WO2013190058A1 - Mikroskop - Google Patents

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WO2013190058A1
WO2013190058A1 PCT/EP2013/062925 EP2013062925W WO2013190058A1 WO 2013190058 A1 WO2013190058 A1 WO 2013190058A1 EP 2013062925 W EP2013062925 W EP 2013062925W WO 2013190058 A1 WO2013190058 A1 WO 2013190058A1
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WO
WIPO (PCT)
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effected
sample
real time
perceptible
microscope
Prior art date
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Ceased
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PCT/EP2013/062925
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Sieckmann
Stefan Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Microsystems CMS GmbH
Original Assignee
Leica Microsystems CMS GmbH
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Publication date
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Priority to US14/410,263 priority patent/US20150338625A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/008—Details of detection or image processing, including general computer control
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes

Definitions

  • the invention relates to a microscope for examining a
  • the microscope having a receptacle providing primary signals containing at least information about at least one property of the sample, and wherein the microscope comprises an output device that generates perceptible secondary signals from the primary signals to the user.
  • DE 101 49 357 A1 discloses a method and a device for optical measurement of a surface profile of an object.
  • a series of images of the object in different planes in the z-direction of a coordinate system (x, y, z) are recorded with an image recording device.
  • the image contents of all n images of the generated image stack at each coordinate point (x, y) in the z direction are compared with one another in order to determine a plane therefrom according to predetermined criteria and to assign their plane number to this coordinate point and store it in a mask image.
  • the mask image contains all 3-D information of the object surface. It can be edited with 2-D image processing.
  • the 3-D information can be retrieved quickly and easily from the mask image.
  • the surface profile can be reconstructed and displayed in three dimensions
  • Imaging system in particular a microscope for imaging the object and a computer includes. Actuators are used for targeted, rapid change in position of the object in the x-, y- and z-direction. With a recording device is a picture stack of individual images in different focal planes of the object added.
  • a controller controls the hardware of the imaging system, wherein an analyzer is a three-dimensional
  • Controller combines the three-dimensional high relief image with the texture.
  • WO 03/023482 is a piezoelectric actuator for adjusting the distance of the lens from the object in a device for generating a
  • Imaging device records a series of frames of the object in different planes. From this series of
  • Transfer of information to the user works more efficiently and in particular allows to provide the user information about the sample to be examined efficiently and if necessary also per unit of time with greater information content available.
  • the task is solved by a microscope, which thereby
  • the output device audibly perceptible and / or
  • thermoreception secondary signals and / or that the microscope comprises a feedback device with which the user can control the recording device in real time during the detection of information about at least one property of the sample.
  • Information content for the user can be significantly increased by the output, preferably in real time, to the
  • Perceptual properties of the viewer is adjusted.
  • a higher perceptible amount of information about the object to be scanned or displayed may be transmitted to the user by his natural, sensual
  • Information processing of multidimensional objects is supported. This can for example be done by providing devices that allow the user to additional
  • Data reduction includes and / or that with the
  • a manipulation of the primary signals is effected, which includes an information reduction, in particular a data reduction on only the information, in particular data, which is specific to the generation of the secondary signals for a currently desired type and / or form of the output by the
  • the receiving device has at least one actuator, which is controllable by means of the feedback device.
  • the actuator may be configured and arranged to alter the z-position when the sample is scanned and / or to change the x, y position when the sample is scanned and / or a substance (e.g., a drug for
  • Receiving device has a plurality of detection channels and that by means of the feedback device, a manipulation of the
  • Primary signals of a detection channel independently and / or different from a manipulation of the primary signals of another detection channel is effected.
  • the recording device has a plurality of detection channels and that from the primary signals of a first detection channel first secondary signals are generated and that independently thereof from the primary signals of a second
  • Detection channel second secondary signals are generated.
  • the first and second secondary signals differ from each other with regard to the nature of their perceptibility and / or that
  • Detection channel common secondary signals are generated.
  • a transparency control of the representation of the sample in real time can be effected by means of the feedback device, in particular by a manipulation of the primary signals made by the latter and / or by a modification of the recording device
  • a rotation of the representation of the sample in real time is effected and / or a zoom function, in particular software zoom function or
  • Mosaic representation in real time is effected and / or a strip scan in real time is effected and / or
  • Light source in the representation of the sample in real time is effected and / or the addition and / or control of a shadow in the representation of the sample in real time is effected and / or the
  • Addition and / or control of a shadow in the representation of the sample can be effected in real time and / or the addition and / or control of cutting planes in the representation of the sample in real time is effected and / or a scan position, in particular in real time, changeable and / or
  • a sample manipulation in particular the injection of a substance, is effected and / or another scanning process can be triggered and / or controlled and / or
  • Real-time representation (stimulated emission depletion) can be effected and / or controlled and / or a GSDI M representation (ground state depletion microscopy followed by individual molecule return) can be effected and / or controlled.
  • GSDI M representation ground state depletion microscopy followed by individual molecule return
  • the STED technology is based on illuminating the lateral edge regions of the illumination focus volume with laser light of a different wavelength, which is emitted, for example, by a second laser, in order to stimulate the sample regions stimulated by the light of the first laser to return to the ground state. Then only the spontaneously emitted light from the second laser is detected illuminated areas, so that an overall improvement in resolution is achieved.
  • the GSDI M technology is based on the ground state of the
  • a strip scan may include illuminating a sample with a flat strip of light that may be generated, for example, using a cylinder optic.
  • a cylinder optic may be used to generate a light strip by a round in itself
  • Feedback device is a 3D or 4D display or stereo display manipulated and / or that a stereo monitor and / or a 3D monitor associated eyeglasses are controllable. It can also be provided in an advantageous manner that by means of the feedback device, an insertion of additional information on a display or a projection screen, which may for example also be a user's hand, is controlled.
  • a sample manipulation in particular the injection of a substance and / or an in vitro fertilization or a sample alignment, can be effected, wherein the microscope audibly perceptible to the user and / or olfactorily perceptible and / or gustatorisch perceptible and / or tactile perceptible and / or by thermoreception
  • an interaction with the microscopic object can be done in which the tactile and visual senses of the human are addressed simultaneously, such that a precise microscopic object manipulation can be done.
  • the microscope from the primary signals in particular by image analysis, the
  • thermoreception Intersection of an object in the sample with a previously defined envelope, such as a scan cube, determined and calculated from the position for the next envelope to successively stringing together several envelopes to capture the entire object, the successive sequence in real time displayed to the user and / or auditory perceptible and / or olfactory perceptible and / or gustatory perceptible and / or tactile perceptible and / or by thermoreception
  • the detection of the content of the envelope can, for example, by scanning with done a scanning microscope.
  • it can be provided that after detecting the content of an envelope of the sample table is moved to the calculated position for detecting the content of the next envelope.
  • the microscope can be designed in particular as a scanning microscope, in particular as a confocal scanning microscope.
  • the microscope is equipped with at least one graphics processing unit, in particular for image calculation and / or scanning of a sample.
  • Fig. 1 shows the basic flow diagram of an embodiment in which the receiving device has a plurality of detection channels and in which the first of the primary signals of a first detection channel
  • Secondary signals are generated and that independently thereof from the primary signals of a second detection channel second secondary signals generated visually and / or auditory and / or olfactory and / or gustatory and / or tactile and / or by the user
  • Thermorezeption be transmitted perceptibly.
  • the primary signals of each channel are treated separately first.
  • the primary signals of each channel go through one or more
  • manipulators can manipulate the signal stream at the point operator level (e.g., change the brightness).
  • Visualizer Module provides buffering of each pixel in a 3D or 4D matrix. This visualization matrix serves as a momentary state (snapshot) of the respective channel. In a further display module, the channel is displayed in a manner that can be manipulated in full in real time by the user or
  • all or some channels can be displayed together (Merge).
  • this 3D or 4D display is fully manipulatable at the time of scanning by the user, i. he can rotate the 3D or 4D object on the monitor etc. while the actual scan is running.
  • thermo reception perceptible which is indicated in Figure 3 by way of example for a visual representation.
  • Image Analysis taking into account the signals of adjacent channels takes place, for example, to reduce the noise.
  • the analysis modules IA can be used in another embodiment, depending on the analysis on the
  • the laser intensity or the gain can be automatically optimized. If there is too much noise, it is also possible to intervene optimally.
  • the scanning process can be scaled up
  • the image analysis can also be done externally and fed back using CAM (Computer Aided Microscopy) to the CAM (Computer Aided Microscopy) to the CAM (Computer Aided Microscopy)
  • Figure 6 illustrates the extraction of information with a
  • Embodiment of a scanning microscope according to the invention with respect to an object within the sample which is greater than an envelope, in particular as an envelope, which is determined by the maximum possible scan volume.
  • the microscope from the primary signals in particular by image analysis, the intersection of an object in the sample with a previously defined envelope, such as a scan cube determined and used to calculate the position for the next envelope to successive stringing several
  • FIG. 8 shows a particularly exemplary embodiment in which, in addition to tracking the course of the object to be examined within the sample, a rotation of the scan axis takes place. For example, by first making 2 XZ scans on adjacent x, y
  • a directional trend (5) of the object history can be determined by image analysis by a determination of the center of gravity of the object to be tracked (4).
  • the beam axis and the microscope stage as well as the Z position are then suitably moved such that the system follows the object to be scanned.
  • Another XZ scan at the new location allows another one
  • Scanning system to the 3D object to be scanned over a greater distance and also allows to scan 3D objects that extend over a very large area.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

Mikroskop
Die Erfindung betrifft ein Mikroskop zum Untersuchen einer
mikroskopischen Probe, wobei das Mikroskop eine Aufnahmevorrichtung aufweist, die Primärsignale bereitstellt, die wenigstens eine Information über wenigstens eine Eigenschaft der Probe beinhalten, und wobei das Mikroskop eine Ausgabevorrichtung aufweist, die für den Benutzer wahrnehmbare Sekundärsignale aus den Primärsignalen erzeugt.
Aus DE 101 49 357 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Oberflächenprofils eines Objektes bekannt. Bei dem Verfahren werden mit einer Bildaufnahmevorrichtung eine Serie von Bildern des Objektes in verschiedenen Ebenen in z-Richtung eines Koordinatensystems (x, y, z) aufgenommen. Es werden die Bildinhalte aller n Bilder des erzeugten Bildstapels an jedem Koordinatenpunkt (x, y) in z-Richtung miteinander verglichen, um daraus nach vorbestimmten Kriterien eine Ebene zu bestimmen und deren Ebenen-Nummer diesem Koordinatenpunkt zuzuordnen und in einem Maskenbild abzuspeichern. Das Maskenbild enthält alle 3-D-lnformationen der Objektoberfläche. Es kann mit 2-D-Bildverarbeitungsprozessen bearbeitet werden. Aus dem Maskenbild ist die 3-D-lnformation schnell und einfach abrufbar. Das Oberflächenprofil kann rekonstruiert und dreidimensional dargestellt werden
Aus DE 102 37 470 A1 ist eine Einrichtung zur Darstellung eines dreidimensionalen Objektes als Objektbild vorgesehen, die ein
Abbildungssystem, insbesondere ein Mikroskop zur Abbildung des Objektes und einen Computer beinhaltet. Aktoren dienen zur gezielten, schnellen Positionsveränderung des Objektes in x-, y- und z-Richtung. Mit einer Aufnahmeeinrichtung wird ein Bildstapel von Einzelbildern in verschiedenen Fokusebenen des Objektes aufgenommen. Eine Steuerungseinrichtung steuert die Hardware des Abbildungssystems, wobei eine Analyseeinrichtung ein dreidimensionales
Hohenreliefbild und eine Textur aus dem Bildstapel erzeugt. Eine
Steuereinrichtung kombiniert das dreidimensionale Hohenreliefbild mit der Textur.
Aus WO 03/023482 ist ein Piezoaktor zur Einstellung des Abstandes des Objektivs vom Objekt in einer Vorrichtung zur Erzeugung eines
dreidimensionalen Bildes eines Objektes mit einem Objektiv und einem Objekttisch zur Aufnahme des Objektes vorgesehen. Eine
Bildaufnahmevorrichtung zeichnet eine Serie von Einzelbildern des Objektes in verschiedenen Ebenen auf. Aus dieser Serie von
Einzelbildern wird dann ein Multifokusbild erzeugt.
All diese Vorrichtungen zum Untersuchen mikroskopisch kleiner Objekte haben gemeinsam, dass dem Benutzer die Informationen bezüglich der Eigenschaften der zu untersuchenden Probe lediglich visuell angezeigt werden und dass eine Einwirkung des Benutzers während der
Untersuchung allenfalls sehr eingeschränkt möglich ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikroskop anzugeben, das hinsichtlich der Informationsbeschaffung und/oder der
Informationsübergabe an den Benutzer effizienter arbeitet und das es insbesondere erlaubt, dem Benutzer Informationen bezüglich der zu untersuchenden Probe effizient und falls nötig auch pro Zeiteinheit mit größerem Informationsgehalt zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird durch ein Mikroskop gelöst, das dadurch
gekennzeichnet ist, dass
a. die Ausgabevorrichtung auditiv wahrnehmbare und/oder
olfaktorisch wahrnehmbare und/oder gustatorisch wahrneh und/oder taktil wahrnehmbare und/oder durch Thermorezeption wahrnehmbare Sekundärsignale bereitstellt und/oder dass das Mikroskop eine Rückkopplungsvorrichtung aufweist, mit der der Benutzer die Aufnahmevorrichtung in Echtzeit während der Erfassung von Informationen über wenigstens eine Eigenschaft der Probe steuern kann.
In erfindungsgemäßer Weise wurde u.a. erkannt, dass der
Informationsgehalt für den Benutzer erheblich gesteigert werden kann, indem die Ausgabe, vorzugsweise in Echtzeit, an die
Wahrnehmungseigenschaften des Betrachters angepasst wird.
Insbesondere kann eine höhere wahrnehmbare Informationsmenge über das zu scannende oder darzustellende Objekt an den Benutzer übertragen werden, indem seine natürliche, sinnliche
Informationsverarbeitung mehrdimensionaler Objekte unterstützt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass Vorrichtungen vorgesehen sind, die es dem Benutzer ermöglichen, zusätzliche
Informationen durch Fühlen, Schmecken, Riechen oder Hören
wahrzunehmen.
Darüber hinaus wurde erkannt, dass ein Benutzer die Fragen, die er zu einer speziellen Probe hat, viel schneller und effizienter aufklären kann, wenn er die Möglichkeit hat, die Aufnahmevorrichtung in Echtzeit während der Erfassung von Informationen über wenigstens eine Eigenschaft der Probe zu steuern. Hierdurch kann der gesamte Untersuchungsprozess auf die Gewinnung der wesentlichen Informationen beschränkt werden, so dass einerseits schneller, aber andererseits auch effizienter untersucht werden kann. Bei einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, dass mit der
Rückkopplungsvorrichtung eine Manipulation der Primärsignale bewirkbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mit der
Rückkopplungsvorrichtung eine Manipulation der Primärsignale bewirkbar ist, die zumindest eine Informationsreduktion, insbesondere durch
Datenreduktion, beinhaltet und/oder dass mit der
Rückkopplungsvorrichtung eine Manipulation der Primärsignale bewirkbar ist, die eine Informationsreduktion, insbesondere eine Datenreduktion, auf ausschließlich die Informationen, insbesondere Daten, beinhaltet, die spezifisch für die Erzeugung der Sekundärsignale für eine aktuell gewünschte Art und/oder Form der Ausgabe durch die
Ausgabevorrichtung erforderlich ist. Diese Ausführung hat den
besonderen Vorteil, dass eine Probe besonders schnell und effizient untersucht werden kann, insbesondere weil eine Beschränkung auf die Gewinnung der wesentlichen Informationen ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung weist die Aufnahmevorrichtung wenigstens einen Aktuator auf, der mittels der Rückkopplungsvorrichtung steuerbar ist. Der Aktuator kann beispielsweise dazu ausgebildet und angeordnet sein, die z-Position bei einem Abrastern der Probe zu verändern und/oder die x, y Position bei einem Abrastern der Probe zu verändern und/oder eine Substanz (z.B. eine Droge zur
Zellbeeinflussung) zu injizieren und/oder einen weiteren Scanprozess zu starten und/oder einen, insbesondere dreidimensionalen, Bleichprozess auszulösen.
Durch Rückwirkung auf die Aktoren in Abhängigkeit gewisser Ergebnisse, welche beispielsweise sowohl durch eine Analyse des derzeitigen Bildes gewonnen wird, als auch durch manuelle Rückkopplung des Anwenders (z.B. durch einen Mausklick), kann man den Scanprozess in größerem Umfang beeinflussen. Bei einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, dass die
Aufnahmevorrichtung mehrere Detektionskanäle aufweist und dass mittels der Rückkopplungsvorrichtung eine Manipulation der
Primärsignale eines Detektionskanals unabhängig und/oder verschieden von einer Manipulation der Primärsignale eines anderen Detektionskanal bewirkbar ist.
Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass die Aufnahmevorrichtung mehrere Detektionskanäle aufweist und dass aus den Primärsignalen eines ersten Detektionskanals erste Sekundärsignale erzeugt werden und dass davon unabhängig aus den Primärsignalen eines zweiten
Detektionskanals zweite Sekundärsignale erzeugt werden. Hierbei kann zusätzlich auch vorgesehen sein, dass sich die ersten und zweiten Sekundärsignale hinsichtlich der Art ihrer Wahrnehmbarkeit voneinander unterscheiden und/oder dass
die ersten und zweiten Sekundärsignale getrennt voneinander
ausgegeben werden.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass den Primärsignalen des ersten Detektionskanals und aus den Primärsignalen des zweiten
Detektionskanals gemeinsame Sekundärsignale erzeugt werden.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen , dass eine mittels der Rückkopplungsvorrichtung, insbesondere durch eine von dieser vorgenommenen Manipulation der Primärsignale und/oder durch eine dieser vorgenommenen Veränderung der Aufnahmevorrichtung, eine Transparenzregelung der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder
eine Rotation der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder eine Zoomfunktion, insbesondere Softwarezoomfunktion oder
Hardwarezoomfunktion, in Echtzeit bewirkbar ist und/oder eine
Veränderung der Form und/oder Art der Sekundärsignale in Echtzeit bewirkbar ist und/oder eine Bildanalyse in Echtzeit bewirkbar ist und/oder eine Bildmanipulation in Echtzeit bewirkbar ist und/oder eine
Mosaikdarstellung in Echtzeit bewirkbar ist und/oder ein Streifenscan in Echtzeit bewirkbar ist und/oder
die Hinzufügung und/oder Steuerung wenigstens einer virtuellen
Lichtquelle bei der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder die Hinzufügung und/oder Steuerung eines Schattenwurfs bei der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder die
Hinzufügung und/oder Steuerung eines Schattenwurfs bei der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder die Hinzufügung und/oder Steuerung von Schnittebenen bei der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder eine Scanposition, insbesondere in Echtzeit, veränderbar ist und/oder
eine Probenmanipulation, insbesondere das Injizieren einer Substanz, bewirkbar ist und/oder ein weiterer Scanprozess auslösbar und/oder steuerbar ist und/oder
ein Bleichen einer Probe bewirkbar ist und/oder eine direkte STED-
Echtzeitdarstellung (Stimulated Emission Depletion) bewirkbar und/oder steuerbar ist und/oder eine GSDI M-Darstellung (Ground State Depletion Microscopy followed by individual molecule return) bewirkbar und/oder steuerbar ist.
Die STED-Technologie beruht darauf, die lateralen Randbereiche des Beleuchtungsfokusvolumens mit Laserlicht einer anderen Wellenlänge, das beispielsweise von einem zweiten Laser emittiert wird, zu beleuchten, um dort die vom Licht des ersten Lasers angeregten Probenbereiche stimuliert in den Grundzustand zurück zu bringen. Detektiert wird dann nur das spontan emittierte Licht aus den nicht vom zweiten Laser beleuchteten Bereichen, so dass insgesamt eine Auflösungsverbesserung erreicht wird.
Die GSDI M-Technologie beruht darauf, den Grundzustand der
Fluoreszenzmoleküle durch starke Bestrahlung zu entleeren, so dass in der Folgezeit (mehrere Sekunden bis Minuten) lediglich an vereinzelten Orten einzelne Lichtblitze aufleuchten. Die einzelnen Lichtblitze werden hinsichtlich ihrer räumlichen Verteilung erfasst. Anschließend findet eine statistischer Auswertung, beispielsweise nach Häufigkeitsschwerpunkten, statt. Es ist auch möglich, die Probe nur so schwach zu beleuchten, dass lediglich vereinzelt Moleküle angeregt werden. Eine weitere Methode, denselben Effekt zu erzielen, besteht darin, die Moleküle zu schalten, also nicht lediglich einen Anregungszustand zu ändern, sondern die Moleküle tatsächlich so zu verändern, dass sie in dem veränderten Zustand leuchten können.
Ein Streifencan kann beispielsweise die Beleuchtung einer Probe mit einem flachen Lichtstreifen beinhalten, der beispielsweise mit Hilfe einer Zylinderoptik erzeugt werden kann. Alternativ ist es auch möglich, einen Lichtstreifen dadurch zu erzeugen, dass ein an sich rundes
Lichtstrahlenbündel so schnell, beispielsweise mit einem
Galvanometerspiegel, hin- und her gewedelt wird, dass die Wirkung dieselbe ist, wie bei einem durch eine Zylinderoptik erzeugten
Lichtstreifen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mittels der
Rückkopplungsvorrichtung eine 3D- oder 4D-Anzeige oder Stereo- Anzeige manipulierbar ist und/oder dass ein Stereo-Monitor und/oder eine einem 3D-Monitor zugeordnete Shutterbrille steuerbar sind. Es kann in vorteilhafter Weise auch vorgesehen sein, dass mittels der Rückkopplungsvorrichtung ein Einblenden von zusätzlichen Informationen auf ein Display oder eine Projektionsfläche, die beispielsweise auch eine Hand eines Benutzers sein kann, gesteuert wird. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen , dass eine Probenmanipulation, insbesondere das Injizieren einer Substanz und/oder eine Invitro-Fertilisation oder eine Probenausrichtung, bewirkbar ist, wobei das Mikroskop dem Benutzer auditiv wahrnehmbare und/oder olfaktorisch wahrnehmbare und/oder gustatorisch wahrnehmbare und/oder taktil wahrnehmbare und/oder durch Thermorezeption
wahrnehmbare Rückmeldungen bezüglich der von ihm vorgenommenen Manipulationen gibt. Beispielsweise eine Kraftrückkopplung,
insbesondere in Verbindung mit einer Echtzeit-Übermittlung von
Sekundärsignalen bezüglich des Objektes durch die Ausgabevorrichtung, kann eine Interaktion mit dem mikroskopisch kleinen Objekt erfolgen, bei der die taktilen und visuellen Sinne des Menschen zugleich angesprochen werden, derart, dass eine präzise mikroskopische Objektmanipulation erfolgen kann.
Bei einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, dass das Mikroskop aus den Primärsignalen, insbesondere durch Bildanalyse, den
Schnittpunkt eines Objektes in der Probe mit einer zuvor definierten Einhüllenden, beispielsweise einem Scanwürfel, ermittelt und daraus die Position für die nächsten Einhüllende errechnet, um durch sukzessive Aneinanderreihung mehrerer Einhüllender das gesamte Objekt zu erfassen, wobei die sukzessive Aneinanderreihung in Echtzeit dem Benutzer angezeigt und/oder durch auditiv wahrnehmbare und/oder olfaktorisch wahrnehmbare und/oder gustatorisch wahrnehmbare und/oder taktil wahrnehmbare und/oder durch Thermorezeption
wahrnehmbare Sekundärsignale übermittelt wird. Das Erfassen des Inhaltes der Einhüllenden kann beispielsweise durch Abscannen mit einem Scanmikroskop erfolgen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass nach dem Erfassen des Inhaltes einer Einhüllenden der Probentisch in die errechnete Position zum Erfassen des Inhaltes der nächsten Einhüllende verschoben wird.
Das Mikroskop kann insbesondere als Scanmikroskop, insbesondere als konfokales Scanmikroskop, ausgebildet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Mikroskop mit wenigstens einer Graphik- Processing-Unit, insbesondere zur Bildberechnung und/oder Abtastung einer Probe, ausgerüstet ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass im Sinne dieser Anmeldung unter Echtzeit auch verstanden wird, dass unabhängig von einem Zeitfaktor oder einer Verzögerung zu jedem Zeitpunkt der Zustand des Mikroskops bekannt und zu jedem Zeitpunkt beherrscht, insbesondere beinflussbar, ist.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Fig. 1 zeigt das Grundablaufschema eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Aufnahmevorrichtung mehrere Detektionskanäle aufweist und bei dem aus den Primärsignalen eines ersten Detektionskanals erste
Sekundärsignale erzeugt werden und dass davon unabhängig aus den Primärsignalen eines zweiten Detektionskanals zweite Sekundärsignale erzeugt werden, die dem Benutzer visuell und/oder auditiv und/oder olfaktorisch und/oder gustatorisch und/oder taktil und/oder durch
Thermorezeption wahrnehmbar übermittelt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel kann es vorgesehen sein, dass die Primärsignale eines jeden Kanals separat zunächst behandelt werden. Die Primärsignale jedes Kanals durchlaufen ein oder mehrere
Manipulatoren. Diese Manipulatoren können den Signalstrom auf Punkt- Operator-Niveau manipulieren (z.B. die Helligkeit ändern). Das
Visualisator-Modul sorgt für eine Speicherung (Pufferung) der einzelnen Pixel in einer 3D oder 4D Matrix. Diese Visualisations-Matrix dient als Momentzustand (Schnappschuss) des jeweiligen Kanals. In einem weiteren Anzeigemodul wird der Kanal in einer voll in Echtzeit durch den Anwender manipulierbaren Weise zur Anzeige gebracht oder dem
Benutzer auditiv und/oder olfaktorisch und/oder gustatorisch und/oder taktil und/oder durch Thermorezeption wahrnehmbar übermittelt.
Optional können alle oder einige Kanäle gemeinsam angezeigt werden (Merge). Auch diese 3D oder 4D Anzeige ist zum Zeitpunkt des Scannens durch den Anwender voll manipulierbar, d.h. er kann das 3D oder 4D Objekt auf dem Monitor drehen etc. während der eigentliche Scan läuft.
Es ist möglich, sowohl die Informationen jedes einzelnen Kanals, als auch zusätzlich eine Zusammenfassung der Informationen mehrerer, insbesondere aller, Kanäle gleichzeitig visuell darzustellen und/oder dem Benutzer auditiv und/oder olfaktorisch und/oder gustatorisch und/oder taktil und/oder durch Thermorezeption wahrnehmbar zu übermitteln, was in Figur 2 exemplarisch für eine visuelle Darstellung angedeutet ist.
Alternativ kann natürlich auch ausschließlich nur eine Zusammenfassung der Informationen mehrerer, insbesondere aller, Kanäle visuell darzustellen und/oder dem Benutzer auditiv und/oder olfaktorisch und/oder gustatorisch und/oder taktil und/oder durch Thermorezeption wahrnehmbar zu übermitteln, was in Figur 3 exemplarisch für eine visuelle Darstellung angedeutet ist.
In Figur 4 ist das Grundablaufschema eines Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem die Verarbeitung der einzelnen Signale durch
Bildanalyse (Image Analysis IA) unter Berücksichtigung der Signale benachbarter Kanäle stattfindet, beispielsweise um das Rauschen zu mindern.
Die Analysemodule IA werden bei einem anderen Ausführungsbeispiel dazu eingesetzt können, in Abhängigkeit der Analyse auf die
Detektoreinheit (Gain) oder/und die Laser Einstellungen (Intensität) zurückkoppeln und so in Echtzeit eine Optimierung des Pixelstreams für alle Kanäle erzielen, was in Figur 5 schematisch dargestellt ist.
Ist ein Kanal z.B. zu dunkel, so kann die Laserintensität oder der Gain automatisch optimiert werden. Bei einem zu starken Rauschen kann ebenfalls optimierend eingegriffen werden.
Durch Rückwirkung auf die Aktoren in Abhängigkeit gewisser Ergebnisse, welche sowohl durch eine Analyse des derzeitigen Bildes gewonnen wird , als auch durch manuelle Rückkopplung des Anwenders (z.B. durch einen Mausklick), kann man den Scanprozess in größerem Umfang
beeinflussen. So kann man beispielsweise Teile der Hardware
beeinflussen, wie beispielsweise die z-Position des Scans verändern und/oder die x, y Position verändern und/oder eine Substanz (z.B. eine Droge zur Zellbeeinflussung) injizieren und/oder einen anderen Scanprozess auslösen und/oder einen, insbesondere dreidimensionalen, Bleichprozess auslösen.
Insbesondere kann die Bildanalyse auch extern erfolgen und mittels CAM (Computer Aided Microscopy) zurückgekoppelt werden , um den
Scanprozess zu beeinflussen.
Figur 6 illustriert die Gewinnung von Informationen mit einem
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Scanmikroskops bezüglich eines Objektes innerhalb der Probe, das größer ist, als eine Einhüllende, insbesondere als eine Einhüllende, die durch das maximal mögliche Scanvolumen bestimmt ist.
Hierbei ist vorgesehen, dass das Mikroskop aus den Primärsignalen, insbesondere durch Bildanalyse, den Schnittpunkt eines Objektes in der Probe mit einer zuvor definierten Einhüllenden, beispielsweise einem Scanwürfel, ermittelt und daraus die Position für die nächsten Einhüllende errechnet, um durch sukzessive Aneinanderreihung mehrerer
Einhüllender das gesamte Objekt zu erfassen, wobei die sukzessive Aneinanderreihung in Echtzeit dem Benutzer angezeigt und/oder durch auditiv wahrnehmbare und/oder olfaktorisch wahrnehmbare und/oder gustatorisch wahrnehmbare und/oder taktil wahrnehmbare und/oder durch Thermorezeption wahrnehmbare Sekundärsignale übermittelt wird.
Im Resultat ergibt sich eine Aneinanderreihung, die genau dem Verlauf der zu untersuchenden Struktur folgt.
Fig. 8 zeigt ein besonders Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich zur Nachverfolgung des Verlaufs des zu untersuchenden Objektes innerhalb der Probe eine Rotation der Scanachse stattfindet. Indem beispielsweise zunächst 2 XZ Scans an benachbarten x, y
Positionen auf einem Probentisch durchgeführt wurden (im Bild 1 , 2), kann per Bildanalyse durch eine Schwerpunktsbestimmung des zu verfolgenden Objektes (4) ein Richtungstrend (5) des Objektverlaufs bestimmt werden. Nach dem Scan der ersten Scanfläche (1 ) werden dann die Strahlachse und der Mikroskoptisch sowie die Z Position geeignet bewegt, derart, dass das System dem zu scannenden Objekt folgt. Ein weiterer XZ Scan an der neuen Position ermöglicht erneut eine
Anpassung des Scanweges usw. In der Summe folgt also das
Scansystem dem zu scannenden 3D Objekt über eine größere Distanz und erlaubt es auch 3D Objekte zu scannen, welche sich über einen sehr großen Bereich erstrecken.

Claims

Patentansprüche
Mikroskop zum Untersuchen einer mikroskopischen Probe, wobei das Mikroskop eine Aufnahmevorrichtung aufweist, die
Primärsignale bereitstellt, die wenigstens eine Information über wenigstens eine Eigenschaft der Probe beinhalten, und wobei das Mikroskop eine Ausgabevorrichtung aufweist, die für den Benutzer wahrnehmbare Sekundärsignale aus den Primärsignalen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Ausgabevorrichtung auditiv wahrnehmbare und/oder olfaktorisch wahrnehmbare und/oder gustatorisch wahrnehmbare und/oder taktil wahrnehmbare und/oder durch Thermorezeption wahrnehmbare Sekundärsignale bereitstellt und/oder dass b. das Mikroskop eine Rückkopplungsvorrichtung aufweist, mit der der Benutzer die Aufnahmevorrichtung in Echtzeit während der Erfassung von Informationen über wenigstens eine Eigenschaft der Probe steuern kann.
Mikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass a. mit der Rückkopplungsvorrichtung eine Manipulation der Primärsignale bewirkbar ist und/oder dass b. mit der Rückkopplungsvorrichtung eine Manipulation der Primärsignale bewirkbar ist, die zumindest eine
Informationsreduktion, insbesondere durch Datenreduktion, beinhaltet und/oder dass c. mit der Rückkopplungsvorrichtung eine Manipulation der Primärsignale bewirkbar ist, die eine Informationsreduktion, insbesondere eine Datenreduktion, auf ausschließlich die Informationen, insbesondere Daten, beinhaltet, die spezifisch für die Erzeugung der Sekundärsignale für eine aktuell gewünschte Art und/oder Form der Ausgabe durch die Ausgabevorrichtung erforderlich ist.
Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung wenigstens einen Aktuator aufweist, der mittels der Rückkopplungsvorrichtung steuerbar ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung mehrere
Detektionskanale aufweist und dass mittels der
Rückkopplungsvorrichtung eine Manipulation der Primärsignale eines Detektionskanals unabhängig und/oder verschieden von einer Manipulation der Primärsignale eines anderen
Detektionskanal bewirkbar ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung mehrere
Detektionskanäle aufweist und dass aus den Primärsignalen eines ersten Detektionskanals erste Sekundärsignale erzeugt werden und dass davon unabhängig aus den Primärsignalen eines zweiten Detektionskanals zweite Sekundärsignale erzeugt werden.
Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass a. sich die ersten und zweiten Sekundärsignale hinsichtlich der Art ihrer Wahrnehmbarkeit voneinander unterscheiden und/oder dass b. die ersten und zweiten Sekundärsignale getrennt
voneinander ausgegeben werden.
Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Primärsignalen des ersten Detektionskanals und aus den Primärsignalen des zweiten Detektionskanals gemeinsame Sekundärsignale erzeugt werden.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass eine mittels der Rückkopplungsvorrichtung, insbesondere durch eine von dieser vorgenommenen Manipulation der Primärsignale und/oder durch eine dieser vorgenommenen Veränderung der Aufnahmevorrichtung, a. eine Transparenzregelung der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder b. eine Rotation der Darstellung der Probe in Echtzeit
bewirkbar ist und/oder c. eine Zoomfunktion, insbesondere Softwarezoomfunktion oder Hardwarezoomfunktion, in Echtzeit bewirkbar ist und/oder d. eine Veränderung der Form und/oder Art der
Sekundärsignale in Echtzeit bewirkbar ist und/oder e. eine Bildanalyse in Echtzeit bewirkbar ist und/oder f. eine Bildmanipulation in Echtzeit bewirkbar ist und/oder g. eine Mosaikdarstellung in Echtzeit bewirkbar ist und/oder h. ein Streifenscan in Echtzeit bewirkbar ist und/oder i. die Hinzufügung und/oder Steuerung wenigstens einer virtuellen Lichtquelle bei der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder j. die Hinzufügung und/oder Steuerung eines Schattenwurfs bei der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder k. die Hinzufügung und/oder Steuerung von Schnittebenen bei der Darstellung der Probe in Echtzeit bewirkbar ist und/oder
I. eine Scanposition, insbesondere in Echtzeit, veränderbar ist und/oder m. eine Probenmanipulation, insbesondere das Injizieren einer Substanz und/oder eine Invitro-Fertilisation oder eine Probenausrichtung, bewirkbar ist und/oder n. ein weiterer Scanprozess auslösbar und/oder steuerbar ist und/oder o. ein Bleichen einer Probe bewirkbar ist und/oder p. eine direkte STED-Echtzeitdarstellung bewirkbar und/oder steuerbar ist und/oder dass q. eine GSDI M-Darstellung (Ground State Depletion
Microscopy followed by individual molecule return) bewirkbar und/oder steuerbar ist und/oder r. eine 3D- oder 4D-Anzeige oder Stereo-Anzeige
manipulierbar ist und/oder s. ein Stereo-Monitor und/oder eine einem 3D-Monitor
zugeordnete Shutterbrille steuerbar ist und/oder dass t. ein Einblenden von zusätzlichen Informationen auf ein
Display oder eine Projektionsfläche, die beispielsweise auch eine Hand eines Benutzers sein kann, steuerbar ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Probenmanipulation, insbesondere das Injizieren einer Substanz und/oder eine Invitro-Fertilisation oder eine Probenausrichtung, bewirkbar ist, wobei das Mikroskop dem Benutzer auditiv wahrnehmbare und/oder olfaktorisch
wahrnehmbare und/oder gustatorisch wahrnehmbare und/oder taktil wahrnehmbare und/oder durch Thermorezeption
wahrnehmbare Rückmeldungen bezüglich der von ihm
vorgenommenen Manipulationen gibt.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das Mikroskop aus den Primärsignalen, insbesondere durch Bildanalyse, den Schnittpunkt eines Objektes in der Probe mit einer zuvor definierten Einhüllenden,
beispielsweise einem Scanwürfel, ermittelt und daraus die Position für die nächsten Einhüllende errechnet, um durch sukzessive Aneinanderreihung mehrerer Einhüllender das gesamte Objekt zu erfassen, wobei die sukzessive Aneinanderreihung in Echtzeit dem Benutzer angezeigt und/oder durch auditiv wahrnehmbare und/oder olfaktorisch wahrnehmbare und/oder gustatorisch wahrnehmbare und/oder taktil wahrnehmbare und/oder durch Thermorezeption wahrnehmbare Sekundärsignale übermittelt wird.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Mikroskop als Scanmikroskop, insbesondere als konfokales Scanmikroskop, ausgebildet ist.
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