WO2019077157A1 - Method for evaluating microscopic samples and device for carrying out said method - Google Patents

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WO2019077157A1
WO2019077157A1 PCT/EP2018/078834 EP2018078834W WO2019077157A1 WO 2019077157 A1 WO2019077157 A1 WO 2019077157A1 EP 2018078834 W EP2018078834 W EP 2018078834W WO 2019077157 A1 WO2019077157 A1 WO 2019077157A1
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Jiri Snaidr
Claudia Beimfohr
Axel Bonsen
Peter MÜHLHAHN
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Definitions

  • the application relates to a method for evaluating microscopic samples and an apparatus for carrying out this method.
  • the liquid to be examined is filtered in microbiological tests.
  • filters with a side length or diameter of about 2.5cm are used.
  • the microorganisms in a known manner by culturing the filter on agar plates and
  • Staining methods can be applied to the filter itself, and the fluorescence-labeled microorganisms can be counted by fluorescence microscope.
  • a problem with this method is that the filter is not completely flat. That is, for each
  • the focus plane must be adjusted so that a sharp image is obtained.
  • the surface of the filter is detected, and then the Z-motor of the microscope stage is moved so that the filter surface is in focus. Due to the lack of planarity of the filter that preceded has been addressed, this focusing process is repeated for each section. This focusing process is compared to the actual recording of the digital
  • the object of the present invention is to provide a novel method for the evaluation of microscopic samples and a corresponding device, which can reliably and quickly determine the number of microscopic samples to be examined on a support.
  • a carrier with microscopic samples formed thereon is first provided.
  • This carrier is placed on a microscope stage. With the help of a digital camera and a magnifying optics a section of the carrier is shown.
  • the method is determined only by the exposure time of each shot, and thus much faster than the known method.
  • the combined image is obtained by, for each pixel of the combined image, determining the maximum value of the positionally corresponding pixels of the plurality of pixels
  • the combined imaging by means of automatic pattern recognition, in particular based on a histogram of Oriented
  • HOG Gradients
  • SVM Support Vector Machine
  • HOG in conjunction with SVM is a well known pattern recognition technique used, for example, for face recognition or handwriting recognition.
  • Total microscopic samples on the carrier can be evaluated.
  • the XYZ table of the microscope can be moved automatically from one cutout to the next until the entire filter / carrier has been scanned. In this way is a fast and
  • the carrier is a filter for
  • Liquid was used and colored. Instead of a filter, it is also possible to scan the surface of a dish filled with agar or other culture medium.
  • the distance between the Support and the digital camera by 1 - ⁇ , particularly preferably changed by 2 ⁇ , thereby to the focal plane
  • the choice of the distance should be selected so that there is a sufficiently high probability that each microorganism will actually be present in one of the microorganisms
  • the distance should also be sufficiently small, even to a plurality of shots, no significant change in the section due to the magnification or
  • a pixel of a first image located on a particular line and column also corresponds to approximately the same location on the filter as any other image of the same section at changed distance
  • Focus values for sharp images of individual sections are determined, and wherein a flourishfokusbene for the successive images of the remaining sections based on the average of the multiple focus values, the
  • Focus plane to move to another level This can be done by synchronizing the exposure time of the camera and the means for adjusting the focal plane.
  • the inventive device for carrying out the above-mentioned method comprises a microscope stage for
  • magnifying optics for imaging an enlargement of a section of the carrier, means for varying a
  • Focus plane of the digital camera and the magnifying optics with respect to the carrier a controller for controlling the
  • Focus plane so as to produce a plurality of images of a section of the carrier with different focal planes
  • an evaluation unit which is designed to produce a combined image of the plurality of successive images and to evaluate the combined image for the determination of the microscopic samples.
  • Fig. 1 is a schematic view of the invention
  • Fig. 2 is a schematic view of the carrier with the
  • Section and the samples to be evaluated according to the invention are identical to Section and the samples to be evaluated according to the invention.
  • 3 is a flowchart for explaining the
  • the invention is essentially based on that instead
  • Microorganisms / cells are in focus. Through a clearing process, an overall image is calculated from this image stack, which contains all the information of the
  • Image stacks differ only from the focal plane in the Z direction, with the X or Y direction not being changed, i. the images of a stack belong to a fixed XY coordinate on the filter / carrier.
  • Figure shows the cells over the entire filter / support always located inside the pictures of the stack.
  • typical filter / carrier moves in the range of 20 ⁇ , 335 wherein preferably a cover of 32 ⁇ is set.
  • T-stack T-direction * ⁇ , where n is the number of images of the stack
  • 16 images are taken, the exposure time being determined as a function of the signal intensity, the sensitivity of the camera and the aperture setting.
  • the distance relative to the Z-direction of the images within the stack and thus the total travel during the Z-movement is calculated from:
  • Sstapei is the total travel in the Z direction and the formation is the travel path of a single image.
  • V stack / stack
  • the method of the microscope stage 9 in the Z direction can be replaced by a clocked operation for this purpose.
  • Microscope table 9 is moved in stages with intermediate waiting times.
  • the microscope stage 9 is first only by the desired distance of the focal planes of two 395 consecutive images. Subsequently, a defined time is waited and then renewed the engine to process this pause, while the camera 5
  • the waiting time between two traversing commands is calculated from:
  • Twarten TBelight * nNumber of images / HlNumber of steps ⁇
  • the number of figures differ.
  • the number of steps may be greater than the number of mappings of a stack. For example, it is possible first to start the exposure of an image while the microscope stage 9 is stationary, then to the microscope stage 9
  • two or more focal planes are in the image
  • the step size which the microscope stage 9 travels in the Z direction during the exposure of an image may thereby be thereby.
  • the entire travel time can be calculated by including the manufacturer-specific engine speed, for example, then calculated from:
  • TFtime per step formation / VMotor ⁇
  • K total number of images / number of images already taken
  • the waiting time is dynamically adjusted using the correction factor during the current sampling:
  • Filter / carrier 3 is therefore according to the invention in a first step, the start position of the focal plane of the stack set so that the cells are at least in a range that is covered by the process of the microscope stage 9 in the Z direction.
  • three optional points on the edge of the filter are manually optimally focused and thus yielded Mean value for the focal plane (Z value) as starting point
  • multiple points on the filter are manually optimally focused and then used to calculate a topology level of the filter. Based on this topology level, the start point in the Z direction for the image stack is dynamically corrected based on the XY coordinates of the selected section on the filter / carrier.
  • P image stack average value ⁇ ((images * nnumber of steps) / 2)
  • the motor speed is 200ym per second
  • a combined image containing the information of all the individual images of the stack is calculated on the individual images of an image stack.
  • the maximum pixel value (PW) over all images of the stack is determined at each position and entered at the same pixel position in the combined image. This is done for each pixel of the images of the stack. All pictures of the stack have the same pixel number given by the camera in the XY direction.
  • Fig. 1 it can be seen how the device is constructed in principle from the microscope stage 9, the attached filter or carrier 1, the optics 11 and the digital camera 5.
  • the microscope optics 11 and the camera 5 are here only
  • FIG. 2 shows a plan view of the carrier 1 with a cutout 3 marked therein, on which the microorganisms 7 are arranged.
  • a section 7 of the filter / carrier 1 is imaged with the digital camera 5 and this image is stored.
  • the focal plane is changed, for example, in the
  • Microscope table 9 is moved in the Z direction by 2 ⁇ . The procedure then checked whether the maximum change in the focus plane has already been reached or whether the desired number of images of the stack has been created. If this is not the case, another image of the same section is produced and stored. The formation of an image and the method of the focal plane can
  • Focus plane / maximum number of images of the stack reached becomes one of the stored maps
  • Focus plane of the last image of a first stack is the output focus plane of the next stack. It is checked whether all sections of the filter have already been scanned. If this is the case, it ends
  • a petri dish with agar medium for example, a petri dish with agar medium
  • Fluorescence was used in the invention. Again, this is not mandatory if other optical possibilities for detecting microorganisms or microcolonies are given, for example in transmitted light.
  • the brightness value was selected as the pixel value.
  • the pixel value was selected as the pixel value.
  • Brightness value of a particular color to use to achieve better selectivity

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Abstract

The invention relates to a method for evaluating microscopic samples and to a device for carrying out said method. The method according to the invention comprises the following steps: providing a slide (1) having microscopic samples (7); arranging the slide (1) on a microscope stage (9); imaging, with magnification, a portion (3) of the slide (1) by means of a digital camera (5) and a magnifying optical unit (11), the same portion (3) being imaged multiple times and, during the imaging of successive images, the focal plane of the images being shifted; creating a combined image from the plurality of successive images; and evaluating the combined image in order to evaluate the microscopic samples.

Description

Beschreibung  description
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Bewertung von mikroskopischen Proben und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens . The application relates to a method for evaluating microscopic samples and an apparatus for carrying out this method.
Zur Quantifizierung von Bakterien in einem größeren Flüssigkeitsvolumen, beispielsweise 100ml oder mehr, werden bei mikrobiologischen Untersuchungen die zu untersuchende Flüssigkeit filtriert. Üblicherweise werden hierzu Filter mit einer Seitenlänge oder Durchmesser von ca. 2,5cm verwendet. Anschließend werden die Mikroorganismen in bekannter Weise durch Kultivieren der Filter auf Agarplatten und To quantify bacteria in a larger volume of liquid, for example 100 ml or more, the liquid to be examined is filtered in microbiological tests. Usually filters with a side length or diameter of about 2.5cm are used. Subsequently, the microorganisms in a known manner by culturing the filter on agar plates and
nachfolgender optischer Bestimmung von Mikrokolonien subsequent optical determination of microcolonies
analysiert. analyzed.
Als moderne Methoden zur Bestimmung von Mikroorganismen, vorzugsweise Bakterien, auf Filtern hat sich mittlerweile eine spezifische Färbemethode, die sogenannte Fluoreszenz in Situ Hybridisierung (Fish) etabliert. Hierbei werden die Zellen auf einem Träger/Filter durch fluoreszenzmarkierte Nukleinsäure-Sondenmoleküle unter einem Mikroskop sichtbar gemacht. Dieses Verfahren ist in: Amman et. all Microbial . Rev. 59 (1995) , Seiten 143 - 169 beschrieben. As a modern method for the determination of microorganisms, preferably bacteria, on filters has now established a specific staining method, the so-called fluorescence in situ hybridization (Fish). Here, the cells are visualized on a carrier / filter by fluorescence-labeled nucleic acid probe molecules under a microscope. This method is in: Amman et. all Microbial. Rev. 59 (1995), pages 143-169.
In anderen Ausführungsformen können spezifische In other embodiments, specific
Färbemethoden auf das Filter selbst angewendet werden, und die fluoreszenzmarkierten Mikroorganismen können mittels Fluoreszenzmikroskops gezählt werden. Staining methods can be applied to the filter itself, and the fluorescence-labeled microorganisms can be counted by fluorescence microscope.
Da das Filter in der Fläche wesentlich größer als das Gesichtsfeld des Mikroskops ist, müssen zur vollständigen Quantifizierung der Mikroorganismen auf dem Filter eine Since the filter in the surface is much larger than the field of view of the microscope, a complete quantification of the microorganisms on the filter
Vielzahl von Gesichtsfeldern bzw. Ausschnitten ausgezählt werden. Je nach Vergrößerung, Größe des Ausschnitts und Größe des Filters können einige 10.000 Ausschnitte vorliegen, die einzeln ausgewertet werden müssten. Variety of fields of view or sections are counted. Depending on the magnification, size of the clipping and size There may be some 10,000 cutouts in the filter that need to be evaluated individually.
Bei einer hohen Konzentration der Mikroorganismen hat sich daher eingebürgert, nur eine statistisch repräsentative Anzahl von 10 - 100 Ausschnitten zu zählen, und das Ergebnis entsprechend auf die gesamte Fläche hochzurechnen. Diese Vorgehensweise ist allerdings ungenau und mit großen Fehlern behaftet . Auch ist das händische Auszählen der With a high concentration of microorganisms, it has therefore been natural to count only a statistically representative number of 10 - 100 segments and to extrapolate the result accordingly to the entire area. However, this approach is inaccurate and fraught with large errors. Also is the manual counting of the
Mikroorganismen in einem Ausschnitt oft schwierig. Microorganisms in a section often difficult.
Um dieses Problem zu lösen, ist es bekannt, das Filter mithilfe von automatischen Mikroskopen, die über einen motorbetriebenen XYZ-Tisch verfügen, abzufahren und von jedem Ausschnitt über eine Digitalkamera eine Abbildung zu machen, das heißt ein digitales Bild aufzunehmen. Dieses Bild kann dann mit einer Mustererkennung bzw. Objekterkennung in bekannter Weise analysiert werden. Aktuelle Ausgestaltungen dieser automatischen Mikroskope benötigen für die Auswertung eines Trägers/Filters der oben genannten Art immer noch mehr als zwölf Stunden. To solve this problem, it is known to scan the filter using automatic microscopes that have a motorized XYZ table and to take a picture of each cutout via a digital camera, ie to take a digital image. This image can then be analyzed with a pattern recognition or object recognition in a known manner. Current embodiments of these automatic microscopes still require more than twelve hours for the evaluation of a carrier / filter of the type mentioned above.
Ein Problem bei diesem Verfahren besteht darin, dass das Filter nicht vollständig eben ist. Das heißt, für jede A problem with this method is that the filter is not completely flat. That is, for each
Aufnahme muss zunächst die Fokusebene eingestellt werden, sodass eine scharfe Abbildung erhalten wird.  First, the focus plane must be adjusted so that a sharp image is obtained.
Dieser Fokussierungsvorgang auf eine Zielebene, in der die zu erkennenden Mikroorganismen scharf abgebildet sind, wird beim Stand der Technik dadurch gelöst, dass über ein Hilfssystem, beispielsweise ein separat eingespeister This focusing process to a target level in which the microorganisms to be recognized are sharply imaged is achieved in the prior art by using an auxiliary system, for example a separately fed-in
Lasterstrahl, die Oberfläche des Filters detektiert wird, und anschließend der Z-Motor des Mikroskoptisches so verfahren wird, dass die Filteroberfläche im Fokus liegt. Aufgrund der fehlenden Planarität des Filters, die vorangehend angesprochen wurde, ist dieser Fokussiervorgang für jeden Ausschnitt zu wiederholen. Dieser Fokussiervorgang ist im Vergleich zu der eigentlichen Aufnahme der digitalen Laster beam, the surface of the filter is detected, and then the Z-motor of the microscope stage is moved so that the filter surface is in focus. Due to the lack of planarity of the filter that preceded has been addressed, this focusing process is repeated for each section. This focusing process is compared to the actual recording of the digital
Abbildung sowie zu dem Verfahren des Tisches in XY-Richtung der zeitintensivste Schritt des gesamten Vorgangs. Figure as well as the method of the table in the XY direction the most time-consuming step of the whole process.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur Bewertung von mikroskopischen Proben und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, die zuverlässig und schnell die Anzahl der zu untersuchenden mikroskopischen Proben auf einem Träger bestimmen kann. The object of the present invention is to provide a novel method for the evaluation of microscopic samples and a corresponding device, which can reliably and quickly determine the number of microscopic samples to be examined on a support.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 10. The dependent claims relate to further advantageous embodiments of the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bewertung von mikroskopischen Proben wird zunächst ein Träger mit darauf ausgebildeten mikroskopischen Proben bereitgestellt. Dieser Träger wird auf einem Mikroskoptisch angeordnet. Mit Hilfe einer Digitalkamera und einer vergrößernden Optik wird ein Ausschnitt des Trägers abgebildet. In the method according to the invention for the evaluation of microscopic samples, a carrier with microscopic samples formed thereon is first provided. This carrier is placed on a microscope stage. With the help of a digital camera and a magnifying optics a section of the carrier is shown.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch The method according to the invention is characterized
gekennzeichnet, dass der gleiche Ausschnitt mehrfach characterized in that the same cutout multiple times
abgelichtet wird, wobei während des Abbildens von is photographed, during the imaging of
aufeinanderfolgenden Abbildungen eine Fokusebene der successive pictures a focal plane of the
Abbildungen verschoben wird. Pictures is moved.
Aus den so gewonnenen mehreren aufeinanderfolgenden Abbildungen wird eine kombinierte Abbildung erstellt. Diese kombinierte Abbildung wird zur Bewertung der mikroskopischen Proben ausgewertet . Da erfindungsgemäß kein Fokussierschritt für die From the thus obtained several successive images a combined image is created. This combined image is evaluated to evaluate the microscopic samples. Since according to the invention no focusing step for the
einzelnen Abbildungen nötig ist, ist das Verfahren nur durch die Belichtungszeit der einzelnen Aufnahmen bestimmt, und somit wesentlich schneller als das bekannte Verfahren. individual images is necessary, the method is determined only by the exposure time of each shot, and thus much faster than the known method.
I einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die kombinierte Abbildung dadurch erhalten, dass für jedes Pixel der kombinierten Abbildung der maximale Wert der positionsmäßig korrespondierenden Pixel der mehreren In a preferred embodiment of the method, the combined image is obtained by, for each pixel of the combined image, determining the maximum value of the positionally corresponding pixels of the plurality of pixels
aufeinanderfolgenden Abbildungen bestimmt wird. successive pictures is determined.
Es wird davon ausgegangen, dass ein Pixel einer It is assumed that a pixel is one
Abbildung den maximalen Wert dann einnimmt, wenn diese Figure takes the maximum value then, if this
Abbildung die Fokusebene in der Ebene des abzubildenden Illustration the focal plane in the plane of the image to be imaged
Objekts, also der mikroskopischen Probe, hat. In den Object, so the microscopic sample has. In the
Bereichen des Ausschnitts, in denen keine mikroskopische Probe vorhanden sind, in denen also keine Fluoreszenz Areas of the section where no microscopic sample is present, so where no fluorescence
stattfindet, wird zwar ebenfalls der Maximalwert der Pixel herangezogen, dieser ist jedoch nur durch das Rauschen bestimmt, und wird sich deutlich von einem positiven Befund unterscheiden . Although the maximum value of the pixels is also used, this is only determined by the noise, and will clearly differ from a positive result.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die kombinierte Abbildung mittels automatischer Mustererkennung, insbesondere beruhend auf einem Histogram of Oriented In a further embodiment of the invention, the combined imaging by means of automatic pattern recognition, in particular based on a histogram of Oriented
Gradients (HOG) in Kombination mit einem Lernalgorithmus mittels Support Vector Machine (SVM) ausgewertet. Gradients (HOG) in combination with a learning algorithm evaluated by Support Vector Machine (SVM).
HOG in Verbindung mit SVM ist eine bekannte Technik zur Mustererkennung, die beispielsweise für Gesichtserkennung oder die Erkennung von Handschriften verwendet wird. HOG in conjunction with SVM is a well known pattern recognition technique used, for example, for face recognition or handwriting recognition.
Beispiele derartiger Mustererkennung sind etwa in Hamayun A. Khan, „MCS HOG Features and SVM Based Handwritten Digit Examples of such pattern recognition are in Hamayun A. Khan, "MCS HOG Features and SVM Based Handwritten Digit
Recognition Systems", Journal of Intelligent Learning Systems and Applications, 2017, 9, Seiten 21-33 oder in Chandrasheka, T.R. et. all. "Face Recognition Based on Histogram of Oriented Gradients, Local Binary Pattern and SVM/HMM Recognition Systems ", Journal of Intelligent Learning Systems and Applications, 2017, 9, pages 21-33, or in Chandrasheka, TR et al.". Face Recognition Based on Histogram of Oriented Gradients, Local Binary Pattern and SVM / HMM
Classifiers" , International Journal of Engineering Sciences 145 and Research Technology, August 2014, Seiten 344-352,  Classifiers ", International Journal of Engineering Sciences 145 and Research Technology, August 2014, pages 344-352,
beschrieben.  described.
Die erfindungsgemäß gewonnene kombinierte Abbildung ist für das menschliche Auge nicht scharf. Jedoch ermöglicht die 150 oben beschriebene Mustererkennung, wenn entsprechende The combined image obtained according to the invention is not clear to the human eye. However, the pattern recognition described above allows, if appropriate
Parametersätze in einer speziell dafür vorbereiteten  Parameter sets in a specially prepared
Datenbank hinterlegt werden, eine zuverlässige und schnelle Erkennung von Mikroorganismen auf dem Träger/Filter.  Database, a reliable and rapid detection of microorganisms on the carrier / filter.
155 Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden 155 According to another aspect of the invention
verschiedene Ausschnitte des Trägers sequenziell in das Gesichtsfeld der Digitalkamera und der Optik gebracht, wobei für jeden Ausschnitt mehrere Abbildungen mit verschiedenen Fokusebenen erstellt werden, für jeden Ausschnitt eine different sections of the carrier are sequentially brought into the field of view of the digital camera and the optics, where for each section several images are created with different focal planes, for each section one
160 kombinierter Abbildung erstellt und ausgewertet wird, und wobei anhand der Auswertung aller Ausschnitte die 160 combined image is created and evaluated, and based on the evaluation of all sections the
mikroskopischen Proben auf dem Träger insgesamt bewertet werden .  Total microscopic samples on the carrier can be evaluated.
165 Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der XYZ-Tisch des Mikroskops automatisch von einem Ausschnitt zum nächsten verfahren werden, bis das gesamte Filter/der gesamte Träger abgetastet ist. Auf diese Art ist eine schnelle und With the method according to the invention, the XYZ table of the microscope can be moved automatically from one cutout to the next until the entire filter / carrier has been scanned. In this way is a fast and
vollständige Auswertung des Filters/Trägers möglich.  complete evaluation of the filter / carrier possible.
170  170
Erfindungsgemäß ist der Träger ein Filter, der zur  According to the invention, the carrier is a filter for
Filtrierung einer mit Mikroorganismen kontaminierten  Filtration of a contaminated with microorganisms
Flüssigkeit verwendet und eingefärbt wurde. Anstelle eines Filters kann auch die Oberfläche einer mit Agar oder einem 175 anderen Kulturmedium gefüllte Schale abgetastet werden.  Liquid was used and colored. Instead of a filter, it is also possible to scan the surface of a dish filled with agar or other culture medium.
Weiter ist es bevorzugt, dass im Mittel zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Abbildungen der Abstand zwischen dem Träger und der Digitalkamera um 1 - ΙΟμτη, besonders bevorzugt um 2μπι verändert wird, um dadurch die Fokusebene zu Furthermore, it is preferred that, on average, between each two consecutive images, the distance between the Support and the digital camera by 1 - ΙΟμτη, particularly preferably changed by 2μπι, thereby to the focal plane
verändern . change.
Die Auswahl des Abstands ist in Abhängigkeit der Größe der untersuchten Mikroorganismen oder Mikrokolonien so zu wählen, dass eine hinreichend große Wahrscheinlichkeit besteht, jeden Mikroorganismus tatsächlich in einer der Depending on the size of the investigated microorganisms or microcolonies, the choice of the distance should be selected so that there is a sufficiently high probability that each microorganism will actually be present in one of the microorganisms
Abbildungen eines Stapels von aufeinanderfolgenden Illustrations of a stack of consecutive
Abbildungen mindestens einmal im Fokus zu haben. Darüber hinaus soll der Abstand auch hinreichend klein sein, um selbst bei einer Mehrzahl von Aufnahmen keine signifikante Änderung des Ausschnitts aufgrund der Vergrößerung oder Focusing on pictures at least once. In addition, the distance should also be sufficiently small, even to a plurality of shots, no significant change in the section due to the magnification or
Verkleinerung des Abstands zwischen Träger und Digitalkamera zu haben. Das heißt, bei den üblichen digitalen Abbildungen, bei der die Pixel in Zeilen und Spalten angeordnet sind, entspricht ein in einer bestimmten Zeile und einer bestimmten Spalte angeordnetes Pixel einer ersten Abbildung annähernd demselben Ort auf dem Filter wie bei jeder anderen Abbildung des gleichen Ausschnitts auch bei verändertem Abstand Reduction of the distance between carrier and digital camera. That is, in the conventional digital mappings where the pixels are arranged in rows and columns, a pixel of a first image located on a particular line and column also corresponds to approximately the same location on the filter as any other image of the same section at changed distance
zwischen Träger und Kamera. between carrier and camera.
Auf diese Art ist es einfach möglich, die Fokusebene in kleinen Schritten zu ändern, wobei nur der Mikroskoptisch in Z-Richtung bewegt werden muss . In this way, it is easily possible to change the focal plane in small steps, with only the microscope stage in the Z direction must be moved.
Es ist dabei nicht erforderlich, dass der Abstand während der Belichtungszeit einer Abbildung konstant bleibt. It is not necessary for the distance to remain constant during the exposure time of an image.
Alternativ dazu ist es natürlich auch möglich, die Optik zu verstellen, so dass sich die Fokusebene ändert, oder die Digitalkamera zu verschieben, und den Träger ortsfest zu halten . Alternatively, it is of course also possible to adjust the optics so that the focal plane changes, or to move the digital camera, and to hold the carrier stationary.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Verfahren der According to a further advantageous method of
Erfindung ist es vorgesehen, zunächst eine Ausgangsfokusebene 215 zu bestimmen, wobei verteilt über das Filter mehrere Invention, it is provided initially a Ausgangsfokusebene 215, where distributed over the filter several
Fokuswerte für scharfe Abbildungen einzelner Ausschnitte ermittelt werden, und wobei eine Ausgangsfokusebene für die aufeinanderfolgenden Abbildungen der übrigen Ausschnitte beruhend auf dem Mittelwert der mehreren Fokuswerte, dem  Focus values for sharp images of individual sections are determined, and wherein a Ausgangsfokusbene for the successive images of the remaining sections based on the average of the multiple focus values, the
220 Ausmaß der Veränderung der Fokusebene zwischen  220 Extent of change of focal plane between
aufeinanderfolgenden Abbildungen und der Anzahl der  successive pictures and the number of
aufeinanderfolgenden Aufnahmen für eine kombinierte Aufnahme berechnet wird.  successive recordings for a combined recording is calculated.
225 Wenn beispielsweise 16 Abbildungen eines Ausschnitts mit 225 For example, if 16 illustrations of a section with
einem Abstand der Fokusebene von 2μιτι gemacht werden sollen, so ist es sinnvoll, die erste Fokusebene um 8μη versetzt hinter den durch die Mittelwertsbildung der Fokuswerte ermittelte Ebene zu setzen, und anschließend in 2pm Schritten 2μιτι be made a distance of the focal plane, so it makes sense to set the first focal plane offset by 8μη behind the determined by the averaging of the focus values level, and then in 2pm steps
230 den Abstand zwischen der Digitalkamera und dem Träger zu 230 the distance between the digital camera and the carrier
vergrößern. In diesem Fall, werden Abbildungen mit  enlarge. In this case, pictures are included
Fokusebenen in einem Bereich von plus minus 8μπι um den oben ermittelten Mittelwert zu erhalten.  Focus planes in a range of plus minus 8μπι to obtain the above-determined average.
235 Weiter ist es vorteilhaft, das für jeden Ausschnitt Next, it's beneficial for every clipping
zwischen 5 und 50, vorzugsweise zwischen 10 und 30  between 5 and 50, preferably between 10 and 30
insbesondere bevorzugt 16 aufeinanderfolgende Abbildungen erzeugt werden, und zu einer kombinierten Abbildung  more preferably, 16 consecutive images are generated, and a combined image
verarbeitet werden.  are processed.
240  240
Es hat sich gezeigt, dass ein Bereich von 32μπι  It has been shown that a range of 32μπι
ausreicht, um bei üblichen Filtern der eingangs beschriebenen Art eine brauchbare kombinierte Abbildung zu erhalten.  sufficient to obtain a useful combined image in conventional filters of the type described above.
245 Des Weiteren ist es bevorzugt, die Fokusebene Furthermore, it is preferred that the focal plane
kontinuierlich oder Schrittweise zu verändern. Ob eine kontinuierliche oder Schrittweise Veränderung der Fokusebene gewählt wird, hängt von der Belichtungszeit einerseits und vor allem der Verstellgeschwindigkeit der Fokusebene ab. Als 250 vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Fokusebene in Stufen zu verfahren, eine Wartezeit einzuhalten, und dann die continuously or gradually change. Whether a continuous or stepwise change of the focus plane is selected depends on the exposure time on the one hand and above all on the adjustment speed of the focal plane. As 250 it has proven advantageous to the focal plane in stages too to wait, and then to wait
Fokusebene um eine weitere Stufe zu verfahren. Dies kann dadurch geschehen, dass die Belichtungszeit der Kamera und das Mittel zum Verstellen der Fokusebene synchronisiert werden. Alternativ ist es auch möglich, nur über eine Focus plane to move to another level. This can be done by synchronizing the exposure time of the camera and the means for adjusting the focal plane. Alternatively, it is also possible to have only one
Zeitsteuerung der Kamera und des Mikroskoptisches Time control of the camera and the microscope stage
sicherzustellen, dass eine Mehrzahl von Abbildungen des selben Ausschnitts mit unterschiedlichen Fokusebenen zu erhalten. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein komplizierter Aufbau und eine komplizierte Steuerung Make sure to get a majority of images of the same section with different focal planes. This is particularly advantageous when a complicated structure and a complicated control
vermieden werden sollen. should be avoided.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausführung des oben genannten Verfahrens umfasst einen Mikroskoptisch zum The inventive device for carrying out the above-mentioned method comprises a microscope stage for
Anordnen eines Trägers, eine Digitalkamera und eine Arranging a vehicle, a digital camera and a
vergrößernde Optik zum Abbilden einer Vergrößerung eines Ausschnitts des Trägers, Mittel zum Verändern einer magnifying optics for imaging an enlargement of a section of the carrier, means for varying a
Fokusebene der Digitalkamera und der vergrößernden Optik in Bezug auf den Träger, eine Steuerung zur Steuerung der Focus plane of the digital camera and the magnifying optics with respect to the carrier, a controller for controlling the
Abbildung durch die Digitalkamera und der Veränderung derPicture by the digital camera and the change of the
Fokusebene, um so mehrere Abbildungen eines Ausschnitts des Trägers mit unterschiedlichen Fokusebenen zu erzeugen, und eine Auswertungseinheit, die ausgestaltet ist, um eine kombinierte Abbildung aus den mehreren aufeinanderfolgenden Abbildungen zu erzeugen und um die kombinierte Abbildung zur Bestimmung der mikroskopischen Proben auszuwerten. Focus plane, so as to produce a plurality of images of a section of the carrier with different focal planes, and an evaluation unit which is designed to produce a combined image of the plurality of successive images and to evaluate the combined image for the determination of the microscopic samples.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen und anhand der beiliegenden Figuren In the following, the invention is based on preferred embodiments and with reference to the accompanying figures
beschrieben. described.
Fig. 1: ist eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Fig. 1: is a schematic view of the invention
Vorrichtung;  Device;
Fig. 2: ist eine schematische Ansicht des Trägers mit dem  Fig. 2 is a schematic view of the carrier with the
Ausschnitt und den Proben, die erfindungsgemäß auszuwerten sind; Fig. 3: ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Section and the samples to be evaluated according to the invention; 3 is a flowchart for explaining the
Verfahrens der Erfindung.  Process of the invention.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen darauf, das anstatt The invention is essentially based on that instead
290 für jedes Gesichtsfeld/Ausschnitt des Trägers, zu versuchen, ein scharfes fokussiertes Bild aufzunehmen, eine schnelle Folge von Bildern aufgenommen wird, während gleichzeitig der Mikroskoptisch 9 in Figur 1 in Z-Richtung verfahren wird. Innerhalb dieser aufgenommenen Abbildungsfolge 290 for each field of view / excerpt of the wearer to try to take a sharp focused image, take a fast sequence of images while simultaneously moving the microscope stage 9 in Figure 1 in the Z direction. Within this recorded picture sequence
295 (beispielsweise 16 Bilder mit einem Abstand in Z-Richtung von  295 (for example, 16 images with a distance in the Z direction of
2μιη) befinden sich mehrere Abbildungen, in denen die  2μιη) there are several illustrations in which the
Mikroorganismen/Zellen scharf abgebildet sind. Durch ein Verrechnungsverfahren wird aus diesem Abbildungsstapel ein Gesamtbild errechnet, welches alle Informationen der  Microorganisms / cells are in focus. Through a clearing process, an overall image is calculated from this image stack, which contains all the information of the
300 nacheinander aufgenommenen Abbildungen enthält, und damit  Contains 300 consecutively recorded images, and thus
natürlich auch die Information der fluoreszenzmarkierten Zellen.  of course, the information of fluorescently labeled cells.
Die Darstellung der Zellen unterscheidet sich dabeiThe appearance of the cells is different
305 naturgemäß von derjenigen, wie sie für eine fokussierte By nature, of course, as you focussed on one
Abbildung der Zellen zu finden wäre. Da zur Objekterkennung ein lernender Algorithmus eingesetzt wird, kann die Zelle dennoch als Zelle erkannt werden, da der Erkennungs- algorithmus auf die Darstellung im Gesamtbild trainiert ist, 310 und nicht auf ein fokussiertes Bild der Zelle abstellt.  Figure of the cells would be found. Since a learning algorithm is used for object recognition, the cell can still be recognized as a cell, since the recognition algorithm is trained on the representation in the overall picture, 310 and does not focus on a focused image of the cell.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, auf eine By this method it is possible to one
automatische Fokussierung zu verzichten, um es auch einfachen Mikroskopen ohne mechanische und elektronische Fokussierung to refrain from automatic focusing, even simple microscopes without mechanical and electronic focusing
315 in einer möglichst kurzen Zeit von weniger als zwei Stunden zu ermöglichen, einen Träger der eingangsgenannten Art zu vermessen und auszuwerten. Durch den Verzicht auf eine technisch aufwendige und teure Autofokussierung können kostengünstige Fluoroszenzmikroskope für eine automatische315 in a shortest possible time of less than two hours to measure a carrier of the type mentioned and evaluate. By dispensing with a technically complex and expensive autofocusing cost-effective fluoroscopic microscopes for an automatic
320 Auswertung aufgerüstet werden. Wie oben ausgeführt, wird ein Abbildungsstapel aus 320 evaluation to be upgraded. As stated above, an image stack becomes off
Einzelbildern, die in verschiedenen Ebenen fokussiert sind, an einer beliebigen Position auf einem Filter/Träger  Frames focused in different planes, at any position on a filter / carrier
325 aufgenommen. Die Abbildungen eines so aufgenommenen 325 recorded. The pictures of a picture taken in this way
Abbildungsstapels unterscheiden sich nur von der Fokusebene in Z-Richtung, wobei die X- oder Y-Richtung nicht verändert wird, d.h. die Bilder eines Stapels gehören zu einer festen XY-Koordinate auf dem Filter/Träger. Die Größe des Stapels Image stacks differ only from the focal plane in the Z direction, with the X or Y direction not being changed, i. the images of a stack belong to a fixed XY coordinate on the filter / carrier. The size of the stack
330 wird dabei so gewählt, dass sich die Ebene, die eine scharfe 330 is chosen so that the plane, the sharp
Abbildung der Zellen liefert, über den gesamten Filter/Träger immer innerhalb der Abbildungen des Stapels befindet. Der durchschnittliche Unterschied in Z-Richtung über ein  Figure shows the cells over the entire filter / support always located inside the pictures of the stack. The average difference in Z direction over one
typisches Filter/Träger bewegt sich im Bereich von 20μιτι, 335 wobei bevorzugt eine Abdeckung von 32μπι eingestellt wird.  typical filter / carrier moves in the range of 20μιτι, 335 wherein preferably a cover of 32μπι is set.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt die Bewegung des According to the invention, the movement of the
Mikroskoptisches 9 in Z-Richtung von der reinen  Microscopic 9 in Z-direction of the pure
Belichtungszeit der Abbildung entkoppelt. D.h., dass die Exposure time of the picture decoupled. That is, the
340 Verfahrbewegung des Mikroskoptisches 9 nicht mit der Aufnahme einzelner Abbildungen durch die Digitalkamera 5 340 movement of the microscope stage 9 not with the recording of individual images by the digital camera. 5
synchronisiert ist. Dafür muss die Digitalkamera 5  is synchronized. For this, the digital camera 5
parametrisiert sein und kontinuierliche Bilder liefern, und andererseits zur gleichen Zeit der Mikroskoptisch 9  be parameterized and provide continuous images, and on the other hand at the same time the microscope stage 9
345 entsprechend angepasst verfahren werden. 345 be moved accordingly.
Durch die zusätzliche Entkopplung der Abbildung und der anschließenden Verarbeitung der Abbildungen des Stapels zu einer kombinierten Abbildung ergibt sich die Due to the additional decoupling of the image and the subsequent processing of the images of the stack to a combined image results in the
350 Abtastgeschwindigkeit für das Filter/Träger im Wesentlichen aus den Werten der Belichtungszeit, der Anzahl der 350 scanning speed for the filter / carrier essentially from the values of the exposure time, the number of
aufzunehmenden Abbildungen sowie dem Abstand zwischen den Bildern in Z-Richtung und der dafür benötigten Zeit zum Verfahren des Mikroskoptisches 9.  images to be taken and the distance between the images in the Z direction and the time required for moving the microscope stage 9.
Die benötigte Zeit zur Aufnahme eines Abbildungsstapels ergibt sich dann zu: Tstapel = Tßelichtung * Π, wobei n die Anzahl der Abbildungen des Stapels ist The time required to take an image batch then becomes: T-stack = T-direction * Π, where n is the number of images of the stack
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden 16 Abbildungen aufgenommen, wobei die Belichtungszeit in Abhängigkeit der Signalintensität, der Empfindlichkeit der Kamera und der Blendeneinstellung zu ermitteln ist. In a preferred embodiment of the method, 16 images are taken, the exposure time being determined as a function of the signal intensity, the sensitivity of the camera and the aperture setting.
Der Abstand bezogen auf die Z-Richtung der Abbildungen innerhalb des Stapels und damit der gesamte Verfahrweg während der Z-Bewegung berechnet sich aus: The distance relative to the Z-direction of the images within the stack and thus the total travel during the Z-movement is calculated from:
Sstapel = SAbbildung * Stack = formation
Wobei Sstapei der gesamte Verfahrweg in Z-Richtung und SAbbildung der Verfahrweg einer einzelnen Abbildung ist. Where Sstapei is the total travel in the Z direction and the formation is the travel path of a single image.
Die sich daraus ergebende Geschwindigkeit ist in The resulting speed is in
bekannter Weise geben durch: V = Sstapel/Tstapel- known manner: V = stack / stack
In der Praxis ist die sich ergebende Geschwindigkeit V für handelsübliche Z-Motoren von Mikroskoptischen 9 zu gering, d.h. die Verfahrgeschwindigkeit muss durch In practice, the resulting velocity V for commercial Z motors of microscope stage 9 is too low, i. the traversing speed must be through
zusätzliche Wartezeiten künstlich gedrosselt werden, um den Anforderungen der Belichtungszeit der Kamera gerecht zu werden. Das Verfahren des Mikroskoptisches 9 in Z-Richtung kann hierzu durch einen getakteten Betrieb ersetzt werden. Dazu wird der Mikroskoptisch während der Erstellung des additional waiting times are artificially throttled to meet the requirements of the exposure time of the camera. The method of the microscope stage 9 in the Z direction can be replaced by a clocked operation for this purpose. For this purpose, the microscope stage during the creation of the
Stapels der Abbildungen nicht kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit in Z-Richtung verfahren, sondern der Stacks of images do not proceed continuously at constant speed in the Z direction, but the
Mikroskoptisch 9 wird in Stufen mit zwischen geschalteten Wartezeiten bewegt. Dabei wird der Mikroskoptisch 9 zunächst nur um den gewünschten Abstand der Fokusebenen von zwei 395 aufeinanderfolgenden Abbildungen verfahren. Anschließend wird eine definierte Zeit gewartet und danach der Motor erneuert um diesen Abbstand verfahren, während die Kamera 5 Microscope table 9 is moved in stages with intermediate waiting times. In this case, the microscope stage 9 is first only by the desired distance of the focal planes of two 395 consecutive images. Subsequently, a defined time is waited and then renewed the engine to process this pause, while the camera 5
kontiuierlich eine Abbildung nach der anderen erstellt. Die Wartezeit zwischen zwei Verfahrbefehlen wird errechnet aus: continuously created a picture after another. The waiting time between two traversing commands is calculated from:
400 400
Twarten = TBelichtung * nAnzahl der Bilder / HlAnzahl der Schritte ·  Twarten = TBelight * nNumber of images / HlNumber of steps ·
Mit mAnza i der schritte ist die Anzahl der gewünschten With mAnza i of the steps is the number of desired ones
Fahrunterbrechungen des Motors gemeint. Diese kann sich von Driving interruptions of the engine meant. This may differ from
405 der Anzahl der Abbildungen unterscheiden. Insbesondere kann die Anzahl der Schritte größer als die Anzahl der Abbildungen eines Stapels sein. Es ist beispielsweise möglich, zunächst mit der Belichtung einer Abbildung zu beginnen, während der Mikroskoptisch 9 stillsteht, dann den Mikroskoptisch 9 zu405 the number of figures differ. In particular, the number of steps may be greater than the number of mappings of a stack. For example, it is possible first to start the exposure of an image while the microscope stage 9 is stationary, then to the microscope stage 9
410 verfahren, während die Belichtung der gleichen Abbildung 410 proceed while the exposure of the same figure
durch die Kamrea 5 fortgesetzt wird. Anschließend das Verfahren erneut zu unterbrechen, während weiterhin die selbe Abbildung durch die Kamera belichtet wird. Nach Ende der Abbildungszeit kann der Motor weiter verfahren werden. In dem is continued through the Kamrea 5. Then, pause the procedure again while still exposing the same image through the camera. After the end of the imaging time, the motor can be moved further. In that
415 Fall sind in einer Abbildung zwei oder mehrere Fokusebenen im In a case, two or more focal planes are in the image
Sinne einer „Mehrfachbelichtung" überlagert.  Superimposed on a "multiple exposure".
Die Schrittweite, die der Mikroskoptisch 9 in Z-Richtung während der Belichtung einer Abbildung zurücklegt darf dabeiThe step size which the microscope stage 9 travels in the Z direction during the exposure of an image may thereby
420 nicht größer als der Schärfebereich einer Zellenebene bzw. 420 not larger than the focal range of a cell level or
nicht größer als die Zellengröße selbst sein. Ansonsten besteht die Möglichkeit, dass eine Zelle überhaupt in keiner der Abbildungen „scharf" abgebildet ist. Sie könnte dadurch der Detektion verloren gehen. Ein bevorzugter Wert für den Z- not larger than the cell size itself. Otherwise, there is a possibility that a cell may not be "focused" in any of the images, and it may be lost to detection.
425 Abstand zwischen zwei Bildern beträgt erfindungsgemäß 1 bis 425 distance between two images is according to the invention 1 to
ΙΟμη besonders bevorzugt 2μπι. Die gesamte Verfahrzeit lässt sich unter einbeziehen der herstellerspezifischen Motorgeschwindigkeit beispielsweise dann errechnen aus : ΙΟμη particularly preferably 2μπι. The entire travel time can be calculated by including the manufacturer-specific engine speed, for example, then calculated from:
TFahrzeit pro Schritt = SAbbildung / VMotor · TFtime per step = formation / VMotor ·
Hierbei wird davon ausgegangen, dass für das Beschleunigen und Abbremsen des Motors keine signifikante Zeit benötigt wird . It is assumed that no significant time is needed to accelerate and decelerate the engine.
Da das Erstellen von Abbildungen durch die Kamera 5 nicht mit der Verfahrbewegung des Mikroskoptisches 9 in Z- Richtung synchronisiert ist, treten in der Praxis zusätzliche Abweichungen auf, die korrigiert werden können. Der Since the creation of images by the camera 5 is not synchronized with the movement of the microscope stage 9 in the Z direction, additional deviations occur in practice, which can be corrected. The
Korrekturfaktor dazu ist: Correction factor is:
K = neesamtzahl der Abbildungen / nAnzahl der bereits aufgenommenen Abbildungen K = total number of images / number of images already taken
Zur Kompensation der zusätzlichen Abweichungen wird die Wartezeit mit Hilfe des Korrekturfaktors bei der laufenden Abtastung dynamisch ständig angepasst: To compensate for the additional deviations, the waiting time is dynamically adjusted using the correction factor during the current sampling:
Twarten korrigiert = Twarten * K Twarten corrected = Twarten * K
Erfindungsgemäß ist es darüber hinaus sinnvoll eine Startposition der Fokusebene für das Erstellen der According to the invention, it is also useful a starting position of the focal plane for creating the
Abbildungen zu bestimmen. To determine pictures.
Zu Beginn der automatisierten Erfassung eines At the beginning of automated capture of a
Filters/Trägers 3 wird daher erfindungsgemäß in einem ersten Schritt die Startposition der Fokusebene des Stapels so festgelegt, dass sich die Zellen zumindest in einem Bereich befinden, der durch das Verfahren des Mikroskoptisches 9 in Z-Richtung abgedeckt wird. Hierzu werden in der einfachsten Ausführungsform drei wahlfreie Punkte auf dem Filterrand manuell optimal fokussiert und der sich so ergebene Mittelwert für die Fokusebene (Z-Wert) als Startpunkt Filter / carrier 3 is therefore according to the invention in a first step, the start position of the focal plane of the stack set so that the cells are at least in a range that is covered by the process of the microscope stage 9 in the Z direction. For this purpose, in the simplest embodiment, three optional points on the edge of the filter are manually optimally focused and thus yielded Mean value for the focal plane (Z value) as starting point
465 verwendet. 465 used.
In einer weiteren Ausführungsform werden mehrere Punkte auf dem Filter manuell optimal fokussiert und anschließend zur Berechnung einer Topologieebene des Filters verwendet. 470 Basierend auf dieser Topologieebene wird der Startpunkt in Z- Richtung für den Abbildungsstapel dynamisch anhand der XY- Koordinaten des gewählten Ausschnitts auf dem Filter/Träger korrigiert . In another embodiment, multiple points on the filter are manually optimally focused and then used to calculate a topology level of the filter. Based on this topology level, the start point in the Z direction for the image stack is dynamically corrected based on the XY coordinates of the selected section on the filter / carrier.
475 Die Position für den Start des Abbildungsstapels ergibt sich dann beispielsweise aus: 475 The position for starting the image stack then results, for example, from:
P Abbildungsstapel = PMittelwert ~ ( (Sßilder * nAnzahl Schritte) / 2) P image stack = average value ~ ((images * nnumber of steps) / 2)
480 Bei einem erfindungsgemäßen Beispiel wurde ein Leica 480 In one example of the invention became a Leica
Fluoroszenzmikroskop DMRB mit einem 40fach Objektiv und einer 14 Megapixel Farbkamera (Basler acA4600-10uc USB3 Kamera) verwendet. Das Mikroskop wurde durch einen automatischen XYZ- Tisch OptiScanll® der Firma Prior Scientific, Inc. erweitert.Fluorescence microscope DMRB with a 40x objective and a 14 megapixel color camera (Basler acA4600-10uc USB3 camera) used. The microscope was extended by an automatic XYZ table OptiScanll ® from Prior Scientific, Inc..
485 485
Bei einer durchschnittlichen Belichtungszeit der Kamera 5 von 100 Millisekunden und einem Abstand der gewählten 20 Abbildungen untereinander von 2μιη bei 16 Schritten ergeben sich folgende Werte:  With an average exposure time of the camera 5 of 100 milliseconds and a distance of the selected 20 images with each other of 2μιη at 16 steps, the following values result:
490  490
Gesamtheit für einen Stapel: 20 * 100ms = 2000ms  Total for a batch: 20 * 100ms = 2000ms
Gesamtverfahrweg für den Stapel: 2μπι * 16 = 32pm  Total travel for the stack: 2μπι * 16 = 32pm
Wartezeit: 100ms * 20 / 16 = 125ms  Waiting time: 100ms * 20/16 = 125ms
495 Bei diesem Beispiel ist die Anzahl der Abbildungen 495 In this example, the number of images is
größer als die Anzahl der Verfahrschritte. Auch wenn zwei Abbildungen die identische Fokusebene haben sollten, spielt dies bei der vorgeschlagenen Auswertung keine Rolle, da immer nur der maximale Wert eines Pixels unter den Abbildungen des Stapels berücksichtigt wird, wenn die kombinierte Abbildung erstellt wird. greater than the number of traversing steps. Even if two images should have the same focus plane, this does not matter in the proposed evaluation, as only the maximum value of one pixel under the images of the Batch is considered when creating the combined image.
Es wird also der Motorfahrbefehl für 2i an die So it is the motor drive command for 2i to the
Motorsteuerung gesendet und gleichzeitig der Timer für die Wartezeit gestartet. Der Motor bleibt automatisch nach 2 μιη stehen und bekommt erneut ein Fahrbefehl, wenn der Timer für die 125ms abgelaufen ist. Wichtig ist, dass der Motor für die Strecke nicht länger braucht als 125ms, was aber in der Motor control sent and at the same time the timer for the waiting time started. The engine stops automatically after 2 μιη and gets a drive command again when the timer for the 125ms has expired. It is important that the engine takes no longer than 125ms for the track, but in the
Realität sicher der Fall ist. Reality is certainly the case.
Im folgenden Fall beträgt die Motorgeschwindigkeit 200ym pro Sekunde In the following case the motor speed is 200ym per second
Dann gilt: Then:
Trahrzeit pro Schritt = 2 μΐΏ / 2 0 0 μΐΐΙ / S = 0,01s = 10ms Traditional time per step = 2 μΐΏ / 2 0 0 μΐΐΙ / S = 0.01s = 10ms
Bei diesem Beispiel dauert die Aufnahme eines In this example, recording takes one
Abbildungsstapels 2 Sekunden. Innerhalb dieser Zeit nimmt die Kamera bei einer Belichtungszeit von 100ms 20 Abbildungen auf. Bei der verwendeten Vergrößerung von 40 gibt sich dabei für das gesamte Filter/den Träger 1 eine Abtastzeit von lh 54min. Die gesamte Abtastzeit verlängert sich zusätzlich um den deutlich geringeren Anteil für das Verfahren des Picture stack 2 seconds. Within this time, the camera takes 20 pictures at an exposure time of 100ms. At the magnification used of 40, there is a sampling time of 1 hour 54 minutes for the entire filter / carrier 1. The total sampling time is additionally extended by the much lower proportion for the process of
Mikroskoptisches 9 in XY-Richtung auf maximal 2 Stunden. Microscope 9 in XY direction to a maximum of 2 hours.
Auf den einzelnen Bildern eines Abbildungsstapels wird, wie Eingangs dargelegt, eine kombinierte Abbildung errechnet, welche die Informationen aller Einzelabbildungen des Stapels enthält. Hierzu wird der maximale Pixelwert (PW) über alle Abbildungen des Stapels an jeder Position ermittelt, und an die gleiche Pixelposition in der kombinierten Abbildung eingetragen. Dies wird für jedes Pixel der Abbildungen des Stapels durchgeführt. Alle Abbildungen des Stapels haben die gleiche durch die Kamera vorgegebene Pixelzahl in XY- Richtung . As shown at the beginning, a combined image containing the information of all the individual images of the stack is calculated on the individual images of an image stack. For this purpose, the maximum pixel value (PW) over all images of the stack is determined at each position and entered at the same pixel position in the combined image. This is done for each pixel of the images of the stack. All pictures of the stack have the same pixel number given by the camera in the XY direction.
PW(X, Y) kombinierte Abbildung = PW(X, Y) Max aller Einzelbilder . Auf diese Art ergibt sich zwar ein für das menschlichePW (X, Y) Combined mapping = PW (X, Y) Max of all frames. In this way, there is one for the human
Auge unscharfes Bild bzw. Abbildung, da die Pixelwerte, vorzugsweise Helligkeitswerte, von unscharfen Eye blurred image or image, since the pixel values, preferably brightness values, out of focus
Bildern/Abbildungen - einschließlich der Bewegungsunschärfe - zu entsprechenden Pixeln in der kombinierten Abbildung führen. Eine Auswertung dieser kombinierten Abbildungen kann aber dadurch erfolgen, dass ein lernfähiger  Images / images - including motion blur - lead to corresponding pixels in the combined image. An evaluation of these combined mappings can, however, take place in that an adaptive
Erkennungsalgorithmus speziell auf diese „neuen" für Zellen spezifische Abbildungsobjekte trainiert wird. Hierzu werden in dem dargestellten Verfahren eine Kombination aus der  For this purpose, in the illustrated method, a combination of the
Objekterkennung basierend auf HOG (Histogram of OrientedObject recognition based on HOG (Histogram of Oriented
Gradients) zusammen mit Lernalgorithmus SVM (Support Vector Machine) auf diese Abbildungsobjekte trainiert, so dass diese stellvertretenden für eine fluoreszenzmarkierte Zelle erkannt werden. Einzelheiten der Mustererkennung werden hier nicht weiter ausgeführt, sie sind aber dem Fachmann aus dem bei der oben genannten Druckschriften für andere Zwecke, Gradients) along with learning algorithm SVM (Support Vector Machine) trained on these imaging objects, so that these representatives are recognized for a fluorescently labeled cell. Details of the pattern recognition are not further elaborated here, but they are those skilled in the art from the above-mentioned documents for other purposes,
beispielsweise Handschrifterkennung oder Gesichtserkennung, bekannt . In Fig. 1 ist zu sehen, wie die Vorrichtung prinzipiell aus dem Mikroskoptisch 9, dem darauf angebrachtem Filter oder Träger 1, der Optik 11 und der Digitalkamera 5 aufgebaut ist. Die Mikroskopoptik 11 und die Kamera 5 sind hier nur For example, handwriting recognition or face recognition, known. In Fig. 1 it can be seen how the device is constructed in principle from the microscope stage 9, the attached filter or carrier 1, the optics 11 and the digital camera 5. The microscope optics 11 and the camera 5 are here only
schematisch als einzelne Linse und einfacher Kasten gezeigt. Der Fachmann ist jedoch mit dem Aufbau dieser Komponenten gut vertraut . shown schematically as a single lens and simple box. However, those skilled in the art are well-versed in the design of these components.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Träger 1 mit darin markiertem Ausschnitt 3, auf dem die Mikroorganismen 7 angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt, wie Eingangs beschrieben, voraus, dass zunächst, nach dem das FIG. 2 shows a plan view of the carrier 1 with a cutout 3 marked therein, on which the microorganisms 7 are arranged. As described at the beginning, the method according to the invention requires that first, after the
Filter/Träger 1 auf dem Mikroskoptisch 9 angeordnet und ein Ausschnitt ausgewählt wurde, eine Ausgangsfokusebene Filter / carrier 1 arranged on the microscope stage 9 and a section has been selected, a Ausgangsfokusebene
eingestellt wird. is set.
Anschließend wird ein Ausschnitt 7 des Filters/Trägers 1 mit der Digitalkamera 5 abgebildet und diese Abbildung gespeichert. In einem nächsten Schritt - vorzugsweise aber gleichzeitig mit der Belichtung der Abbildung - wird die Fokusebene verändert, beispielsweise in dem der Subsequently, a section 7 of the filter / carrier 1 is imaged with the digital camera 5 and this image is stored. In a next step - but preferably simultaneously with the exposure of the image - the focal plane is changed, for example, in the
Mikroskoptisch 9 in Z-Richtung um 2μπι verfahren wird. Das Verfahren prüfte dann, ob die maximale Veränderung der Fokusebene bereits erreicht ist oder ob die gewünscht Anzahl an Abbildungen des Stapels erstellt wurde . Ist dies nicht der Fall, so wird eine weitere Abbildung des gleichen Ausschnitts hergestellt und gespeichert. Das Ausbilden einer Abbildung und das Verfahren der Fokusebene können Microscope table 9 is moved in the Z direction by 2μπι. The procedure then checked whether the maximum change in the focus plane has already been reached or whether the desired number of images of the stack has been created. If this is not the case, another image of the same section is produced and stored. The formation of an image and the method of the focal plane can
gleichzeitig oder aufeinander abgestimmt erfolgen, so dass das Verfahren in den Pausen zwischen zwei Abbildungen done concurrently or concerted, so the procedure in the breaks between two figures
erfolgt. Dies ist aber nicht bevorzugt, da es die Zeit zur Erstellung des Abbildungsstapels verlängern kann und da eine Synchronisation zwischen Mikroskoptisch 9 und Kamera 5 eingerichtet werden muss . he follows. However, this is not preferred because it can extend the time for creating the image stack and since a synchronization between microscope stage 9 and camera 5 must be established.
Ist einmal die maximale Veränderung der Once the maximum change is the
Fokusebene/maximale Anzahl der Abbildungen des Stapels erreicht, wird aus den gespeicherten Abbildungen eine Focus plane / maximum number of images of the stack reached becomes one of the stored maps
kombinierte Abbildung erstellt, indem, wie beschrieben, für den Wert eines Pixels der kombinierten Abbildung der Combined image created by, as described, for the value of a pixel of the combined image of the
Maximalwert der korrespondierenden Pixel der einzelnen Maximum value of the corresponding pixels of the individual
Abbildungen gewählt wird. Auf die so gewonnene kombinierte Abbildung wird ein Mustererkennungsverfahren angewendet und die Zahl der Pictures is chosen. On the combined image thus obtained, a pattern recognition method is applied and the number of
Mikroorganismen/Zellen bestimmt. In einem nächsten Schritt wird der Mikroskoptisch 9 inMicroorganisms / cells determined. In a next step, the microscope stage 9 in
XY-Richtung zur Einstellung eines neuen Ausschnitts XY direction for setting a new section
verfahren. Es ist denkbar, bereits während dieser Bewegung in XY-Richtung den Mikroskoptisch 9 auch in Z-Richtung auf die neue Ausgangsfokusebene zu verfahren. Alternativ kann die Z- Bewegungsrichtung bei der Erstellung aufeinanderfolgender Abbildungsstapel auch umgekehrt werden, so dass die method. It is conceivable, even during this movement in the XY direction, to move the microscope stage 9 also in the Z direction to the new output focal plane. Alternatively, the Z-direction of motion can be reversed when creating successive image stacks, so that the
Fokusebene der letzten Abbildung eines ersten Stapels die Ausgangsfokusebene des nächsten Stapels ist. Es wird geprüft, ob bereits alle Ausschnitte des Filters abgetastet wurden. Ist dies der Fall, so beendet die Focus plane of the last image of a first stack is the output focus plane of the next stack. It is checked whether all sections of the filter have already been scanned. If this is the case, it ends
Vorrichtung das Verfahren. Ist dies nicht der Fall, wird erneut die Ausgangsfokusebene eingestellt und ein neuer Device the procedure. If this is not the case, the output focus level is set again and a new one
Stapel von Abbildungen erstellt. Pile of illustrations created.
Obwohl die Erfindung vorangehend anhand von einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, ist die Although the invention has been described above with reference to a preferred embodiment, is the
Erfindung hierauf nicht beschränkt. Verschiedene Abänderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, die für den Fachmann geläufig sind. Invention not limited thereto. Various modifications and modifications can be made which are familiar to those skilled in the art.
Die hier beschriebene Mustererkennung ist nur ein The pattern recognition described here is only one
Beispiel. Andere Mustererkennungsverfahren sind dem Fachmann geläufig, und können angewendet werden. Example. Other pattern recognition techniques will be apparent to those skilled in the art and may be used.
Mit der Erfindung ist es möglich, die üblichen With the invention it is possible to use the usual
Verarbeitungszeiten zum automatischen Abtasten eines Filters von 12 Stunden auf annähernd 2 Stunden zu verkürzen. Dies erhöht den Durchsatz und die Produktivität bei der Auswertung derartiger Filter beachtlich und senkt die Kosten. Die Erfindung wurde anhand des Abtastens eines Filters beschrieben. Sie ist darauf jedoch nicht beschränkt. Es ist ebenfalls möglich, die Oberfläche einer Schale, To reduce processing times to automatically scan a filter from 12 hours to approximately 2 hours. This considerably increases the throughput and the productivity in the evaluation of such filters and lowers the costs. The invention has been described with reference to the scanning of a filter. It is not limited to this. It is also possible to see the surface of a shell,
beispielsweise einer Petrischale mit Agarmedium, for example, a petri dish with agar medium,
mikroskopisch zu untersuchen. examine microscopically.
Bei der Erfindung wurde Fluoreszenz eingesetzt. Auch dies ist nicht zwingend, wenn andere optische Möglichkeiten zur Erkennung von Mikroorganismen oder Mikrokolonien gegeben sind, beispielsweise im Durchlicht. Fluorescence was used in the invention. Again, this is not mandatory if other optical possibilities for detecting microorganisms or microcolonies are given, for example in transmitted light.
Bei dem geschilderten Beispiel wurde der Helligkeitswert als Pixelwert ausgewählt. Es ist jedoch auch möglich, den In the example described, the brightness value was selected as the pixel value. However, it is also possible the
Helligkeitswert einer bestimmten Farbe zu verwenden, um eine bessere Selektivität zu erreichen. Brightness value of a particular color to use to achieve better selectivity.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Bewertung von mikroskopischen Proben, mit den Schritten: 1. Method for evaluating microscopic samples, comprising the steps of:
Bereitstellen einer Trägers (1) mit mikroskopischen Proben (7) ;  Providing a support (1) with microscopic samples (7);
Anordnen des Trägers (1) auf einem Mikroskoptisch (9) ; Arranging the carrier (1) on a microscope stage (9);
Abbilden unter Vergrößerung eines Ausschnitts (3) des Trägers (1) mittels einer Digitalkamera (5) und einer vergrößernden Optik (11) ; Imaging enlarging a section (3) of the carrier (1) by means of a digital camera (5) and a magnifying optical system (11);
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der gleiche Ausschnitt (3) mehrfach abgebildet wird, wobei während des Abbildens von aufeinanderfolgenden  the same detail (3) is mapped multiple times, during the mapping of successive ones
Abbildungen eine Fokusebene der Abbildungen verschoben wird; Pictures a focal plane of the pictures is moved;
Erstellen einer kombinierten Abbildung aus den mehreren aufeinanderfolgenden Abbildungen; und  Creating a combined image from the plurality of consecutive mappings; and
Auswerten der kombinierten Abbildung zur Bewertung der mikroskopischen Proben.  Evaluate the combined image for evaluation of the microscopic samples.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Abbildung dadurch erhalten wird, dass für jedes Pixel der kombinierten Abbildung der maximale Wert der positionsmäßig korrespondierenden Pixel der mehreren aufeinanderfolgenden Abbildungen bestimmt wird. 2. Method according to claim 1, characterized in that the combined image is obtained by determining, for each pixel of the combined image, the maximum value of the positionally corresponding pixels of the plurality of successive images.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that
die kombinierte Abbildung mittels automatischer  the combined picture by means of automatic
Mustererkennung, insbesondere basierend auf einem Histogram of Oriented Gradient (HOG) in Kombination mit einem Pattern recognition, in particular based on a histogram of orientated gradient (HOG) in combination with a
Lernalgorithmus mittels Support Vector Machine (SVM) Learning algorithm using Support Vector Machine (SVM)
ausgewertet wird. is evaluated.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that
sequenziell verschiedene Ausschnitte des Trägers (1) in ein Gesichtsfeld der Digitalkamera und der Optik (11) gebracht werden, wobei für jeden Ausschnitt mehrere  sequentially different sections of the carrier (1) in a field of view of the digital camera and the optics (11) are brought, wherein for each section a plurality
Abbildungen mit verschiedenen Fokusebenen erstellt werden, für jeden Ausschnitt eine kombinierte Abbildung erstellt und ausgewertet wird, und wobei anhand der Auswertung aller Ausschnitte die mikroskopischen Proben bewertet werden. Illustrations with different focal planes are created, for each section a combined image is created and evaluated, and based on the evaluation of all sections, the microscopic samples are evaluated.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass 5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that
der Träger (1) ein Filter ist, das zur Filtrierung einer mit Mikroorganismen kontaminierten Flüssigkeit verwendet und eingefärbt wurde.  the carrier (1) is a filter which has been used and filtered to filter a microorganism-contaminated liquid.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Abbildungen der Abstand zwischen dem Träger (1) und der Digitalkamera um 1 - 10 μτη, bevorzugt um 2μπι verändert wird, um so die Fokusebene zu verändern. 6. The method according to claim 5, characterized in that between two consecutive images of the distance between the carrier (1) and the digital camera by 1 - 10 μτη, preferably by 2μπι is changed so as to change the focal plane.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass 7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that
zur Bestimmung einer Ausgangsfokusebene verteilt über das Filter (1) mehrere Fokuswerte zur scharfen Abbildung einzelner Ausschnitte ermittelt werden, und wobei die  for determining an output focal plane distributed over the filter (1) a plurality of focus values for the sharp imaging of individual sections are determined, and wherein the
Ausgangsfokusebene für die aufeinanderfolgenden Abbildungen der übrigen Ausschnitte beruhend auf dem Mittelwert der mehreren Fokuswerte, dem Ausmaß der Veränderung der Initial focus plane for the successive mappings of the remaining sections based on the mean of the multiple focus values, the extent of the change in the
Fokusebene zwischen aufeinanderfolgenden Abbildungen und der Anzahl der aufeinanderfolgenden Aufnahmen für eine Focus plane between successive pictures and the number of consecutive pictures for one
kombinierte Aufnahme berechnet wird. combined intake is calculated.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Ausschnitt 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 30, insbesondere bevorzugt 16 aufeinanderfolgende Abbildungen zu einer kombinierten Abbildung verarbeitet werden. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that for each section 5 to 50, preferably 10 to 30, particularly preferably 16 consecutive pictures are processed into a combined image.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that
die Fokusebene schrittweise verändert wird.  the focal plane is changed step by step.
10. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die 10. A device for carrying out a method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the
Vorrichtung umfasst: Device comprises:
einen Mikroskoptisch (9) zum Anordnen eines Trägers (1) ; eine Digitalkamera (5) und eine vergrößernde Optik zum Abbilden unter Vergrößerung eines Ausschnitts (3) des Trägers (1) ,  a microscope stage (9) for arranging a carrier (1); a digital camera (5) and a magnifying optical system for imaging enlarging a section (3) of the carrier (1),
Mittel zum Verändern einer Fokusebene der Digitalkamera (5) und der vergrößernden Optik in Bezug auf den Träger (1) ; eine Steuerung (11) zur Steuerung der Abbildung durch die Digitalkamera (5) und der Veränderung der Fokusebenen, um so mehrere Abbildungen eines Ausschnitts des Trägers (1) mit unterschiedlichen Fokusebenen zu erzeugen; und  Means for changing a focal plane of the digital camera (5) and the magnifying optic with respect to the carrier (1); a controller (11) for controlling the image by the digital camera (5) and changing the focal planes so as to produce a plurality of images of a section of the carrier (1) having different focal planes; and
eine Auswertungseinheit, die ausgestaltet ist, um eine kombinierte Abbildung aus den mehreren aufeinanderfolgenden Abbildungen zu erzeugen und um die kombinierte Abbildung zur Bestimmung der mikroskopischen Proben auszuwerten.  an evaluation unit configured to generate a combined image from the plurality of successive images and to evaluate the combined image to determine the microscopic samples.
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