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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Mikroskopanordnung enthaltend
- (a) eine Linsenanordnung zur vergrößerten Abbildung eines Objektbereichs in eine Bildebene;
- (b) eine im Objektbereich angeordnete Probenaufnahme für eine Probe; und
- (c) eine im Bereich der Bildebene der Linsenanordnung angeordnete Kameraaufnahme für eine Kamera zur Erzeugung eines digitalen Bildes.
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Unter einer Linsenanordnung kann eine Einzellinse, aber auch eine Anordnung mit mehreren Linsen verstanden werden. Mit der Linsenanordnung wird bei Mikroskopen ein mehrfach vergrößertes Bild eines Objektbereichs in einer Bildebene erzeugt. Wenn eine Probe in den Objektbereich eingebracht wird, wird die Probe in einer Bildebene der Linsenanordnung vergrößert dargestellt. Bekannte Mikroskope haben hierfür ein Okular mit dem das Bild mit dem Auge betrachtet werden kann. Es sind aber auch Mikroskope bekannt, die eine Kamera in der Bildebene vorsehen. Mit der Kamera wird das vergrößerte Bild aufgenommen und kann anschließend an einem Computerbildschirm oder dergleichen betrachtet und ausgewertet werden.
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Stand der Technik
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Mikrobiologische Prozesse werden bei der gewerblichen Anwendung regelmäßig kontrolliert und beobachtet. Ein Beispiel für einen solchen mikrobiologischen Prozess ist die Hefe und Kontaminationsanalyse im Brauprozess. Für die Kontrolle werden Proben genommen und mikroskopisch analysiert. Die Beobachtungen müssen ausgewertet und protokolliert werden. Dies erfolgt entweder von Hand oder mit Hilfe geeigneter Soft- und Hardware. Wenn die Probe entnommen und in ein Labor überführt wird, besteht die Gefahr, dass sich die Probe durch Zeitverzug und Veränderung der Umgebungsbedingungen verändert. Die Untersuchung vor Ort ist aufwändig, da empfindliche Mikroskope, Analysegerätschaften und Computer in der Produktion vor Beschädigung, Überhitzung, Verschmutzung und dergleichen geschützt werden müssen und Platz benötigen.
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Mikroskope enthalten meist verschiedene Objektive, welche jeweils teure Mehrlinsensysteme darstellen. Die Vergrößerung wird je nach verfügbaren Objektiven vom Nutzer gewählt. Die Betrachtung erfolgt durch ein Okular. Bekannte Mikroskopanordnungen müssen also Anforderungen an die Ergonomie erfüllen, die eine bestimmte Gerätegröße zur Folge haben. Bekannte Mikroskope sind üblicherweise nicht für die automatische Auswertung der Analyse konzipiert.
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Es ist bekannt, eine Digitalkamera über einen Anschluss an ein Mikroskop anzuschließen. Die Daten werden dann an einem herkömmlichen Personalcomputer ausgewertet. Die Versuchsbedingungen werden nicht mitprotokolliert.
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Die Analyse und die Auswertung der Analyseergebnisse erfordert in der Regel eine hohe Fachkompetenz.
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WO 2011 156 249 A2 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Zellzahl und Viabilität von Hefezellen in einer Probe.
DE 692 27 355 T2 beschreibt eine tragbare Vergrößerungsbeobachtungsvorrichtung für Körperabschnitte.
WO2012058641A2 offenbart die Aufnahme von Bildern der Hautoberfläche und Körperöffnungen mittels eines Smartphones und einem Mikroskopaufsatz. Ein Objektträger oder eine Probenkammer ist nicht vorgesehen.
WO2013120091A1 offenbart eine Anordnung mit Einfachlinsen. Offenbart ist eine aus Papier gefaltete Variante des Loewenhocks Mikroskops, die für den Einsatz mit der Hand konzipiert wurde.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kostengünstig und mobil vor Ort einsetzbar ist und gleichzeitig eine hochwertige Auswertung und Protokollierung erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
- (d) die Linsenanordnung eine miniaturisierte Mikroskoplinsenanordnung, eine Kugellinse, eine halbierte Kugellinse oder eine Linse in Form eines Rotationsellipsoids umfasst; und
- (e) die Kameraaufnahme zur Aufnahme eines handelsüblichen, mit einer Kamera ausgestatteten Mobilfunkendgerätes oder einer mit einem Mobilfunkendgerät zusammenwirkenden Kamera ausgebildet ist.
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Mit der Anordnung wird eine besonders kostengünsitge, kompakte und tragbare Mikroskopanordnung verwirklicht. Die Linsenanordnung kann insbesondere eine Linse mit einem Durchmesser unterhalb von 5 mm, vorzugsweise unterhalb von 2 mm umfassen. Dadurch wird eine starke Krümmung mit großer Vergrößerung verwirklicht. Eine ganz besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung verwendet eine Kugellinse mit 1 mm Durchmesser. Alternativ kann auch eine noch kleinere Linse mit einem Durchmesser von 0,5 mm verwirklicht werden. Insbesondere kann die Kamera mit der Detektorebene in der Bildebene oder kurz dahinter fixierbar sein.
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Mit einer solchen Linsenanordnung wird eine hohe Vergrößerung in einfacher Anordnung erreicht. Das aufgenommene Bild wird vom Mobilfunkendgerät an eine zentrale Datenverarbeitung übertragen. Das hat den Vorteil, dass unabhängig von der Leistungsfähigkeit des Mobilfunkendgeräts große Rechen- und Speicherkapazitäten genutzt werden können. Die zentrale Datenverarbeitungsanlage kann an einer völlig anderen Stelle eingerichtet werden. Diese wird durch den Produktionsprozess vor Ort nicht beeinflusst. Die zentrale Datenverarbeitungsanlage kann insbesondere aufwändige Software verwenden, die von einer Vielzahl von Anwendern genutzt wird. Dadurch ist der Investitionsaufwand gering. Die Software kann insbesondere dazu dienen Auswertungsschritte zu automatisieren. Dann braucht der Anwender entsprechend weniger Fachkenntnisse als wenn er die Auswertung vor Ort selber vornimmt. Der Anwender erhält zeitnah das gewünschte Ergebnis und braucht die Probe nicht von Hand auszuwerten. Die Verwendung einer zentralen Datenverarbeitungsanlage ermöglicht es ferner, die unscharfen Randbereiche der Bilder zu korrigieren. Solche unscharfen Randbereiche sind bei Kugellinsen und vergleichbaren Linsen mit geringem Durchmesser sehr ausgeprägt. Da Ursache der Unschärfe wohl definiert und für alle Bilder gleich ist, lässt sie sich mit geeigneter Software gut korrigieren.
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Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist die Kameraaufnahme von einem Schacht gebildet, in den ein flaches Mobilfunkendgerät einschiebbar ist. Das Mobilfunkendgerät ist selber mit einer Kamera ausgestattet. Beispiele für solche Mobilfunkendgeräte mit Kamera sind Smartphones und Tablet-Computer. Die Kamera wird direkt unter der Linsenanordnung positioniert. Dabei dient der Schacht als Führung, so dass eine aufwändige Justage nicht erforderlich ist. Vorzugsweise sind Einstellmittel zum Einstellen der Kameraposition vorgesehen. Dann kann der Schacht an die Abmessungen des Mobilfunkendgeräts bzw. die Lage der Kamera angepasst werden. Eine Einstellung braucht nicht für jedes Bild der gleichen Kamera, sondern nur bei Kamerawechsel vorgenommen werden. Entsprechend ist es möglich, die Bilder ohne großen Aufwand aufzunehmen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet die Probenaufnahme einen Schacht oder eine Vertiefung für einen Objektträger oder eine Probenkammer. Der Objektträger oder die Probenkammer, beispielsweise eine Glas- oder Kunststoffplatte, wird in den Schacht eingeführt oder in die Vertiefung eingesetzt. Dann ist der Objektträger oder die Probenkammer mit der Probe ohne weitere Justage positioniert.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein flexibles und/oder verformbares Material am Boden der Probenaufnahme vorgesehen, in welches die Probe oder ein mit der Probe versehener Objektträger oder Probenkammer hineindrückbar ist.
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Zum Ausüben des Drucks auf den Objektträger oder die Probenkammer kann ein Stempel verwendet werden. Der Stempel kann außerhalb der Probe Druck auf den Objektträger oder die Probenkammer ausüben und so die Probe in Richtung der optischen Achse in den Fokus der Linsenanordnung bewegen. Alternativ sind Justiermittel zur Justage der Lage der Kugellinse vorgesehen.
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Bei einer besonders komfortablen Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Erfassung des Vorhandenseins einer Kamera und/oder eines Mobilfunkendgerätes vorgesehen. Ein solches Mittel kann ein Near-Field-Communication Sender (NFC-Sender) sein, der beispielsweise einen RFID-Tag im Mobilfunkendgerät detektiert und eine dort installierte Software zur Betätigung der Kamera aktiviert.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Aufnahme und Auswertung eines mit einem Mikroskop vergrößerten Bildes einer Probe, das gekennzeichnet ist durch die Schritte:
- (a) Aufnehmen eines durch ein Mikroskop vergrößerten Bildes einer Probe mit einer digitalen Kamera;
- (b) Übertragen des aufgenommenen Bildes mittels eines Mobilfunkendgerätes an eine zentrale Datenverarbeitungsanlage;
- (c) Speichern und Auswerten des digitalen Bildes in der zentralen Datenverarbeitungsanlage; und
- (d) Übertragen eines Ergebnisses der Auswertung an das Mobilfunkendgerät.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kamera in das Mobilfunkendgerät integriert ist und das Mobilfunkendgerät für die Aufnahme in definierter Position relativ zum Mikroskop fixiert wird. Eine solche Fixierung kann beispielsweise über einen Schacht erfolgen, in den das Mobilfunkendgerät bis zum Anschlag eingeschoben wird. Der Schacht dient als Führung, so dass eine laterale Verschiebung vermieden wird. Es ist aber auch möglich, eine anders geartete Fixierung mit Klammern oder dergleichen zu verwenden.
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Vorzugsweise erfolgt die Übertragung zur zentralen Datenverarbeitungsanlage zumindest teilweise über das Internet. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Übertragung über eine erste Teilstrecke von der Kamera zum Mobilfunkendgerät über ein Kabel oder eine Bluetooth-Verbindung erfolgt. Es ist auch möglich, die Daten direkt über eine telefonische Verbindung ohne Nutzung des Internets zu übertragen. Die Übertragung kann verschlüsselt oder unverschlüsselt erfolgen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für die Auswertung des Bildes Farbe, Form und/oder Textur und/oder weitere ausgewählte Merkmale der Probe oder der Probenbestandteile erfasst werden und eine Klassifizierung der Probe oder der Probenbestandteile nach Maßgabe der Art und Stärke der Merkmale erfolgt. Insbesondere können einzelne Probenbestandteile in der Probe identifiziert und in einem Ergebnisbild markiert werden. Beispiele für Merkmale sind Durchmesser, Fläche, Rundheit, durchschnittliche Pixelhelligkeit und durchschnittlicher HUE-Wert (Farbe) eines Probenbestandteils. Ein Beispiel für einen Probenbestandteil ist etwa eine Hefe.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden zusammen mit dem aufgenommenen Bild weitere Informationen an die zentrale Datenverarbeitungsanlage übertragen, die von Hand eingegeben werden, vorab gespeichert wurden oder mittels geeigneter Sensoren erfasst und dem Mobilfunkendgerät zugeführt werden. Es können ferner Daten übermittelt werden, die im Mobilfunkendgerät ohnehin vorhanden sind. Solche Daten sind beispielsweise Tag, Uhrzeit und Ort der Aufnahme oder eine Kennung des Mobilfunkendgeräts. Die von Hand eingegebenen Daten können insbesondere die Umstände der Probennahme umfassen, etwa Chargennummern oder Kürzel der Person, die die Probe genommen hat.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ergebnis, das nach der Auswertung an das Mobilfunkendgerät zurückübertragen wird, ein bearbeitetes Bild der Probe. Ein Bild, das beispielsweise mit einer Kugellinse vergrößert wurde, ist in den Randbereichen unscharf. Bei der Bearbeitung werden diese Randbereiche ausgeschnitten, die Helligkeit des Bildes korrigiert und erkannte Probenbestandteile (Objekte) markiert. Dieses Bild liefert dem Nutzer dann einen Überblick über die Qualität der Probe und des Bildes.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Darstellung einer mobilen Mikroskopanordnung mit Probenträger und Smartphone vor dem Einschieben.
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2 zeigt die Anordnung aus 1 im Betriebsmodus bei der Aufnahme.
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3 ist ein Querschnitt durch die Anordnung aus 2.
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4 illustriert den Strahlengang durch eine Kugellinse in der Anordnung aus 1 im Detail.
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5 ist ein Flussdiagramm mit den Verfahrensschritten zur Analyse von Proben mit dem Mikroskop aus den 1 bis 4.
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6 zeigt die Rohdaten eines mit der Anordnung aus 1 aufgenommenen Bildes.
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7 zeigt den für die Analyse verwendeten Ausschnitt des Bildes aus 6.
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8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Anordnung aus 1.
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9 zeigt ausschnitthaft die bearbeiteten Daten des Bildes aus 7.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt einen Mikroskopaufsatz, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Mikroskopaufsatz besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Kunststoff. Ein alternatives Ausführungsbeispiel verwendet einen Mikroskopaufsatz aus Metall, insbesondere aus Edelstahl. Der Mikroskopaufsatz 10 weist einen flachen Schacht 12 mit schienenförmigen Seitenwänden 14 und 16 auf. Im Boden des Schachts 12 ist eine Vertiefung 18 vorgesehen. In der Vertiefung 18 sitzt ein NFC-Tag (nicht dargestellt). Die Oberseite des Schachts 12 ist offen. Der in 1 hintere Bereich des Schachts 12 ist geschlossen und bildet mit einer hinteren Wandung 22 einen Anschlag.
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Auf der Oberseite des Schachts 12 ist eine Halterung 20 angeformt. Es ist aber auch möglich, die Halterung 20 als separates Bauteil herzustellen und anschließend mit geeignetem Kleber oder anderen Befestigungsmitteln zu befestigen oder zu verschweißen. Die Halterung 20 sitzt im hinteren Teil des Schachts 12 auf den Seitenwänden 14 und 16. Sie weist eine plane, rechteckige Basisplatte 24 mit Seitenwänden 26 und 28 an den Längsseiten der Basisplatte 24 auf. Eine der kurzen Seiten der Halterung 20 ist offen. Die gegenüberliegende Seite wird von einem Anschlag 30 begrenzt.
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In Verlängerung der Basisplatte 24 nach hinten ist eine Seitenplatte 32 an die Halterung 20 angeformt. Auf der Seitenplatte 32 ist ein Haltequader 34 festgeschraubt. Der Haltequader 34 erstreckt sich nach oben in 1 und weist einen über die Basisplatte 24 ragenden Vorsprung 36 auf. Der Vorsprung 36 ist mit einer Bohrung mit einem Innengewinde versehen. Dies ist im Querschnitt in 3 gut zu erkennen.
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In das Innengewinde ist ein Drehknopf 38 eingeschraubt. Dies ist durch einen Pfeil 40 in 1 illustriert. Der Drehknopf 38 ist im wesentlichen hohl. Dies ist in der Explosionsdarstellung in 3 gut zu erkennen. Ein unterer Teil 44 des Drehknopfes 38 bildet einen Stempel mit einer planen Unterseite 42. Dieser Teil 44 ist von unten in die Bohrung im Vorsprung 36 eingeschraubt. Ein oberer Teil 46 des Drehknopfs 38 wird auf den oberhalb des Vorsprungs 36 herausragenden unteren Teil 44 aufgesteckt.
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Im Innenraum des unteren Teils 44 des Drehknopfs ist eine LED 48 angeordnet. Die Kontakte 50 der LED sind nach oben in den oberen Teil 46 geführt. Die LED wird über eine auswechselbare Batterie oder einen Akkumulator 52 mit Energie versorgt. Die LED kann mit einem Ein/Aus-Schalter 54 angestellt werden. Es versteht sich, dass auch jede andere Lichtquelle an dieser Stelle verwendet werden kann, die kostengünstig und klein ist.
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Die Batterie 52 ist im oberen, verbreiterten Teil des hohlen Drehknopfs 38 angeordnet. Dieser Teil ist mit einem lösbaren Deckel 56 verschlossen. Eine Rändelung außen am verbreiterten Teil des Drehknopfs 38 erleichtert das Verdrehen um geringe Winkel.
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In der Basisplatte 24 ist mittig unterhalb des Drehknopfs 38 eine Bohrung vorgesehen. In der Bohrung sitzt eine Kugellinse 60 von etwa 1 mm Durchmesser. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine Kugellinse 60 von etwa 0,5 mm Durchmesser angeordnet. Die Kugellinse 60 ist aus Glas. In einem anderen Ausführungsbeispiel hat die Kugellinse 60 einen Durchmesser von 2 mm. Die Kugellinse 60 ist in der Bohrung eingeklemmt. Es ist aber auch möglich, die Kugellinse 60 festzukleben. Mit einer Kugellinse 60 mit einem Durchmesser von etwa 1 mm lässt sich eine Vergrößerung von 400x erreichen. Kleinere Durchmesser führen zu einer noch stärkeren Vergrößerung. Dabei liegt der Brennpunkt der Linse nur knapp unter der Linsenoberfläche.
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Seitlich neben der Kugellinse 60 sind etwa unterhalb des Stempels 42 elastische Schaumstoffstreifen 62 auf der Basisplatte 24 befestigt.
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Die Anordnung arbeitet wie folgt:
Ein handelsübliches Smartphone 64, wie sie typischerweise von Apple, Samsung, HTC und dergleichen vertrieben werden wird in Richtung der Pfeile 66 bis zum Anschlag in den Schacht 12 eingeführt. Das Smartphone 64 hat eine sogenannte Frontkamera, die hier mit 68 bezeichnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Smartphone 64 ausgewählt, das genau den Abmessungen des Schachtes 12 und des Mikroskopaufsatzes 10 entspricht. In einem nicht dargestellten, alternativen Ausführungsbeispiel ist der Anschlag und die Breite des Schachtes 12 einstellbar, so dass quasi beliebige Smartphones in die richtige Stelle eingeführt werden können.
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Das Einführen des Smartphones 64 wird von dem NFC-Tag in der Aussparung 18 detektiert. Das Tag 18 sendet ein Signal an das Smartphone 64, welches eine geeignete Software-Anwendung startet. Es versteht sich, dass die Anwendung auch von Hand gestartet werden kann. Wenn das Smartphone 64 bis zum Anschlag 22 eingeführt ist, liegt die Kamera 68 genau im Strahlengang der LED 48 unterhalb der Kugellinse 60. Der Abstand zwischen Kamera 68 und Kugellinse 60 ist dabei nur wenige mm.
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Ein Probenträger 70 mit einer Probe 74 wird in Richtung der Pfeile 72 (1) von der offenen Seite her bis maximal zum Anschlag 30 auf die Basisplatte 24 geschoben. Dabei dienen die Seitenwände 26 und 28 als Führung. Der Probenträger 70 wird so weit eingeschoben, dass die Probe im eingeschobenen Zustand im Bereich zwischen LED und Kugellinse 60 liegt. Bei eingeschalteter Kamera 68 lässt sich die Lage der Probe auf dem gut sichtbaren Display 76 des Smartphones 64 kontrollieren. Wenn Probenbestandteile gut sichtbar sind, liegt die Probe 74 an der richtigen Stelle.
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2 zeigt die Anordnung 10 mit eingeschobenen Smartphone 64 und Objektträger oder Probenkammer 70 auf der Basisplatte 24.
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4 zeigt einen Ausschnitt 78 mit Kugellinse 60 und Probe 74 in vergrößerter Darstellung. Das von oben kommende Licht 80 aus der LED beleuchtet die Probe 74. Die Kugellinse 60 bildet das Bild der Probe auf die Kamera 68 mit ca. 400-facher Vergrößerung ab. Man erkennt deutlich, dass der Aufbau der Anordnung die Positionierung der Probe und der Kamera in unmittelbarer Nähe der Kugellinse 60 erlaubt. Entsprechend wird trotz der geringen Abmessungen eine sehr gute Abbildungsqualität erreicht.
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Die geringen Abstände erfordern in der Regel eine Nachjustierung. Zu diesem Zweck wird der Probenträger 70 mit dem Stempel 42 in die weichen Streifen 62 gedrückt. Hierzu wird der Stempel 42 nach unten gedreht. Eine geringfügige Drehung reicht zur Nachjustierung aus. Mit dem Stempel 42 erfolgt also sowohl die Fixierung des Objektträgers oder der Probenkammer 70, als auch die Justage. Auf dem Display wird das mit der Kamera 68 erzeugte Bild verfolgt, bis die Einstellung hinreichend scharf ist. Anschließend wird das Bild aufgenommen.
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Ein Beispiel für ein solches aufgenommenes Bild 82 einer Hefe im Brauereiprozess ist in 6 dargestellt. Man erkennt, dass der Randbereich 84 eher unscharf abgebildet wird. Der mittlere Bereich 86 hingegen ist mit hoher Abbildungsqualität aufgenommen. Dieser ist in 7 vergrößert dargestellt. Um eine optimale Analyse zu ermöglichen, wird der schärfste, abgebildete runde Bereich 87 von der Software-Applikation automatisch ermittelt. Die unscharfen Bereiche außerhalb des Bereiches 87 werden durch eine zusätzliche Vorverarbeitung für die Analyse nutzbar gemacht.
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5 illustriert anhand eines Verlaufsdiagramms den gesamten Prozess der Analyse:
Zunächst erfolgen vorbereitende Schritte an der Hardware für die Analyse. Anschließend wird die Software-Applikation gestartet. Mikroskopische Bilder werden mit Hilfe der Software-Applikation gespeichert und an ein Programm "Webservice" gesendet. Wenn mehrere Bilder aufgenommen werden, wird dieser Schritt für entsprechend mehrfach, d.h. für jedes Bild einzeln ausgeführt. Nachdem die Bilder aufgenommen wurden, können weitere Details und Informationen zum Experiment mit Hilfe der Software Applikation eingegeben werden. Die Experimentdetails werden von einem örtlich entfernten zentralen Datenverarbeitungseinrichtung, beispielsweise einem Server mit einem Programm "Webservice", über das Internet empfangen und in die Datenverwaltung eingepflegt. Das Bild wird vom Webserver empfangen und über eine Datenbank zentral verwaltet.
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Das Programm "Webservice" startet eine weitere Software zur Bildverarbeitung. Die Objekte, d.h. einzelne Probenbestandteile im Bild, werden vom Hintergrund abgetrennt und einzeln registriert. Es werden verschiedene Charakteristika für jedes Objekt berechnet. Diese beschreiben Farbe, Form & Textur. Über die berechneten Charakteristika kann ein vorhandener Klassifikator die Objekte in entsprechende Klassen differenzieren. Die klassifizierten Objekte werden in einem Ergebnisbild markiert. Zusätzliche Daten wie Gesamtzahl, Anzahl der Objekte in den Klassen und Charakteristika der einzelnen Objekte werden als Metadaten abgespeichert. Die erstellten Daten werden vom Programm "Webservice" in die Datenverwaltung eingepflegt. Für das entsprechende Bild wird eine Rückmeldung an die Softwaranwendung auf dem Smartphone gesendet, dass die Auswertung beendet ist. Die Softwareanwendung lädt das Ergebnisbild und weitere Daten für das entsprechende Bild herunter. Hierbei wird über die Datenverwaltung überprüft, wie viele Bilder des bestehenden Experiments bereits ausgewertet wurden. Sobald alle Bilder ausgewertet sind werden die Ergebnisse dargestellt.
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Das System übermittelt also das Bild der mikroskopischen Aufnahme, beispielhaft in 7 dargestellt, an einen Server, der das Bild mittels einer Bilderkennungssoftware auswertet. Die Ergebnisse werden dem Anwender zeitnah über das Internet übermittelt. Ein Beispiel für ein solches bearbeitetes Bild ist ausschnittweise in 9 dargestellt. Der Hintergrund 89 ist neutral dargestellt. Die einzelnen Objekte 88 sind gut erkennbar. Mit der Bilderkennungssoftware werden nun die gesuchten Objekte markiert und gezählt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können beispielsweise die durchgängig schwarz gefärbten, kreisförmigen Objekte 91 von den übrigen Objekten 93 gut unterschieden werden. Die erkannten schwarzen (angefärbt tot) Zellen sind gepunktet umkreist und die erkannten hellen (lebenden) Zellen sind gestreift umkreist dargestellt.
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Das System speichert außerdem die Ergebnisse der Analyse zentral und online, um diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufrufen zu können. 10 illustriert die für Komponenten des gesamten Systems. Dabei versteht es sich, dass die zentrale Datenverarbeitung 97 in Form eines Server Backends mit einer Vielzahl von Anordnungen 10 (in der 10 als "Mobiles Aufnahmegerät" bezeichnet) zusammenwirken kann und dass der Datenzugriff von einer Vielzahl von Desktop PCs 99 oder vergleichbaren Geräten erfolgen kann. Die Pfeile 95 in 10 repräsentieren die Übertragungswege, beispielsweise über eine Telefon- und/oder Internetverbindung.
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Besonders für kleine und mittlere Betriebe ist das System interessant aber auch für solche bei denen der Weg zum Zentrallabor zu lang für eine genaue Messung ist. Die Anordnung und das Verfahren erlauben ferner Metaanalysen. Bei der Metanalyse geht es darum, die Ergebnisse verschiedener einzelner Analysen als Ganzes auszuwerten, z.B. die Fragen zu untersuchen, wie sich die Zellzahl und Viabilität über den Brauprozess ändert. Dies kann etwa als Graph dargestellt werden. Es kann auch untersucht werden, ob sich die Hefe bei dem aktuellen Brauprozess wie sonst auch zu diesem Zeitpunkt verhält. Bei abweichendem Verhalten kann etwa eine Warnung erzeugt werden, wenn das Verhalten auf einmal schlechter ist. Schließlich können die Brauvorgänge in einem bestimmtem Tank oder einer bestimmten Brauerei statistisch signifikant schlechter/anders als bei anderen sein, falls ein Kunde mehrere hat. Auch dies kann untersucht werden.
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Anordnung und Verfahren eignen sich praktisch für beliebige mikroskopische Auswertungen, einschließlich der Überwachung von hefegetriebener Gärung zur Herstellung von Bier und bierähnlichen Getränken. Bei der Hefe-Analyse geht es hauptsächlich darum die Anzahl an viablen und nicht-viablen Zellen zu bestimmen (nach Einfärbung über die Farbe) und daraus eine Konzentration und einen prozentualen Anteil zu berechnen. Zusätzlich kann z.B. über den Durchmesser das Alter der Zellen bestimmt werden. Das sind alles wichtige Informationen welche zur Qualitätssicherung oder auch zur Überwachung von dem Brauprozess genutzt werden können. Die hefegetriebene Gärung kann auch überwacht werden bei Wein aus Honig, Obst und Gemüse, Schaumwein, Kefir, Sojasoße und Ethanol. Anordnung und Verfahren eignen sich ferner für die Überwachung der Stromataöffnung bei Pflanzen, von Klärwerken, einschließlich der Belebtschlammanalyse (automatische Artenbestimmung) und Flocken-/Flockulationsanalyse.
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Anordnung und Verfahren sind ferner geeignet für die computergestützte Erstellung von Spermiogrammen. Bei Spermiogrammen wird über Schwimmfähigkeit der Spermien die Fruchtbarkeit ermittelt. Weitere Anwendungen sind die Bewertung von Gewässergüte, die automatisierte Erkennung von Phytoplankton, die Trinkwasseranalyse und die automatisierte Detektion von Protozoen.
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In der Textilindustrie kann die Anordnung insbesondere bei der Faseranalyse, z.B. bei der Beschaffung von Baumwolle vor Ort eingesetzt werden. Hier wird über die Form der Fasertyp oder die Reife der Faser ermittelt.
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Die Anordnung und das Verfahren eignen sich auch für die Diagnose von Krankheiten u.a. Leishmaniose oder Malaria. Wenn Erreger gefunden werden, lautet die Diagnose, dass der Patient erkrankt ist.
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Je nach Anwendungsfall kann es sinnvoll sein, eine Durchflussprobenkammer zu verwenden, wie sie in 8 dargestellt ist. 8 ist eine schematische Skizze die zeigen soll, dass die Probekammer auch mit einem Durchflusssystem genutzt werden kann. Anstatt die Probekammer einmal zu füllen um dann Bilder aufzunehmen, könnte auch ein Durchfluss durch die Kammer erfolgen um einen Prozess kontinuierlich zu überwachen.
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Hierbei werden von der Software periodisch Bilder oder Videos gemacht, welche zur Auswertung genutzt werden. 8 zeigt Schläuche 90, Probenbehälter 92, Pumpe 94, Probekammer 96 und Empfangsbehälter 98.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011156249 A2 [0007]
- DE 69227355 T2 [0007]
- WO 2012058641 A2 [0007]
- WO 2013120091 A1 [0007]
