system can in particular use expensive software that is used by a large number of users. As a result, the investment cost is low.
  • the software can be used in particular to automate evaluation steps. Then the user needs correspondingly less expertise than when he carries out the evaluation on-site. The user receives the desired result in a timely manner and does not need to evaluate the sample manually.
  • the camera recording is formed by a slot in which a smartphone or other flat mobile station can be inserted.
  • the mobile terminal is itself equipped with a camera. Examples of such mobile devices with camera are smartphones and tablet computers.
  • the camera is positioned directly under the lens assembly.
  • the shaft serves as a guide, so that a complex adjustment is not required.
  • adjusting means are provided for adjusting the camera position.
  • the shaft can be adapted to the dimensions of the mobile station or the position of the camera. A setting need not be made for each image of the same camera, but only when changing the camera. Accordingly, it is possible to take the pictures without much effort.
  • the sample receptacle forms a well or a well for a slide or a sample chamber.
  • the slide or sample chamber such as a glass or plastic plate, is inserted into the well or inserted into the well. Then the slide or sample chamber is positioned with the sample without further adjustment.
  • a flexible and / or deformable material is provided at the bottom of the sample receptacle into which the sample or a slide or sample chamber provided with the sample can be pushed.
  • a stamp can be used to apply the pressure on the slide or the sample chamber.
  • the punch may exert pressure on the slide or sample chamber outside the sample to move the sample in the direction of the optical axis into the focus of the lens assembly.
  • adjusting means are provided for adjusting the position of the ball lens.
  • means for detecting the presence of a camera and / or a mobile radio terminal are provided.
  • Such a means may be a near-field communication transmitter (NFC transmitter), for example, detects an RFID tag in the mobile station and activates a software installed there for operating the camera.
  • NFC transmitter near-field communication transmitter
  • a coded sample carrier is provided for the sample and the mobile radio terminal has means for detecting and evaluating the coding. Then additional information can be deposited on the sample carrier or on the sample chamber, which are automatically recorded with the image. Furthermore, a lens changer with a plurality of lenses can be provided, which have different properties and can be moved to the location of the lens in the beam path. As a result, in particular the magnification or the size of the captured sample detail can be varied.
  • the sample is arranged on a slide or in a sample chamber, which has a curved profile whose curvature is configured such that aberrations are at least partially corrected.
  • a further beam path is provided, in which a further lens is arranged, so that a further region of the sample is detected.
  • the object according to the invention is further achieved by a method for recording and evaluating an image of a sample which has been enlarged with a microscope using a lens arrangement, comprising the steps:
  • the camera is integrated into the mobile radio terminal and the mobile radio terminal is fixed for the recording in a defined position relative to the microscope.
  • a fixation can be done for example via a shaft into which the mobile station is inserted to the stop.
  • the shaft serves as a guide, so that a lateral displacement is avoided.
  • brackets or the like it is also possible to use a different kind of fixation with brackets or the like.
  • the transmission to the central data processing system is at least partially via the Internet. It can be provided in particular that the transmission over a first leg from the camera to the mobile terminal via a cable or a Bluetooth connection. It is also possible to transfer the data directly over a telephone connection without using the Internet.
  • the transmission can be encrypted or unencrypted.
  • sample components for the evaluation of the image color, shape and / or texture and / or other selected features of the sample or the sample components are detected and a classification of the sample or the sample components in accordance with the nature and strength of the features , In particular, individual sample components in the sample can be identified and marked in a result image.
  • features are diameter, area, roundness, average pixel brightness, and average HUE value (color) of a sample component.
  • An example of a sample component is about a yeast.
  • further information is transmitted together with the recorded image to the central data processing system, which are entered by hand, have been stored in advance or detected by suitable sensors and supplied to the mobile terminal. It can also be transmitted data that are already present in the mobile terminal. Such data are for example the day, time and place of the recording or an identifier of the mobile station.
  • the data entered by hand may include the circumstances of the sampling, such as lot numbers or abbreviations of the person who took the sample.
  • the result which is transmitted back to the mobile radio terminal after the evaluation, comprises a processed image of the sample.
  • Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • Fig. L is a perspective view of a mobile microscope assembly
  • FIG 2 shows the arrangement of Figure 1 in the operating mode during recording.
  • FIG. 4 illustrates the beam path through a ball lens in the arrangement of FIG. 1 in FIG.
  • FIG. 6 shows the raw data of an image taken with the arrangement of FIG. 1
  • FIG. 7 shows the detail of the image from FIG. 6 used for the analysis.
  • FIG. 9 shows a partial view of the processed data of the image from FIG. 7.
  • Fig. 10 illustrates the interaction of the components of a system for receiving
  • Fig. 11 is a cross-section through an alternative embodiment of a mobile one
  • Microscope arrangement with sample carrier in transmitted light arrangement in which an external camera for recording and a smartphone for remote data transmission is used.
  • Figure 12 is an alternative embodiment similar to Figure 11, in which the fluorescence of a sample is recorded.
  • Fig. 13 shows a sample carrier which is curved in the region of the lens.
  • Fig. 14 illustrates the use of coded sample carriers.
  • FIG. 15 shows a lens changer for an arrangement according to FIG. 1, 11 or 12.
  • Fig. 16 is a cross section through an arrangement similar to Fig. 11 but with two
  • Beam paths each with its own lens each with its own lens.
  • FIG. 17 shows a lens changer for an arrangement from FIG. 16.
  • FIG. 18 is a photograph taken with a two-lens array of FIG. 16.
  • FIG. 20 shows a sample of a sludge flake of the activated sludge of a sewage treatment plant, which was taken with an arrangement from FIG. Fig.21 shows the microscopic picture of a swab of a cow's uterus
  • Fig. 22 shows the smear of Fig. 21, in which the sample was spiked with a fluorescent dye substance which binds specifically to DNA by the fluorescence method, which was taken with an array of Fig. 12.
  • FIG. 23 shows the image of a human blood sample which has been stained via a Giemsa stain, which makes malarial pathogens representable, which can be seen with an arrangement from FIG. 23
  • Embodiment (FIGS. 1 to 4) Recording with a Smartphone
  • FIG. 1 shows a microscope attachment, which is designated generally by 10.
  • the microscope attachment consists in the present embodiment of plastic.
  • An alternative embodiment uses a microscope attachment made of metal, in particular stainless steel.
  • the microscope attachment 10 has a shallow shaft 12 with rail-shaped side walls 14 and 16. In the bottom of the shaft 12, a recess 18 is provided. In the recess 18 sits an NFC tag (not shown). The top of the shaft 12 is open. The rear region of the shaft 12 in FIG. 1 is closed and forms a stop with a rear wall 22.
  • a holder 20 is formed on the top of the shaft 12. But it is also possible to produce the holder 20 as a separate component and then attach or weld with suitable adhesive or other fasteners.
  • the holder 20 is seated in the rear part of the shaft 12 on the side walls 14 and 16. It has a flat, rectangular base plate 24 with side walls 26 and 28 on the longitudinal sides of the base plate 24. One of the short sides of the holder 20 is open. The opposite side is limited by a stop 30.
  • a side plate 32 is integrally formed on the holder 20. This can be seen in Figure 3.
  • a retaining block 34 is screwed with a screw 35 which extends from below through the rear wall 22 and the side plate 32.
  • the holding cuboid 34 extends upward in FIG. 1 and has a projection 36 protruding beyond the base plate 24.
  • the projection 36 is provided with a bore having an internal thread. This can be clearly seen in the cross section in FIG.
  • a knob 38 is screwed. This is illustrated by an arrow 40 in FIG.
  • the knob 38 is substantially hollow. This is in the Exploded view in Figure 3 clearly visible.
  • a lower part 44 of the rotary knob 38 forms a punch with a flat bottom 42. This part 44 is screwed from below into the bore in the projection 36.
  • An upper part 46 of the rotary knob 38 is attached to the above the projection 36 protruding lower part 44.
  • an LED 48 is arranged in the interior of the lower part 44 of the knob.
  • the LED is powered by a replaceable battery or accumulator 52.
  • the LED can be turned on with an on / off switch 54. It is understood that any other light source can be used at this point, which is inexpensive and small.
  • the electronics are also arranged on a circuit board. In this case, a button instead of a switch can be used and additional features such as a status light or automatic shutdown function can be added.
  • the battery 52 is disposed in the upper, widened part of the hollow knob 38. This part is closed with a detachable lid 56. A knurling on the outside of the widened part of the knob 38 facilitates twisting by small angles.
  • a bore is provided centrally below the knob 38.
  • a ball lens 60 of about 1 mm in diameter.
  • a ball lens 60 of about 0.5 mm in diameter is arranged.
  • the ball lens 60 is made of glass.
  • the ball lens 60 has a diameter of 2 mm.
  • the ball lens 60 is clamped in the bore. But it is also possible to glue the ball lens 60. With a ball lens 60 with a diameter of about 1 mm, a magnification of 400x can be achieved. Smaller diameters lead to an even greater magnification. The focal point of the lens is just below the lens surface.
  • a commercially available smartphone 64 is inserted in the direction of the arrows 66 as far as it will go into the slot 12.
  • the smartphone 64 has a so-called front camera, which is designated here by 68.
  • a smartphone 64 was selected, which corresponds exactly to the dimensions of the shaft 12 and the microscope attachment 10.
  • the insertion of the smartphone 64 is detected by the NFC tag in the recess 18.
  • the tag 18 sends a signal to the powered-on smartphone 64, which starts a suitable software application. It is understood that the application can also be started by hand.
  • the smartphone 64 is inserted to the stop 22, the camera 68 is exactly in the beam path of the LED 48 below the ball lens 60. The distance between the camera 68 and ball lens 60 is only a few mm.
  • a sample carrier 70 with a sample 74 is pushed in the direction of the arrows 72 (FIG. 1) from the open side up to the stop 30 on the base plate 24.
  • the side walls 26 and 28 serve as a guide.
  • the sample carrier 70 is inserted so far that the sample is in the inserted state in the area between LED and ball lens 60.
  • the camera 68 is switched on, the position of the sample on the easily visible display 76 of the smartphone 64 can be checked. If sample components are clearly visible, sample 74 is in place.
  • FIG. 2 shows the arrangement 10 with inserted smartphone 64 and slide or sample chamber 70 on the base plate 24.
  • Figure 4 shows a section 78 with ball lens 60 and sample 74 in enlarged
  • the sample 74 adheres to the lens-facing underside of the sample carrier. This ensures that the distance of the sample 74 from the lens 60 corresponding to the large lens curvature is particularly small.
  • the light 80 coming from above from the LED illuminates the sample 74.
  • the ball lens 60 images the image of the sample onto the camera 68 at approximately 400 ⁇ magnification. It can be seen clearly that the structure of the arrangement allows the positioning of the sample and the camera in the immediate vicinity of the ball lens 60. Accordingly, a very good image quality is achieved despite the small dimensions.
  • FIG. 8 is a schematic sketch intended to show that the sample chamber can also be used with a flow-through system. Instead of filling the sample chamber once to take pictures, a flow through the chamber could also be done to continuously monitor a process. In this case, the software periodically takes pictures or videos, which are used for the evaluation.
  • FIG. 8 shows hoses 90, sample container 92, pump 94, sample chamber 96 and receiving container 98.
  • 3rd exemplary embodiment (FIG. 11): Recording with an external camera
  • FIG. 1 A section of such an arrangement is shown in FIG. 1
  • FIG. 11 is a cross-section through a microscope arrangement 110 with an external camera 168 in a housing 112.
  • the camera 168 has a sensor with a sensor surface 169.
  • the sensor has no further imaging optics and allows a larger one scene.
  • the sensor can thus be arranged with the sensor surface 169 slightly spaced from a ball lens 160 also used here.
  • a sample 174 on a sample support 170 is illuminated with light 180 from an LED or other suitable light source.
  • the light 180 passes through the sample in a transmitted light process and is collimated with the ball lens 160.
  • the image of the sample 174 impinges on the sensor surface 169.
  • the focusing can be done by means of a punch.
  • the visual inspection is performed on a smartphone (not shown) connected to the camera 168 via a USB interface and a cable or other suitable interface, including wireless.
  • the image is transferred to the smartphone where it continues to be used as described below.
  • the advantage of an external camera is that any mobile device, such as a larger tablet or the like, can be used.
  • the application is no longer limited to smartphones that fit in the slot.
  • FIG. 12 recording of fluorescent light
  • FIG. 12 shows a detail of a microscope arrangement 210 with external camera 268.
  • the microscope arrangement 210 with ball lens 260 essentially corresponds to the microscope arrangement 110 of the third exemplary embodiment, which is illustrated in FIG.
  • the sample 274 is not illuminated from above but from an LED 248 which couples the light into the sample carrier / chamber.
  • the LED 248 emits light of a defined wavelength.
  • the LED 248 emits light of a defined wavelength.
  • the sample 274 is excited to fluoresce.
  • the emitted light also radiates downward toward the sensor 268.
  • an optical filter 261 is arranged in the beam path in front of the sensor surface 269 of the sensor 268, an optical filter 261 is arranged.
  • the filter 261 transmits only light at the wavelength of the fluorescent light.
  • the filter 261 is located in a well 262 and may be replaced or removed as needed. 5.Execution example (FIG. 13): profiled sample carrier
  • All embodiments use a ball lens 360 that has a large curvature to achieve high resolution.
  • the resulting image errors are the same in all recorded images and can be completely or partially corrected.
  • the present embodiment uses instead or in addition a profiled sample support 370 or a profiled sample chamber with a curved sample plate 371.
  • the shape of the curvature is selected such that optical errors of the ball lens 360 are largely corrected.
  • the base of the curved sample chamber 371 is shaped so that the entire image section is sharply displayed.
  • the use of a plurality of bulges 373, as shown in Figure 13, allows a sharp representation of several image sections.
  • FIG. 14 shows an exemplary embodiment in which a coded sample carrier 470 is used for an arrangement 410 which corresponds to one of the exemplary embodiments described here.
  • the present embodiment in Figure 14 shows an arrangement 410 in which a smartphone 464 is inserted into the well of the assembly.
  • a QR code 471 is used.
  • a barcode or any other machine-readable code is suitable.
  • Via the rear camera of the smartphone 464 can be made a recording of the QR code 471. This is then displayed as code 473 on the display of the smartphone 464.
  • a non-illustrated opening in the assembly 410 allows the rear camera to be used without removing the assembly 410.
  • data with information about the sample chamber and / or the sample can be taken over.
  • the information includes the chamber type, the area of application, the chamber height, contained reagents in the chamber, eg staining solution and / or calibration data for the measurement. For example, when using sample chambers with different volumes, the concentration calculation can be adjusted. The user then does not have to enter the data manually.
  • Figure 15 shows an embodiment in which to measure the possibility of measurement with different ball lenses. This is particularly useful when different applications require different magnifications. Incidentally, the arrangement is virtually identical to the other embodiments described herein.
  • a movable component 517 is integrated. This is located around the retaining block 534. At various positions are lenses that differ in their size or other properties.
  • the lens 560 is positioned in the beam path. As with a conventional microscope, by rotating component 517 another optic e.g. 525 are inserted into the beam path and the object to be viewed at a magnified magnification. When shooting at lower magnification, a larger image can be captured and evaluated.
  • the elastic pads 562 are positioned so as to be mounted on the base plate 524 on the left and right of the movable member 517. A grip portion 515 on the back of the movable member 517 allows easy manual movement. Instead of the revolver shown in Figure 15 and the part in which the lens is to be replaced.
  • FIGS. 16 to 18 show an arrangement which is substantially as described herein
  • FIG. 16 it can be seen in FIG. 16 that, in contrast to the comparable exemplary embodiment, FIG. 11 does not provide a beam path with a lens 660 for taking an image of the sample, but two beam paths with two lenses 660 and 661.
  • the lenses 660 and 661 form different fields of view 687 and 689 to one or more sensors.
  • FIG. Figure 18 shows the resulting image for two simultaneously used lenses 660 and 661 which produce an image on a common sensor.
  • the two areas circled with dotted lines 687 and 689 are the areas which are sharply imaged under the respective lens. These areas will be used for further evaluation as described below.
  • the blurred areas of the images on the sensor may overlap. This is in Figure 18 between the areas 687 and 689 with wide dashed pitch circles 691 and 693 shown. In this area, a higher density of unfocused imaged cells can be seen. If the lenses are farther apart, there will be no overlap of the blurred areas. If a separate sensor is used for each lens, you get a separate image for each lens.
  • the use of two juxtaposed lenses can be considered in a lens changer, as can be clearly seen in Figure 17.
  • the lenses 660 and 661 can be positioned simultaneously in the beam path with the revolver.
  • other optics e.g. 625 and 626 are inserted into the beam path.
  • All embodiments described above are suitable for taking pictures of samples in a sample chamber or on a sample carrier and to evaluate them as described below. Evaluation of the pictures
  • a first application for a captured image 82 is a yeast in the brewing process.
  • the image 82 is shown in FIG. It can be seen that the edge region 84 is rather blurred.
  • the middle region 86 is recorded with high imaging quality. This is shown enlarged in FIG. To provide optimal analysis, the sharpest imaged round section 87 is automatically detected by the software application. The blurred areas outside the area 87 are made available for analysis by additional pre-processing.
  • FIG. 5 illustrates, on the basis of a progress diagram, the entire process of the analysis with one of the arrangements explained above.
  • the preparatory steps include the insertion of the smartphone 64 into the slot and the clamping and adjustment of the sample with the sample carrier 70.
  • the insertion of the smartphone 64 is detected and a software application 185 is started.
  • the software application 185 is started automatically.
  • step II one or more pictures are taken.
  • the recorded images can optionally be stored or temporarily stored with the aid of the software application 185.
  • the images are processed with the software application so that the sharp area is detected and image errors are at least partially corrected;
  • this step may be entirely or partially performed on the web server 97 in step III upon receipt.
  • they connect via a network, such as the Internet or a telephone network a web server 97, ie a central data processing device with processor, memory, data connections sent to at least one network and a server program.
  • the images are received by the web server 97. This is illustrated by an arrow 181. If several pictures, for example N pictures, are taken, this step is carried out several times, ie for each picture individually. This is illustrated by an arrow 187.
  • Each of the images received from the web server 97 is first stored as raw data in step IV in a database 189. This is illustrated by an arrow 191.
  • step X After the images have been taken, further details and information about the experiment can be entered in step X using the software application 185. These experimental details are also received by the server 97 via the Internet or another network and entered into the data management in step XI by storing the details. This is illustrated by arrow 195. The data may still be stored in the database 189. This is illustrated by an arrow 197.
  • the web server 97 starts another software 199 for image processing.
  • the objects 88 i. individual sample components in the image are separated from the background in step V and registered individually.
  • step VI different characteristics are calculated for each object. These describe color, shape & texture.
  • an existing classifier can differentiate the objects into corresponding classes.
  • the classified objects are marked in step VIII in a result image. Additional data such as total number, number of objects in the classes and characteristics of the individual objects are stored as metadata in the database 189 in step IX.
  • step XII a response is sent to the software application 185 on the smartphone 64 that the evaluation has ended. This is illustrated by an arrow 101.
  • the software application 185 downloads the result image and the metadata generated in step VIII for the corresponding image.
  • the database program checks how many images of the existing experiment have already been evaluated. As soon as all the images have been evaluated, the results are displayed on the smartphone 64 in step XIV.
  • the server 97 comprises the image evaluation program 199 and the database program for the database 189.
  • the individual functions of the server can take place here on physically or via virtualization separate computers.
  • the data can be transmitted to an internet-enabled device, such as a desktop PC 99. This is illustrated by an arrow 95. There they are available for further use and processing of individual data.
  • the system transmits the image of the micrograph, exemplified in Figure 7, to the server 97, which has the image and the like. evaluated by the image recognition software 199.
  • the results are transmitted to the user promptly via the Internet or another network.
  • An example of such a processed image is shown in sections in FIG.
  • the background 89 is shown neutral.
  • the individual objects 88 are easily recognizable.
  • the searched objects are now marked and counted.
  • the continuous black colored circular objects 91 can be well distinguished from the other objects 93.
  • the black cells recognized as dead are marked with a dotted circle and the bright cells identified as alive are marked with a dashed circle.
  • the recorded raw data are processed with two programs: on the one hand there is an evaluation and, if necessary, correction of the image sharpness, for example with the steps:
  • Feature calculation of the separated cells e.g. Size over the number of pixels which represent an isolated cell or color histograms for the RGB data of the image area of a cell
  • image processing and the image processing can also be done in other ways, especially if the image content is different.
  • FIG. 10 illustrates the components of the entire system. It is understood that the central data processing 97 in the form of a server backend can interact with a plurality of mobile terminals 64 and that the data access can take place from a plurality of desktop PCs 99 or comparable devices.
  • the arrows 95 in FIG. 10 represent the transmission paths, for example via a telephone and / or Internet connection.
  • Meta-analysis is about evaluating the results of various individual analyzes as a whole, e.g. to investigate the questions of how cell numbers and viability change over the brewing process. This can be represented as a graph, for example. It can also be examined whether the yeast behaves in the current brewing process as usual at this time. In the case of deviant behavior, a warning can be generated, for example, if the behavior is suddenly worse. Finally, brewing operations in a given tank or brewery can be statistically significantly worse / different than others if a customer has several. This too can be investigated.
  • yeast-driven fermentation for the production of beer and beer-like beverages.
  • the main purpose of yeast analysis is to determine the number of viable and non-viable cells after coloration by color, and to calculate a concentration and a percentage thereof. In addition, e.g. be determined by the diameter of the age of the cells. This is information that can be used for quality assurance or to monitor the brewing process.
  • the yeast-driven fermentation can be monitored with wine from honey, fruits and vegetables, sparkling wine, kefir, soy sauce and ethanol.
  • Arrangement and method are also suitable for the computer-aided generation of spermiograms. In spermiograms fertility is determined by buoyancy of the sperm. Also, blood counts for general diagnostics and particles in urine can be analyzed with the described arrangements. Arrangement and method are also suitable for monitoring Stromataö réelle in plants. Further applications are the assessment of water quality, the automated detection of phytoplankton and drinking water analysis. Another application example is the automated detection of protozoa. The usefulness of protozoa as bio-indicators for the assessment of water quality results from the fact that certain protozoa are particularly sensitive to certain Water conditions (eg chemicals) can be. They are held in a chamber where they can usually survive for longer. The sample to be analyzed is flushed through the chamber. Based on the number of surviving protozoa, the drinking water quality can be assessed.
  • Water conditions eg chemicals
  • the apparatus and method can also be used to analyze paper.
  • the detection of pressure points or at approximately 200x magnification the detection of impurities such as rubber done.
  • Further applications are the identification of fungi in wood preparations and the detection of germs in industrial lubricating oil.
  • the arrangement may be particularly useful in fiber analysis, e.g. be used in the procurement of cotton locally.
  • the shape of the fiber type or the maturity of the fiber is determined.
  • Figure 19 shows eggs of various parasites that may occur in human stool in the diagnosis of worm diseases. Eggs of different parasites have different shapes. These forms can be used to diagnose parasitic infestation. It is recorded whether eggs are present and which eggs are.
  • Figure 19 shows the eggs 710 of Trichuris trichuiura (whipworm), 720 Schistosoma mansoni (couple's leech) and 730 Taenia saginata (beef tapeworm).
  • Another application is the investigation in sewage treatment plants including the
  • FIG. 20 shows a section of a sludge flake of the activated sludge of a sewage treatment plant.
  • the flake consists of compact flock parts 820 and thready algae or bacteria, which are designated 810 here. Too high a proportion of aqueous organisms leads to the formation of bulking sludge, which no longer settles in the sewage treatment plant.
  • Microscopic analysis determines how many filamentous organisms are in a flake.
  • the fatigue index is used to assess the quality of sewage sludge.
  • the assessment of whether countermeasures need to be taken to ensure optimal operation is facilitated and can be timely.
  • FIG. 21 shows the microscopic image of a swab from the uterus of a cow, which was detected by the transmitted light method. The sample was stained by Pappenheim staining. There are red blood cells 920, a neutrophilic granulocyte 930 and a mucosal cell 940.
  • the aim of the analysis is to register mucosal cells and neutrophils and to distinguish them from each other. This is done by different morphological characteristics such as shape and size.
  • the result of the analysis is the ratio of mucosal cells to neutrophil granulocytes. This parameter is used to diagnose uterine inflammation.
  • staining is via a fluorescent dye that specifically binds to DNA.
  • the image was captured by fluorescence.
  • the nuclei of mucosal cells and neutrophilic granulocytes are stained. These can be detected analogously as described with reference to FIG. 21 and distinguished by morphological characteristics.
  • the arrangement and the method are also suitable for the diagnosis of diseases u.a. Leishmaniasis or malaria. If pathogens are found, the diagnosis is that the patient is ill.
  • Figure 23 shows a human blood sample stained for Giemsa stain. Red blood cells are shown above their borders. Malaria pathogens invade the blood cells and multiply there. Infested blood cells can be visualized by staining. They are marked with arrows 910 in FIG. As part of the analysis, the red blood cells are recorded and the analysis of the inner coloring can determine whether a disease exists.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Geometry (AREA)

Abstract

Mikroskopanordnung (10) enthaltend eine Linsenanordnung (60) zur vergrößerten Abbildung eines Objektbereichs (74) in eine Bildebene (68); eine im Objektbereich angeordnete Probenaufnahme (70) für eine Probe (74); und eine im Bereich der Bildebene der Linsenanordnung (60) angeordnete Kameraaufnahme (12) für eine Kamera (68) zur Erzeugung eines digitalen Bildes (82); ist dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenanordnung (60) von einer Kugellinse (60), einer halbierten Kugellinse oder einer Linse in Form eines Rotationsellipsoids gebildet ist; und die Kameraaufnahme (12) zur Aufnahme eines handelsüblichen, mit einer Kamera (68) ausgestatteten Mobilfunkendgerätes (64) oder einer mit einem Mobilfunkendgerät zusammenwirkenden Kamera ausgebildet ist.

Description

Mikroskopanordnung Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Mikroskopanordnung enthaltend
(a) eine Linsenanordnung zur vergrößerten Abbildung eines Objektbereichs in eine Bildebene;
(b) eine im Objektbereich angeordnete Probenaufnahme für eine Probe; und
(c) eine im Bereich der Bildebene der Linsenanordnung angeordnete Kameraaufnahme für eine Kamera zur Erzeugung eines digitalen Bildes.
Unter einer Linsenanordnung kann eine Einzellinse, aber auch eine Anordnung mit mehreren Linsen verstanden werden. Mit der Linsenanordnung wird bei Mikroskopen ein mehrfach vergrößertes Bild eines Objektbereichs in einer Bildebene erzeugt. Wenn eine Probe in den Objektbereich eingebracht wird, wird die Probe in einer Bildebene der Linsenanordnung vergrößert dargestellt. Bekannte Mikroskope haben hierfür ein Okular mit dem das Bild mit dem Auge betrachtet werden kann. Es sind aber auch Mikroskope bekannt, die eine Kamera in der Bildebene vorsehen. Mit der Kamera wird das vergrößerte Bild aufgenommen und kann anschließend an einem Computerbildschirm oder dergleichen betrachtet und ausgewertet werden. Stand der Technik
Mikrobiologische Prozesse werden bei der gewerblichen Anwendung regelmäßig kontrolliert und beobachtet. Ein Beispiel für einen solchen mikrobiologischen Prozess ist die Hefe und Kontaminationsanalyse im Brauprozess. Für die Kontrolle werden Proben genommen und mikroskopisch analysiert. Die Beobachtungen müssen ausgewertet und protokolliert werden. Dies erfolgt entweder von Hand oder mit Hilfe geeigneter Soft- und Hardware. Wenn die Probe entnommen und in ein Labor überführt wird, besteht die Gefahr, dass sich die Probe durch Zeitverzug und Veränderung der Umgebungsbedingungen verändert. Die Untersuchung vor Ort ist aufwändig, da empfindliche Mikroskope, Analysegerätschaften und Computer in der Produktion vor Beschädigung, Überhitzung, Verschmutzung und dergleichen geschützt werden müssen und Platz benötigen.
Mikroskope enthalten meist verschiedene Objektive, welche jeweils teure Mehrlinsensysteme darstellen. Die Vergrößerung wird je nach verfügbaren Objektiven vom Nutzer gewählt. Die Betrachtung erfolgt durch ein Okular. Bekannte Mikroskopanordnungen müssen also Anforderungen an die Ergonomie erfüllen, die eine bestimmte Gerätegröße zur Folge haben. Bekannte Mikroskope sind üblicherweise nicht für die automatische Auswertung der Analyse konzipiert.
Es ist bekannt, eine Digitalkamera über einen Anschluss an ein Mikroskop anzuschließen. Die Daten werden dann an einem herkömmlichen Personal Computer ausgewertet. Die Versuchsbedingungen werden nicht mitprotokolliert. Die Analyse und die Auswertung der Analyseergebnisse erfordert in der Regel eine hohe Fachkompetenz.
WO 2011 156 249 A2 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Zellzahl und Viabilität von Hefezellen in einer Probe. DE 692 27 355 T2 beschreibt eine tragbare Vergrößerungsbeobachtungsvorrichtung für Körperabschnitte. WO2012058641A2 offenbart die Aufnahme von Bildern der Hautoberfläche und Körperöffnungen mittels eines Smartphones und einem Mikroskopaufsatz. Ein Objektträger oder eine Probenkammer ist nicht vorgesehen. WO2013120091 AI offenbart eine Anordnung mit Einfachlinsen. Offenbart ist eine aus Papier gefaltete Variante des Loewenhocks Mikroskops, die für den Einsatz mit der Hand konzipiert wurde.
US 2009/0093274 AI offenbart eine Vergrößerungsanordnung zur Verwendung mit einem
Mobilfunkendgerät um die Freude am Gerät zu verbessern und weitere Nutzungsmöglichkeiten zu schaffen. Die Vergrößerung weist wenigstens zwei Linsen entlang des optischen Weges auf: eine Objektivlinse und eine Sammellinse. Zusätzlich ist die Verwendung einer Feldlinse und einer Apertur offenbart. Eine solche Linsenanordnung ist komplex aufgebaut und in der Herstellung vergleichsweise teuer. Die mit dieser Anordnung verwirklichten Vergrößerungen sind für mikrobiologische Anwendungen, etwa die Untersuchung von Hefen nicht ausreichend.
US 2015/0037786 AI offenbart ein tragbares Diagnosesystem mit einem Probenhalter und einem Analysemodul. Das Analysemodul umfasst ein Mikroskop mit geringen Abmessungen im Bereich von Chips mit einer eigenen Kamera und einer Optik die mehrere 100-fache Vergrößerung ermöglicht. Das Analysemodul umfasst eine elektronische Schaltung mit Speichern und Kommunikationsschnittstellen. Es sind ferner geeignete Input-Output-Komponenten zur Eingabe und Wiedergabe von Daten vorgesehen. Die mit dem Diagnosesystem aufgenommenen Daten können zu einem Mobilfunkendgerät oder dergleichen kommuniziert werden. Dieses oder über ein Netzwerk verbundene Rechner für fortgeschrittene Analyse führen eine nicht näher erläuterte Bildauswertung durch.
DE 10 2013 112 508 AI offenbart einen Adapter zur Befestigung eines Mobilfunkendgerätes mit einer Kamera an einer Mikroskopanordnung. Die Mikroskopanordnung ist herkömmlicher Art, komplex aufgebaut und teuer. Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die klein, kostengünstig, einfach aufgebaut und mobil vor Ort einsetzbar ist und gleichzeitig eine hochwertige Auswertung und Protokollierung erlaubt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
(d) die Linsenanordnung von einer Kugellinse, einer halbierten Kugellinse oder einer Linse in Form eines Rotationsellipsoids gebildet ist; und
(e) die Kameraaufnahme zur Aufnahme eines handelsüblichen, mit einer Kamera ausgestatteten Mobilfunkendgerätes oder einer mit einem Mobilfunkendgerät zusammenwirkenden
Kamera ausgebildet ist.
Mit der Anordnung wird eine besonders kostengünstige, kompakte und tragbare Mikroskopanordnung verwirklicht. Die Linse kann insbesondere eine Linse mit einem Durchmesser unterhalb von 5 mm, vorzugsweise unterhalb von 2 mm sein. Dadurch wird eine starke Krümmung mit großer Vergrößerung verwirklicht. Eine ganz besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung verwendet eine Kugellinse mit 1 mm Durchmesser. Alternativ kann auch eine noch kleinere Linse mit einem Durchmesser von 0,5 mm verwirklicht werden. Insbesondere kann die Kamera mit der Detektorebene in der Bildebene oder kurz dahinter fixierbar sein.
Mit einer solchen Linsenanordnung wird eine hohe Vergrößerung in einfacher Anordnung erreicht. Das aufgenommene Bild wird vom Mobilfunkendgerät an eine zentrale Datenverarbeitung übertragen. Das hat den Vorteil, dass unabhängig von der Leistungsfähigkeit des Mobilfunkendgeräts große Rechen- und Speicherkapazitäten genutzt werden können. Die zentrale Datenverarbeitungsanlage kann an einer völlig anderen Stelle eingerichtet werden. Diese wird durch den Produktionsprozess vor Ort nicht beeinflusst. Die zentrale Datenverarbeitungsanlage kann insbesondere aufwändige Software verwenden, die von einer Vielzahl von Anwendern genutzt wird. Dadurch ist der Investitionsaufwand gering. Die Software kann insbesondere dazu dienen Auswertungsschritte zu automatisieren. Dann braucht der Anwender entsprechend weniger Fachkenntnisse als wenn er die Auswertung vor Ort selber vornimmt. Der Anwender erhält zeitnah das gewünschte Ergebnis und braucht die Probe nicht von Hand auszuwerten. Die Verwendung einer zentralen Datenverarbeitungsanlage ermöglicht es ferner, die unscharfen Randbereiche der Bilder zu korrigieren. Solche unscharfen Randbereiche sind bei Kugellinsen und vergleichbaren Linsen mit geringem Durchmesser sehr ausgeprägt. Da die Ursache der Unschärfe wohl definiert und für alle Bilder gleich ist, lässt sie sich mit geeigneter Software gut korrigieren.
Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist die Kameraaufnahme von einem Schacht gebildet, in den ein Smartphone oder ein anderes flaches Mobilfunkendgerät einschiebbar ist. Das Mobilfunkendgerät ist selber mit einer Kamera ausgestattet. Beispiele für solche Mobilfunkendgeräte mit Kamera sind Smartphones und Tablet-Computer. Die Kamera wird direkt unter der Linsenanordnung positioniert. Dabei dient der Schacht als Führung, so dass eine aufwändige Justage nicht erforderlich ist. Vorzugsweise sind Einstellmittel zum Einstellen der Kameraposition vorgesehen. Dann kann der Schacht an die Abmessungen des Mobilfunkendgeräts bzw. die Lage der Kamera angepasst werden. Eine Einstellung braucht nicht für jedes Bild der gleichen Kamera, sondern nur bei Kamerawechsel vorgenommen werden. Entsprechend ist es möglich, die Bilder ohne großen Aufwand aufzunehmen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet die Probenaufnahme einen Schacht oder eine Vertiefung für einen Objektträger oder eine Probenkammer. Der Objektträger oder die Probenkammer, beispielsweise eine Glas- oder Kunststoffplatte, wird in den Schacht eingeführt oder in die Vertiefung eingesetzt. Dann ist der Objektträger oder die Probenkammer mit der Probe ohne weitere Justage positioniert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein flexibles und/oder verformbares Material am Boden der Probenaufnahme vorgesehen, in welches die Probe oder ein mit der Probe versehener Objektträger oder Probenkammer hineindrückbar ist. Zum Ausüben des Drucks auf den Objektträger oder die Probenkammer kann ein Stempel verwendet werden. Der Stempel kann außerhalb der Probe Druck auf den Objektträger oder die Probenkammer ausüben und so die Probe in Richtung der optischen Achse in den Fokus der Linsenanordnung bewegen. Alternativ sind Justiermittel zur Justage der Lage der Kugellinse vorgesehen.
Bei einer besonders komfortablen Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Erfassung des Vorhandenseins einer Kamera und/oder eines Mobilfunkendgerätes vorgesehen. Ein solches Mittel kann ein Near-Field-Communication Sender (NFC-Sender) sein, der beispielsweise einen RFID-Tag im Mobilfunkendgerät detektiert und eine dort installierte Software zur Betätigung der Kamera aktiviert.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass ein codierter Probenträger für die Probe vorgesehen ist und das Mobilfunkendgerät Mittel zum Erfassen und Auswerten der Codierung aufweist. Dann können zusätzliche Informationen auf dem Probenträger oder an der Probenkammer hinterlegt werden, die automatisch mit dem Bild erfasst werden. Es kann weiterhin ein Linsenwechsler mit mehreren Linsen vorgesehen sein, die unterschiedliche Eigenschaften haben und an die Stelle der Linse im Strahlengang bewegbar sind. Dadurch kann insbesondere die Vergrößerung beziehungsweise die Größe des erfassten Probenausschnitts variiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Probe auf einem Objektträger oder in einer Probenkammer angeordnet ist, welche ein gekrümmtes Profil aufweist, dessen Krümmung derart ausgestaltet ist, dass Bildfehler zumindest teilweise korrigiert werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein weiterer Strahlengang vorgesehen, in dem eine weitere Linse angeordnet ist, so dass ein weiterer Bereich der Probe erfasst wird. Dadurch können mehrere Probenbereiche gleichzeitig erfasst und ausgewertet werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Aufnahme und Auswertung eines mit einem Mikroskop mit einer Linsenanordnung vergrößerten Bildes einer Probe, enthaltend die Schritte:
(a) Aufnehmen eines durch ein Mikroskop vergrößerten Bildes einer Probe mit einer digitalen Kamera;
(b) Übertragen des aufgenommenen Bildes mittels eines Mobilfunkendgerätes an eine zentrale Datenverarbeitungsanlage, in welcher eine Vielzahl von Bildern unterschiedlicher Mikroskope ausgewertet werden; und
(c) Speichern und Auswerten des digitalen Bildes in der zentralen Datenverarbeitungsanlage; wobei
(d) das Bild der Probe mit einer Kugellinse, einer halbierten Kugellinse oder einer Linse in Form eines Rotationsellipsoids vergrößert wird und das Bild Bereiche mit Bildfehlern aufweist;
(e) das digitale, aufgenommene Bild bearbeitet wird, so dass die Bildfehler zumindest teilweise korrigiert werden;
(f) das korrigierte Bild in der zentralen Datenverarbeitungsanlage ausgewertet wird, so dass ein Ergebnis erhalten wird; und
(g) das Ergebnis der Auswertung an das Mobilfunkendgerät übertragen wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kamera in das Mobilfunkendgerät integriert ist und das Mobilfunkendgerät für die Aufnahme in definierter Position relativ zum Mikroskop fixiert wird. Eine solche Fixierung kann beispielsweise über einen Schacht erfolgen, in den das Mobilfunkendgerät bis zum Anschlag eingeschoben wird. Der Schacht dient als Führung, so dass eine laterale Verschiebung vermieden wird. Es ist aber auch möglich, eine anders geartete Fixierung mit Klammern oder dergleichen zu verwenden. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung zur zentralen Datenverarbeitungsanlage zumindest teilweise über das Internet. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Übertragung über eine erste Teilstrecke von der Kamera zum Mobilfunkendgerät über ein Kabel oder eine Bluetooth- Verbindung erfolgt. Es ist auch möglich, die Daten direkt über eine telefonische Verbindung ohne Nutzung des Internets zu übertragen. Die Übertragung kann verschlüsselt oder unverschlüsselt erfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für die Auswertung des Bildes Farbe, Form und/oder Textur und/oder weitere ausgewählte Merkmale der Probe oder der Probenbestandteile erfasst werden und eine Klassifizierung der Probe oder der Probenbestandteile nach Maßgabe der Art und Stärke der Merkmale erfolgt. Insbesondere können einzelne Probenbestandteile in der Probe identifiziert und in einem Ergebnisbild markiert werden. Beispiele für Merkmale sind Durchmesser, Fläche, Rundheit, durchschnittliche Pixelhelligkeit und durchschnittlicher HUE-Wert (Farbe) eines Probenbestandteils. Ein Beispiel für einen Probenbestandteil ist etwa eine Hefe.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden zusammen mit dem aufgenommenen Bild weitere Informationen an die zentrale Datenverarbeitungsanlage übertragen, die von Hand eingegeben werden, vorab gespeichert wurden oder mittels geeigneter Sensoren erfasst und dem Mobilfunkendgerät zugeführt werden. Es können ferner Daten übermittelt werden, die im Mobilfunkendgerät ohnehin vorhanden sind. Solche Daten sind beispielsweise Tag, Uhrzeit und Ort der Aufnahme oder eine Kennung des Mobilfunkendgeräts. Die von Hand eingegebenen Daten können insbesondere die Umstände der Probennahme umfassen, etwa Chargennummern oder Kürzel der Person, die die Probe genommen hat.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ergebnis, das nach der Auswertung an das Mobilfunkendgerät zurückübertragen wird, ein bearbeitetes Bild der Probe. Ein Bild, das beispielsweise mit einer Kugellinse vergrößert wurde, ist in den Randbereichen unscharf. Bei der Bearbeitung werden diese Randbereiche ausgeschnitten, die Helligkeit des Bildes korrigiert und erkannte Probenbestandteile (Objekte) markiert. Dieses Bild liefert dem Nutzer dann einen Überblick über die Qualität der Probe und des Bildes und lässt ihn überprüfen, ob die Erkennung korrekt funktioniert hat.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein
Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. l ist eine perspektivische Darstellung einer mobilen Mikroskopanordnung mit
Probenträger und Smartphone vor dem Einschieben.
Fig.2 zeigt die Anordnung aus Figur 1 im Betriebsmodus bei der Aufnahme.
Fig.3 ist ein Querschnitt durch die Anordnung aus Figur 2.
Fig.4 illustriert den Strahlengang durch eine Kugellinse in der Anordnung aus Figur 1 im
Detail.
Fig.5 ist ein Flussdiagramm mit den Verfahrens schritten zur Analyse von Proben mit dem
Mikroskop aus den Figuren 1 bis 4.
Fig.6 zeigt die Rohdaten eines mit der Anordnung aus Figur 1 aufgenommenen Bildes mit
Hefen.
Fig.7 zeigt den für die Analyse verwendeten Ausschnitt des Bildes aus Figur 6.
Fig.8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Anordnung aus Figur 1.
Fig. 9 zeigt ausschnitthaft die bearbeiteten Daten des Bildes aus Figur 7.
Fig. 10 illustriert das Zusammenwirken der Komponenten eines Systems zur Aufnahme und
Auswertung von Bildern einer Probe.
Fig. 11 ist ein Querschnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer mobilen
Mikroskopanordnung mit Probenträger in Durchlicht- Anordnung, bei der eine externe Kamera zur Aufnahme und ein Smartphone zur Datenfernübertragung verwendet wird.
Fig.12 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel ähnlich wie Figur 11 , bei der die Fluoreszenz einer Probe aufgenommen wird.
Fig.13 zeigt einen Probenträger, der im Bereich der Linse gekrümmt ist.
Fig.14 illustriert die Verwendung von codierten Probenträgern.
Fig.15 zeigt einen Linsenwechsler für eine Anordnung nach Figur 1, 11 oder 12.
Fig.16 ist ein Querschnitt durch eine Anordnung ähnlich wie in Figur 11, aber mit zwei
Strahlengängen mit jeweils einer eigenen Linse.
Fig. 17 zeigt einen Linsenwechsler für eine Anordnung aus Figur 16.
Fig. 18 ist eine Aufnahme, die mit einer Anordnung nach Figur 16 mit zwei Linsen aufgenommen wurde.
Fig.19 zeigt eine Stuhlprobe eines Menschen mit Eiern verschiedener Parasiten, die mit einer Anordnung aus Figur 11 aufgenommen wurde.
Fig.20 zeigt eine Probe einer Schlammflocke des Belebtschlammes einer Kläranlage, die mit einer Anordnung aus Figur 11 aufgenommen wurde. Fig.21 zeigt das mikroskopische Bild eines Abstriches aus der Gebärmutter einer Kuh im
Durchlichtverfahren, die mit einer Anordnung aus Figur 11 aufgenommen wurde. Fig.22 zeigt den Abstrich aus Figur 21, bei dem die Probe mit einem Fluoreszenzfarb Stoff, der spezifisch an DNA bindet, versetzt wurde im Fluoreszenzverfahren, die mit einer Anordnung aus Figur 12 aufgenommen wurde.
Fig.23 zeigt das Bild einer menschlichen Blutprobe, die über eine Giemsafärbung angefärbt wurde, welche Malaria- Erreger darstellbar macht, die mit einer Anordnung aus Figur
11 aufgenommen wurde. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
l.Ausführungsbeispiel (Figur 1 bis 4) Aufnahme mit einem Smartphone
Figur 1 zeigt einen Mikroskopaufsatz, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Mikroskopaufsatz besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Kunststoff. Ein alternatives Ausführungsbeispiel verwendet einen Mikroskopaufsatz aus Metall, insbesondere aus Edelstahl. Der Mikroskopaufsatz 10 weist einen flachen Schacht 12 mit schienenförmigen Seitenwänden 14 und 16 auf. Im Boden des Schachts 12 ist eine Vertiefung 18 vorgesehen. In der Vertiefung 18 sitzt ein NFC-Tag (nicht dargestellt). Die Oberseite des Schachts 12 ist offen. Der in Figur 1 hintere Bereich des Schachts 12 ist geschlossen und bildet mit einer hinteren Wandung 22 einen Anschlag.
Auf der Oberseite des Schachts 12 ist eine Halterung 20 angeformt. Es ist aber auch möglich, die Halterung 20 als separates Bauteil herzustellen und anschließend mit geeignetem Kleber oder anderen Befestigungsmitteln zu befestigen oder zu verschweißen. Die Halterung 20 sitzt im hinteren Teil des Schachts 12 auf den Seitenwänden 14 und 16. Sie weist eine plane, rechteckige Basisplatte 24 mit Seitenwänden 26 und 28 an den Längsseiten der Basisplatte 24 auf. Eine der kurzen Seiten der Halterung 20 ist offen. Die gegenüberliegende Seite wird von einem Anschlag 30 begrenzt.
In Verlängerung der Basisplatte 24 nach hinten ist eine Seitenplatte 32 an die Halterung 20 angeformt. Diese ist in Figur 3 zu erkennen. Auf der Seitenplatte 32 ist ein Haltequader 34 mit einer Schraube 35 festgeschraubt, die von unten durch die hintere Wandung 22 und die Seitenplatte 32 erstreckt. Der Haltequader 34 erstreckt sich nach oben in Figur 1 und weist einen über die Basisplatte 24 ragenden Vorsprung 36 auf. Der Vorsprung 36 ist mit einer Bohrung mit einem Innengewinde versehen. Dies ist im Querschnitt in Figur 3 gut zu erkennen.
In das Innengewinde ist ein Drehknopf 38 eingeschraubt. Dies ist durch einen Pfeil 40 in Figur 1 illustriert. Der Drehknopf 38 ist im Wesentlichen hohl. Dies ist in der Explosionsdarstellung in Figur 3 gut zu erkennen. Ein unterer Teil 44 des Drehknopfes 38 bildet einen Stempel mit einer planen Unterseite 42. Dieser Teil 44 ist von unten in die Bohrung im Vorsprung 36 eingeschraubt. Ein oberer Teil 46 des Drehknopfs 38 wird auf den oberhalb des Vorsprungs 36 herausragenden unteren Teil 44 aufgesteckt.
Im Innenraum des unteren Teils 44 des Drehknopfs ist eine LED 48 angeordnet. Die
Kontakte 50 der LED sind nach oben in den oberen Teil 46 geführt. Die LED wird über eine auswechselbare Batterie oder einen Akkumulator 52 mit Energie versorgt. Die LED kann mit einem Ein/ Aus-Schalter 54 angestellt werden. Es versteht sich, dass auch jede andere Lichtquelle an dieser Stelle verwendet werden kann, die kostengünstig und klein ist. Bei einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Elektronik auch auf einer Platine angeordnet. In diesem Fall kann auch einen Taster anstatt eines Schalters eingesetzt werden und es können zusätzliche Merkmale wie eine Statusleuchte oder automatische Abschaltungsfunktion hinzugefügt werden.
Die Batterie 52 ist im oberen, verbreiterten Teil des hohlen Drehknopfs 38 angeordnet. Dieser Teil ist mit einem lösbaren Deckel 56 verschlossen. Eine Rändelung außen am verbreiterten Teil des Drehknopfs 38 erleichtert das Verdrehen um geringe Winkel.
In der Basisplatte 24 ist mittig unterhalb des Drehknopfs 38 eine Bohrung vorgesehen. In der Bohrung sitzt eine Kugellinse 60 von etwa 1 mm Durchmesser. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine Kugellinse 60 von etwa 0,5 mm Durchmesser angeordnet. Die Kugellinse 60 ist aus Glas. In einem anderen Ausführungsbeispiel hat die Kugellinse 60 einen Durchmesser von 2 mm. Die Kugellinse 60 ist in der Bohrung eingeklemmt. Es ist aber auch möglich, die Kugellinse 60 festzukleben. Mit einer Kugellinse 60 mit einem Durchmesser von etwa 1 mm lässt sich eine Vergrößerung von 400x erreichen. Kleinere Durchmesser führen zu einer noch stärkeren Vergrößerung. Dabei liegt der Brennpunkt der Linse nur knapp unter der Linsenoberfläche.
Seitlich neben der Kugellinse 60 sind etwa unterhalb des Stempels 42 elastische Schaumstoff streifen 62 auf der Basisplatte 24 befestigt. Diese sind in Figur 1 gut zu erkennen. Die Anordnung arbeitet wie folgt:
Ein handelsübliches Smartphone 64, wie sie typischerweise von Apple, Samsung, HTC und dergleichen vertrieben werden, wird in Richtung der Pfeile 66 bis zum Anschlag in den Schacht 12 eingeführt. Das Smartphone 64 hat eine sogenannte Frontkamera, die hier mit 68 bezeichnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Smartphone 64 ausgewählt, das genau den Abmessungen des Schachtes 12 und des Mikroskopaufsatzes 10 entspricht. In einem nicht dargestellten, alternativen Ausführungsbeispiel ist der Anschlag und die Breite des Schachtes 12 einstellbar, so dass quasi beliebige Smartphones in die richtige Stelle eingeführt werden können. Es ist auch möglich, einen Adapter zu verwenden, mit welchem die Abmessungen des Smartphones und die Lage der Kamera an den Schacht angepasst werden können. Das Smartphone wird dann mit dem Adapter in den Schacht eingeführt.
Das Einführen des Smartphones 64 wird von dem NFC-Tag in der Aussparung 18 detektiert. Das Tag 18 sendet ein Signal an das eingeschaltete Smartphone 64, welches eine geeignete Software-Anwendung startet. Es versteht sich, dass die Anwendung auch von Hand gestartet werden kann. Wenn das Smartphone 64 bis zum Anschlag 22 eingeführt ist, liegt die Kamera 68 genau im Strahlengang der LED 48 unterhalb der Kugellinse 60. Der Abstand zwischen Kamera 68 und Kugellinse 60 ist dabei nur wenige mm.
Ein Probenträger 70 mit einer Probe 74 wird in Richtung der Pfeile 72 (Fig. l) von der offenen Seite her bis maximal zum Anschlag 30 auf die Basisplatte 24 geschoben. Dabei dienen die Seitenwände 26 und 28 als Führung. Der Probenträger 70 wird so weit eingeschoben, dass die Probe im eingeschobenen Zustand im Bereich zwischen LED und Kugellinse 60 liegt. Bei eingeschalteter Kamera 68 lässt sich die Lage der Probe auf dem gut sichtbaren Display 76 des Smartphones 64 kontrollieren. Wenn Probenbestandteile gut sichtbar sind, liegt die Probe 74 an der richtigen Stelle.
Figur 2 zeigt die Anordnung 10 mit eingeschobenen Smartphone 64 und Objektträger oder Probenkammer 70 auf der Basisplatte 24.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt 78 mit Kugellinse 60 und Probe 74 in vergrößerter
Darstellung. Die Probe 74 haftet auf der der Linse zugewandten Unterseite des Probenträgers. Dadurch wird erreicht, dass der Abstand der Probe 74 von der Linse 60 entsprechend der großen Linsenkrümmung besonders gering ist. Das von oben kommende Licht 80 aus der LED beleuchtet die Probe 74. Die Kugellinse 60 bildet das Bild der Probe auf die Kamera 68 mit ca. 400-facher Vergrößerung ab. Man erkennt deutlich, dass der Aufbau der Anordnung die Positionierung der Probe und der Kamera in unmittelbarer Nähe der Kugellinse 60 erlaubt. Entsprechend wird trotz der geringen Abmessungen eine sehr gute Abbildungsqualität erreicht.
Die geringen Abstände erfordern in der Regel eine Nachjustierung. Zu diesem Zweck wird der Probenträger 70 mit dem Stempel 42 in die weichen Streifen 62 gedrückt. Hierzu wird der Stempel 42 nach unten gedreht. Eine geringfügige Drehung reicht zur Nachjustierung aus. Mit dem Stempel 42 erfolgt also sowohl die Fixierung des Objektträgers oder der Probenkammer 70, als auch die Justage. Auf dem Display 76 wird das mit der Kamera 68 erzeugte Bild verfolgt, bis die Einstellung hinreichend scharf ist. Anschließend wird ein Bild 82 aufgenommen. 2. Ausführungsbeispiel (Fig.8): Probenkammer
Je nach Anwendungsfall kann es sinnvoll sein, eine Durchflussprobenkammer zu verwenden, wie sie in Figur 8 dargestellt ist. Figur 8 ist eine schematische Skizze die zeigen soll, dass die Probekammer auch mit einem Durchflusssystem genutzt werden kann. Anstatt die Probekammer einmal zu füllen um dann Bilder aufzunehmen, könnte auch ein Durchfluss durch die Kammer erfolgen um einen Prozess kontinuierlich zu überwachen. Hierbei werden von der Software periodisch Bilder oder Videos gemacht, welche zur Auswertung genutzt werden. Figur 8 zeigt Schläuche 90, Probenbehälter 92, Pumpe 94, Probekammer 96 und Empfangsbehälter 98. 3. Ausführungsbeispiel (Fig.11): Aufnahme mit einer externen Kamera
Statt eines Schachtes oder Einschubs, in den ein Smartphone eingeführt wird, kann eine Anordnung mit einer externen Kamera verwendet werden. Ein Ausschnitt aus einer solchen Anordnung ist in Figur 11 dargestellt.
Figur 11 ist ein Querschnitt durch eine Mikroskopanordnung 110 mit einer externen Kamera 168 in einem Gehäuse 112. Die Kamera 168 hat einen Sensor mit einer Sensorfläche 169. Anders als eine Kamera 68 in einem Smartphone 64 hat der Sensor keine weitere abbildende Optik und erlaubt eine größere Bildfläche. Der Sensor kann also mit der Sensorfläche 169 etwas beabstandet zu einer auch hier verwendeten Kugellinse 160 angeordnet werden.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Probe 174 auf einem Probenträger 170 mit Licht 180 aus einer LED oder anderen geeigneten Lichtquelle beleuchtet. Das Licht 180 tritt im Durchlichtverfahren durch die Probe und wird mit der Kugellinse 160 gebündelt. Das Bild der Probe 174 trifft auf der Sensorfläche 169. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann die Fokussierung mit Hilfe eines Stempels erfolgen. Die visuelle Kontrolle erfolgt an einem Smartphone (nicht dargestellt), das über eine USB-Schnittstelle und ein Kabel oder eine andere geeignete - auch drahtlose - Schnittstelle mit der Kamera 168 verbunden ist. Das Bild wird an das Smartphone übertragen und dort wie nachstehend beschrieben weiter verwendet. Der Vorteil einer externen Kamera ist es, dass ein beliebiges mobiles Endgerät, etwa auch ein größeres Tablet oder dergleichen, verwendet werden kann. Die Anwendung ist nicht mehr auf Smartphones beschränkt, die in den Schacht passen.
4.Ausführungsbeispiel (Fig.12): Aufnahme von Fluoreszenzlicht
In Figur 12 ist ein Ausschnitt einer Mikroskopanordnung 210 mit externer Kamera 268 gezeigt. Die Mikroskopanordnung 210 mit Kugellinse 260 entspricht im Wesentlichen der Mikroskopanordnung 110 des dritten Ausführungsbeispiels, das in Figur 11 dargestellt ist. In dieser Anordnung wird die Probe 274 jedoch nicht von oben beleuchtet, sondern von einer LED 248, welche das Licht in den Probenträger/Kammer einkoppelt. In Figl l ist die LED hierfür seitlich auf Höhe des Probenträgers 270 angeordnet. Die LED 248 emittiert Licht einer definierten Wellenlänge. Mit dem Licht der LED 248 wird die Probe 274 zur Fluoreszenz angeregt. Das emittierte Licht strahlt auch nach unten in Richtung auf den Sensor 268 ab. Im Strahlengang vor der Sensorfläche 269 des Sensors 268 ist ein optischer Filter 261 angeordnet. Der Filter 261 lässt nur Licht bei der Wellenlänge des Fluoreszenzlichtes durch. Der Filter 261 befindet sich in einem Schacht 262 und kann nach Bedarf ausgetauscht oder entfernt werden. 5.Ausführungsbeispiel (Fig.13): profilierter Probenträger
Alle Ausführungsbeispiele verwenden eine Kugellinse 360, die eine starke Krümmung hat, um eine hohe Auflösung zu erreichen. Die dadurch entstehenden Bildfehler sind in allen aufgenommenen Bildern gleich und lassen sich ganz oder teilweise korrigieren. Das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet stattdessen oder ergänzend dazu einen profilierten Probenträger 370 oder eine profilierte Probenkammer mit einer gewölbten Probenplatte 371. Die Form der Wölbung ist derart ausgewählt, dass optische Fehler der Kugellinse 360 weitestgehend korrigiert werden. Die Grundfläche der gewölbten Probenkammer 371 ist so geformt, dass der gesamte Bildabschnitt scharf dargestellt wird. Die Verwendung mehrerer Wölbungen 373, wie in Figur 13 dargestellt, ermöglicht eine scharfe Darstellung mehrerer Bildabschnitte.
6.Ausführungsbeispiel (Fig.14): codierter Probenträger
Figur 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein codierter Probenträger 470 für eine Anordnung 410 verwendet wird, die einem der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele entspricht. Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt in Figur 14 eine Anordnung 410, bei der ein Smartphone 464 in den Schacht der Anordnung eingeführt ist. Als Codierung wird ein QR- Code 471 verwendet. Es versteht sich aber, dass auch ein Barcode oder jeder andere maschinenlesbare Code geeignet ist. Über die Rückkamera des Smartphones 464 kann eine Aufnahme des QR-Codes 471 gemacht werden. Dieser wird dann als Code 473 auf dem Display des Smartphones 464 angezeigt. Eine nicht-dargestellte Öffnung in der Anordnung 410 erlaubt es die Rückkamera ohne Entfernung der Anordnung 410 zu nutzen.
Mit dem Einlesen des QR-Codes 471 mit Hilfe der Rückkamera und einer auf dem Smartphone laufenden Anwendung können Daten mit Informationen über die Probenkammer und/oder die Probe übernommen werden. Zu den Informationen gehören der Kammertyp, das Anwendungsgebiet, die Kammerhöhe, enthaltene Reagenzien in der Kammer, z.B. Färbelösung und/oder Kalibrierungsdaten für die Messung. Beispielsweise kann bei Einsatz von Probekammern mit unterschiedlichen Volumina die Konzentrationsberechnung angepasst werden. Der Nutzer muss die Daten dann nicht manuell eingeben.
7.Ausführungsbeispiel (Fig.15): Linsenwechsler
Figur 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Möglichkeit der Messung mit verschiedenen Kugellinsen zu messen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn verschiedene Anwendungen verschiedene Vergrößerungen erforderlich machen. Im Übrigen ist die Anordnung praktisch identisch mit den anderen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen.
In Figur 15 ist ein bewegliches Bauteil 517 integriert. Dieses befindet sich um den Haltequader 534. An verschiedenen Positionen befinden sich Linsen, die sich in ihrer Größe oder anderen Eigenschaften unterscheiden. Die Linse 560 ist im Strahlengang positioniert. Wie bei einem konventionellen Mikroskop kann durch Drehen des Bauteils 517 eine andere Optik z.B. 525 in den Strahlengang eingeschoben werden und das Objekt bei veränderter Vergrößerung betrachtet werden. Bei Aufnahmen mit geringerer Vergrößerung kann ein größerer Bildausschnitt erfasst und ausgewertet werden. Die elastischen Pads 562 sind so positioniert, dass sie links und rechts des beweglichen Bauteils 517 auf der Basisplatte 524 angebracht sind. Ein Griffbereich 515 an der Rückseite des beweglichen Bauteils 517 erlaubt ein einfaches manuelles bewegen. Statt des in Figur 15 gezeigten Revolvers kann auch das Teil, in dem sich die Linse befindet, ausgetauscht werden.
8. Ausführungsbeispiel (Fig.16 bis Fig.18): Aufnahme mit zwei Strahlengängen
In den Figuren 16 bis 18 ist eine Anordnung gezeigt, die im Wesentlichen den hier beschriebenen
Ausführungsbeispielen entspricht. Man erkennt in Figur 16, dass im Gegensatz zu dem vergleichbaren Ausführungsbeispiel in Figur 11 nicht ein Strahlengang mit einer Linse 660 zur Aufnahme eines Bildes der Probe vorgesehen ist, sondern zwei Strahlengänge mit zwei Linsen 660 und 661. Die Linsen 660 und 661 bilden verschiedene Gesichtsfelder 687 und 689 auf einen oder mehrere Sensoren ab. Dadurch werden gleichzeitig mehrere Probenbereiche der Probe erfasst, wie in Figur 18 gut zu erkennen ist. Figur 18 zeigt das entstandene Bild für zwei gleichzeitig verwendete Linsen 660 und 661, welche auf einem gemeinsamen Sensor ein Bild erzeugen. Die beiden mit gepunkteten Linien eingekreisten Bereich 687 und 689 sind die Bereiche, welche unter der jeweiligen Linse scharf abgebildet werden. Diese Bereiche werden für die weitere Auswertung, wie nachstehend beschrieben, genutzt. Je nachdem, wie weit der Abstand der Linsen zueinander ist, können die unscharfen Bereiche der Bilder auf dem Sensor überlappen. Dies ist in Figur 18 zwischen den Bereichen 687 und 689 mit weit gestrichelten Teilkreisen 691 und 693 gezeigt. In diesem Bereich ist eine höhere Dichte an unscharf abgebildeten Zellen zu erkennen. Wenn die Linsen weiter voneinander entfernt sind, entsteht kein Überlapp der unscharfen Bereiche. Wenn für jede Linse ein eigener Sensor verwendet wird, erhält man für jede Linse ein eigenes Bild.
Die Verwendung von zwei nebeneinander angeordneten Linsen kann bei einem Linsenwechsler berücksichtigt werden, wie dies in Figur 17 gut zu erkennen ist. Hierbei können mit dem Revolver die Linsen 660 und 661 gleichzeitig im Strahlengang positioniert werden. Durch Drehen des Bauteils 617 können andere Optiken z.B. 625 und 626 in den Strahlengang eingeschoben werden. Es versteht sich, dass nicht nur zwei, sondern auch mehr, beispielsweise 4 Linsen mit 4 Strahlengängen vorgesehen sein können. Alle oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind geeignet, Aufnahmen von Proben in einer Probenkammer oder an einem Probenträger zu machen und wie nachstehend beschrieben auszuwerten. Auswertung der Bilder
Eine erste Anwendung für ein aufgenommenes Bild 82 ist eine Hefe im Brauereiprozess. Das Bild 82 ist in Figur 6 dargestellt. Man erkennt, dass der Randbereich 84 eher unscharf abgebildet wird. Der mittlere Bereich 86 hingegen ist mit hoher Abbildungsqualität aufgenommen. Dieser ist in Figur 7 vergrößert dargestellt. Um eine optimale Analyse zu ermöglichen, wird der schärfste, abgebildete runde Bereich 87 von der Software- Applikation automatisch ermittelt. Die unscharfen Bereiche außerhalb des Bereiches 87 werden durch eine zusätzliche Vorverarbeitung für die Analyse nutzbar gemacht.
Figur 5 illustriert anhand eines Verlaufsdiagramms den gesamten Prozess der Analyse mit einer der vorstehend erläuterten Anordnungen. Zunächst erfolgen vorbereitende Schritte I an der Hardware für die Analyse. Zu den vorbereitenden Schritten gehört das Einschieben des Smartphones 64 in den Schacht und das Einspannen und Justieren der Probe mit dem Probenträger 70. Das Einschieben des Smartphones 64 wird detektiert und eine Software- Applikation 185 gestartet. Alternativ wird die Software- Applikation 185 automatisch gestartet.
In Schritt II werden eine oder mehrere Aufnahmen gemacht. Die aufgenommenen Bilder können optional mit Hilfe der Software- Applikation 185 gespeichert oder zwischengespeichert werden. Die Bilder werden mit der Softwareapplikation bearbeitet, so dass der scharfe Bereich erkannt und Bildfehler zumindest teilweise korrigiert werden; optional kann dieser Schritt vollständig oder teilweise auf dem Webserver 97 in Schritt III bei dem Empfang durchgeführt werden. Dann werden sie über ein Netzwerk, beispielsweise das Internet oder ein Telefonnetz an einen Webserver 97, d.h. eine zentrale Daten Verarbeitungseinrichtung mit Prozessor, Speicher, Datenverbindungen an wenigstens ein Netzwerk und einem Server-Programm gesendet. In Schritt III werden die Bilder vom Webserver 97 empfangen. Dies ist durch einen Pfeil 181 illustriert. Wenn mehrere Bilder, z.B. N Bilder, aufgenommen werden, wird dieser Schritt entsprechend mehrfach, d.h. für jedes Bild einzeln ausgeführt. Dies ist durch einen Pfeil 187 illustriert.
Jedes der vom Webserver 97 empfangenen Bilder wird zunächst als Rohdaten in Schritt IV in einer Datenbank 189 gespeichert. Dies ist durch einen Pfeil 191 illustriert.
Nachdem die Bilder aufgenommen wurden, können in Schritt X weitere Details und Informationen zum Experiment mit Hilfe der Software Applikation 185 eingegeben werden. Auch diese Experimentdetails werden von dem Server 97 über das Internet oder ein anderes Netzwerk empfangen und in Schritt XI in die Datenverwaltung eingepflegt, indem die Details gespeichert werden. Dies ist durch Pfeil 195 illustriert. Die Daten können weiterhin in der Datenbank 189 gespeichert werden. Dies ist durch einen Pfeil 197 illustriert.
Der Webserver 97 startet eine weitere Software 199 zur Bildverarbeitung. Die Objekte 88, d.h. einzelne Probenbestandteile im Bild, werden in Schritt V vom Hintergrund abgetrennt und einzeln registriert. Es werden in Schritt VI verschiedene Charakteristika für jedes Objekt berechnet. Diese beschreiben Farbe, Form & Textur. Über die berechneten Charakteristika kann in Schritt VII ein vorhandener Klassifikator die Objekte in entsprechende Klassen differenzieren. Die klassifizierten Objekte werden in Schritt VIII in einem Ergebnisbild markiert. Zusätzliche Daten wie Gesamtzahl, Anzahl der Objekte in den Klassen und Charakteristika der einzelnen Objekte werden in Schritt IX als Metadaten in der Datenbank 189 abgespeichert.
Für das entsprechende Bild wird in Schritt XII eine Rückmeldung an die Softwareanwendung 185 auf dem Smartphone 64 gesendet, dass die Auswertung beendet ist. Dies ist durch einen Pfeil 101 illustriert. Die Softwareanwendung 185 lädt das Ergebnisbild und die in Schritt VIII erzeugten Metadaten für das entsprechende Bild herunter. Hierbei wird über das Datenbankprogramm überprüft, wie viele Bilder des bestehenden Experiments bereits ausgewertet wurden. Sobald alle Bilder ausgewertet sind werden in Schritt XIV die Ergebnisse vor Ort auf dem Smartphone 64 dargestellt.
Die Hardware-Komponenten der Anordnung sind in Figur 10 noch einmal übersichtlich dargestellt. Der mobile Teil der Anordnung weist die bereits beschriebene Mikroskopanordnung 10 und ein Smartphone 64 mit der Applikation 185 auf. Der Server 97 umfasst neben einem Prozessor, den üblichen Mitteln zur Datenübertragung und Speichern 105 das Programm 199 zur Bildauswertung und das Datenbankprogramm für die Datenbank 189 auf. Zusätzlich ist ein Serverprogramm für Webservice und Metaanalysen 103 und ein Programm mit einem Abrechnungssystem 107 auf dem Server 97 vorgesehen. Die einzelnen Funktionen des Servers können hierbei auf physikalisch oder über Virtualisierung getrennten Rechnern stattfinden. Die Daten können an ein internetfähiges Gerät, etwa einen Desktop PC 99 übertragen werden. Dies ist durch einen Pfeil 95 illustriert. Dort stehen sie zur weiteren Verwendung und Bearbeitung einzelner Daten zur Verfügung.
Das System übermittelt das Bild der mikroskopischen Aufnahme, beispielhaft in Figur 7 dargestellt, an den Server 97, der das Bild u.a. mittels der Bilderkennungssoftware 199 auswertet. Die Ergebnisse werden dem Anwender zeitnah über das Internet oder ein anderes Netzwerk übermittelt. Ein Beispiel für ein solches bearbeitetes Bild ist ausschnittweise in Figur 9 dargestellt. Der Hintergrund 89 ist neutral dargestellt. Die einzelnen Objekte 88 sind gut erkennbar. Mit der Bilderkennungssoftware 199 werden nun die gesuchten Objekte markiert und gezählt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können beispielsweise die durchgängig schwarz gefärbten, kreisförmigen Objekte 91 von den übrigen Objekten 93 gut unterschieden werden. Die als tot erkannten schwarzen Zellen sind mit einem gepunkteten Kreis markiert und die als lebend erkannten hellen Zellen sind mit einem gestrichelten Kreis markiert.
Die aufgenommenen Rohdaten werden mit zwei Programmen verarbeitet: zum einen erfolgt eine Auswertung und ggf. Korrektur der Bildschärfe, beispielsweise mit den Schritten:
1. Test auf ein zu hohe Anzahl an Zellen im Bild über den Anteil an Kanten, die über einen Sobel-Operator bestimmt werden (z.B. Sobel, L, & Feldman, G. (1968). A 3x3 isotropic gradient Operator for image processing. a talk at the Stanford Artificial Project in, 271- 272.)
2. Test auf eine ausreichende Schärfe des Bildes über die Varianz eines diskreten Laplace- Operators der Anteile im Bild, die in Schritt lals Kanten registriert wurden
3. Lokalisierung des Schärfemittelpunktes der Linse im Bild durch Unterteilung des Bildes und Ermittlung der Varianz eines diskreten Laplace- Operators (z.B. E. Davies (1990). Machine Vision: Theory, Algorithms and Practicalities, Academic Press, pp 131 - 134.)
4. Korrektur von Unschärfen im Linsenrandbereich über eine Barrel Distortion Correction (z.B. Gribbon, K. T., Johnston, C. T., & Bailey, D. G. (2003, November). A real-time FPGA Implementation of a barrel distortion correction algorithm with bilinear Interpolation. In Image and Vision Computing New Zealand (pp. 408-413).)
5. Ausschneiden des für die eigentliche Analyse genutzten Bildbereiches 87 über den zuvor bestimmten Mittelpunkt und eine festgelegte Größe des nutzbaren Bildbereiches
Diese Schritte sind unabhängig vom Bildinhalt. Die eigentliche Bildverarbeitung des Bildinhalts ist am Beispiel "Hefe" illustriert und kann beispielsweise folgende Schritte umfassen: 1. Farbkorrektur über die Verschiebung des Medians der einzelnen Farbkanäle auf einen fix festgelegten Wert
2. Normalisierung der Helligkeit (z.B. Rafael C. Gonzalez, Richard Eugene Woods (2007). Digital Image Processing. Prentice Hall. p. 85.)
3. Trennung in Bildvordergrund und Hintergrund über Adaptive Schwellwertbildung (z.B. nach E. Davies (1990). Machine Vision: Theory, Algorithms and Practicalities, Academic Press, pp 98 - 96.)
4. Zellvereinzelung über ein Watershedverfahren (z.B. nach S. Beucher, C. Lantuejoul (1979). Use of Watersheds in Contour Detection In International Workshop on Image Processing: Real-time Edge and Motion Detection/Estimation, Rennes, France.)
5. Merkmalsberechnung der vereinzelten Zellen. z.B. Größe über die Anzahl an Pixeln die eine vereinzelte Zelle darstellen oder Farbhistogramme für die RGB -Daten des Bildbereiches einer Zelle
6. Zellerkennung und Zelldifferenzierung über mehrlagige Perzeptrone, die über Backpropagation trainiert wurden (z.B. nach Paul Werbos (1974). Beyond regression: New tools for prediction and analysis in the behavioral sciences. PhD thesis, Harvard University. und Rumelhart, D. E., Hinton, G. E., & McClelland, J. L. (1986). A general framework for parallel distributed processing. In D. E. Rumelhart, J. L. McClelland, & the PDP Research Group, parallel distributed processing: Explorations in the microstructure of Cognition. Volume 1: Foundations (pp. 45 - 76). Cambridge, MA:MIT Press.)
Es versteht sich, dass die Bildbearbeitung und die Bildverarbeitung auch auf andere Weise erfolgen kann, insbesondere, wenn der Bildinhalt ein anderer ist.
Das System speichert die Ergebnisse der Analyse wie anhand von Figur 5 beschrieben zentral und online, um diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufrufen zu können. Figur 10 illustriert die Komponenten des gesamten Systems. Dabei versteht es sich, dass die zentrale Datenverarbeitung 97 in Form eines Server Backends mit einer Vielzahl von mobilen Endgeräten 64 zusammenwirken kann und dass der Datenzugriff von einer Vielzahl von Desktop PCs 99 oder vergleichbaren Geräten erfolgen kann. Die Pfeile 95 in Figur 10 repräsentieren die Übertragungswege, beispielsweise über eine Telefon- und/oder Internetverbindung.
Anwendungen
Die oben beschriebenen Anordnungen und die anhand von Hefen beschriebene Auswertung kann auch für andere Anwendungen verwendet werden. Dabei können die Vergrößerung, die Art der Probenkammer, die Anzahl der verwendeten Linsen, der Modus der Aufnahme - Durchlicht oder Fluoreszenz - und die Wahl der Kamera - integrierte oder externe Kamera - an die Erfordernisse der Anwendung in geeigneter Weise angepasst werden. Beispielhaft seien hier einige Anwendungen beschrieben. Es versteht sich, dass die Anordnung und das Verfahren auf weitere Anwendungen erstreckt werden kann, ohne die zugrunde liegende Idee zu verlassen.
Bei der Hefeanalyse ist das System besonders für kleine und mittlere Betriebe interessant aber auch für solche bei denen der Weg zum Zentrallabor zu lang für eine genaue Messung ist. Die Anordnung und das Verfahren erlauben ferner Metaanalysen. Bei der Metanalyse geht es darum, die Ergebnisse verschiedener einzelner Analysen als Ganzes auszuwerten, z.B. die Fragen zu untersuchen, wie sich die Zellzahl und Viabilität über den Brauprozess ändert. Dies kann etwa als Graph dargestellt werden. Es kann auch untersucht werden, ob sich die Hefe bei dem aktuellen Brauprozess wie sonst auch zu diesem Zeitpunkt verhält. Bei abweichendem Verhalten kann etwa eine Warnung erzeugt werden, wenn das Verhalten auf einmal schlechter ist. Schließlich können die Brauvorgänge in einem bestimmtem Tank oder einer bestimmten Brauerei statistisch signifikant schlechter/anders als bei anderen sein, falls ein Kunde mehrere hat. Auch dies kann untersucht werden.
Anordnung und Verfahren eignen sich praktisch für beliebige mikroskopische Auswertungen, einschließlich der Überwachung von hefegetriebener Gärung zur Herstellung von Bier und bierähnlichen Getränken. Bei der Hefe-Analyse geht es hauptsächlich darum, nach Einfärbung über die Farbe die Anzahl an viablen und nicht-viablen Zellen zu bestimmen und daraus eine Konzentration und einen prozentualen Anteil zu berechnen. Zusätzlich kann z.B. über den Durchmesser das Alter der Zellen bestimmt werden. Das sind Informationen, welche zur Qualitätssicherung oder zur Überwachung vom Brauprozess genutzt werden können. Die hefegetriebene Gärung kann überwacht werden bei Wein aus Honig, Obst und Gemüse, Schaumwein, Kefir, Sojasoße und Ethanol.
Anordnung und Verfahren sind ferner geeignet für die computergestützte Erstellung von Spermiogrammen. Bei Spermiogrammen wird über Schwimmfähigkeit der Spermien die Fruchtbarkeit ermittelt. Auch Blutbilder für die allgemeine Diagnostik und Partikel in Urin können mit den beschriebenen Anordnungen analysiert werden. Anordnung und Verfahren eignen sich ferner für die Überwachung der Stromataöffnung bei Pflanzen. Weitere Anwendungen sind die Bewertung von Gewässergüte, die automatisierte Erkennung von Phytoplankton und die Trinkwasseranalyse. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die automatisierte Detektion von Protozoen. Der Nutzen von Protozoen als Bio-Indikatoren für die Beurteilung der Wasserqualität ergibt sich daraus, dass bestimmte Protozoen besonders empfindlich auf bestimmte Wasserbedingungen (z.B. Chemikalien) sein können. Sie werden in einer Kammer gehalten in der sie normalerweise längerfristig überleben können. Die zu analysierende Probe wird durch die Kammer gespült. Anhand der Anzahl an überlebenden Protozoen kann die Trinkwassergüte beurteilt werden.
Weitere Anwendungsgebiete sind die Analyse von Honig auf Pollen. Diese erlaubt
Rückschlüsse darauf, welcher Nektar von den Bienen gesammelt wurde. Mit der Vorrichtung und dem Verfahren kann auch Papier analysiert werden. So kann beispielsweise bei ca. 20-facher Vergrößerung die Erkennung von Druckpunkten oder bei ca. 200-facher Vergrößerung die Erkennung von Verunreinigungen wie beispielsweise Gummi erfolgen. Weitere Anwendungen sind die Identifikation von Pilzen in Holzpräparaten und die Detektion von Keimen in industriellen Schmieröl. In der Textilindustrie kann die Anordnung insbesondere bei der Faseranalyse, z.B. bei der Beschaffung von Baumwolle vor Ort eingesetzt werden. Hier wird über die Form der Fasertyp oder die Reife der Faser ermittelt.
Figur 19 zeigt Eier verschiedener Parasiten, die im Stuhl des Menschen vorkommen können, bei der Diagnostik von Wurmerkrankungen. Eier unterschiedlicher Parasiten haben unterschiedliche Formen. Diese Formen können zur Diagnostik des parasitären Befalls genutzt werden. Es wird erfasst ob Eier vorhanden sind und um welche Eier es sich handelt. Figur 19 zeigt die Eier 710 von Trichuris trichuiura (Peitschenwurm), 720 Schistosoma mansoni (Pärchenegel) und 730 Taenia saginata (Rinderbandwurm).
Eine weitere Anwendung ist die Untersuchung in Klärwerken einschließlich der
Belebtschlammanalyse mit automatischer Artenbestimmung und Flocken- und/oder Flockulationsanalyse. Weiterhin kann eine Bestimmung des Verhältnisses von fädrigen Organismen zu Schlammflocken durchgeführt werden. Die„Fädigkeit" ist ein wichtiger Parameter im Betrieb der Anlage, da fädrige Mikroorganismen ein Indikator für„Blähschlamm" sind. Figur 20 zeigt einen Ausschnitt einer Schlammflocke des Belebtschlammes einer Kläranlage. Die Flocke besteht aus kompakten Flockenteilen 820 und fädrigen Algen bzw. Bakterien, die hier mit 810 bezeichnet sind. Bei einem zu hohen Anteil an fädrigen Organismen kommt es zur Bildung von Blähschlamm, der sich in der Kläranlage nicht mehr absetzt. Das führt zu einer verschlechterten Reinigungseffizienz der Kläranlage. Mit der mikroskopischen Analyse wird bestimmt, wie viele fädrige Organismen sich in einer Flocke befinden. Der Fädrigkeitsindex dient zur Qualitätsbeurteilung des Klärschlamms. Die Abschätzung, ob Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen, um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten, wird erleichtert und kann zeitnah erfolgen.
Eine weitere Anwendung ist die Detektion von Zellen in Milch. In der Milch steigt die Anzahl von Zellen bei einer Euterinfektion (Mastitis) der Kühe an. Auch die Analyse von Gebärmutterabstrichen einer Kuh kann mit der beschriebenen Anordnung und dem Verfahren durchgeführt werden. Bei der Analyse wird das Verhältnis von Leukozyten zu Schleimhautzellen ermittelt, um eine Entzündung der Gebärmutter zu diagnostizieren. Diese kommt in Kühen häufig vor und ist ein entscheidender Faktor, ob Besamungen erfolgreich durchgeführt werden können. Figur 21 zeigt das mikroskopische Bild eines Abstriches aus der Gebärmutter einer Kuh, welches im Durchlichtverfahren erfasst wurde. Die Probe wurde über eine Pappenheimfärbung angefärbt. Es sind rote Blutkörperchen 920, ein Neutrophiler Granulozyt 930 und eine Schleimhautzelle 940 zu erkennen. Ziel der Analyse ist es Schleimhautzellen und Neutrophile Granulozyten zu registrieren und diese voneinander zu unterscheiden. Dies geschieht über die unterschiedlichen morphologischen Charakteristika wie z.B. Form und Größe. Als Analyseergebnis wird das Verhältnis von Schleimhautzellen zu Neutrophilen Granulozyten ermittelt. Dieser Parameter wird zur Diagnostik einer Gebärmutterentzündung verwendet.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel erfolgt die Färbung über einen Fluoreszenzfarbstoff, der spezifisch an DNA bindet. Das Bild wurde im Fluoreszenzverfahren erfasst. Die Zellkerne von Schleimhautzellen und Neutrophilen Granulozyten werden angefärbt. Diese können analog wie anhand von Figur 21 beschrieben erfasst und durch morphologische Charakteristika unterschieden werden.
Die Anordnung und das Verfahren eignen sich auch für die Diagnose von Krankheiten u.a. Leishmaniose oder Malaria. Wenn Erreger gefunden werden, lautet die Diagnose, dass der Patient erkrankt ist. Figur 23 zeigt eine menschliche Blutprobe, die über eine Giemsafärbung angefärbt wurde. Rote Blutkörperchen sind über ihre Umrandung dargestellt. Malaria-Erreger dringen in die Blutkörperchen ein und vermehren sich dort. Befallene Blutkörperchen können über die Färbung dargestellt werden. Sie sind in der Figur 23 mit Pfeilen 910 markiert. Im Rahmen der Analyse werden die roten Blutkörperchen erfasst und über die Analyse der inneren Farbgebung kann ermittelt werden, ob eine Erkrankung vorliegt.
Bei allen Ausführungs- und Anwendungsbeispielen erfolgt eine komplexe Analyse der Probe vor Ort zeitnah, in sehr kurzer Zeit mit sehr einfachen, mobilen Mitteln. Die Rechnerleistung und die Expertise wird vom Server und den darauf befindlichen Programmen bereitgestellt. Dadurch können bekannte mikroskopische Analysen deutlich kostenreduziert durchgeführt werden und es erschließen sich vielseitige neue Anwendungen, die mit Mikroskopen nach dem Stand der Technik nicht möglich waren.

Claims

Patentansprüche
Mikroskopanordnung (10) enthaltend
(a) eine Linsenanordnung (60) zur vergrößerten Abbildung eines Objektbereichs (74) in eine Bildebene (68);
(b) eine im Objektbereich angeordnete Probenaufnahme (70) für eine Probe (74); und
(c) eine im Bereich der Bildebene der Linsenanordnung (60) angeordnete Kameraaufnahme (12) für eine Kamera (68) zur Erzeugung eines digitalen Bildes (82); dadurch gekennzeichnet, dass
(d) die Linsenanordnung (60) von einer Kugellinse (60), einer halbierten Kugellinse oder einer Linse in Form eines Rotationsellipsoids gebildet ist; und
(e) die Kameraaufnahme (12) zur Aufnahme eines handelsüblichen, mit einer Kamera (68) ausgestatteten Mobilfunkendgerätes (64) oder einer mit einem Mobilfunkendgerät zusammenwirkenden Kamera ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraaufnahme von einem Schacht (12) gebildet ist, in den ein Smartphone oder ein anderes flaches Mobilfunkendgerät (64) einschiebbar ist.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einstellmittel zum Einstellen der Kameraposition.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Probenaufnahme (24) einen Schacht oder eine Vertiefung für einen Objektträger oder eine Probenkammer (70) bildet.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein flexibles und/oder verformbares Material (62) am Boden der Probenaufnahme, in welches die Probe oder ein mit der Probe versehener Objektträger oder eine Probenkammer (70) hineindrückbar ist.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Justiermittel zur Justage der Lage der Kugellinse (60).
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (18) zur Erfassung des Vorhandenseins einer Kamera und/oder eines Mobilfunkendgerätes (64). Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein codierter Probenträger für die Probe vorgesehen ist und das Mobilfunkendgerät Mittel zum Erfassen und Auswerten der Codierung aufweist.
9. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse einen Durchmesser von maximal 5 mm, vorzugsweise maximal 2 mm und höchst vorzugsweise 1 mm aufweist.
10. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Linsenwechsler mit mehreren Linsen, die unterschiedliche Eigenschaften haben und an die Stelle der Linse im Strahlengang bewegbar sind.
11. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe auf einem Objektträger oder in einer Probenkammer angeordnet ist, welche ein gekrümmtes Profil aufweist, dessen Krümmung derart ausgestaltet ist, dass Bildfehler zumindest teilweise korrigiert werden.
12. Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Strahlengang vorgesehen ist, in dem eine weitere Linse angeordnet ist, so dass ein weiterer Bereich der Probe erfasst wird.
13. Verfahren zur Aufnahme und Auswertung eines mit einem Mikroskop mit einer Linsenanordnung vergrößerten Bildes einer Probe, enthaltend die Schritte:
(a) Aufnehmen eines durch ein Mikroskop vergrößerten Bildes einer Probe (74) mit einer digitalen Kamera (68);
(b) Übertragen des aufgenommenen Bildes mittels eines Mobilfunkendgerätes (64) an eine zentrale Datenverarbeitungsanlage, in welcher eine Vielzahl von Bildern unterschiedlicher Mikroskope ausgewertet werden; und
(c) Speichern und Auswerten des digitalen Bildes in der zentralen Datenverarbeitung sanlage ;
dadurch gekennzeichnet, dass
(d) das Bild der Probe (74) mit einer Kugellinse (60), einer halbierten Kugellinse oder einer Linse in Form eines Rotationsellipsoids vergrößert wird und das Bild Bereiche mit Bildfehlern aufweist;
(e) das digitale, aufgenommene Bild in bearbeitet wird, so dass die Bildfehler zumindest teilweise korrigiert werden;
(f) das korrigierte Bild in der zentralen Datenverarbeitungsanlage ausgewertet wird, so dass ein Ergebnis erhalten wird; und
(g) das Ergebnis der Auswertung an das Mobilfunkendgerät (64) übertragen wird
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung des Bildes Farbe, Form und/oder Textur und/oder weitere ausgewählte Merkmale der Probe (74) oder der Probenbestandteile (88) erfasst werden und eine Klassifizierung der Probe oder der Probenbestandteile nach Maßgabe der Art und Stärke der Merkmale erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Probenbestandteile (88) in der Probe identifiziert und in einem Ergebnisbild markiert werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit dem aufgenommenen Bild (82) weitere Informationen an die zentrale Datenverarbeitungsanlage übertragen werden, die von Hand eingegeben werden, vorab gespeichert wurden oder mittels geeigneter Sensoren erfasst und dem Mobilfunkendgerät zugeführt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das
Ergebnis, das nach der Auswertung an das Mobilfunkendgerät zurückübertragen wird, ein bearbeitetes Bild (86) der Probe umfasst.
PCT/EP2017/053634 2016-02-18 2017-02-17 Mikroskopanordnung WO2017140854A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17705637.1A EP3417330A1 (de) 2016-02-18 2017-02-17 Mikroskopanordnung
AU2017220648A AU2017220648B2 (en) 2016-02-18 2017-02-17 Microscope assembly
CA3014283A CA3014283A1 (en) 2016-02-18 2017-02-17 Microscope assembly
US16/076,097 US11175488B2 (en) 2016-02-18 2017-02-17 Mobile microscope assembly
US17/526,836 US20220075166A1 (en) 2016-02-18 2021-11-15 Mobile Microscope Assembly

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016102867.3 2016-02-18
DE102016102867.3A DE102016102867A1 (de) 2016-02-18 2016-02-18 Mikroskopanordnung

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/076,097 A-371-Of-International US11175488B2 (en) 2016-02-18 2017-02-17 Mobile microscope assembly
US17/526,836 Continuation US20220075166A1 (en) 2016-02-18 2021-11-15 Mobile Microscope Assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017140854A1 true WO2017140854A1 (de) 2017-08-24

Family

ID=58054147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/053634 WO2017140854A1 (de) 2016-02-18 2017-02-17 Mikroskopanordnung

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11175488B2 (de)
EP (1) EP3417330A1 (de)
AU (1) AU2017220648B2 (de)
CA (1) CA3014283A1 (de)
DE (1) DE102016102867A1 (de)
WO (1) WO2017140854A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109188670A (zh) * 2018-11-24 2019-01-11 深圳创达业科技有限公司 球透镜显微放大镜头
WO2020225396A1 (en) * 2019-05-07 2020-11-12 Ash Technologies Ltd., System and method for lens and/or chromatic distortion correction in a digital microscope
CN112105288A (zh) * 2018-08-28 2020-12-18 因途因有限公司 体液分析用检查装置
CN113167990A (zh) * 2018-11-06 2021-07-23 智能微光责任有限公司 能够与图像获取装置相关联的用于显微观察的套件
GB2608143A (en) * 2021-06-23 2022-12-28 Oxford Immune Algorithmics Ltd Device with stigmatic lens

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10775600B2 (en) * 2018-01-04 2020-09-15 Stephan R. Mathis, II Smart media device platform as an inverse microscopic imaging apparatus
US11249293B2 (en) 2018-01-12 2022-02-15 Iballistix, Inc. Systems, apparatus, and methods for dynamic forensic analysis
US20210129143A1 (en) * 2019-10-28 2021-05-06 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Single copy level detection of enteric viruses
CN111830252B (zh) * 2020-06-30 2023-02-28 广州佰芮慷生物科技有限公司 一种基于智能移动终端的酶联免疫层析传感器及使用方法
USD1013752S1 (en) * 2020-09-22 2024-02-06 Weijun Xu Mechanical stage for microscope
WO2022098623A1 (en) * 2020-11-03 2022-05-12 North Carolina State University A modular smartphone microscopy device for multimodal imaging
CN113156636A (zh) * 2021-04-27 2021-07-23 东莞市小精灵教育软件有限公司 一种快速开启显微摄像的方法及装置、智能设备
TWI809917B (zh) * 2022-06-06 2023-07-21 億觀生物科技股份有限公司 微距調整機構及顯微鏡裝置

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69227355T2 (de) 1991-07-04 1999-03-18 Mitsubishi Chemical Corp., Tokio/Tokyo Vorrichtung für vergrösserte beobachtung
US20050063049A1 (en) * 2000-04-03 2005-03-24 Steenblik Richard A. Lenses and uses, including microscopes
US20090093274A1 (en) 2005-03-09 2009-04-09 Scalar Corporation Magnifying attachment
WO2011156249A2 (en) 2010-06-07 2011-12-15 Nexcelom Bioscience Llc Yeast concentration and viability measurement
WO2012058641A2 (en) 2010-10-29 2012-05-03 The Regents Of The University Of California Cellscope apparatus and methods for imaging
WO2013120091A1 (en) 2012-02-10 2013-08-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Optical device
WO2013191665A2 (en) * 2012-06-21 2013-12-27 Grimed Saglik Hizmetleri Ve Bilgisayar Urunleri Sanayi Ticaret Limited Sirketi A mobile microscopy device being able to take images in different wavelengths (multispectral)
US20140243685A1 (en) * 2013-02-28 2014-08-28 Canfield Scientific, Incorporated Dermatoscope devices
US20150005032A1 (en) * 2008-01-02 2015-01-01 The Regents Of The University Of California High numerical aperture telemicroscopy apparatus
US20150037786A1 (en) 2013-08-05 2015-02-05 Nanoscopia (Cayman), Inc. Handheld diagnostic system with chip-scale microscope and automated image capture mechanism
WO2015022996A1 (ja) * 2013-08-16 2015-02-19 Nagayama Kuniaki レンズユニット、照明用キャップ部材、試料観察キット及び透過型複式顕微鏡装置
DE102013112508A1 (de) 2013-08-21 2015-02-26 Miruc Optical Co., Ltd. Mobilgeräteadapter für ein Mikroskop und bildgebendes mikroskopisches Verfahren, das den Mobilgeräteadapter verwendet
US20150138374A1 (en) * 2013-11-18 2015-05-21 Sony Corporation Image-taking apparatus, information processing apparatus, and image-taking system
WO2015087232A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Mes Medical Electronic Systems Ltd. Home testing device
US20150304555A1 (en) * 2014-04-21 2015-10-22 i-calQ, LLC Assay detector device compatible with any digital camera/portable computing device
JP2015206857A (ja) * 2014-04-18 2015-11-19 善博 新井 磁石制動式試料板位置制御装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013113760A1 (de) 2012-01-30 2013-08-08 Leica Microsystems Cms Gmbh Mikroskop mit kabelloser funkschnittstelle und mikroskopsystem
US20140120563A1 (en) * 2012-10-29 2014-05-01 The Regents Of The University Of California Allergen testing platform for use with mobile electronic devices
US20150036043A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Bioscicon, Inc. Bioscicon's cellphone camera - microscope universal adapter
DE102014007704A1 (de) 2014-05-22 2015-11-26 Andreas Obrebski Optische Erweiterung für eine Smartphone-Kamera
DE202014105158U1 (de) 2014-05-09 2014-11-24 Otto-Von Guericke-Universität Magdeburg Technologie-Transfer-Zentrum Vorrichtung zur Elementaranalyse an Mikroskopen
TWI533025B (zh) * 2014-07-07 2016-05-11 億觀生物科技股份有限公司 可攜式顯微鏡裝置
US20160070092A1 (en) * 2014-09-04 2016-03-10 The Regents Of The University Of California Method and device for fluorescent imaging of single nano-particles and viruses
EP3203293B1 (de) * 2016-02-05 2024-04-24 Aidmics Biotechnology Co., Ltd. Probenträgermodul und tragbares mikroskop damit
WO2019103909A1 (en) * 2017-11-21 2019-05-31 The Regents Of The University Of California Portable microscopy device with enhanced image performance using deep learning and methods of using the same

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69227355T2 (de) 1991-07-04 1999-03-18 Mitsubishi Chemical Corp., Tokio/Tokyo Vorrichtung für vergrösserte beobachtung
US20050063049A1 (en) * 2000-04-03 2005-03-24 Steenblik Richard A. Lenses and uses, including microscopes
US20090093274A1 (en) 2005-03-09 2009-04-09 Scalar Corporation Magnifying attachment
US20150005032A1 (en) * 2008-01-02 2015-01-01 The Regents Of The University Of California High numerical aperture telemicroscopy apparatus
WO2011156249A2 (en) 2010-06-07 2011-12-15 Nexcelom Bioscience Llc Yeast concentration and viability measurement
WO2012058641A2 (en) 2010-10-29 2012-05-03 The Regents Of The University Of California Cellscope apparatus and methods for imaging
WO2013120091A1 (en) 2012-02-10 2013-08-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Optical device
WO2013191665A2 (en) * 2012-06-21 2013-12-27 Grimed Saglik Hizmetleri Ve Bilgisayar Urunleri Sanayi Ticaret Limited Sirketi A mobile microscopy device being able to take images in different wavelengths (multispectral)
US20140243685A1 (en) * 2013-02-28 2014-08-28 Canfield Scientific, Incorporated Dermatoscope devices
US20150037786A1 (en) 2013-08-05 2015-02-05 Nanoscopia (Cayman), Inc. Handheld diagnostic system with chip-scale microscope and automated image capture mechanism
WO2015022996A1 (ja) * 2013-08-16 2015-02-19 Nagayama Kuniaki レンズユニット、照明用キャップ部材、試料観察キット及び透過型複式顕微鏡装置
DE102013112508A1 (de) 2013-08-21 2015-02-26 Miruc Optical Co., Ltd. Mobilgeräteadapter für ein Mikroskop und bildgebendes mikroskopisches Verfahren, das den Mobilgeräteadapter verwendet
US20150138374A1 (en) * 2013-11-18 2015-05-21 Sony Corporation Image-taking apparatus, information processing apparatus, and image-taking system
WO2015087232A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Mes Medical Electronic Systems Ltd. Home testing device
JP2015206857A (ja) * 2014-04-18 2015-11-19 善博 新井 磁石制動式試料板位置制御装置
US20150304555A1 (en) * 2014-04-21 2015-10-22 i-calQ, LLC Assay detector device compatible with any digital camera/portable computing device

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E. DAVIES: "Machine Vision: Theory, Algorithms and Practicalities", 1990, ACADEMIC PRESS, pages: 131 - 134
E. DAVIES: "Machine Vision: Theory, Algorithms and Practicalities", 1990, ACADEMIC PRESS, pages: 98 - 96
GRIBBON, K. T.; JOHNSTON, C. T.; BAILEY, D. G.: "A real-time FPGA implementation of a barrel distortion correction algorithm with bilinear interpolation", IMAGE AND VISION COMPUTING NEW ZEALAND, November 2003 (2003-11-01), pages 408 - 413, XP055091030
PAUL WERBOS: "Beyond regression: New tools for prediction and analysis in the behavioral sciences", PHD THESIS, 1974
RAFAEL C. GONZALEZ; RICHARD EUGENE: "Digital Image Processing", 2007, PRENTICE HALL, pages: 85
RUMELHART, D. E; HINTON, G. E.; MCCLELLAND, J. L.: "Explorations in the microstructure of cognition", vol. 1, 1986, MA:MIT PRESS, article "A general framework for parallel distributed processing", pages: 45 - 76
S. BEUCHER; C. LANTUEJOUL: "Use of Watersheds in Contour Detection", INTERNATIONAL WORKSHOP ON IMAGE PROCESSING: REAL-TIME EDGE AND MOTION DETECTION/ESTIMATION, 1979
SOBEL, I.; FELDMAN, G.: "A 3x3 isotropic gradient operator for image processing", STANFORD ARTIFICIAL PROJECT, 1968, pages 271 - 272
VLAD ONCESCU ET AL: "Smartphone based health accessory for colorimetric detection of biomarkers in sweat and saliva", LAB ON A CHIP, vol. 13, no. 16, 1 January 2013 (2013-01-01), pages 3232, XP055145187, ISSN: 1473-0197, DOI: 10.1039/c3lc50431j *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112105288A (zh) * 2018-08-28 2020-12-18 因途因有限公司 体液分析用检查装置
EP3777655A4 (de) * 2018-08-28 2021-06-23 Intin Co., LTD Testvorrichtung zur analyse von körperflüssigkeiten
JP2021521468A (ja) * 2018-08-28 2021-08-26 インティン カンパニー リミテッドＩｎｔｉｎ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 体液分析用の検査装置
JP7100197B2 (ja) 2018-08-28 2022-07-12 インティン カンパニー リミテッド 体液分析用の検査装置
CN113167990A (zh) * 2018-11-06 2021-07-23 智能微光责任有限公司 能够与图像获取装置相关联的用于显微观察的套件
CN109188670A (zh) * 2018-11-24 2019-01-11 深圳创达业科技有限公司 球透镜显微放大镜头
WO2020225396A1 (en) * 2019-05-07 2020-11-12 Ash Technologies Ltd., System and method for lens and/or chromatic distortion correction in a digital microscope
GB2608143A (en) * 2021-06-23 2022-12-28 Oxford Immune Algorithmics Ltd Device with stigmatic lens

Also Published As

Publication number Publication date
AU2017220648B2 (en) 2021-07-01
US11175488B2 (en) 2021-11-16
DE102016102867A1 (de) 2017-08-24
EP3417330A1 (de) 2018-12-26
US20220075166A1 (en) 2022-03-10
US20200057288A1 (en) 2020-02-20
CA3014283A1 (en) 2017-08-24
AU2017220648A1 (en) 2018-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3417330A1 (de) Mikroskopanordnung
DE60226043T2 (de) Verfahren für quantitative video-mikroskopie und vorrichtung und programm zur durchführung des verfahrens
DE19747415C2 (de) Verfahren zur Unterstützung eines Betrachters bei der Durchmusterung einer Probe und zytologisches Probenanalysiersystem
DE69812928T2 (de) Bestimmung von partikeln in einer flüssigen probe
DE69629292T2 (de) Verfahren zum feststellen der preparationsgüte von objektträgern und proben
DE102008059788B4 (de) Analyse und Klassifizierung insbesondere biologischer oder biochemischer Objekte auf Basis von Zeitreihen-Bildern, anwendbar bei der zytometrischen Time-Lapse-Zellanalyse in der bildbasierten Zytometrie
DE602004012967T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zählen von Zellen oder Fetttröpfchen in Milch
DE69904228T2 (de) Ein system für regulation der handhabung von dem milch während des melkprozes und eine methode für regulation von diesem prozess
EP3575848A1 (de) Analyzer zur dreidimensionalen analyse einer medizinischen probe mittels einer lichtfeldkamera
WO2006106084A1 (de) Mobiles optisches diagnosesystem
DE102014107933B4 (de) Verfahren zur mikroskopischen Abbildung von Proben an Böden von mit Fluid befüllten Töpfchen einer Mikrotiterplatte
DE69527465T2 (de) Überwachungsverfahren einer Färbelösung für Partikelanalysen und Kalibrierungsverfahren von Partikelanalysen
EP2581731B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen von Anomalien an Instrumenten
EP2440920B1 (de) Lokalisierung eines validen bereiches eines blutausstriches
DE102020100237B4 (de) Verfahren zur qualitätskontrolle an in einer fluidleitung strömendem fluid
EP3828617A1 (de) Verfahren zur digitalen anfärbung von zellen
WO2015070986A1 (de) Zählkammereinrichtung, positioniereinrichtung für diese, zählvorrichtung und verfahren zur zählung von mikroskopischen partikeln
EP3574303A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur untersuchung von zellen
DE2056291A1 (de) Vorrichtung zur Unterscheidung, zum Zahlen und Sortieren von Teilchen ent sprechend ihrer MikroStruktur
DE10320956B4 (de) Untersuchungsverfahren für biologische Zellen und zugehörige Untersuchungseinrichtung
EP3647767B1 (de) Isovolumetrisches aufkugeln von roten blutzellen
EP3467563A1 (de) Mikroskopiervorrichtung
AT527038A4 (de) Verfahren zum Bestimmen von Hämolyse, Ikterus und/oder Lipämie in einer Blutprobe
EP3910399A1 (de) Verfahren zur virtuellen annotation von zellen
EP1177472A2 (de) Hochauflösendes videomikroskop zur ausmessung extrahierter proben von partikelsuspensionen mit eingeprägter mechanischer probenschwingung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17705637

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 3014283

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017220648

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20170217

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017705637

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017705637

Country of ref document: EP

Effective date: 20180918