DE602004008681T2

DE602004008681T2 - Mikroskop-System und Verfahren

Info

Publication number: DE602004008681T2
Application number: DE602004008681T
Authority: DE
Inventors: John R Maddison
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: GB2398196B; DE602004008681D1; EP1772763A1; EP1447699B1; US20080055405A1; US20120120225A1; EP1772763B1; EP1447699A3; GB2398196A; ATE372527T1; US7602996B2; DE602004025298D1; US8107770B2; EP1447699A2; US20040184678A1; US8478073B2; ATE456072T1; GB0302664D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Mikroskopie und insbesondere eine Hilfe für einen Mikroskopbenutzer.
Mikroskope werden gemeinhin dazu verwendet, Bilder sehr kleiner Objekte zu betrachten. Ein typishes optisches Mikroskop hat mehrere Objektivlinsen unterschiedlicher Vergrößerungskraft, um die Betrachtung eines Objekts auf einem Objektträger mit verschiedenen Vergrößerungen zu gestatten.
Ein Problem bei der Betrachtung eines Objekts durch ein Mikroskop ist, dass nur ein Teil des Objekts in dem Blickfeld auf einmal sichtbar ist. Je höher die Vergrößerungskraft der Objektivlinse ist, desto kleiner ist die Fläche des Objekts, die im Blickfeld sichtbar ist. Somit enthält, bei sehr hohen Vergrößerungen (z.B. bei Verwendung einer 20× (oder darüber) Objektivlinse) das Blickfeld nur einen sehr kleinen Teil des vollständigen Objekts. Demzufolge ist es unwahrscheinlich, dass charakteristische Merkmale des Objekts, wie etwa dessen Umrissform, oder die besondere Gestalt von Merkmalen innerhalb des Objekts im Blickfeld sichtbar sind, oder falls sichtbar, ist es unwahrscheinlich, dass sie eine Größe haben, die ausreicht, um die Bestimmung der Position des sichtbaren Bereichs innerhalb des Gesamtobjekts zu gestatten.
Wenn man ein Mikroskop z.B. zur Untersuchung einer biologischen Probe verwendet, wird ein Benutzer die Probe auf dem Objektträger typischerweise mit dem blanken Auge betrachten (z.B. indem er den Träger zum Licht hält), um einen Eindruck der Umrissform der Probe und des Orts besonderer sichtbarer Merkmale innerhalb des Umrisses zu bekommen. Der Benutzer kann dann das Objekt durch das Mikroskop bei geringer Vergrößerung betrachten, um die besonderen Hauptmerkmale des Objekts klar zu identifizieren, bevor er das Objekt bei hoher Vergrößerung im Detail betrachtet.
Wenn der Benutzer die Probe bei hoher Vergrößerung betrachtet, schätzt er die Position des Abschnitts der Probe im Blickfeld innerhalb der gesamten Probe basierend auf seiner Erinnerung der Form der Probe. Im Ergebnis finden es auch sehr erfahrene Mikroskopbenutzer schwierig, die exakte Position eines im Blickfeld enthaltenen Teils der Probe in Bezug auf die Gesamtprobe zu bestimmen, insbesondere bei hohen Vergrößerungen.
In der letzten Zeit sind Entwicklungen im Gebiet der "virtuellen Mikroskopie" gemacht worden, worin digitale Bilder eines Objekts von einem Mikroskop mit einer Digitalkamera aufgenommen werden und diese durch eine Bildverarbeitungssoftware zusammengefügt werden, um ein Gesamtbild des Objekts zu bilden, das auf einem Bildschirm angezeigt werden kann. Ein Beispiel einer virtuellen Mikroskopietechnik ist in der EP-A-0 94 433 im Namen von Fairfield Imaging Limited beschrieben. In der dort beschriebenen Technik werden benachbarte Bilder von einem Mikroskop bei hoher Vergrößerung/Auflösung aufgenommen und zusammengefügt, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Eine niedrig vergrößerte/auflösende Kopie des Bilds wird durch Bildverarbeitung erhalten, und wird auf einem Bildschirm angezeigt und als "Navigationskarte" benutzt. Ein Benutzer kann aus der Navigationskarte einen Abschnitt des Bilds niedriger Vergrößerung/Auflösung auswählen, um es bei hoher Auflösung zu betrachten. Somit hat der Benutzer eines virtuellen Mikroskops den Vorteil, die Positionsbeziehung eines mit hoher Vergrößerung dargestellten Bilds relativ zum Gesamtobjekt zu erkennen.
Obwohl die virtuelle Mikroskopie zunehmend angewendet wird, erfordert sie das Vorsehen eines teueren hochpräzisen Mikroskops, das zum Abbilden von Objektträgern ausgeführt ist, zusammen mit zugeordneter Ausrüstung einschließlich eines Bühnenantriebs, einer hochwertigen digitalen oder Videokamera und einer zugeordneten Workstation. Diese zusätzliche Ausstattung kann voluminös sein und kann die normale Benutzung des Mikroskops beeinträchtigen, wenn keine Bildaufnahme zur virtuellen Mikroskopie durchgeführt wird.
Es wäre wünschenswert, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, das mit einem herkömmlichen Mikroskop benutzt werden kann, das einige der vorgenannten Vorteile der virtuellen Mikroskopie vorsieht. Insbesondere wäre es wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen Hinweis auf die Position einer im Blickfeld eines Mikroskops enthaltenen Fläche einer Mikroskopprobe innerhalb der vollständigen Probe gibt.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer im Blickfeld eines Mikroskops enthaltenen Fläche einer Mikroskopprobe innerhalb der gesamten Probe ist es, eine aufwändige Roboter-Mikroskopbühne zu verwenden, die einen Bühnenantrieb und Sensoren aufweist, um die Position des Blickfelds anhand der Bühnenkoordinaten zu bestimmen. Jedoch ist diese Technik kompliziert und erfordert teuere Ausstattung, die für einen durchschnittlichen Mikroskopbenutzer nicht leicht verfügbar ist.
Die vorliegende Erfindung strebt daher ferner danach, den Bedarf nach solcher teueren Ausstattung zu vermeiden, wenn die Positionsinformation bestimmt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Position einer Fläche eines Objekts innerhalb des Objekts vor, worin ein Bild der Fläche des Objekts innerhalb eines Blickfelds eines Mikroskops enthalten ist, und worin Bilddaten zur Verfügung stehen, die ein niedrigvergrößertes Bild des vollständigen Objekts repräsentieren; wobei das Verfahren umfasst:
Erfassen von digitalen Hoch-vergrößertes-Bild-Daten, die ein Bild des Blickfelds des Mikroskops repräsentieren;
Verarbeiten der digitalen Hoch-vergrößertes-Bild-Daten zum Reduzieren von deren Auflösung;
Vergleichen der verarbeiteten digitalen Hoch-vergrößertes-Bild-Daten mit Teilen der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten;
Feststellen der Position, sodass sie der Position eines am besten passenden Teils der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten entspricht, und gekennzeichent durch:
Darstellen eines Bilds zumindest eines Teils des vollständigen Objekts und des Blickfelds des Mikroskops auf einem Bildschirm; und
Hervorheben der Fläche des Bilds zumindest eines Teils des vollständigen Objekts, der der festgestellten Position entspricht.
Die festgestellte Position kann somit dem Benutzer angegeben werden, z.B. durch Darstellen eines Bilds der vollständigen Probe unter Verwendung der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten auf einem Bildschirm und durch Hervorheben der dem Blickfeld entsprechenden Fläche des Bilds.
Vorteilhaft kann das Verfahren ohne spezielle Ausstattung ausgeführt werden. Z.B. können die Niedrig-vergrößerndes-Bild-Daten mittels eines herkömmlichen Scanners erfasst werden, wobei die Hoch-vergrößerndes-Bild-Daten mittels einer Digitalkamera in Verbindung mit einem herkömmlichen Mikroskop erfasst werden können, und die Verarbeitung der Bilddaten durch einen herkömmlichen Computer oder eine ähnliche Verarbeitungsvorrichtung durchgeführt werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium vor, das ein Computerprogramm enthält, umfassend:
einen Programmschritt zum Erhalten von Hoch-vergrößertes-Bild-Daten, die ein das Bild eines im Blickfeld eines Mikroskops enthaltenen Teils eines Objekts repräsentieren;
einen Programmschritt zum Verarbeiten der Hoch-vergrößertes-Bild-Daten, um deren Auflösung zu reduzieren;
einen Programmschritt zum Vergleichen der verarbeiteten Hoch-vergrößertes-Bild-Daten mit Teilen von in einem Datenspeicher gespeicherten Niedrig- vergrößertes-Bild-Daten für das vollständige Objekt,
einen Programmschritt zum Feststellen der Position basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs; gekennzeichnet durch
einen Programmschritt zum Darstellen eines Bilds zumindest eines Teils des vollständigen Objekts und des Blickfelds des Mikroskops auf einem Bildschirm; und
einen Programmschritt zum Hervorheben der Fläche des Bilds von zumindest einem Teil des vollständigen Objekts, der der festgestellten Position entspricht.
Andere bevorzugte Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Nun werden Ausführungen der vorliegenden Erfindung nur als Beispiel in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 stellt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dar;
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist ein Flussdiagramm, das die Programmschritte darstellt, die durch ein bevorzugtes Computerprogramm ausgeführt werden, das zum Implementieren des Verfahrens der vorliegenden Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
4 zeigt ein niedrigvergrößertes Bild einer Probe unter Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung, und
5 ist eine Bildschirmaufnahme, die die einem Benutzer dargebotene Position eines hochvergrößerten Bilds eines Teils der Probe von 4 innerhalb der vollständigen Probe darstellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung festgestellt ist.
1 zeigt ein Beispiel der Vorrichtung, die zum Implementieren der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Außer anderweitig angegeben, nimmt die Vorrichtung eine herkömmliche Form ein und ist typischerweise eine Vorrichtung, die für einen Mikroskopbenutzer leicht zur Verfügung steht.
Die Vorrichtung umfasst ein Mikroskop 1, das eine bewegbare Bühne 3 enthält, sowie eine Digitalkamera 5, die mit einer Kamerabefestigung des Mikroskops 1 verbunden ist, um Bilder des Mikroskopblickfelds aufzunehmen. Es sollte angemerkt werden, dass, wie auch die Kamerabefestigung, das Mikroskop 1 ein separates Okular oder Okulare (nicht gezeigt) aufweist, um zu ermöglichen, dass ein Benutzer das Mikroskop 1 verwendet, während die Kamera 5 daran angebracht ist.
Die Digitalkamera 5 ist zum Erzeugen digitaler Mikroskopbilder auch mit einer Workstation 7 verbunden, die irgendein herkömmlicher Computer sein kann, der einen Prozessor und einen Speicher aufweist, und in der Lage ist, die digitalen Bilddaten von der Kamera 5 aufzunehmen und zu speichern. Die Workstation 7 hat Benutzerschnittstellen, einschließlich eines Bildschirms 9, einer Tastatur 11 und einer Maus 15, sowie periphere Vorrichtungen einschließlich eines Druckers 17 (nicht gezeigt) und eines Flachbettscanners 19.
Die Workstation 7 wird mit einem Computerprogramm gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung geladen. Insbesondere implementiert das Computerprogramm ein Verfahren, das Positionsinformation in Bezug auf ein Objekt unter dem Mikroskop bestimmt, nämlich die Position einer Fläche eines Objekts, dessen Bild innerhalb eines Blickfelds des Mikroskops 1 enthalten ist, in Bezug auf das vollständige Objekt. Zusätzlich stellt das Computerprogramm die festgestellte Positionsinformation auf dem Bildschirm 9 dar, wie unten im weiteren Detail beschrieben wird.
2 ist ein Flussdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zur Feststellung einer Position einer Fläche einer Probe auf einem Objektträger 21 (wie in 1 gezeigt), dessen Bild innerhalb eines Blickfelds des Mikroskops 1 enthalten ist (wie in 1 gezeigt), relativ zur vollständigen Probe, gemäß der vorliegenden Erfindung.
In Schritt 10 werden Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten der vollständigen Probe erfasst und im Speicher in der Workstation 7 gespeichert. 4 stellt als Beispiel durch Schritt 10 erfasste Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten für eine biologische Probe auf dem Träger 21 dar.
Typischerweise wird Schritt 10 durch Abtasten des die Probe enthaltenden Objektträgers 21 durchgeführt, ohne Vergrößerung oder Ausweitung des Bilds, unter Verwendung eines Flachbettscanners 19, um die höchstmögliche Bildauflösung für den Scanner zu erzielen (z.B. 600, 1200 oder 2400 dpi). Da keine Vergrößerung vorliegt, wird die Menge der Bilddaten auf einer handhabbaren Größe gehalten (z.B. 4000 Pixel Quadrat für eine Probe von 20 mm × 20 mm), zur Verarbeitung. Es versteht sich jedoch, dass jede geeignete Art der Erfassung hochauflösender digitaler Bilddaten ohne signifikante Vergrößerung angewendet werden könnte, z.B. Abtastung mittels eines digitalen Fotokopierers oder Aufnehmen eines Einzelbilds der vollständigen Probe mittels einer hochwertigen Digitalkamera, die eine ähnliche Auflösung wie ein Scanner erzielen kann, wie oben spezifiziert. Es versteht sich ferner, dass eine geringe Vergrößerung (z.B. mittels einer 2× Objektivlinse) in einigen Umständen wünschenswert sein kann und benutzt werden kann, wenn die Datenmenge handhabbar ist (d.h. sie in einer vernünftigen Zeitdauer bearbeitet werden kann).
In Schritt 20 stellt der Bildschirm 9 ein Bild 23 der vollständigen Probe (oder eines signifikanten Anteils davon) auf dem Träger 21 dar, welches in den in Schritt 10 erfassten Bilddaten repräsentiert wird. Dieses Bild, in 5 mit 23 markiert, liefert dem Benutzer eine schnelle Referenz zur Umrissform und zu den charakteristischen Merkmalen der Probe.
In Schritt 30 legt der Benutzer den Träger 21 der Probe, wie auf dem Bildschirm 9 gezeigt, unter das Mikroskop 1 und positioniert die Bühne 3 an einem beliebigen Startpunkt zur Betrachtung der Probe.
In Schritt 40 nimmt die Digitalkamera 5 ein Bild des Mikroskopblickfelds auf und liefert der Workstation 7 die so erfassten Hoch-vergrößertes-Bild-Daten, die im Speicher gespeichert und auf dem Bildschirm 9 als Blickfeldbild 25 dargestellt werden, wie in 5 gezeigt.
In Schritt 50 verarbeitet die Workstation 7 die Hochvergrößerungsdaten, um deren Auflösung zu reduzieren. Da insbesondere die Hoch-vergrößertes-Bild-Daten nur eine kleine Fläche der vollständigen Probe repräsentieren, ist deren Auflösung höher als die Auflösung des Teils der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten, die eine Fläche der Probe der gleichen Größe repräsentieren. Dementsprechend werden die Hoch-aufgelöstes-Bild-Daten durch herkömmliche Bilddezimierung oder ähnliche Techniken bearbeitet, um bearbeitete auflösungsreduzierte Bilddaten zu liefern, die das Blickfeldbild repräsentieren. In der Ausführung ist die Auflösungsreduktion derart, dass die bearbeiteten Bilddaten eine ähnliche Auflösung wie jene eines entsprechenden Abschnitts der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten der vollständigen Probe haben. Die korrekte Auflösungsreduktion wird durch ein Vorkalibrierungssystem erreicht, wie es nachfolgend diskutiert wird.
In Schritt 60 vergleicht die Workstation 7 die Daten des auflösungsreduzierten Bilds des gegenwärtigen Blickfelds mit den Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten für die vollständige Probe zur Bestimmung, ob eine "mögliche Übereinstimmung" gefunden werden kann. Der Vergleich kann z.B. mittels Kreuzkorrelationstechniken durchgeführt werden, wie sie einem Fachkundigen bekannt sind. In der bevorzugten Ausführung hat die Workstation einen vorbestimmten Schwellenwert für jede Mikroskopobjektivlinse, der den Prozentsatz identischer Daten in den Bilddaten niedriger Vergrößerung und hoher Vergrößerung definiert, die notwendig sind, damit dort eine "mögliche Übereinstimmung" vorliegt. Jedesmal, wenn eine mögliche Übereinstimmung in den Niedrigvergrößerungsdaten gefunden wird, wird deren Position aufgezeichnet.
Wenn man dem Vergleich der auflösungsreduzierten Blickfeldbilddaten mit den Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten der vollständigen Probe folgt, dann wird, wenn eine einzige mögliche Übereinstimmung gefunden wird, der Ort der Fläche der Probe in dem Blickfeld festgestellt, sodass er jener der übereinstimmenden Fläche des Bilds der vollständigen Probe entspricht. In diesem Fall lässt in Schritt 70 der Bildschirm 9 die Fläche des dargestellten niedrigvergrößerten Bilds aufleuchten, die mit den Blickfelddaten übereinstimmt, wie in 4 mit einem Kasten gezeigt.
Wenn mehr als eine mögliche Übereinstimmung gefunden wird, kann auf dem Display die beste oder nächste Übereinstimmung hervorgehoben werden (d.h. der Teil des niedrigvergrößerten Bilds mit dem höchsten Prozentsatz identischer Daten zu den Hoch-vergrößertes-Blickfeld-Bild-Daten). Wenn keine Übereinstimmung gefunden wird (d.h. kein Teil der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten einen Prozentsatz identischer Daten hat, die den Schwellenwert überschreiten), dann zeigt in Schritt 80 der Bildschirm 9 dies auf oder neben dem dargestellten Bild der Probe dar (z.B. durch die Worte "Position unbekannt").
In einer bevorzugten Ausführung wird zumindest ein Teil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, wie in 2 dargestellt, in der Form einer Softwareanwendung implementiert, die in der Form eines Computerprogramms oder eines computerlesbaren Mediums vorgesehen sein kann. Ein solches computerlesbares Medium kann eine Platte oder eine andere Datenspeichervorrichtung sein, die in ein Diskettenlaufwerk der Workstation 7 des Systems von 1 geladen werden kann. Alternativ kann, wenn die Workstation 7 mit einem Netzwerk verbunden ist, das Programm in einem eine Website führenden Server gehalten werden, der das Downloaden des Programms durch die Workstation über das Internet gestattet. Somit kann die vorliegende Erfindung in der Form einer Trägerwelle mit dem darauf getragenen Computerprogramm verkörpert sein.
3 stellt die Programmschritte dar, die durch ein Computerprogramm gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Das Computerprogramm wird in die Workstation 7 geladen, die Bilddaten von der Digitalkamera 5 und einem Flachbettscanner 19 erhält, wie oben diskutiert.
Es sei angenommen, dass vor dem Start des in 3 dargestellten Programms der Benutzer das Programm das System initialisiert und falls notwendig eine Kalibrierung des Systems durchführt (dies ist gewöhnlich nur notwendig, wenn das Programm das erste Mal mit einem System benutzt wird oder eine neue Ausstattung in das System installiert wird).
Die herkömmliche Kalibrierung jeder Objektivlinse des Mikroskops in Verbindung mit der Kamera und die Kalibrierung des Scanners ist notwendig, und der Fachkundige würde mit den involvierten erforderlichen Techniken vertraut sein, und eine detaillierte Diskussion davon ist nicht notwendig. Kurz gesagt, wird ein Kalibrierungsgitter mit dem Mikroskop und der Kamera benutzt, um die Anzahl von Pixeln pro Längeneinheit, die in den Hoch-vergrößertes-Bild-Daten repräsentiert sind, und somit deren Auflösung zu messen. Ähnlich wird das kalibrierte Gitter mit dem Scanner benutzt, um die Anzahl von Pixeln pro Längeneinheit, die in den Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten repräsentiert sind, und somit deren Auflösung zu messen. Aus dieser Kalibrierinformation berechnet das Programm die relativen Auslösungen der Bilddaten für das Mikroskop und die Kamera.
Das Programm wird durch einen Benutzer initialisiert, und die Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten von dem Flachbettscanner 19 oder einer anderen Bilddatenquelle werden aufgenommen und in dem Workstationspeicher gespeichert und auf dem Bildschirm 9 dargestellt, mittels herkömmlicher Software (Schritt 10 des Verfahrens von 2), vor den in 3 dargestellten Programmschritten. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungen das Computerprogramm die erforderlichen Programmschritte zur Durchführung des Scanschritts enthalten kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird die Kamera aufgebaut, um Blickfeldbilder mit ihrer höchsten Geschwindigkeit (z.B. 30 Frames pro Sekunde) aufzunehmen, und das Programm läuft fortlaufend, folgend der Initialisierung durch den Benutzer für eine bestimmte Probe. Somit erhält die Workstation fortlaufend Blickfeldbilder.
In Schritt 100 erhält das Programm Blickfeldbilddaten von der Digitalkamera 5. Etwaige Blickfelddaten, die von der Kamera 5 während den sich anschließenden Verarbeitungsschritten 110 bis 170 empfangen werden, werden nicht verarbeitet und können in der Workstation überschrieben werden. Die Blickfeldbilddaten, die gegenwärtig verarbeitet werden, werden im Speicher gehalten und auf dem Bildschirm 9 dargestellt, bis das Programm zu Schritt 100 zurückkehrt, wie unten beschrieben.
In Schritt 110 reduziert das Programm die Auflösung der Blickfelddaten auf eine Auflösung, die jener einer entsprechenden Fläche der Bilddaten der vollständigen Probe angenähert sind, die von dem Scanner 19 erhalten und im Speicher gespeichert werden, um auflösungsreduzierte Blickfelddaten zu erhalten. Die Auflösungsreduktion wird basierend auf den Kalibrierdaten für den Scanner und die Objektivlinse des Mikroskops und die Kamera, von der die Bilddaten erfasst werden, bestimmt, wie oben diskutiert.
In Schritt 120 führt das Programm eine Kreuzkorrelation der in Schritt 110 erhaltenen auflösungsreduzierten Blickfeldbilddaten mit den im Speicher gespeicherten Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten der vollständigen Probe durch und speichert den Ort der Abschnitte der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten für jede mögliche Übereinstimmung. Wie oben erläutert, versteht es sich, dass eine mögliche Übereinstimmung basierend auf der Menge identischer Daten in beiden Bilddatensätzen festgestellt wird, wobei eine mögliche Übereinstimmung identifiziert wird, wenn der Anteil der identischen Daten einen vorbestimmten Schwellenwert für jede Objektivlinse des Mikroskops überschreitet. Z.B. kann der Prozentsatz identischer Daten, der als Schwellenwert für eine potenzielle Übereinstimmung angesehen werden kann, 25% sein. In der Praxis existiert wahrscheinlich eine Übereinstimmung, wenn der Prozentsatz identischer Daten im Bereich von 50% bis 90% liegt (es sollte angenommen werden, dass eine 100%ige Übereinstimmung statistisch unwahrscheinlich ist). In der bevorzugten Ausführung ist der Benutzer in der Lage, diesen Schwellenwert basierend auf den Ergebnissen zu verstellen und daher das System interaktiv zu justieren, um die genaueste Positionsbestimmung zu ermöglichen. Wenn somit der Schwellenwert zu hoch gesetzt wird, wird das System nicht in der Lage sein, in den meisten Fällen die Position zu lokalisieren, und der Benutzer ist in der Lage, den Schwellenwert zu senken, um eine bessere Positionsbestimmung zu erreichen.
In Schritt 130 prüft das Programm, ob die Kreuzkorrelation in zumindest einer möglichen Übereinstimmung zwischen den auflösungsreduzierten Blickfelddaten und den Niedrig-Vergrößerungsdaten für die vollständige Probe resultiert hat.
Wenn Schritt 130 bestimmt, dass die Kreuzkorrelation in einer einzigen möglichen Übereinstimmung der Blickfeldbilddaten in der gesamten Probenbilddaten resultiert hat, geht das Programm zu Schritt 140 weiter und schickt ein Signal zu dem Bildschirm zur Anzeige eines Hinweises auf den Ort des übereinstimmenden Abschnitts des Bilds der vollständigen Probe (z.B. durch farbiges Hervorheben oder, indem, wie in 5 gezeigt, die Fläche des vollständigen Probenbilds auf dem Display entsprechend den übereinstimmenden Bilddaten mit einem Kasten umgeben wird).
Wenn alternativ Schritt 130 bestimmt, dass die Kreuzkorrelation nicht in einer einzigen Übereinstimmung der Bilddaten resultiert hat, geht das Programm zu Schritt 150 weiter, um zu prüfen, ob mehr als eine mögliche Übereinstimmung der Bilddaten durch die Kreuzkorrelation in Schritt 120 gefunden wurde.
Wenn Schritt 150 bestimmt, dass die in Schritt 120 durchgeführte Kreuzkorrelation nicht in mehr als einer möglichen Übereinstimmung resultiert hat, dann wurde keine mögliche Übereinstimmung gefunden, und in Schritt 170 schickt das Programm ein Signal zum Bildschirm 9, um anzuzeigen, dass der Ort des Blickfelds nicht festgestellt werden kann, im vorliegenden Beispiel durch Anzeige der Worte "Position unbekannt".
Wenn alternativ Schritt 150 bestimmt, dass die in Schritt 120 durchgeführte Kreuzkorrelation in mehr als einer Übereinstimmung resultiert hat (was für die meisten biologischen Proben unwahrscheinlich ist, aber für andere Objekttypen auftreten könnte), dann wählt, gemäß der bevorzugten Ausführung, in Schritt 160 das Programm die am besten übereinstimmende Fläche des niedrig vergrößerten Bilds (d.h. die übereinstimmende Fläche der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten mit dem höchsten Prozentsatz identischer Daten der auflösungsreduzierten Blickfelddaten), und schickt ein Signal zum Bildschirm 9, um diese am besten übereinstimmende Fläche in dem vollständigen Probenbild hervorzuheben. In diesem Fall unterscheidet sich die Art des Aufleuchtenlassens bevorzugt von dem Aufleuchten, das in Antwort auf Schritt 140 angewendet wird, wo eine einzige mögliche Übereinstimmung gefunden wird.
In einer anderen Ausführung kann stattdessen Schritt 160 ein Signal zum Bildschirm 9 schicken, um alle übereinstimmenden Abschnitte des Bilds der vollständigen Probe hervorzuheben. In diesem Fall ist es wiederum eine alternative Form des Aufleuchtenlassens wünschenswert, um diese von der definitiven Übereinstimmung in Schritt 140 zu unterscheiden.
Nachdem das Programm in Schritt 140, 160 oder 170 ein Signal zum Bildschirm 9 geschickt hat, kehrt das Programm zu Schritt 100 zurück und beginnt mit der Bearbeitung des nächsten Blickfeldbilds, das von der Kamera 5 aufzunehmen ist, welches dann unmittelbar auf dem Bildschirm 9 dargestellt und im Speicher gespeichert wird.
Im Hinblick auf die Wahrscheinlichkeit, dass für bestimmte Objekttypen nur eine einzige Übereinstimmung auftritt, können in einer anderen Ausführung die Schritte 150 und 160 weggelassen werden. Wenn somit in dieser Ausführung Schritt 130 feststellt, dass die Kreuzkorrelation in einer (einzigen) Übereinstimmung resultiert hat, geht das Programm zu Schritt 140 weiter, und wenn Schritt 130 bestimmt, dass die Kreuzkorrelation nicht in einer (einzigen) Übereinstimmung resultiert hat, geht das Programm direkt zu Schritt 170 weiter.
Wie oben erwähnt, stellt 4 als Beispiel das Bild einer Probe auf einem Träger 21 dar, das durch die niedrigvergrößernde Abtastung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgenommen wurde. Dieses niedrigvergrößerte Bild oder ein Teil davon wird auf dem Bildschirm 9 dargestellt, wie in 5 gezeigt und nachfolgend beschrieben, wenn das Programm von 4 in Verbindung mit dem in 1 gezeigten System verwendet wird.
Wie in 5 gezeigt, enthält in einer bevorzugten Ausführung der Bildschirm 9 zwei speparate Bildschirmflächen: Eine Hauptfläche stellt das gegenwärtige vergrößerte hochauflösende Blickfeldbild des Mikroskops 1 dar, in 5 mit 25 markiert, und eine sekundäre Fläche stellt das niedrigvergrößerte Bild der vollständigen Probe (oder einen Anteil davon) dar, in 5 mit 23 markiert. Das Display kann auch ein Toolbar 17 und eine Informationsfläche 29 enthalten, die Identifizierungsinformation über die gegenwärtige Probe und/oder die Systemausstattung bereitstellt.
Wenn in der bevorzugten Ausführung und wie in 5 gezeigt das Programm in Benutzung ist, zeigt das dargestellte niedrigvergrößerte Bild 23 nicht die vollständige Probe (wie in 4 gezeigt), sondern zeigt stattdessen einen signifikanten Anteil der Fläche der Probe, welche die identifizierte Position des gegenwärtigen Blickfeldbilds 25 umgibt. Es versteht sich, dass anfänglich, oder wenn eine niedrigvergrößernde Objektivlinse benutzt wird (im dargestellten Beispiel wird die 10× Objektivlinse dazu benutzt, das Blickfeldbild zu erhalten), kann die vollständige Probe in der sekundären Fläche des Displays gezeigt werden und als die Navigationskarte benutzt werden.
Wie in 5 gezeigt, wird eine Fläche durch den gestrichelten Umriss in dem niedrigvergrößerten Bild der Probe 23 hervorgehoben, wobei die Fläche der Position innerhalb der vollständigen Probe des hochvergrößerten Blickfeldbilds 25 entspricht und diese repräsentiert. Die hervorgehobene Fläche ändert sich jedesmal, wenn sich die Position der Bühne 3 des Mikroskops 1 ändert und sich daher die Probe bewegt. Auf diese Weise liefert das dargestellte Bild 23 eine Navigationskarte der Probe, die es dem Benutzer ermöglicht, die gegenwärtige Position des Blickfeldbilds leicht zu lokalisieren und die relativen Positionen anderer interessierender Merkmale in der Probe zu bestimmen.
Obwohl die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit einem optischen Mikroskop beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung auch mit anderen Mikroskoptypen benutzt werden kann.
Es können verschiedene Modifikationen und Änderungen an den beschriebenen Ausführungen vorgenommen werden. Es ist beabsichtigt, dass alle solche Varianten, Modifikationen und Äquivalente darin enthalten sind, welche in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Fläche eines Objekts innerhalb des Objekts, worin ein Bild der Fläche des Objekts innerhalb eines Blickfelds eines Mikroskops (1) enthalten ist, und worin Bilddaten zur Verfügung stehen, die ein niedrigvergrößertes Bild des vollständigen Objekts repräsentieren; wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erfassen von Hoch-vergrößertes-Bild-Daten, die ein Bild des Blickfelds des Mikroskops (1) repräsentieren; Verarbeiten der Hoch-vergrößertes-Bild-Daten zum Reduzieren von deren Auflösung; Vergleichen der verarbeiteten Hoch-vergrößertes-Bild-Daten mit Teilen der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten; Feststellen der Position basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs; Darstellen eines Bilds zumindest eines Teils des vollständigen Objekts und des Blickfelds des Mikroskops (1) auf einem Bildschirm (9); und Hervorheben der Fläche des Bilds von zumindest einem Teil des vollständigen Objekts, der der festgestellten Position entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Vergleich einen Prozentsatz identischer Daten in jedem verglichenen Teil der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten und der verarbeiteten Hoch-vergrößertes-Bild-Daten bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin eine Position festgestellt wird, wenn der festgestellte Prozentsatz identischer Daten für zumindest einen Teil der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Schritt der Feststellung der Position basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs umfasst, die Position als die Position des oder eines des zumindest eines Teils der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten festzustellen.
Verfahren nach Anspruch 4, worin, wenn der Prozentsatz identischer Daten für mehr als einen Teil der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, die Position als die Position des Teils mit dem höchsten Prozentsatz identischer Daten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Verarbeitung umfasst, die Auflösung um einen vorbestimmten Betrag zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 6, worin der vorbestimmte Betrag ein Faktor ist, der durch Kalibrierung einer Vorrichtung, von der die Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten erfasst werden, und Kalibrierung des Mikroskops (1) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfasst, anfänglich die Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten aus einer Hochauflösendes-Bild-Datenquelle zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 8, worin die Bilddatenquelle ein Scanner (19) oder ein digitaler Fotokopierer oder eine hochauflösende Digitalkamera ist.
Computerlesbare Medium, das ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Vorrichtung, die ein Mikroskop zur Betrachtung eines Objekts durch ein Blickfeld davon sowie einen Computer aufweist, der mit einem Computerprogramm geladen ist, das dann, wenn es ausgeführt wird, die Verfahrensschritte eines der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.
Auf einem Computer lesbaren Medium ein Computerprogramm zur Bestimmung einer Position einer Fläche eines Objekts innerhalb des Objekts, worin das Bild der Fläche des Objekts innerhalb eines Blickfelds eines Mikroskops (1) enthalten ist, und worin Bilddaten, die ein niedrigvergrößertes Bild des vollständigen Objekts repräsentieren, zur Verfügung stehen, wobei das Programm umfasst: Programmmittel zum Erfassen von Hoch-vergrößertes-Bild-Daten, die ein Bild des Blickfelds des Mikroskops (1) repräsentieren; Programmmittel, die die Hoch-vergrößertes-Bild-Daten verarbeiten, um deren Auflösung zu reduzieren; Programmmittel zum Vergleichen der verarbeiteten Hoch-vergrößertes-Bild-Daten mit Teilen der Niedrig-vergrößertes-Bild-Daten, und Programmmittel zum Feststellen der Position basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs; Programmmittel zum Darstellen eines Bilds zumindest eines Teils des vollständigen Objekts und des Blickfelds des Mikroskops (1) auf einem Bildschirm (9); und Programmmittel zum Hervorheben der Fläche des Bilds von zumindest einem Teil des vollständigen Objekts, der der festgestellten Position entspricht.