DE2442641A1

DE2442641A1 - Vorrichtung zur einstellung mikroskopischer objekte

Info

Publication number: DE2442641A1
Application number: DE2442641A
Authority: DE
Inventors: William James Adkins
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1973-09-26
Filing date: 1974-09-06
Publication date: 1975-03-27
Also published as: GB1476694A; CA1024244A; FR2272407B1; ES425713A1; JPS5759596B2; SE391815B; FR2272407A1; JPS5061290A; IT1027596B; DE2442641C2; SE7412085L; US3864564A

Description

Änmelderin: Corning Glass Works
Corning, N. Y., USA

Vorrichtung zur Einstellung mikroskopischer Objekte

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur analysegerechten Einstellung von Objekten auf mikroskopischen Objektträgern, deren optische Merkmale in elektrische Signale umgewandelt und ausgewertet werden können.

Bei der mikroskopischen Analyse von Blutproben müssen die einzelnen Blutkörper oder -zellen, z. B. die Leukozyten, durch geübte Laboranten gezählt und ausgewertet werden. Einen Vorschlag zur Automatisierung dieser zeitraubenden, ermüdenden und fehlerbehafteten Untersuchung enthält die Dissertation von J. V/. Backus, "An Automated Classification of the Peripheral Blood Leukocytes by Means of Digital Image Processing", University of Illinois, Chicago, 1971·

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Nach dem weitergehenden Vorschlag der Anmeldung P 24 18 361.7 der gleichen Anmelderin, wird das Bild des Objektträgers mit einem geeigneten Detektor, z. B. einer Fernsehkamera, abgetastet.

Die Anmeldung P 24 42 795·Ο der gleichen Anmelderin beschreibt ein für eine solche Vorrichtung geeignete Fokussierung.

Zum Auszählen und Klassifizieren der einzelnen Blutzellen muss jede einzelne Zelle nacheinander gesucht, geortet und eingestellt werden. Die Schaffung einer hierfür geeigneten Vorrichtung ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung der Erfindung in der Weise gelöst, dass Projektionsmittel das optische Bild des Objektträgers auf den dieses in elektrische Signale umwandelnden Energiewandler und auf einen rotierenden Spiegel werfen, welcher seinerseits einen Teil des optischen Bilds auf einen Lichtdetektor wirft, an dessen Ausgang ein Impulsformer angeschlossen ist, der bei Vorhandensein eines Objekts einen Nachweisimpuls erzeugt, ein weiterer Lichtdetektor bei Stellung des rotierenden Spiegels in vorbestimmter Strahlenlage einen Synchronisationsimpuls erzeugt, und eine die Synchronisations- und Nachweisimpulse verarbeitende Logikschaltung Regelsiraiale für einen den Objektträger in eine der Zentrierung des Objektbilds auf den Energriewandler entsprechende Lage bringenden Verstellmechani smus erzeugt.

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Tm Betrieb der Vorrichtung wird ein Objekt auf einem Objektträger zur öffnung; durch eine von Lichtdetectoren Signale empfangende Logikschaltung in Lage gebracht. Ein rotierender Spiegel bestreicht nacheinander Teile des optischen Bilds des Objektträgers über einen der Lichtdetektoren. Die Logikschaltung erzeugt die zur Einstellung des Objektträgers benötigten Regelsignale. Wird bei einer Abtastung kein Objekt, z. B. kein Blutkörper gefunden, so erzeugt die Logikschaltung ein. den Objektträger in y-Richtung, senkrecht zur Abtastrichtung verstellendes Signal, worauf ein anderes Gesichtsfeld abgetastet werden kann.

Ein zweiter Lichtdetektor empfängt Licht zu Beginn jeder Abtastung und erzeugt einen in die Logikschaltung eingegebenen Synchronisationsimpuls. Wird eine Zelle nachgewiesen, so vergleicht die Logikschaltung den Nachweiszeitpunkt mit dem Zeitpunkt des Synchronisationsimpulses und erzeugt Richtungssignale, die angeben, in welcher Richtung der Objektträger entlang der x-Achse verstellt werden muss, um die Zelle in der Gesichtsfeldöffnung zu zentrieren.

Die Fig. 1 zeigt den optischen Teil einer Anordnung zum Abtasten und Zählen von Zellen, z. B. der Leukozyten, des Blutabstrichs auf einem Objektträger 10. Das von einer Lichtquelle 12 ausgesendete Licht geht durch eine Linse 14, wird vom Spiegel 16 reflektiert und fällt über eine Sammellinse und nach

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Durchgang durch den Objektträger 10 auf ein Objektiv 20. Ein erster Strahlenteiler 22 refelktiert etwa 4-0 % des Lichts in das automatische Fokussier- und Zellennachweissystem der Erfindung. Das übrige Licht wird durch Spiegel 24-, 26 in eine Abtast- und Analysieranordnung geleitet. Das Bild einer Zelle des Objektträgers fällt durch eine Öffnung 28 auf eine Relaislinse 30, in einen optischen Vorverarbeiter 32 und Kompensator 34- und. wird von einer Fernsehkamera 36 aufgenommen, deren elektrische Ausgangssipnale digital verarbeitet v/erden; vgl. hierzu die Anmeldung P 24- 18 361.7 der gleichen Anmelderin.

Der erste Lichtteil des Strahlenteilers 22 trifft auf einen rotierenden Mehrfacettspiege l "R, der einen Teil auf die Lichtdetektoren 4-2, 4-4- für eine automatische Fokussiervorrichtung nach der Anmeldung P 24- 42 795*0 der gleichen Anmelderin und einen schmalen Ausschnitt auf den einen Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung bildenden Lichtdetektor 4-0 reflektiert. Der Lichtdetektor 4-0 erzeugt ein der Lichtabsorption der abgetasteten Stelle des Objektträgers proportionales Ausgangssignal, das von der Impuls former schaltung 4-6 verstärkt und nach Spitzen abgetastet wird. Diese Schaltung ergibt Nachweisimpulse, welche bei einen Schwellenwert übersteigenden Signalen die Anwesenheit einer Zelle auf dem Objektträger anzeigen.

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Auf den rotierenden Spiegel 38 ist eine zweite Lichtquelle 4-8 fokussiert. Das fokussierte Licht bestreicht einen einstellbaren zweiten Lichtdetektor 50 in. einer bestimmten Stellung und bestimmtem zeitlichem Verhältnis zum Beginn der Abtastung des Spiegels. Der Lichtdetektor 50 erzeugt dann ein den Beginn der Abtastung durch eine Spiegelfacette bezeichnendes Synchronisationssignal.

Auf Grund der Nachweis- und Synchronisationsimpulse bestimmt eine Logikschaltung 52, ob sich das interessierende Objekt im Gesichtsfeld eines der Abtastsegmente befindet und bejahendenfalls, wie der Schlitten zum Zentrieren des Objekts in der Öffnung 28 bewegt werden muss. Beim Bestreichen des Gesichtsfelds durch die Facetten des rotierenden Spiegels erzeugt die Logikschaltung eines von vier möglichen Signalen. Wird kein Objekt angetroffen, so wird ein Standardschaltsignal erzeugt und der Schrittschaltmotor 54- schaltet den Objektträger um einen Schritt in y-Richtung; es kann nun ein neues Gesichtsfeld abgetastet werden. Die Fortschaltung um einen Schritt pro Spiegelfacette wird fortgesetzt, bis der Nachweisdetektor 40 ein Objekt antrifft und sodann ein Richtungssignal erzeugt. Dies gibt an, ob das Objekt in x-Richtung durch den ebenfalls schrittweise fortschaltenden Stellmotor 56 nach links oder nach rechts verschoben werden muss. Die Bewegung wird solange fortgesetzt, bis die Logikschaltung ein Objekt-Zentriersignal

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abgibt, das die Bewegung anhält. Das in der Öffnung 28 nun zentrierte Objekt kann dann von der Kamera 36 erfasst werden.

Ein in der Gesamtvorriclitung zur Blutuntersuchung vorhandener Digitalrechner kann auch für die Einstellungsregelung eingesetzt werden. Die vorstehend erläuterten Signale können dann in den Rechner eingegeben werden. Zur Vereinfachung ist die Erfindung in den Fig. 2A-D jedoch nur für die Steuerung durch die Logikschaltung erläutert. Das Bild eines mit einem Blutabstricht beschickten Objektträgers zeigt die jeweilige Stellung des Objekts, z. B. eines Blutkörpers 58 zur Öffnung 28 im abgetasteten Gesichtsfeld, das schraffiert bezeichnet ist und so gezeigt werden kann, weil das Bild in der Öffnung 28 parfocal mit dem vom Spiegel 38 abgetasteten Bild ist.

In einer ersten Abtastung, Fig. 2A, ist der Nachweis durch den Detektor 40 negativ, die Logikschaltung erzeugt das Standardschaltsignal, der Objektträger wird einen Schritt in y-Eichtung geschaltet. Das wird bei der nächsten Abtastung gem. Fig. 2B wiederholt. In der Stellung der Fig. 2C erzeugt der Nachweisdetektor 40 ein die Anwesenheit eines Blutkörpers im Gesichtsfeld anzeigendes Signal. Die Logikschaltung ermittelt die Lage dieses Blutkörpers links von der öffnung und erzeugt ein den Objektträger in x-Richtung nach rechts

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bewegendes Richtungssignal, bis der Blutkörper die in der Fig. 2D gezeigte zentrierte Lage in der Öffnung 28 eingenommen hat.

Die Logikschaltung ist in den Fig. 3A-C näher gezeigt. Zu Beginn der Abtastung durch eine Spiegelfacette wird der Flip-Flop 60 mit einem Impuls vom Synchronisationsdetektor 50 eingestellt. Bei mehr als einem Synchronisationsimpuls geschieht dies infolge von Rauschstörungen nur durch den ersten Impuls. Hierdurch wird der Multivibrator 62 ausgelöst. Durch Einstellung der monostabilen Zeitdauer kann die Öffnung zum Binokular des Beobachters eingestellt werden. Der Multivibrator 62 löst seinerseits den Multivibrator 64 aus, welcher einen Impuls bestimmter Breite erzeugt, den Flip-Flop 66 einstellt und den Oszillator 68 anstellt. Die erzeugten Taktimpulse werden in einen Multivibrator 70 gegeben. Dieser erzeugt Impulse bestimmter Breite, die in die Binärzähler 72, 74- gegeben werden. Die Ausgangszählwerte werden durch die Tore 76, 78 entschlüsselt, wobei jede Abtastzeile in 60 gleiche Zuwachsschritte unterteilt wird. In der Mitte der Abtastung wird ein Mittelimpuls, am Ende ein Endimpuls erzeugt. Zur Erzeugung des Mittelimpulses werden die Zählerwerte so in das Tor 76 gegeben, dass seine Ausgabe steigt, wenn die Zähler 72, 7^- den 29. Taktimpuls erhalten. Der 30. Taktimpuls geht durch das Tor 80. Dies ist der Mittelimpuls. Entsprechend steigt die Ausgabe des Tors 78 beim 59· Taktimpuls. Der 60. Takt-

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impuls geht durch das Tor 82 und ist der Endimpuls. Dieser Endimpuls stellt die Flip-Flops 60, 66 neu ein, wodurch der Oszillator abgeschaltet wird. Er stellt auch die Zähler 72, 74 zurück.

Tritt während der Abtastung ein Nachweisimpuls auf, so geht er durch das UND-Tor 84 sowie den Wandler 86 und stellt den Nachweis-Flip-Flop 88 ein.

Tritt ein Nachweisimpuls zusammen mit dem Mittelimpuls auf, so geht der Letztere durch das UND-Tor 94, welches durch den Nachweisimpuls vom Tor 84 geöffnet wurde. Der Ausgangsimpuls vom Tor 94- geht durch den Wandler 96 und stellt den zellen-

/100 zentrierten Flip-Flop 98 ein, das UND-Tor'öffnet, worauf der Endimpuls hindurchgeht und den zellenzentrierten Impuls erz eugt.

Tritt ein Nachweisimpuls während der Abtastung auf, ohne jedoch mit dem Mittelimpuls zusammenzutreffen, so wird ein Richtungssignal erzeugt, welches die zum Zentrieren des Nachweisimpulses erforderliche Bewegungsrichtung angibt. Ein Schaltregister mit dem erststufigen Flip-Flop 102 und dem zweitstufigen Flip-Flop 104 stellt fest, ob der Nachweis impuls vor oder nach dem Mittelimpuls auftritt. Der erststufige Flip-Flop wird von Anfang an eingestellt und vom Mittelimpuls zurückgestellt und nach Auftreten des Nachweisimpulses

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vor dem Mittelimpuls der Einstellstatus auf den Flip-Hop 104- übertragen. Tritt der Nachweis impuls nach dem Mittelimpuls auf, so wird ein Rückstellstatus vom Flip-Flop 102 auf den Flip-Flop 104- übertragen.

Each Auftreten eines Nachweisimpulses geht der Endimpuls durch das UND-Tor 106 und fragt die UND-Tore 108 und 110 ab. Tritt er vor dem Mittelimpuls auf, so wird der Flip-Flop 104-so eingestellt, dass die Verbindung zum Tor 110 hoch ist, der Impuls vom Tor 106 hindurchgelassen wird und ein Richtungssignal in Richtung +x (nach rechts) erzeugt. Tritt er aber nach dem Mittelimpuls auf, so wird der Flip-Flop 104-zurückgestellt und der Wandler 112 gibt ein Hochsignal zum Tor 108, der Impuls vom Tor 106 wird hindurchgelassen und erzeugt ein Richtungssignal in Richtung -x (nach links). Bleibt die Abtastung ohne Nachweisimpuls, so werden die Flip-Flops 88, 98 während des Endimpulses dennoch zurückgestellt, und es wird über das ODER-Tor 90 das UND-Tor 92 geöffnet, und der hindruchgehende Endimpuls erzeugt ein Standardfortschaltsignal.

Eine Prioritätsschaltung lässt immer nur eines der Signale Zellenzentriersignal, Richtungssignal, Standardfortschaltsignal entstehen. Die höchste Priorität kommt dabei dem Zellenzentriersignal zu. Bei Einstellung des Flip-Flop 98 ist

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der untere Flip-Flop Ausgang niedrig und über das Tor 114 wird der Nachweis Flip-Flop 88 im Rückstellzustand gehalten. Infolgedessen kann ein Endimpuls nicht durch das Tor 106 gehen und ein Richtungssignal erzeugen. Der Bodenausgang des Flip-Flop 98 ist niedrig und blockiert über das ODER-Tor das UND-Tor 92, so dass ein Standard-Fortschaltsignal nicht entstehen kann.

Die Richtungssignale haben zweite Priorität. Ist der Nachweis-Flip-Flop 88 eingestellt, so geht der untere Ausgang des Flip-Flop über das ODER-Tor 90 zum UND-Tor 92 und blockiert dieses. Es entsteht daher kein Standard-Fortschaltsignal. Dieses kann vielmehr nur zur Entstehung gelangen, wenn am Ende einer Abtastung weder der Nachweis-Flip-Flop 88 noch der Zellenzentrier-Flip-Flop 98 eingestellt ist. In diesem Falle kann der Endimpuls durch beide Tore 90, 92 gehen und ein Standardfortschaltsignal erzeugen.

Durch Handeinstellung des Multivibrators 92 wird der Mittelimpuls relativ zum Synchronisationsimpuls verschoben. Der Mittelimpuls soll bei der Abtastung nach Möglichkeit zu einem etwa der Gesictitsfeldmitte der Kamera 36 entsprechenden Zeitpunkt auftreten; das kann durch Einstellen des Multivibrators 62 erreicht werden. Entsprechend kann auch die Frequenz des Oszillators 68 eingestellt werden. Durch Senken der Impuls-

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frequenz ergibt die 60-Taktimpulsfolge einen.grösseren Abtastbereich, während erhöhte Frequenz den Abtastbereich verkürzt.

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Claims

Patentansprüche

(L/ Vorrichtung zur analysegerechten Einstellung von Objekten auf mikroskopischen Objektträgern, deren optische Merkmale in elektrische Signale umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Projektionsmittel das optische Bild des Objektträgers auf den dieses in elektrische Signale umwandelnden Energiewandler und auf einen rotierenden Spiegel (38) werfen, welcher seinerseits einen Teil des optischen Bilds auf einen Lichtdetektor (40) wirft, an dessen Ausgang ein Impulsformer (46) angeschlossen ist, der bei Vorhandensein eines Objekts einen Nachweisimpuls erzeugt, ein weiterer Lichtdetektor (50) bei Stellung des rotierenden Spiegels in vorbestimmter Strahlenlage einen Synchronisationsimpuls erzeugt, und eine die Synchronisations- und Nachweisimpulse verarbeitende Logikschaltung (52) Regelsignale für einen den Objektträger in eine der Zentrierung des Objektbilds auf den Energiewandler entsprechende Lage bringenden Verstellmechanismus (54, 56) erzeugt.

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2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Snychronisationsimpulse durch eine auf den rotierenden Spiegel fokussierte Lichtquelle (48) und den zweiten Lichtdetektor erzeugt werden, die in einer Lage angeordnet sind, in der das den Synchronisationsimpuls auslösende, auf den zweiten Lichtdetektor fallende Licht in bestimmtem zeitlichen Abstand zum Beginn der Abtastung des Objektträgers durch den rotierenden Spiegel auftrifft.
3. Vorrichtung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung bei negativem Objektbefund ein Standardfortschaltsignal erzeugt, auf das der Verstellmechanismus den Objektträger um einen Schritt senkrecht zur Abtastrichtung des rotierenden Spiegels fortschaltet.
4. Vorrichtung gemäss Ansprüchen 1 - 3₅ dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung auf das Synchronisationssignal etwa in der Mitte der Abtastdauer des rotierenden Spiegels einen Mittelimpuls, und vor oder nach diesem bei Auftreten eines Nachweisimpulses den Verstellmechanismus beaufschlagende Richtungssignale für die Zentrierung des Objekts in Bezug auf eine dem Energiewandler (36) vorgeschaltete Öffnung (28) erzeugt.

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5· Vorrichtung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung bei Zusammentreffen des Fachweisimpulses mit dem Mittelimpuls einen "Objekt-zentriert" Impuls erzeugt.
6. Vorrichtung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten eines Synchronisationsimpulses die Taktimpulse eines Oszillators (68) in einen Impulszähler (72) gegeben werden, welcher nach Erreichen eines vorgewählten Zählwerts den Ausgangswert in einen Entschlüsseier (76) gibt, der den Mittelimpuls erzeugt.
7· Vorrichtung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Richtungssignals ein zweistufiges Schaltregister vorgesehen ist, dessen erste Stufe durch den Synchronisationsimpuls eingestellt und durch den Mittelimpuls zurückgestellt wird, und dessen zweite, mit der ersten verbundene Stufe bei Auftreten eines Nachweisimpulses den Zustand der ersten Stufe empfängt und hierauf als Ausgang ein bistabiles Richtungssignal erzeugt, welches anzeigt, ob der Nachweisimpuls vor oder nach dem Mittelimpuls aufgetreten ist.

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8. Vorrichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Entschlüsseier (78) die Ausgangswerte des Zählers empfängt und am Ende der Spiegelabtastung einen Endimpuls erzeugt, ein Flip-Flop (98) durch das Zusammentriff en des Nachweisimpulses mit dem Mittelimpuls eingestellt wird und dessen Ausgang zusammen mit dem Endimpuls einem Tor (100) zugeführt wird, welches ein dem Energiewandler zugeführtes "Objekt-zentriert" Signal erzeugt.
9. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang eines durch den Nachweisimpuls eingestellten Flip-Flop (88) mit dem Endimpuls einem zweiten Tor zugeführt wird, welches ein Richtungssignal für den Verstellmechanismus erzeugt.
10. Vorrichtung gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prioritätsschaltung jeweils um eines der Signale in der Prioritätsfolge "0"bjekt-zentriert"-Signal-Richtungssignal-Standardfort schalt signal entstehen lässt.
11. Vorrichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die verstellbare Frequenz des Oszillators (68) die Zeitdauer jeder Abtastung eingestellt werden kann.

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12. Vorrichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einmal-Multivibrator (62) mit einer einstellbaren, monostabilen Zeitperiode durch den Synchronisationsimpuls ausgelöst wird und auf dessen Ausgangsimpuls hin der Oszillator mit der Erzeugung der Taktimpulse beginnt, wobei durch entsprechende Einstellung der Mittelimpuls in einer mit der Gesichtsfeldmitte des Energiewandlers zusammentreffenden Abtastlage auftritt.
13· Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch" gekennzeichnet, dass die Projektionsmittel einen Strahlenteiler (22) enthalten.
14. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus das Objektbild in einer öffnung (28) des Energiewandlers zentriert.

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