WO2020229356A1 - Vorrichtung und verfahren zur unterstützung einer manuellen probenpräparation - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur unterstützung einer manuellen probenpräparation Download PDF

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Michael PANTFÖRDER
Christian SPÄTH
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Boehringer Ingelheim International GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • G01N2035/0491—Position sensing, encoding; closed-loop control

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for supporting manual sample preparation, in particular pipetting.
  • Allocation aids are known from the prior art, in which the user is displayed by means of light sources at which location on a sample carrier a sample preparation is to be carried out, for. B. is to be pipetted. This is to avoid that wrong samples are prepared or the
  • Sample preparation is performed in the wrong order.
  • the display of the correct sample locations requires that the orientation and position of the sample carrier are known and correct. If a sample carrier is misaligned or placed incorrectly, errors in sample preparation can occur despite the placement aid.
  • the sample preparation can be carried out in the wrong place and thus on the wrong sample. leads to be. However, errors can also occur if the sample preparation is carried out at the wrong distance from the sample carrier, so that, for example, the surface of the sample carrier or a sample in the sample carrier is inadvertently touched with a preparation tool, or a preparation tool is too far away from the sample carrier is served.
  • Particularly transparent or glossy sample carriers represent a major challenge for sample preparation, as their alignment or position is often difficult to recognize with the human eye or to detect with sensors.
  • a manual or manual sample preparation is also often due to additional restrictions such.
  • the present invention is therefore based on the object of overcoming the disadvantages mentioned and of providing an apparatus and a method for supporting error-free and safe sample preparation.
  • a device for supporting manual sample preparation has an alignment unit, a sensor unit and an evaluation unit.
  • the alignment unit has an opening on at least one surface which is designed to receive a sample carrier in a specific orientation and / or position in relation to the alignment unit so that a surface of the sample carrier with cavities open on one side for receiving Samples and / or sample vessels is formed in the same direction as the surface of the alignment unit.
  • the alignment unit also has at least one flat, optically detectable pattern which is arranged at or around the opening on the surface of the alignment unit at a defined position.
  • the sensor unit of the device is designed to optically detect this at least one optically detectable pattern and the evaluation unit is designed to use this at least one pattern detected by the sensor unit to determine the orientation and / or position of the sample carrier, in particular the cavities open on one side, to determine.
  • the alignment and / or position of the sample carrier can thus be determined with a very high degree of accuracy, regardless of the surface properties, color or transparency of the sample carrier.
  • the alignment and / or position of transparent, smooth or shiny, but also arbitrarily soiled sample carriers can be recorded with millimeter precision and the alignment and / or position of the cavities can also be precisely determined.
  • the cavities of the sample carrier which are open on one side, can be designed, for example, as depressions or bowls for receiving liquid and / or solid samples, sample holders or vessels, so that the device according to the invention can also support error-free sample preparation on or in these cavities.
  • the sample carrier can in particular be designed as a microtiter plate or as a multiwell plate.
  • the alignment unit can be designed as a detachable frame which can be plugged onto the sample carrier, preferably in a form-fitting manner, or into which the sample carrier can be introduced, preferably in a form-fitting manner.
  • the alignment unit can also be designed in a modular fashion from several units that are assembled around the sample carrier and form the opening in which the sample carrier is received in such a way that the surface of the sample carrier in which the cavities open on one side are formed and the Surface of the alignment unit in which the opening is formed face in the same direction.
  • the sensor unit and the evaluation unit are preferably designed to determine the alignment and / or the position of at least one object agree that is arranged between the sensor unit and the sample carrier, in particular on or in the cavities.
  • the alignment and / or position of the object can be determined in relation to the sample carrier, in particular in relation to openings in the cavities.
  • the at least one object can be a sample holder, a sample vessel or a preparation or analysis tool for sample preparation or sample diagnostics.
  • the at least one object can, in particular, be a manual, i. H. manual, moving preparation or analysis tool, for example from the chemical and process engineering, pharmaceutical or medical field, especially a manual pipetting device.
  • a manual, i. H. manual, moving preparation or analysis tool for example from the chemical and process engineering, pharmaceutical or medical field, especially a manual pipetting device.
  • the sensor unit of the device is advantageously designed with at least one BD sensor, in particular with at least one stereoscopic camera or stereo camera that is designed to be optical
  • the 3D sensor can also be designed to detect the position of the optically detectable pattern and the position of the at least one object in relation to the sensor unit. These positions can typically be recorded as 3D information in a height or depth profile.
  • the evaluation unit can be designed accordingly to adjust or calibrate the positions determined from the 3D information by means of the position determined from the pattern. This has the advantage that the positions of the sample carrier and the object can be determined very precisely, so that error-free sample preparation can also be supported in particular when the sample preparation is carried out on a transparent or shiny sample carrier.
  • the formation of the sensor unit with a 3D sensor also has the The advantage that the position of the sample carrier can, if necessary, only temporarily be determined from the BD information from the BD sensor if the position determination from the pattern of the alignment unit detected by the sensor unit is disturbed or not possible.
  • the position determination by means of the 3D information of the 3D sensor is clearly more inaccurate, but it can offer a fallback possibility in that at least the started sample preparation process can still be safely terminated. This is particularly important when the preparator has no or only a very limited view of the sample carrier or the sample carrier is difficult to see with the human eye.
  • Another advantage of designing the sensor unit with a 3D sensor is that the optically detectable pattern and the at least one object can be recorded using the same sensor or the same stereo camera. As a result, the same intrinsic sensor parameters can be used when detecting the optically detectable pattern and the at least one object, so that no different correction methods, for example corrections of various lens defects from different sensors or cameras, are necessary. Thus, the determination of the alignment or the position of the sample carrier and the at least one object can take place particularly quickly and with significantly fewer errors.
  • the intrinsic sensor parameters can in particular also be determined or calibrated by means of the device or the optically detectable pattern of the alignment unit, ie the optically detectable pattern and the evaluation unit can be designed to determine or respectively determine intrinsic sensor parameters from the pattern optically detected by the sensor unit to calibrate.
  • Typical sensor parameters of cameras are the focal length, the position of the main point of the image and radial or tangential lens distortions or lens defects.
  • the optically detectable pattern can be designed, for example, as a regular grid or with regularly arranged lines, which light enables the determination of lens defects of a sensor with which the sensor unit is formed, or a color card for a color comparison or gray value comparison of a sensor with which the sensor unit is trained.
  • the device advantageously also has an output unit which is designed to receive computer-generated information and / or information about the alignment unit, the sensor unit, the sample carrier, the cavi
  • the output unit can be designed to display or output the information in particular visually, in graphical and / or text form, but also acoustically.
  • the information can, for example, be the alignment and / or position of the alignment unit, the pro, determined by the device
  • the cavities and / or the object include.
  • the evaluation unit can be designed to determine a discrepancy between the alignment and / or position determined by the device and a predetermined target alignment or target position, and
  • the output unit can be designed accordingly, this deviation,
  • the sensor unit, the evaluation unit and the output unit are particularly preferably designed as an augmented reality system; H. the sensor unit, the evaluation unit and the output unit are designed the Rea
  • the sensor unit can be designed to capture an image of the sample carrier and / or the at least one object, and the output unit can be configured
  • BO forms his to represent this image together with computer-generated information and / or information about the alignment unit, the sensor unit, the sample carrier, the cavities and / or the at least one object.
  • the output unit of the device can advantageously be designed as a portable display, in particular as BD glasses.
  • Sensor unit and the output unit can be designed as one unit.
  • a BD sensor with which the sensor unit is designed
  • 3D glasses with which the output unit is designed, can be designed as one unit.
  • the optically detectable pattern of the alignment unit, but also the at least one object can be recorded repeatedly and easily during the sample preparation.
  • the optically detectable pattern, the sample carrier and the at least one object can be captured in a simple manner from the direction of observation of the preparator and for a computer-aided perception of reality of the preparator on the display unit together with computer-generated information and / or information about the alignment unit, the sensor unit, the sample carrier or the cavities are displayed and tracked.
  • a two-dimensional, optically detectable pattern of the alignment unit has preferably homogeneously colored, side by side and / or nested areas that have a certain size and are designed so that at least two sides of the surfaces are aligned parallel to each other and the surfaces at least one of the mutually parallel sides are arranged flush with one another along a common axis, the brightness of the surfaces arranged next to one another and / or one inside the other alternating between lighter and darker surfaces.
  • the parallel Li lines of the sides of the surfaces and / or distinctive features of the pattern such.
  • the corner points of the surfaces, the orientation and / or position of the pattern can be determined, for example, photogrammetrically.
  • the perspective mapping of a three-dimensional object point of a pattern to a two-dimensional image position can be described by means of a projection matrix.
  • the prerequisite for calculating the projection matrix is that there are more than six point correspondences.
  • the greatest plausibility of the projection matrix can be selected by means of maximum likelihood estimation.
  • the contrast between the surfaces arranged next to one another and / or one inside the other can advantageously be a brightness contrast that has a gray value difference of at least 40% in the CMYK color space. shows.
  • the contrast between the surfaces arranged next to one another and / or one inside the other can be a color contrast in which the color values of two different color channels of a color space differ from one another by at least 40%, so that the contrast or the line course between the next to one another and / or surfaces arranged one inside the other, for example by means of color channel splitting
  • the surfaces of the optically detectable pattern can be arranged at a minimal distance from the opening of the alignment unit.
  • the sides of the surfaces of the pattern that are aligned parallel and flush with one another can in particular be configured parallel to a straight edge of the opening of the alignment unit.
  • the maximum number or minimal dimensions of the adjacent and / or nested areas of the pattern can be selected according to the resolution and the maximum field of view of the sensor unit so that the entire pattern can be detected with the sensor unit and the individual areas of the Patterns can be detected with the resolution of the sensor unit.
  • the optically detectable pattern can have surfaces of the same type and at a certain position can have a surface which differs in its shape, orientation, size and / or color from the other surfaces of the pattern this surface, the alignment of the alignment unit in space can be determined.
  • the pattern can be formed from rectangular or square surfaces arranged next to one another and / or one inside the other and can have a non-rectangular or non-square surface at a specific position.
  • the surface of the alignment unit and / or the sample carrier has at least one bar code and / or QR code with information about the type of alignment unit, in particular the alignment and / or position of the at least has an optically detectable pattern in relation to the opening of the alignment unit, and the sensor unit and the evaluation unit are designed, to capture and decrypt the bar code and / or QR code and to provide the information in the bar code and / or QR code for determining the type, orientation and / or position of the sample carrier.
  • the optically detectable pattern of the alignment unit can preferably contain an optically detectable pattern with information about the type of alignment unit.
  • the optically detectable pattern has a number of at least two nested areas for position determination, which are designed around the opening of the alignment unit, and at least 18 areas with information about the type of alignment unit, the at least 18 areas along at least From a measurement of the opening can be arranged side by side.
  • the sensor unit can be designed to optically detect the at least 18 areas
  • the evaluation unit can be designed to assign information about the type of alignment unit from a storage medium or from the pattern to the pattern formed with the at least 18 areas To decipher information about the type of alignment unit and to provide the information for the determination of the type, the alignment and / or the position of the sample carrier.
  • the optically detectable pattern of the alignment unit can in particular also be formed with a QR code or a QR code-like pattern that contains information about the type of alignment unit and / or.
  • the QR code or the QR code-like pattern can preferably be designed as a frame QR code or a frame QR code-like code, the drawing surface of the frame QR code or frame QR code-like code to be kept free can be formed with the opening of the alignment unit.
  • the sensor unit and the evaluation unit are designed to recognize certain alignment units by means of object recognition, for example based on their size or shape, and information that is pre-stored on a storage medium to be provided via the alignment unit recognized in each case.
  • a sample carrier is arranged in an opening which is formed in a surface of an alignment unit in a certain orientation and / or position in relation to the alignment unit so that a surface of the sample carrier, which is designed with cavities open on one side for receiving samples or sample vessels, points in the same direction as the surface of the alignment unit.
  • a sensor unit By means of a sensor unit, at least one flat, optically detectable pattern, which is arranged on or around the opening on the surface of the alignment unit at a defined position, is recorded, and by means of an evaluation unit, at least one pattern is used from the pattern recorded by the sensor unit and / or position of the sample carrier, in particular the cavities open on one side, determined.
  • the method can in particular support error-free and reliable sample preparation on or in the cavities of the sample carrier.
  • the described method can be carried out with the described device, that is, the described device is set up to carry out the described method.
  • Fig. 1 in a schematic, perspective view of awhosbei game of a device for supporting a manual sample preparation and paration
  • Fig. 2 In a schematic plan view of an embodiment of an alignment unit from a device for supporting manual sample preparation.
  • FIG. 1 an exemplary embodiment of a device for supporting manual sample preparation is shown in a schematic, perspective view.
  • the device has an alignment unit 1, a Sensor unit 2 and an evaluation unit S, the alignment unit 1 having an opening 5 on at least one surface 4, which is designed to receive a sample carrier in a specific alignment and / or position in relation to the alignment unit 1 so that a surface of the Sample carrier (not shown), which is formed with cavities open on one side for receiving samples or sample vessels, in the same direction as the surface 4 of the alignment unit 1.
  • a surface of the Sample carrier (not shown), which is formed with cavities open on one side for receiving samples or sample vessels, in the same direction as the surface 4 of the alignment unit 1.
  • At or around the opening 5 is on the surface 4 of the alignment unit 1 at a defined position in relation to the alignment unit 1 at least one flat, optical
  • the sensor unit 2 of the device is designed to optically detect this at least one optically detectable pattern 6 and the evaluation unit 3 of the device is designed to use at least one pattern 6 detected by the sensor unit 2 to determine the direction and / or position of the sample carrier, in particular the cavities open on one side.
  • the alignment unit 1 is designed as a clip-on frame for a standardized microtiter plate, as it is e.g. B. by the American National Standards Institute or the Society for Biomolecular Sciences is trained.
  • the device can, however, also be designed with a corresponding opening 5 or for non-standardized sample carriers or corresponding adapters for non-standardized sample carriers.
  • the optically detectable pattern 6 of the device is arranged at a minimal distance from the opening 5 of the alignment unit 1 on the surface of the alignment unit 1. It has lighter and darker surfaces arranged next to one another and / or in one another, in which the brightness of the surfaces arranged next to one another and / or in one another alternates between the lighter and the darker surfaces. At least two sides of the surfaces are aligned parallel to one another and the surfaces are aligned flush with one another or with an edge of the opening 5 of the alignment unit 1 on at least one of the mutually parallel sides.
  • the surfaces are designed in particular as right-angled, rectangular surfaces, with one surface at a certain position being designed as a non-right-angled trapezoidal surface.
  • the alignment and the position of the pattern 6 or the alignment unit 1 can be determined from the pattern 6 detected by the sensor unit 2 on the basis of the known sizes and lines as well as distinctive features such as the non-rectangular trapezoidal surface. Based on this, the alignment and position of the sample carrier and the cavities can be precisely determined and tracked independently of the surface properties of the sample carrier, thus supporting error-free sample preparation.
  • the sensor unit 2 and the evaluation unit S are also designed to align and / or position at least one object (not shown) that is arranged between the sensor unit 2 and the sample carrier, in relation to openings in the cavities , which are formed on the surface of the sample carrier to be determined.
  • the sensor unit 2 of the device is designed with an SD sensor which detects the orientation and / or position of a manually guided sample preparation tool, in particular a pipette.
  • the device also has an output unit 7, which is designed to display computer-generated information and / or information about the alignment unit 1, the sensor unit 2, the sample carrier, the cavities and / or the at least one object.
  • the output unit 7 is designed as a portable display, in particular as stereoscopic BD glasses.
  • the sensor unit 2 is integrated into the output unit 7 together with the evaluation unit 3 and forms an augmented reality system in which the position, direction and movement of the manually operated sample preparation tool can be easily detected from the direction of view of the sample preparator and for a computer-aided perception of reality (augmented reality) of the preparator on the output unit 7 together with computer-generated information and / or information about the alignment unit 1, the sensor unit 2, the sample carrier or the cavities can be displayed and tracked.
  • augmented reality augmented reality
  • Information about the alignment unit 1 can, for example, be a bar code or a QR code on the surface 4 of the alignment unit 1 is arranged, detected by means of the sensor unit 2 and decoded and provided by means of the evaluation unit 1.
  • the sensor unit 2 and the evaluation unit 1 can also be designed to recognize certain alignment units 1 by means of object recognition, for example on the basis of their size or shape, and information about the alignment unit 1 recognized in each case, in particular for determining the position and stored on a storage medium or to provide alignment of the sample carrier.
  • FIG. 2 an embodiment of an alignment unit 1 of a device for supporting manual sample preparation is shown in a schematic plan view.
  • 6e of the alignment unit 1 consists of surfaces 6a, 6b, 6c, 6d, 6e arranged next to one another and / or in one another.
  • the surfaces 6a and 6b are arranged one inside the other, with at least two sides of the surfaces 6a, 6b being aligned parallel to one another and the surfaces 6a, 6b touching one another on at least one of the mutually parallel sides or being arranged flush with one another, and the brightness of the surfaces 6a, 6b arranged one inside the other alternate between lighter and darker surfaces.
  • At least 18 surfaces 6d for coding information about the alignment unit 1 are arranged; in the example shown, five darker square surfaces 6d and four lighter square surfaces 6d are next to each other within a rectangular, lighter surface 6c along one dimension the opening 5 is formed.
  • the sensor unit 2 is designed to optically detect these 18 areas 6d
  • the evaluation unit 3 is designed to decipher information about the type of alignment unit 1 and the information for the determination from the pattern formed with these 18 areas 6d the type, the alignment and / or the position of the sample carrier.
  • the areas 6d for coding information about the alignment unit and / or the sample carrier can also be used as non-square or non-rectangular surfaces be formed.
  • the areas 6c, 6d can in particular also be designed as a frame QR code, wherein the empty character area can be formed with the opening 5.
  • the alignment of the alignment unit 1 can also be determined by means of the non-rectangular surface 6e, which is arranged on the alignment unit 1 at a certain position of the pattern of rectangular surfaces 6a, 6b, 6c, 6d, 6e.
  • the device can thus be used to reliably and precisely determine the position and / or orientation of a sample carrier and to support error-free and safe sample preparation, in particular also on or in cavities of transparent or reflective sample carriers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterstützung einer manuellen Probenpräparation. Die Vorrichtung weist eine Ausrichteeinheit (1), eine Sensoreinheit (2) und eine Auswerteeinheit (3) auf. Die Ausrichteeinheit (1) weist mindestens an einer Oberfläche (4) eine Öffnung (5) auf, die ausgebildet ist einen Probenträger in einer bestimmten Ausrichtung und bzw. oder Position in Bezug auf die Ausrichteeinheit (1) so aufzunehmen, dass eine Oberfläche des Probenträgers, die mit einseitig offenen Kavitäten für die Aufnahme von Proben oder Probengefäßen ausgebildet ist, in dieselbe Richtung wie die Oberfläche (4) der Ausrichteeinheit (1) weist. Die Ausrichteeinheit (1) weist außerdem mindestens ein flächiges, optisch detektierbares Muster (6, 6a, 6b, 6c, 6d) auf, das an oder um die Öffnung (5) auf der Oberfläche (4) der Ausrichteeinheit (1) an einer definierten Position angeordnet ist. Die Sensoreinheit (2) ist ausgebildet, das mindestens eine optisch detektierbare Muster (6, 6a, 6b, 6c, 6d) optisch zu erfassen und die Auswerteeinheit (3) ist ausgebilder, aus diesem von der Sensoreinheit (2) erfassten, mindestens einen Muster (6, 6a, 6b, 6c, 6d) die Ausrichtung und bzw. oder Position des Probenträgers, insbesondere der einseitig offenen Kavitäten, zu bestimmen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Unterstützung einer
manuellen Probenpräparation
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterstützung einer manuellen Probenpräparation, insbesondere einer Pipettierung.
Aus dem Stand der Technik sind Belegungshilfen bekannt, bei denen dem Be nutzer mittels Lichtquellen angezeigt wird, an welchem Ort auf einem Proben träger eine Probenpräparation durchzuführen ist, z. B. zu pipettieren ist. Da- durch soll vermieden werden, dass falsche Proben präpariert werden oder die
Probenpräparation in einer falschen Reihenfolge durchgeführt wird. Die An zeige der richtigen Probenorte setzt jedoch voraus, dass die Ausrichtung und Position des Probenträgers bekannt und korrekt sind. Wird ein Probenträger falsch ausgerichtet oder platziert, so können trotz Be legungshilfe Fehler bei der Probenpräparation auftreten. Die Probenpräpara tion kann an einem falschen Ort und somit an einer falschen Probe durchge- führt werden. Es können aber auch Fehler auftreten, wenn die Probenpräpa ration in einem falschen Abstand zum Probenträger durchgeführt wird, sodass beispielsweise die Oberfläche des Probenträgers oder eine Probe im Proben träger mit einem Präparationswerkzeug ungewollt berührt wird, oder ein Prä parationswerkzeug in einem zu großen Abstand zum Probenträger bedient wird.
Eine große Herausforderung für die Probenpräparation stellen hierbei insbe sondere transparente oder glänzende Probenträger dar, da sich deren Aus richtung bzw. Position oft nur schwer mit dem menschlichen Auge erkennen oder mit Sensoren erfassen lässt. Eine manuelle bzw. händische Probenpräpa ration wird darüberhinaus häufig auch noch durch zusätzliche Einschränkun gen, z. B. Einschränkungen der Bewegung oder des Sichtfeldes des Präpara tors, erschwert. Vor allem durch einschränkende Arbeitsschutzmaßnahmen, wie beispielsweise Glove Boxen bzw. Handschuhboxen, treten bei der Pro benpräparation trotz Belegungshilfen häufig Fehler aufgrund einer unbekann ten Ausrichtung bzw. Positionierung des Probenträgers und bzw. oder des Präparationswerkzeuges auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unter stützung einer fehlerfreien und sicheren Probenpräparation bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach An spruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine Vorrichtung zur Unterstützung einer manuellen Probenpräparation weist eine Ausrichteeinheit, eine Sensoreinheit und eine Auswerteeinheit auf. Die Ausrichteeinheit weist an mindestens einer Oberfläche eine Öffnung auf, die ausgebildet ist, einen Probenträger in einer bestimmten Ausrichtung und bzw. oder Position in Bezug auf die Ausrichteeinheit so aufzunehmen, dass eine Oberfläche des Probenträgers, die mit einseitig offenen Kavitäten für die Auf nahme von Proben und bzw. oder Probengefäßen ausgebildet ist, in dieselbe Richtung wie die Oberfläche der Ausrichteeinheit weist. Die Ausrichteeinheit weist außerdem mindestens ein flächiges, optisch detektierbares Muster auf, das an oder um die Öffnung auf der Oberfläche der Ausrichteeinheit an einer definierten Position angeordnet ist. Die Sensor einheit der Vorrichtung ist ausgebildet, dieses mindestens eine optisch detektierbare Muster optisch zu erfassen und die Auswerteeinheit ist ausge bildet, aus diesem von der Sensoreinheit erfassten, mindestens einen Muster die Ausrichtung und bzw. oder Position des Probenträgers, insbesondere der einseitig offenen Kavitäten, zu bestimmen.
Mit der Vorrichtung kann somit die Ausrichtung und bzw. oder Position des Probenträgers unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit, Farbe oder Transparenz des Probenträgers mit einer sehr hohen Genauigkeit bestimmt werden. Dadurch kann insbesondere die Ausrichtung und bzw. oder Position von transparenten, glatten oder glänzenden, aber auch willkürlich verschmut zen Probenträgern millimetergenau erfasst werden und auch die Ausrichtung und bzw. oder Position der Kavitäten präzise bestimmt werden.
Die einseitig offenen Kavitäten des Probenträgers können beispielsweise als Vertiefungen oder Näpfe für die Aufnahme von flüssigen und bzw. oder festen Proben, Probenhaltern oder -gefäßen ausgebildet sein, sodass mit der erfin dungsgemäßen Vorrichtung auch eine fehlerfreie Probenpräparation an oder in diesen Kavitäten unterstützt werden kann. Der Probenträger kann insbe sondere als Mikrotiterplatte oder als Multiwell-Platte ausgebildet sein.
Für eine einfache Handhabung kann die Ausrichteeinheit als lösbarer Rahmen ausgebildet sein, der auf den Probenträger, vorzugsweise formschlüssig, auf gesteckt, oder in den der Probenträger, vorzugsweise formschlüssig, einge bracht werden kann. Alternativ kann die Ausrichteeinheit auch modular aus mehreren Einheiten ausgebildet sein, die um den Probenträger zusammenge fügt werden und die Öffnung bilden, in der der Probenträger so aufgenom men wird, dass die Oberfläche des Probenträgers, in der die einseitig offenen Kavitäten ausgebildet sind, und die Oberfläche der Ausrichteeinheit, in der die Öffnung ausgebildet ist, in dieselbe Richtung weisen.
Die Sensoreinheit und die Auswerteeinheit sind bevorzugt ausgebildet, die Ausrichtung und bzw. oder die Position mindestens eines Objektes zu be- stimmen, das zwischen der Sensoreinheit und dem Probenträger, insbesonde re an oder in den Kavitäten, angeordnet ist. Die Ausrichtung und bzw. oder Position des Objektes kann dabei in Bezug zum Probenträger, insbesondere in Bezug zu Öffnungen der Kavitäten bestimmt werden. Bei dem mindestens einen Objekt kann es sich um einen Probenhalter, ein Probengefäß oder ein Präparations- oder Analysewerkzeug für die Probenpräparation oder Proben diagnostik handeln.
Das mindestens eine Objekt kann insbesondere ein manuell, d. h. händisch, bewegtes Präparations- oder Analysewerkzeug, beispielsweise aus dem che misch-verfahrenstechnischen, pharmazeutischen oder medizinischen Bereich, vor allem ein manuelles Pipettiergerät sein. Mit der Vorrichtung können somit insbesondere Bewegungen von Objekten bei der manuellen Probenpräparati on nachverfolgt und Fehler aufgrund einer unbekannten oder falschen Aus richtung oder Positionierung eines Objektes in Bezug auf den Probenträger oder die Kavitäten vermieden werden.
Die Sensoreinheit der Vorrichtung ist vorteilhafterweise mit mindestens ei nem BD-Sensor ausgebildet, insbesondere mit mindestens einer stereoskopi schen Kamera bzw. Stereokamera, die ausgebildet ist, das optisch
detektierbare Muster zu erfassen, aus dem die Ausrichtung bzw. Position des Musters auf der Ausrichteeinheit und daraus die Ausrichtung bzw. Position des Probenträgers dreidimensional bestimmt werden kann. Der 3D-Sensor kann außerdem ausgebildet sein, die Position des optisch detektierbaren Musters sowie die Position des mindestens einen Objektes in Bezug auf die Sensoreinheit zu erfassen. Diese Positionen können typischerweise als 3D- Informationen in einem Höhen- bzw. Tiefenprofil erfasst werden. Die Auswer teeinheit kann entsprechend ausgebildet sein, die aus den 3D-lnformationen ermittelten Positionen mittels der aus dem Muster ermittelten Position abzu gleichen bzw. zu kalibrieren. Dies hat den Vorteil, dass die Positionen des Pro benträgers und des Objektes sehr präzise bestimmt werden können, sodass eine fehlerfreie Probenpräparation insbesondere auch dann unterstützt wer den kann, wenn die Probenpräparation an einem transparenten oder glän zenden Probenträger durchgeführt wird.
Die Ausbildung der Sensoreinheit mit einem 3D-Sensor hat außerdem den Vorteil, dass die Position des Probenträgers notfalls zeitweise auch nur aus den BD-Information des BD-Sensors bestimmt werden kann, falls die Positi onsbestimmung aus dem von der Sensoreinheit erfassten Muster der Ausrich teeinheit gestört ist oder nicht möglich ist. Die Positionsbestimmung mittels der 3D-lnformationen des 3D-Sensors ist zwar deutlich ungenauer, kann je doch insoweit eine Rückfallmöglichkeit bieten, dass zumindest der begonnene Probenpräparationsprozess noch in einer sicheren Weise abgebrochen wer den kann. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Präparator keine oder eine nur sehr eingeschränkte Sicht auf den Probenträger hat bzw. der Proben träger mit dem menschlichen Auge schwer zu erkennen ist.
Ein weiterer Vorteil der Ausbildung der Sensoreinheit mit einem 3D-Sensor besteht auch darin, dass die Erfassung des optisch detektierbaren Musters und des mindestens einen Objektes mit demselben Sensor bzw. derselben Stereokamera durchgeführt werden können. Dadurch kann bei der Erfassung des optisch detektierbaren Musters und des mindestens einen Objektes auf dieselben intrinsischen Sensorparameter zurückgegriffen werden, sodass kei ne unterschiedlichen Korrekturverfahren, beispielsweise Korrekturen ver schiedener Linsenfehler unterschiedlicher Sensoren bzw. Kameras, notwendig sind. Somit kann die Bestimmung der Ausrichtung bzw. der Position des Pro benträgers und des mindestens einen Objektes besonders rasch und deutlich weniger fehlerbehaftet erfolgen.
Die intrinsischen Sensorparameter können insbesondere auch mittels der Vor richtung bzw. des optisch detektierbaren Musters der Ausrichteeinheit be stimmt bzw. kalibriert werden, d. h. das optisch detektierbare Muster und die Auswerteeinheit können ausgebildet sein, intrinsische Sensorparameter aus dem optisch von der Sensoreinheit erfassten Muster zu bestimmen bzw. zu kalibrieren. Typische Sensorparameter von Kameras sind die Brennweite, die Position des Bildhauptpunktes und radiale oder tangentiale Linsenverzerrun gen bzw. Linsenfehler. Das optisch detektierbare Muster kann beispielsweise als regelmäßiges Gitter oder mit regelmäßig angeordneten Linienverläufen ausgebildet sein, das die Bestimmung von Linsenfehlern eines Sensors ermög licht, mit dem die Sensoreinheit ausgebildet ist, oder eine Farbkarte für einen Farbabgleich oder Grauwertabgleich eines Sensors aufweisen, mit dem die Sensoreinheit ausgebildet ist. Die Vorrichtung weist vorteilhafterweise auch eine Ausgabeeinheit auf, die ausgebildet ist, computergenerierte Informationen und bzw. oder Informatio nen über die Ausrichteeinheit, die Sensoreinheit, den Probenträger, die Kavi
5 täten und bzw. oder das mindestens einen Objekt darzustellen. Die Ausgabe einheit kann ausgebildet sein, die Informationen insbesondere visuell, in grafi scher und bzw. oder Textform, aber auch akustisch darzustellen bzw. auszu geben. Die Informationen können beispielsweise die von der Vorrichtung be stimmte Ausrichtung und bzw. oder Position der Ausrichteeinheit, des Pro
10 benträgers, der Kavitäten und bzw. oder des Objektes umfassen.
Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, eine Abweichung zwischen der jeweils von der Vorrichtung bestimmte Ausrichtung und bzw. oder Position und einer vorgegebenen Soll-Ausrichtung oder Soll-Position zu ermitteln, und
15 falls eine bestimmte unerwünschte Abweichung zu einer bestimmten Zeit, für eine bestimmte Dauer oder mit einer bestimmten Häufigkeit auftrifft, Warn hinweise und bzw. oder Handlungsanweisungen für den Probenpräparator zur Vermeidung oder Behebung der jeweiligen Abweichung zu generieren. Die Ausgabeeinheit kann entsprechend ausgebildet sein, diese Abweichung,
20 Warnhinweise und bzw. oder Handlungsanweisungen darzustellen.
Besonders bevorzugt sind die Sensoreinheit, die Auswerteeinheit und die Ausgabeeinheit als Augmented-Reality-System ausgebildet, d. h. die Sensor einheit, die Auswerteeinheit und die Ausgabeeinheit sind ausgebildet die Rea
25 litätswahrnehmung des Präparators bei der Probenpräparation in Echtzeit computergestützt, d. h. mittels computergenerierten Informationen, die an der Ausgabeeinheit dargestellt werden, zu erweitern. Insbesondere kann die Sensoreinheit ausgebildet sein, ein Bild des Probenträgers und bzw. oder des mindestens einen Objektes zu erfassen, und die Ausgabeeinheit kann ausge
BO bildet sein, dieses Bild zusammen mit computergenerierten Informationen und bzw. oder Informationen über die Ausrichteeinheit, die Sensoreinheit, den Probenträger, die Kavitäten und bzw. oder das mindestens einen Objekt darzustellen.
35 Die Ausgabeeinheit der Vorrichtung kann vorteilhaft als portables Display, insbesondere als BD-Brille, ausgebildet sein. Besonders bevorzugt können die Sensoreinheit und die Ausgabeeinheit als eine Einheit ausgebildet sein. Bei spielsweise können ein BD-Sensor, mit dem die Sensoreinheit ausgebildet ist, und eine 3D-Brille, mit der die Ausgabeeinheit ausgebildet ist, als eine Einheit ausgebildet sein. Somit kann das optisch detektierbare Muster der Ausrichte einheit aber auch das mindestens eine Objekt in wiederholter und einfacher Weise während der Probenpräparation erfasst werden. Insbesondere können das optisch detektierbare Muster, der Probenträger und das mindestens eine Objekt in einfacher Weise aus der Beobachtungsrichtung des Präparators er fasst werden und für eine computergestützte Realitätswahrnehmung des Prä parators an der Anzeigeeinheit zusammen mit computergenerierten Informa tionen und bzw. oder Informationen über die Ausrichteeinheit, die Sensorein heit, den Probenträger oder die Kavitäten dargestellt und nachverfolgt wer den.
Ein flächiges, optisch detektierbares Muster der Ausrichteeinheit weist vor zugsweise homogen farbige, nebeneinander und bzw. oder ineinander ange ordnete Flächen auf, die eine bestimmte Größe aufweisen und so ausgebildet sind, dass mindestens zwei Seiten der Flächen zueinander parallel ausgerich tet sind und die Flächen an mindestens einer der zueinander parallelen Seiten zueinander bündig entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, wobei die Helligkeit der nebeneinander und bzw. oder ineinander angeordneten Flächen zwischen helleren und dunkleren Flächen alterniert. Somit kann aus der bekannten Größe der Flächen, den parallel zueinander verlaufenden Li nien der Seiten der Flächen und bzw. oder markanten Merkmalen des Mus ters, wie z. B. den Eckpunkten der Flächen, die Ausrichtung und bzw. oder Position des Musters beispielsweise fotogrammetrisch bestimmt werden. Die perspektivische Abbildung eines dreidimensionalen Objektpunktes eines Mus ters an eine zweidimensionale Bildposition kann mittels einer Projektionsmat rix beschrieben werden. Voraussetzung für die Berechnung der Projektions matrix ist, dass mehr als sechs Punktkorrespondenzen vorhanden sind. Mittels Maximum-Likelihood-Schätzung kann die größte Plausibilität der Projektions matrix gewählt werden.
Der Kontrast zwischen den nebeneinander und bzw. oder ineinander ange ordneten Flächen kann vorteilhafterweise ein Helligkeitskontrast sein, der einen Grauwertunterschied von mindestens 40% im CMYK-Farbraum auf- weist. Alternativ kann der Kontrast zwischen den nebeneinander und bzw. oder ineinander angeordneten Flächen ein Farbkontrast sein, bei dem die Farbwerte zweier voneinander verschiedener Farbkanäle eines Farbraumes sich wenigstens um 40% voneinander unterscheiden, sodass der Kontrast bzw. der Linienverlauf zwischen den nebeneinander und bzw. oder ineinander angeordneten Flächen beispielsweise durch ein Farbkanalsplitting
detektierbar ist.
Für eine einfache und genaue Positionsbestimmung können die Flächen des optisch detektierbaren Musters in einem minimalen Abstand zur Öffnung der Ausrichteeinheit angeordnet sein. Bei einer Öffnung mit einer geradförmigen Kante können die parallel und bündig zueinander ausgerichteten Seiten der Flächen des Musters insbesondere parallel zu einer geradförmigen Kante der Öffnung der Ausrichteeinheit ausgebildet sein. Die maximale Anzahl bzw. mi nimalen Abmessungen der nebeneinander und bzw. oder ineinander ange ordneten Flächen des Musters kann entsprechend der Auflösung und des ma ximalen Sichtfeldes der Sensoreinheit so gewählt sein, dass das gesamte Mus ter mit der Sensoreinheit erfassbar ist und die einzelnen Flächen des Muster mit der Auflösung des Sensoreinheit detektierbar sind.
Für eine besonders einfache Bestimmung der Ausrichtung kann das optisch detektierbare Muster gleichartige Flächen aufweisen und an einer bestimm ten Position eine Fläche aufweisen, die sich in ihrer Form, Ausrichtung, Größe und bzw. oder Farbe so von den anderen Flächen des Musters unterscheidet, dass anhand dieser Fläche die Ausrichtung der Ausrichteeinheit im Raum be stimmbar ist. Insbesondere kann das Muster aus nebeneinander und bzw. oder ineinander angeordneten rechteckigen oder quadratischen Flächen aus gebildet sein und an einer bestimmten Position eine nicht-rechteckige bzw. nicht-quadratische Fläche aufweisen.
Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Ausrichteein heit und bzw. oder der Probenträger mindestens einen Bar-Code und bzw. oder QR-Code mit Informationen über die Art der Ausrichteeinheit, ins besondere die Ausrichtung und bzw. oder Position des mindestens einen op tisch detektierbaren Musters in Bezug auf die Öffnung der Ausrichteeinheit aufweist, und die Sensoreinheit und die Auswerteeinheit ausgebildet sind, den Bar-Code und bzw. oder QR-Code zu erfassen, zu entschlüsseln und die Informationen des Bar-Codes und bzw. oder QR-Codes für die Bestimmung der Art, der Ausrichtung und bzw. oder der Position des Probenträgers bereit zustellen.
Bevorzugt kann das optisch detektierbare Muster der Ausrichteeinheit ein optisch detektierbares Muster mit Informationen über die Art der Ausrichte einheit enthalten. Besonders bevorzugt weist das optisch detektierbare Mus ter eine Anzahl von mindestens zwei ineinander angeordneten Flächen zur Positionsbestimmung auf, die um die Öffnung der Ausrichteeinheit ausgebil det sind, und mindestens 18 Flächen mit Informationen über die Art der Aus richteeinheit, wobei die mindestens 18 Flächen entlang mindestens einer Ab messung der Öffnung nebeneinander angeordnet sein können. Die Sensorein heit kann ausgebildet sein, die mindestens 18 Flächen optisch zu erfassen, und die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, dem Muster, das mit den mindestens 18 Flächen gebildet ist, Informationen über die Art der Ausrichte einheit aus einem Speichermedium zu zuordnen oder aus dem Muster Infor mationen über die Art der Ausrichteeinheit zu entschlüsseln und die Informa tionen für die Bestimmung der Art, der Ausrichtung und bzw. oder der Positi on des Probenträgers bereitzustellen.
Das optisch detektierbare Muster der Ausrichteeinheit kann insbesondere auch mit einem QR-Code oder QR-Code ähnlichen Muster, das Informationen über die Art der Ausrichteeinheit und bzw. oder enthält, gebildet sein. Der QR-Code bzw. das QR-Code ähnliche Muster können bevorzugt als Frame-QR- Code oder Frame-QR-Code ähnlicher Code ausgebildet sein, wobei die freizu haltende Zeichenfläche des Frame-QR-Codes oder Frame-QR-Code ähnlichen Codes mit der Öffnung der Ausrichteeinheit gebildet sein kann.
Alternativ oder zusätzlich zu Bar-Codes und bzw. oder QR-Codes kann es auch vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit und die Auswerteeinheit ausgebildet sind, bestimmte Ausrichteeinheiten mittels Objekterkennung, beispielsweise anhand ihrer Größe oder Form, zu erkennen, und auf einem Speichermedium vorgespeicherte Informationen über die jeweils erkannte Ausrichteeinheit bereitzustellen. Bei einem Verfahren zur Unterstützung einer manuellen Probenpräparation, wird ein Probenträger in einer Öffnung, die in einer Oberfläche einer Ausrich teeinheit ausgebildet ist, in einer bestimmten Ausrichtung und bzw. oder Posi tion in Bezug auf die Ausrichteeinheit so angeordnet, dass eine Oberfläche des Probenträgers, die mit einseitig offenen Kavitäten für die Aufnahme von Proben oder Probengefäßen ausgebildet ist, in dieselbe Richtung wie die Oberfläche der Ausrichteeinheit weist. Mittels einer Sensoreinheit wird min destens ein flächiges, optisch detektierbares Muster, das an oder um die Öff nung auf der Oberfläche der Ausrichteeinheit an einer definierten Position angeordnet ist, erfasst, und mittels einer Auswerteeinheit aus dem von der Sensoreinheit erfassten, mindestens einen Muster die Ausrichtung und bzw. oder Position des Probenträgers, insbesondere der einseitig offenen Kavitä ten, bestimmt. Dadurch kann mit dem Verfahren insbesondere eine fehler freie und sichere Probenpräparation an oder in den Kavitäten des Probenträ gers unterstützt werden.
Das beschriebene Verfahren kann mit der beschriebenen Vorrichtung durch geführt werden, das heißt, die beschriebene Vorrichtung ist zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Figur 1 bis Figur 2 erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbei spiel einer Vorrichtung zur Unterstützung einer manuellen Probenprä paration und
Fig. 2: in einer schematischen Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer Aus richteeinheit einer Vorrichtung zur Unterstützung einer manuellen Probenpräparation.
In Figur 1 ist in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Ausfüh rungsbeispiel einer Vorrichtung zur Unterstützung einer manuellen Proben präparation dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Ausrichteeinheit 1, eine Sensoreinheit 2 und eine Auswerteeinheit S auf, wobei die Ausrichteeinheit 1 mindestens an einer Oberfläche 4 eine Öffnung 5 aufweist, die ausgebildet ist, einen Probenträger in einer bestimmten Ausrichtung und bzw. oder Position in Bezug auf die Ausrichteeinheit 1 so aufzunehmen, dass eine Oberfläche des Probenträgers (nicht gezeigt), die mit einseitig offenen Kavitäten für die Auf nahme von Proben oder Probengefäßen ausgebildet ist, in dieselbe Richtung wie die Oberfläche 4 der Ausrichteeinheit 1 weist. An bzw. um die Öffnung 5 ist auf der Oberfläche 4 der Ausrichteeinheit 1 an einer definierten Position in Bezug auf die Ausrichteeinheit 1 mindestens ein flächiges, optisch
detektierbares Muster 6 angeordnet. Die Sensoreinheit 2 der Vorrichtung ist ausgebildet dieses mindestens eine optisch detektierbare Muster 6 optisch zu erfassen und die Auswerteeinheit 3 der Vorrichtung ist ausgebildet, aus die sem von der Sensoreinheit 2 erfassten, mindestens einen Muster 6 die Aus richtung und bzw. oder Position des Probenträgers, insbesondere der einseitig offenen Kavitäten, zu bestimmen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Ausrichteeinheit 1 als Aufsteckrahmen für eine standardisierte Mikrotiterplatte, wie sie z. B. vom American National Standards Institute oder der Society für Biomolecular Sciences beschrieben ist, ausgebildet. Die Vorrichtung kann jedoch auch mit einer entsprechenden Öffnung 5 oder für nichtstandardisierte Probenträger oder entsprechende Adapter für nichtstandardisierte Probenträger ausgebil det sein.
Das optisch detektierbare Muster 6 der Vorrichtung ist in einem minimalen Abstand zur Öffnung 5 der Ausrichteeinheit 1 auf der Oberfläche der Ausrich teeinheit 1 angeordnet. Es weist hellere und dunklere nebeneinander und bzw. oder ineinander angeordnete Flächen auf, bei denen die Helligkeit der nebeneinander und bzw. oder ineinander angeordneten Flächen zwischen den helleren und den dunkleren Flächen alterniert. Mindestens zwei Seiten der Flächen sind zueinander parallel ausgerichtet und die Flächen sind an mindestens einer der zueinander parallelen Seiten bündig zueinander bzw. zu einer Kante der Öffnung 5 der Ausrichteeinheit 1 ausgerichtet. Die Flächen sind insbesondere als rechtwinklige, rechteckige Flächen ausgebildet, wobei eine Fläche an einer bestimmten Position als nicht-rechtwinklige trapezförmi ge Fläche ausgebildet ist. Wird das Muster 6 von der Sensoreinheit 2 optisch erfasst, so können aus dem von der Sensoreinheit 2 erfassten Muster 6 an hand der bekannten Größen und Linienverläufe sowie markanten Merkmale, wie der nicht-rechtwinkligen trapezförmige Fläche, die Ausrichtung und die Position des Musters 6 bzw. der Ausrichteeinheit 1 bestimmt werden. Anhand dieser kann die Ausrichtung und Position des Probenträgers und der Kavitäten unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Probenträgers präzise bestimmt und nachverfolgt werden und somit eine fehlerfreie Probenpräpara tion unterstützt werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind die Sensoreinheit 2 und die Auswerteeinheit S außerdem ausgebildet, die Ausrichtung und bzw. oder Position mindestens eines Objektes (nicht gezeigt), das zwischen der Sensor einheit 2 und dem Probenträger angeordnet ist, in Bezug zu Öffnungen der Kavitäten, die an der Oberfläche des Probenträgers ausgebildet sind, zu be stimmen. Die Sensoreinheit 2 der Vorrichtung ist hierfür mit einem SD-Sensor ausgebildet, der die Ausrichtung und bzw. oder Position eines händisch ge führten Probenpräparationswerkzeuges, insbesondere einer Pipette, erfasst.
Die Vorrichtung weist im dargestellten Ausführungsbeispiel weiterhin eine Ausgabeeinheit 7 auf, die ausgebildet ist computergenerierte Informationen und bzw. oder Informationen über die Ausrichteeinheit 1, die Sensoreinheit 2, den Probenträger, die Kavitäten und bzw. oder das mindestens einen Objekt darzustellen. Die Ausgabeeinheit 7 ist im Beispiel der Figur 1 als portables Dis play, insbesondere als stereoskopische BD-Brille ausgebildet. Die Sensorein heit 2 ist zusammen mit der Auswerteeinheit 3 in die Ausgabeeinheit 7 inte griert und bilden ein Augmented-Reality-System, bei dem die Position, Aus richtung und Bewegung des händisch geführten Probenpräparationswerkzeu ges in einfacher Weise aus der Blickrichtung des Probenpräparators erfasst werden können und für eine computergestützte Realitätswahrnehmung (augmented reality) des Präparators an der Ausgabeeinheit 7 zusammen mit computergenerierten Informationen und bzw. oder Informationen über die Ausrichteeinheit 1 , die Sensoreinheit 2, den Probenträger oder die Kavitäten dargestellt und nachverfolgt werden können.
Informationen über die Ausrichteeinheit 1 können beispielsweise über einen Bar-Code oder einen QR-Code, der auf der Oberfläche 4 der Ausrichteeinheit 1 angeordnet ist, mittels der Sensoreinheit 2 erfasst und mittels der Auswer teeinheit 1 decodiert und bereitgestellt werden. Alternativ können die Sen soreinheit 2 und die Auswerteeinheit 1 auch ausgebildet sein, bestimmte Aus richteeinheiten 1 mittels Objekterkennung, beispielsweise anhand ihrer Größe oder Form, zu erkennen, und auf einem Speichermedium vorgespeicherte Informationen über die jeweils erkannten Ausrichteeinheit 1 insbesondere für die Bestimmung der Position und bzw. oder Ausrichtung des Probenträgers bereitzustellen.
In Figur 2 ist in einer schematischen Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer Ausrichteeinheit 1 einer Vorrichtung zur Unterstützung einer manuellen Pro benpräparation dargestellt. Das optisch detektierbare Muster 6a, 6b, 6c, 6d,
6e der Ausrichteeinheit 1 besteht aus nebeneinander und bzw. oder ineinan der angeordneten Flächen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e. Mittels der zwei äußeren recht eckigen Flächen 6a, 6b, die um die Öffnung 5 angeordnet sind, kann die Posi tion der Ausrichteeinheit 1 und des Probenträgers (nicht gezeigt) bestimmt werden. Die Flächen 6a und 6b sind dabei ineinander angeordnet, wobei min destens zwei Seiten der Flächen 6a, 6b zueinander parallel ausgerichtet sind und sich die Flächen 6a, 6b an mindestens einer der zueinander parallelen Seiten berühren bzw. zueinander bündig angeordnet sind, und die Helligkeit der ineinander angeordneten Flächen 6a, 6b zwischen helleren und dunkleren Flächen alterniert.
In den äußeren Flächen 6a und 6b sind mindestens 18 Flächen 6d zur Kodie rung von Informationen über die Ausrichteeinheit 1 angeordnet, im darge stellten Beispiel sind jeweils fünf dunklere quadratische Flächen 6d und vier hellere quadratische Flächen 6d nebeneinander innerhalb einer rechteckigen helleren Fläche 6c entlang einer Abmessung der Öffnung 5 ausgebildet. Die Sensoreinheit 2 ist ausgebildet diese 18 Flächen 6d optisch zu erfassen, und die Auswerteeinheit 3 ist ausgebildet, aus dem Muster, das mit diesen 18 Flä chen 6d gebildet ist, Informationen über die Art der Ausrichteeinheit 1 zu ent schlüsseln und die Informationen für die Bestimmung der Art, der Ausrichtung und bzw. oder der Position des Probenträgers bereitzustellen.
Die Flächen 6d für die Kodierung von Informationen über die Ausrichteeinheit und bzw. oder den Probenträger können auch als nicht-quadratische bzw. nicht-rechteckige Flächen ausgebildet sein. Die Flächen 6c, 6d können insbe sondere auch als Frame-QR-Code ausgebildet sein, wobei die leere Zeichen fläche mit der Öffnung 5 gebildet sein kann. Die Ausrichtung der Ausrichte einheit 1 kann im dargestellten Beispiel außerdem mittels der nicht-rechteckig ausgebildeten Fläche 6e bestimmt werden, die an einer bestimmten Position des Musters aus rechteckigen Flächen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e auf der Ausrichteein heit 1 angeordnet ist. Somit kann mit der Vorrichtung die Position und bzw. Ausrichtung eines Probenträgers zuverlässig und präzise bestimmt werden und eine fehlerfreie und sichere Probenpräparation, insbesondere auch an oder in Kavitäten transparenter oder reflektierender Probenträger, unter stützt werden.
Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiede nen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert und einzeln, unab hängig vom jeweiligen gezeigten Beispiel, beansprucht werden.

Claims

1 FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT...e.V., Boehringer Ingelheim International GmbH 208PCT 0307 Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Unterstützung einer manuellen Probenpräparation aufweisend eine Ausrichteeinheit (1), eine Sensoreinheit (2) und eine Auswerteeinheit (3), wobei die Ausrichteeinheit (1) mindestens an einer Oberfläche (4) eine Öff nung (5) aufweist, und die Öffnung (5) ausgebildet ist, einen Probenträger in einer bestimm ten Ausrichtung und/oder Position in Bezug auf die Ausrichteein heit (1) so aufzunehmen, dass eine Oberfläche des Probenträgers, die mit einseitig offenen Kavitäten für die Aufnahme von Proben oder Probengefäßen ausgebildet ist, in dieselbe Richtung wie die Oberfläche (4) der Ausrichteeinheit (1) weist, dadurch gekennzeichnet dass, die Ausrichteeinheit (1) mindestens ein flächiges, optisch detektierbares Muster (6, 6a, 6b, 6c, 6d) aufweist, das an oder um die Öffnung (5) auf der Oberfläche (4) der Ausrichteeinheit (1) an einer de finierten Position angeordnet ist, die Sensoreinheit (2) ausgebildet ist, das mindestens eine optisch detektierbare Muster (6, 6a, 6b, 6c, 6d) optisch zu erfassen und die Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, aus dem von der Sensorein heit (2) erfassten, mindestens einen Muster (6, 6a, 6b, 6c, 6d) die Aus richtung und/oder Position des Probenträgers, insbesondere der ein seitig offenen Kavitäten, zu bestimmen. 2
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pro benträger als Mikrotiterplatte oder als Multiwell-Platte ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Sensoreinheit (2) und die Auswerteeinheit (3) ausgebildet sind, die Ausrichtung und/oder Position mindestens eines Objektes, insbesondere eines manuellen Pipettiergerätes, in Bezug zu Öffnungen der Kavitäten, die an der Oberfläche (4) des Probenträgers ausgebildet sind, zu bestimmen, wobei das Objekt zwischen der Sen soreinheit (2) und dem Probenträger, insbesondere an oder in den Ka vitäten, angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Sensoreinheit (2) mit mindestens einem 3D- Sensor gebildet ist, insbesondere mit mindestens einer stereoskopi schen Kamera.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Ausgabeeinheit (7) aufweist, die ausgebildet ist, computergenerierte Informationen und/oder In formationen über die Ausrichteeinheit (1), die Sensoreinheit (2), den Probenträger, die Kavitäten und/oder das mindestens einen Objekt darzustellen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus gabeeinheit (7) als portables Display, insbesondere als stereoskopische Brille, ausgebildet ist und bzw. oder die Sensoreinheit (2) und die Aus gabeeinheit (7) als eine Einheit, insbesondere als ein Augmented- Reality-System, ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das mindestens eine Muster (6, 6a, 6b, 6c, 6d) ho mogen farbige, nebeneinander und/oder ineinander angeordnete Flä chen aufweist, die eine bestimmte Größe aufweisen und so ausgebil det sind, dass mindestens zwei Seiten der Flächen zueinander parallel ausgerichtet sind und die Flächen an mindestens einer der zueinander 3
parallelen Seiten zueinander bündig angeordnet sind, wobei die Hellig keit der nebeneinander und/oder ineinander angeordneten Flächen zwischen helleren und dunkleren Flächen alterniert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ne beneinander und/oder ineinander angeordneten Flächen des mindes tens einen Musters (6, 6a, 6b, 6c, 6d) als rechteckige oder quadratische Flächen (6a, 6b, 6c, 6d) ausgebildet sind und das mindestens eine Mus ter (6, 6a, 6b, 6c, 6d) an einer bestimmten Position der Ausrichteein heit (1) eine nicht-rechteckige oder nicht-quadratische Fläche (6e) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Oberfläche (4) der Ausrichteeinheit (1) und/oder der Probenträger mindestens einen Bar-Code und/oder QR- Code (8) mit Informationen über die Art der Ausrichteeinheit (1), ins besondere die Ausrichtung und/oder Position des mindestens einen Musters (6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e) in Bezug auf die Öffnung (5) aufweist, und die Sensoreinheit (2) und die Auswerteeinheit (3) ausgebildet sind, den Bar-Code und/oder QR-Code (8) zu erfassen, zu entschlüsseln und die Informationen des Bar-Codes und/oder QR-Codes (8) für die Be stimmung der Art, der Ausrichtung und/oder der Position des Proben trägers bereitzustellen.
10. Verfahren zur Unterstützung einer manuellen Probenpräparation, bei dem ein Probenträger in einer Öffnung (5), die in einer Oberfläche (4) einer Ausrichteeinheit (1) ausgebildet ist, in einer bestimmten Ausrichtung und/oder Position in Bezug auf die Ausrichteeinheit (1) angeordnet wird, sodass eine Oberfläche des Probenträgers, die mit einseitig offe nen Kavitäten für die Aufnahme von Proben ausgebildet ist, in dieselbe Richtung wie die Oberfläche (4) der Ausrichteeinheit (1) weist,
11. mittels einer Sensoreinheit (2) mindestens ein flächiges, optisch
detektierbares Muster (6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e), das an oder um die Öff- 4
nung (5) auf der Oberfläche (4) der Ausrichteeinheit (1) an einer defi nierten Position angeordnet ist, erfasst wird, und mittels einer Auswerteeinheit (3) aus dem von der Sensoreinheit (2) erfassten, mindestens einem Muster (6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e) die Ausrich tung und/oder Position des Probenträgers, insbesondere der einseitig offenen Kavitäten, bestimmt wird.
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