Title:
Probenidentifizierung-Vorrichtung und Probenidentifizierungs-Verfahren
Kind Code:
T5


Abstract:

Probenidentifizierungs-Vorrichtung, die umfasst:
eine Bildeingabeeinrichtung zum Eingeben von Bildinformationen einer Probe;
eine Bildanzeigeeinrichtung zum Anzeigen der Bildinformationen für einen Beobachter;
eine Bereich-Angabeeinrichtung zum Angeben eines festen Bereiches der Bildinformationen in Reaktion auf einen Vorgang, der von dem Betrachter entsprechend den durch die Bildanzeigeeinrichtung angezeigten Bildinformationen ausgeführt wird;
eine Umwandlungseinrichtung zum Durchführen von Frequenzumwandlung von Vibrationsinformationen der Probe in dem durch die Bereich-Angabeeinrichtung angegebenen festen Bereich in Toninformationen; und
eine Tonausgabeeinrichtung zum Ausgeben der durch die Umwandlungseinrichtung Frequenzumwandlung unterzogenen Toninformationen an den Beobachter.




Inventors:
Ikeda, Takahiro (Hamamatsu-shi, Shizuoka, JP)
Iwai, Hidenao (Hamamatsu-shi, Shizuoka, JP)
Yamauchi, Toyohiko (Hamamatsu-shi, Shizuoka, JP)
Application Number:
DE112008003471
Publication Date:
01/13/2011
Filing Date:
11/07/2008
Assignee:
Hamamatsu Photonics K.K. (Hamamatsu, Shizuoka, JP)



Foreign References:
JP4504055B2
Attorney, Agent or Firm:
Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser (München, 80802)
Claims:
1. Probenidentifizierungs-Vorrichtung, die umfasst:
eine Bildeingabeeinrichtung zum Eingeben von Bildinformationen einer Probe;
eine Bildanzeigeeinrichtung zum Anzeigen der Bildinformationen für einen Beobachter;
eine Bereich-Angabeeinrichtung zum Angeben eines festen Bereiches der Bildinformationen in Reaktion auf einen Vorgang, der von dem Betrachter entsprechend den durch die Bildanzeigeeinrichtung angezeigten Bildinformationen ausgeführt wird;
eine Umwandlungseinrichtung zum Durchführen von Frequenzumwandlung von Vibrationsinformationen der Probe in dem durch die Bereich-Angabeeinrichtung angegebenen festen Bereich in Toninformationen; und
eine Tonausgabeeinrichtung zum Ausgeben der durch die Umwandlungseinrichtung Frequenzumwandlung unterzogenen Toninformationen an den Beobachter.

2. Probenidentifizierungs-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Umwandlungseinrichtung einen Frequenzwandler umfasst, der wenigstens ein Multiplizierglied enthält; und wobei ein Differenzierglied vor oder hinter dem Multiplizierglied in dem Frequenzwandler angeordnet ist.

3. Probenidentifizierungs-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Umwandlungseinrichtung eine Vielzahl von Frequenzwandlern und ein Addierglied zum Addieren von Ausgängen von der Vielzahl von Frequenzwandlern umfasst.

4. Probenidentifizierungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Umwandlungseinrichtung des Weiteren eine Einrichtung zum Umwandeln einer Stärke der Frequenzumwandlung unterzogenen Toninformationen in eine Tonhöhe der Toninformationen umfasst.

5. Probenidentifizierungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn sich ein an den Beobachter ausgegebener Ton innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ändert, die Tonausgabeeinrichtung den Ton vor der Änderung während des vorgegebenen Zeitintervalls weiter als einen nachhallenden Ton ausgibt.

6. Probenidentifizierungs-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das vorgegebene Zeitintervall 2 ms beträgt.

7. Probenidentifizierungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bildeingabeeinrichtung die Bildinformationen der Probe von einem Phasenkontrastmikroskop und einem zweidimensionalen Photodiodenarray empfängt.

8. Probenidentifizierungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bildeingabeeinrichtung die Bildinformationen der Probe von einer Datenbank empfängt, in der die Bildinformationen der Probe im Voraus gespeichert werden.

9. Probenidentifizierungs-Verfahren, das umfasst:
einen Bildeingabeschritt, in dem eine Bildeingabeeinrichtung Bildinformationen empfängt;
einen Bildanzeigeschritt, in dem eine Bildanzeigeeinrichtung die Bildinformationen einem Beobachter anzeigt;
einen Bereich-Angabeschritt, in dem eine Bereich-Angabeeinrichtung einen festen Bereich der Bildinformationen in Reaktion auf einen Vorgang angibt, der von dem Betrachter entsprechend den durch die Bildanzeigeeinrichtung angezeigten Bildinformationen ausgeführt wird;
einen Umwandlungsschritt, in dem die Umwandlungseinrichtung Frequenzumwandlung von Vibrationsinformationen der Probe in dem durch die Bereich-Angabeeinrichtung angegebenen festen Bereich in Toninformationen durchführt; und
einen Tonausgabeschritt, in dem die Tonausgabeeinrichtung die durch die Umwandlungseinrichtung Frequenzumwandlung unterzogenen Toninformationen an den Beobachter ausgibt.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Probenidentifizierungs-Vorrichtung und ein Probenidentifizierungs-Verfahren.

Technischer Hintergrund

Durch jüngste Entwicklungen auf dem Gebiet der Biotechnologie ist die klinische Ausführung von künstlicher Befruchtung und Gewebezüchtung (tissue engineering) Routine geworden. Dabei werden sogenannte ”lebendige” Zellen vorzugsweise schnell und effizient identifiziert. Normalerweise wird diese Identifizierung von einem Beobachter durchgeführt, der erfasste oder gemessene Ergebnisse von Zellen mit dem bloßen Auge betrachtet und beispielsweise diejenigen, die eine größere Anzahl von Vibrationen pro Zeiteinheit aufweisen, als ”lebendige Zellen” auswählt.

Patentbeispiel 1 offenbart ein Beispiel für Vorrichtungen zum Betrachten von Zellen und Identifizieren derselben durch einen Beobachter. In Patentbeispiel 1 werden Vibrationssignale von Zellen Frequenzumwandlung durch einen Spektrumanalysator oder dergleichen unterzogen, und die Ergebnisse werden auf einem Oszilloskop angezeigt. Daher kann der Betrachter, der die in Patentbeispiel 1 beschriebene Vorrichtung verwendet, sogenannte ”lebendige” Zellen identifizieren, indem er den Ausgabebildschirm des Oszilloskops betrachtet.

  • Patentbeispiel 1: Aus dem Japanischen übersetzte internationale Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-504055

Offenbarung der ErfindungTechnisches Problem

Um eine Zelle, die einen gewünschten Vibrationszustand aufweist, unter Verwendung der oben erwähnten Vorrichtung aus Patentbeispiel 1 zu identifizieren, stellt der Betrachter zunächst die Position einer Zelle ein, die auf einem Probenaufnahmetisch angeordnet ist, und legt dabei einen Ansichtspunkt an der Zelle fest, um so einen zu betrachtenden Bereich zu definieren (Schritt S001). Anschließend betrachtet der Beobachter auf dem Oszilloskop angezeigte Informationen und stellt fest, ob eine Zelle in einem gewünschten Vibrationszustand vorhanden ist oder nicht (Schritt S002). Das heißt, der Beobachter muss den Ansichtspunkt nach der Positionseinstellung in Schritt S001 einmal zu dem Anzeigebildschirm des Oszilloskops wechseln. Des Weiteren muss der Beobachter, wenn bei der Feststellung in Schritt S002 keine Zelle in dem gewünschten Zustand vorhanden ist, den Ansichtspunkt zu der auf dem Probenaufnahmetisch befindlichen Zelle zurückführen und dann den Vorgang zum Definieren des Beobachtungsbereiches in Schritt S001 erneut in Gang setzen. Jedoch muss der Beobachter, selbst wenn bei der Feststellung in Schritt S002 eine Zelle in dem gewünschten Vibrationszustand gefunden wird, den Ansichtspunkt zu der auf dem Probenaufnahmetisch befindlichen Zelle zurückführen, um von Schritt S001 ausgehend die nächste Zellenidentifizierung auszuführen. Daher besteht die Gefahr, dass bei der oben erwähnten Vorrichtung von Patentbeispiel 1 die Arbeitsleistung verringert wird, d. h. die Arbeitsgeschwindigkeit verlangsamt wird, indem der Ansichtspunkt häufig gewechselt wird.

Angesichts des Obenstehenden besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Probenidentifizierungs-Vorrichtung und ein Probenidentifizierungs-Verfahren zu schaffen, mit denen die Arbeitsleistung beim Identifizieren einer Probe in einem gewünschten Vibrationszustand verbessert werden kann.

Lösung des Problems

Um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, umfasst die Probenidentifizierungs-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bildeingabeeinrichtung zum Eingeben von Bildinformationen einer Probe; eine Bildanzeigeeinrichtung zum Anzeigen der Bildinformationen für einen Beobachter; eine Bereich-Angabeeinrichtung zum Angeben eines festen Bereiches der Bildinformationen in Reaktion auf einen Vorgang, der von dem Beobachter entsprechend den durch die Bildanzeigeeinrichtung angezeigten Bildinformationen ausgeführt wird; eine Umwandlungseinrichtung zum Durchführen von Frequenzumwandlung von Vibrationsinformationen der Probe in dem durch die Bereich-Angabeeinrichtung angegebenen festen Bereich in Toninformationen; und eine Tonausgabeeinrichtung zum Ausgeben der durch die Umwandlungseinrichtung Frequenzumwandlung unterzogenen Toninformationen an den Beobachter.

Das Probenidentifizierungs-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Bildeingabeschritt, in dem eine Bildeingabeeinrichtung Bildinformationen empfängt, einen Bildanzeigeschritt, in dem eine Bildanzeigeeinrichtung die Bildinformationen einem Beobachter anzeigt; einen Bereich-Angabeschritt, in dem eine Bereich-Angabeeinrichtung einen festen Bereich der Bildinformationen in Reaktion auf einen Vorgang angibt, der von dem Beobachter entsprechend den durch die Bildanzeigeeinrichtung angezeigten Bildinformationen ausgeführt wird; einen Umwandlungsschritt, in dem die Umwandlungseinrichtung Frequenzumwandlung von Vibrationsinformationen der Probe in dem durch die Bereich-Angabeeinrichtung angegebenen festen Bereich in Toninformationen durchführt; und einen Tonausgabeschritt, in dem die Tonausgabeeinrichtung die durch die Umwandlungseinrichtung Frequenzumwandlung unterzogenen Toninformationen an den Beobachter ausgibt.

Diese Vorrichtung und dieses Verfahren zur Probenidentifizierung gemäß der vorliegenden Erfindung gestatten es dem Beobachter, einen zu identifizierenden Bereich anzugeben, während ein Ansichtspunkt der Bildanzeigeeinrichtung festgelegt wird, und eine Probe zu identifizieren, während er einen von der Tonausgabeeinrichtung ausgegebenen Ton hört. Das heißt, ohne Wechsel des Ansichtspunktes zwischen der Zeit zum Angeben eines zu identifizierenden Gegenstandes und der Zeit zum Identifizieren kann der Beobachter die Probe entsprechend dem von der Tonausgabeeinrichtung ausgegebenen Ton identifizieren. Damit wird häufiger Wechsel des Ansichtspunktes bei dem Probenidentifizierungs-Vorgang vermieden, so dass mit der vorliegenden Erfindung die Arbeitsleistung beim Identifizieren einer Probe in einem gewünschten Vibrationszustand verbessert werden kann.

Die vorliegende Erfindung gestattet es dem Beobachter auch, einen zu identifizierenden Bereich anzugeben, während er ein durch die Bildanzeigeeinrichtung angezeigtes Bild betrachtet. Das heißt, an dem gleichen Ansichtspunkt wie beim Identifizeren einer Probe kann der Beobachter einen Teilbereich in einem Bereich angeben, der die Probe repräsentiert, ohne die Probe selbst zu bewegen. Damit werden die Bedienbarkeit und der Durchsatz verbessert, so dass die Arbeitsleistung weiter erhöht werden kann.

Bei der vorliegenden Erfindung kann die Umwandlungseinrichtung einen Frequenzwandler umfassen, der wenigstens ein Multiplizierglied enthält, während ein Differenzierglied vor oder hinter dem Multiplizierglied in dem Frequenzwandler angeordnet sein kann.

In diesem Fall ist das Differenzierglied vor oder hinter dem Multiplizierglied angeordnet. Integrieren des Differenziergliedes, das eine Gleichstromkomponente unterdrückt und eine Änderung hervorhebt, in die Umwandlungseinrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglicht es dem Beobachter, einen lauteren Ton zu hören, wenn die Änderung der Zellvibration stärker ist. Dadurch kann der Beobachter Informationen bezüglich der Vibrationsgeschwindigkeit der Probe effizienter erfassen, so dass die Arbeitsleistung steigt.

Bei der vorliegenden Erfindung kann die Umwandlungseinrichtung eine Vielzahl von Frequenzwandlern sowie ein Addierglied zum Addieren von Ausgängen von der Vielzahl von Frequenzwandlern umfassen.

In diesem Fall kann die Vielzahl von Frequenzwandlern, die in der Umwandlungseinrichtung enthalten sind, Frequenzumwandlungsprozesse parallel durchführen, während das Addierglied die Ausgänge von der Vielzahl von Frequenzwandlern addiert. Dadurch kann die Umwandlungseinrichtung die Vibrationsinformationen der Probe schnell und effizient auch für eine Vielzahl von Frequenzbändern in Toninformationen umwandeln.

Bei der vorliegenden Erfindung kann die Umwandlungseinrichtung des Weiteren eine Einrichtung zum Umwandeln einer Stärke der Frequenzumwandlung unterzogenen Toninformationen in eine Höhe der Toninformationen umfassen.

In diesem Fall kann die Tonausgabeeinrichtung dem Beobachter Toninformationen bereitstellen, bei denen die Stärke durch die Umwandlungseinrichtung in eine Tonhöhe umgewandelt wird. Dadurch kann der Beobachter Informationen bezüglich der Vibrationsgeschwindigkeit der Probe effizienter erfassen, so dass sich die Arbeitsleistung verbessert.

Bei der vorliegenden Erfindung kann, wenn sich ein an den Beobachter ausgegebener Ton innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ändert, die Tonausgabeeinrichtung den Ton vor der Änderung während des vorgegebenen Zeitintervalls weiterhin als einen nachhallenden Ton ausgeben.

Bei der vorliegenden Erfindung kann das vorgegebene Zeitintervall 2 ms betragen.

In diesen Fällen gibt die Tonausgabeeinrichtung, wenn sich der von der Tonausgabeeinrichtung ausgegebene Ton in einem Zeitintervall ändert, das kürzer ist als eine Zeitintervall, das der zeitlichen Auflösung des menschlichen Hörsinns entspricht, d. h. wenn der Beobachter die Veränderung des von der Tonausgabeeinrichtung ausgegebenen Tons nicht erkennen kann, den ausgegebenen Ton vor der Änderung während des Zeitintervalls, das der zeitlichen Auflösung des menschlichen Hörsinns entspricht, weiter als nachhallenden Ton aus. Dadurch gestattet es die Tonausgabeeinrichtung dem Beobachter, selbst einen ausgegebenen Ton zu erkennen, der sich in einem Zeitintervall geändert hat, das kürzer ist als das Zeitintervall, das der zeitlichen Auflösung des menschlichen Hörsinns entspricht. Dies ist besonders zweckmäßig, wenn das Zeitintervall, das der Zeitauflösung des menschlichen Hörsinns entspricht, auf 2 ms festgelegt ist.

Bei der vorliegenden Erfindung kann die Bildeingabeeinrichtung die Bildinformationen der Probe von einem Phasenkontrastmikroskop und einem zweidimensionalen Photodiodenarray empfangen.

Dies ermöglicht es, eine Probe in einem Zustand geringer Vibration mit einer hohen Frequenz zu identifizieren.

Bei der vorliegenden Erfindung kann die Bildeingabeeinrichtung die Bildinformationen der Probe von einer Datenbank empfangen, in der die Bildinformationen im Voraus gespeichert werden.

Dies ermöglicht es, die Probe entsprechend den im Voraus erfassten Vibrationsinformationen der Probe auch offline zu identifizieren.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung

Die vorliegende Erfindung kann eine Probenidentifizierungs-Vorrichtung und ein Probenidentifizierungs-Verfahren schaffen, mit denen die Arbeitsleistung beim Identifizieren einer Probe in einem gewünschten Vibrationszustand verbessert werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein funktionales Blockschaltbild, das den Aufbau eines sogenannten Zellstethoskops 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

2 ist ein funktionales Blockschaltbild, das den Aufbau des Zellstethoskops 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

3 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem ein fester Bereich mit einem Bereich-Angabeteil 40 angegeben wird;

4 ist ein Beispiel für Schaltbilder einer Frequenzumwandlungsschaltung 322;

5 ist ein Schaltbild der Frequenzumwandlungsschaltung 322 in einem anderen Modus;

6 ist ein Schaltbild der Frequenzumwandlungsschaltung 322 in einem weiteren Modus;

7 ist ein Beispiel für Schaltbilder eines VF-Wandlers 323;

8 ist ein Flussdiagramm, das mit dem Zellstethoskop 1 ausgeführte Prozesse darstellt; und

9 ist ein funktionales Blockschaltbild, das den Aufbau eines Zellstethoskops 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Bezugszeichenliste

1, 2
Zellstethoskop
10
Phasenkontrastmikroskop
20
CCD-Kamera
30
Berechnungsteil
31
Probenbild-Eingabeabschnitt
32
Frequenzumwandlungsabschnitt
321
Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung
322
Frequenzumwandlungsschaltung
323
VF-Wandler
40
Bereich-Angabeteil
50
Bildanzeigeteil
60
Tonausgabeteil
701, 707, 711
Hochpassfilter
702, 705, 708, 713
Verstärker
73, 706
Multiplizierglied
704
Tiefpassfilter
709
Differenzierglied
710
Addierglied
712
Wandlervorrichtung
80
zweidimensionaler Photodiodenarray
90
Bilddatenbank

Beschreibung von Ausführungsformen

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens für Probenidentifizierung gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Bei der Erläuterung der Zeichnungen werden die gleichen Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und auf sich wiederholende Beschreibungen derselben wird verzichtet.

Erste AusführungsformGesamtaufbau eines Zellstethoskops 1

Zunächst wird der Aufbau des Zellstethoskops 1 (Probenidentifizierungs-Vorrichtung) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 erläutert. 1 und 2 stellen den Aufbau des Zellstethoskops 1 dar. Das Zellstethoskop 1 besteht, wie in 1 und 2 gezeigt, aus einem Phasenkontrastmikroskop 10, einer CCD-Kamera 20, einem Berechnungsteil 30, einem Bereich-Angabeteil 40 (Bereich-Angabeeinrichtung), einem Bildanzeigeteil 50 (Bildanzeigeeinrichtung) und einem Tonausgabeteil 60 (Tonausgabeeinrichtung). Die CCD-Kamera 20, der Bereich-Angabeteil 40, der Bildanzeigeteil 50 und der Tonausgabeteil 60 sind mit dem Berechnungsteil 30 verbunden, um Kommunikation damit zu ermöglichen. Die einzelnen Bestandteile des Zellstethoskops 1 werden im Folgenden detailliert erläutert.

Phasenkontrastmikroskop 10

Das Phasenkontrastmikroskop 10 stellt einem Beobachter die Form einer Zelle (Probe) zweidimensional bereit. Das Phasenkontrastmikroskop 10 kann ein Prinzip nutzen, demzufolge die optische Dicke der Zelle annähernd in eine Lichtstärke umgewandelt wird. Das Funktionsprinzip des Phasenkontrastmikroskops 10 kann beispielsweise mit dem folgenden mathematischen Ausdruck (1) dargestellt werden: l = ∥exp(iφ)∥ ~ φ(1)

In dem obenstehenden Ausdruck (1) bezeichnen l, i und φ den Helligkeitswert (imaginäre Einheit) bzw. die Phasendifferenz. ”∥...∥” gibt den Absolutwert des Wertes darin an. Unter Verwendung des Phasenkontrastmikroskops 10 kann der Beobachter auf Basis des obenstehenden Ausdrucks (1) Änderungen des Brechungsindex und der physikalischen Dicke der Zelle als Helligkeitsinformationen beobachten.

CCD-Kamera 20

Die CCD-Kamera 20 erfasst ein Bild der Form der Zelle, das durch das Phasenkontrastmikroskop 10 angezeigt wird. Die CCD-Kamera 20 gibt die erfassten Bildinformationen an den Berechnungsteil 30 aus.

Berechnungsteil 30

Der Berechnungsteil 30 führt verschiedene Berechnungen in dem Zellstethoskop 1 aus. Der Berechnungsteil 30 ist physisch als ein typisches Computersystem aufgebaut, das eine CPU, eine Hauptspeichereinheit, wie beispielsweise ROM und RAM, ein Kommunikationsmodul, wie beispielsweise eine Netzwerkkarte, zum Austausch von Daten mit anderen Bestandteilen und eine Zusatz-Speichereinheit, wie beispielsweise eine Festplatte, enthält, die nicht dargestellt sind. Funktionen des Berechnungsteils 30, die weiter unten erläutert werden, werden erfüllt, indem vorgegebene Computer-Software auf Hardware, wie beispielsweise die CPU, ROM und RAM, gelesen wird, um das Kommunikationsmodul und dergleichen, von der CPU gesteuert, zu betreiben und die Daten in der Haupt- und der Zusatz-Speichereinheit zu lesen und zu schreiben.

Der Berechnungsteil 30 umfasst funktional einen Probenbild-Eingabeabschnitt 31 (Bildeingabeeinrichtung) und einen Frequenzumwandlungsabschnitt 32 (Umwandlungseinrichtung), wie sie in 1 und 2 dargestellt sind.

Probenbild-Eingabeabschnitt 31

Der Probenbild-Eingabeabschnitt 31 gibt die mit der CCD-Kamera 20 erfassten Bildinformationen ein. Der Berechnungsteil 30 kann mit einer sogenannten Framegrabber-Karte als einem Kommunikationmodul versehen sein. In diesem Fall kann der Probenbild-Eingabeabschnitt 31 die mit der CCD-Kamera 20 erfassten Bildinformationen über die Framegrabber-Karte empfangen. Der Probenbild-Eingabeabschnitt 31 kann die eingegebenen Bildinformationen an den Frequenzumwandlungsabschnitt 32 und den Bildanzeigeteil 50 ausgeben.

Bildanzeigeteil 50

Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird zunächst der Bildanzeigeteil 50 erläutert. Der Bildanzeigeteil 50 ist, wie in 1 dargestellt, eine Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise ein Monitor, und zeigt die Bildinformationen der Zelle, die von dem Probenbild-Eingabeabschnitt 31 dem Berechnungsteil 30 zugeführt werden, so, dass sie für den Beobachter sichtbar sind.

Bereich-Angabeteil 40

Im Folgenden wird der Bereich-Angabeteil 40 erläutert. Der Bereich-Angabeteil 40 ist eine Eingabevorrichtung, wie beispielsweise eine Maus oder ein Zeiger, mit der ein fester Bereich der Bildinformationen in Reaktion auf einen Vorgang angegeben wird, der von dem Benutzer beim Betrachten der Bildinformationen ausgeführt wird, die auf dem Anzeigebildschirm des Bildanzeigeteils 50 angezeigt werden. 3 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem ein fester Bereich A von Bildinformationen einer Zelle C durch den Bereich-Angabeteil 40 angegeben wird. 3 stellt schematisch fünf Zellen dar, wobei ein Kreis in einer Zelle für einen Zellkern steht. Der Anzeigebildschirm des Bildanzeigeteils 50 zeigt, wie in 3 dargestellt, Bildinformationen der Zelle C in jeweiligen Einzelbildern bzw. Frames (Frames F0, F1, ..., Fn, die jeweils x-y-Koordinaten haben) in Zeiteinheiten (t0, t1, ..., tn). Der Beobachter kann einen Pfeil P auf dem Anzeigebildschirm durch Betätigen der Maus oder des Zeigers frei bewegen. Der Pfeil P wird über die Phasendifferenzbilder (Frames F0, F1, ..., Fn) gelegt. 3 zeigt, dass ein Bereich A, der ein fester Bereich in den Phasendifferenzbildern ist, von dem Beobachter angegeben wird. Der Beobachter kann den Bereich A angeben, indem er den Pfeil P mit der Maus zieht. Der Beobachter kann, obwohl nicht dargestellt, einen einzelnen Punkt in einer zu beobachtenden Zelle angeben, ohne dass er durch den Bereich eingeschränkt wird, so beispielsweise durch einen Mausklick. Der Bereich-Angabeteil 40 gibt Informationen, die den so angegebenen festen Bereich (oder einzelne Punkte) spezifizieren, z. B. Informationen, die Gruppen von x-y-Koordinaten oder Koordinaten in den Frames F0, F1, ..., Fn repräsentieren, an den Frequenzumwandlungsabschnitt 32 aus.

Frequenzumwandlungsabschnitt 32

Unter Bezugnahme auf 1 und 2 kehrt die Erläuterung nun zu dem Berechnungsteil 30 zurück. In dem Frequenzumwandlungsabschnitt 32 werden, wenn die Bildinformationen und die Informationen, die den durch den Beobachter angegebenen festen Bereich spezifizieren, von dem Probenbild-Eingabeabschnitt 31 bzw. dem Bereich-Angabeabschnitt 40 zugeführt werden, Vibrationsinformationen der Zelle in dem festen Bereich der Bildinformationen Frequenzumwandlung in Toninformationen unterzogen. Der Frequenzumwandlungsabschnitt 32 umfasst, wie in 2 dargestellt, eine Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321, eine Frequenzumwandlungsschaltung 322 und einen VF-Wandler 323.

Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321

Die Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 erzeugt beim Empfang der Eingänge von dem Probenbild-Eingabeabschnitt 31 und dem Bereich-Angabeabschnitt 40 Zeitreihendaten S(tn) entsprechend einem Helligkeitswert li in Koordinaten oder einer Gruppe von Koordinaten in dem angegebenen festen Bereich. Die Zeitreihendaten S(tn), die durch die Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 erzeugt werden, werden beispielsweise durch die folgenden mathematischen Ausdrücke (2) oder (3) repräsentiert.

Ausdruck (2) repräsentiert die Zeitreihendaten S(tn) in dem Fall, in dem der Bereich-Angabeteil 40 nur einen Punkt in der Zelle angibt. S(tn) = αli(tn) + β(2)

In dem oben aufgeführten Ausdruck (2) kennzeichnen der Index i die Koordinatenposition (Xi, Yi) in den Bildinformationen, α einen Multiplikationsfaktor, β einen Offset-Wert und tn einen Zeitparameter. Dabei ist α ein Parameter, der dem vertikalen Einstellknopf des Oszilloskops entspricht, d. h. der Signalstärken-Multiplikationsfaktor. Wenn eine Schwingung von ungefähr 1/10000 der Zellengröße beobachtet werden soll, wird der Wert von β vorzugsweise so eingestellt, dass die Gleichstromkomponente Null ist.

Ausdruck (3) repräsentiert die Zeitreihendaten S(tn) in dem Fall, in dem der Bereich-Eingabeteil 40 einen festen Bereich der Zelle angibt: S(tn) = Σ[αili(tn) + βi](3)

In dem obenstehenden Ausdruck (3) kennzeichnen wie in dem obenstehenden Ausdruck (2) der Index i die Koordinatenposition (Xi, Yi) in den Bildinformationen, αi einen Multiplikationsfaktor an der Koordinatenposition (Xi, Yi), βi einen Offset-Wert an der Koordinatenposition (Xi, Yi) und tn einen Zeitparameter.

Nach Erzeugen des Zeitreihensignals S(tn), das durch die oben aufgeführten Ausdrücke (2) oder (3) repräsentiert wird, gibt die Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 das so erzeugte Zeitreihensignal S(tn) als ein Zeitreihensignal S1(tn) in die Frequenzumwandlungsschaltung 322 ein.

Frequenzumwandlungsschaltung 322, Teil 1

Die Frequenzumwandlungsschaltung 322 führt Frequenzumwandlung des von der Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 zugeführten Zeitreihensignals S1(tn) in ein Zeitreihensignal S2(tn) durch. Das Zeitreihensignal S1(tn) hat ein Frequenzband f1, bei dem es sich um ein Signal in einem Frequenzband handelt, das von dem Beobachter beobachtet werden soll, jedoch um ein Signal in einem Frequenzband, das für Menschen nicht hörbar ist. Das Zeitreihensignal S2(tn) hat ein Frequenzband f2, d. h. es ist ein Signal in einem Frequenzband, das für Menschen hörbar ist. Das heißt, die Frequenzumwandlungsschaltung 322 empfängt ein für Menschen nicht hörbares Signal von der Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 und führt Frequenzumwandlung desselben in ein hörbares Signal durch.

4 stellt ein Beispiel des Schaltungsaufbaus der Frequenzumwandlungsschaltung 322 dar. Die Frequenzumwandlungsschaltung 322 umfasst, wie in 4 dargestellt, ein Hochpassfilter 701, einen Verstärker 702, ein Multiplizerglied 703, ein Tiefpassfilter 704, einen Verstärker 705, ein Multiplizerglied 706, ein Hochpassfilter 707 und einen Verstärker 708. Mit dem in 4 dargestellten Aufbau führt die Frequenzumwandlungsschaltung 322 Frequenzumwandlung des Zeitreihensignals S1(tn) in das Zeitreihensignal S2(tn) durch. In der Frequenzumwandlungsschaltung 322 kennzeichnen fc und fs die Mittenfrequenz des Frequenzbandes f1 bzw. die Mittenfrequenz des erwünschten Frequenzbandes f2 in dem für den Beobachter hörbaren Bereich. Daher sind, wenn f1 eine Bandbreite von fcw hat, die Ober- und die Untergrenze von f1 fc + (fcw/2) bzw. fc – (fcw/2). Wenn f2 eine Bandbreite von fsw hat, sind die Ober- und die Untergrenze von f2 fs + (fsw/2) bzw. fs – (fsw/2).

Bei dem Zeitreihensignal S1(tn), das in die Frequenzumwandlungsschaltung 322 eingeleitet wird, werden zunächst nur die Frequenzkomponenten bei fc – (fcw/2) und darüber durch das Hochpassfilter 701 durchgelassen, wie dies in 4 dargestellt ist. Anschließend werden diese Frequenzkomponenten durch den Verstärker 702 auf eine gewünschte Signalstärke verstärkt und dann durch das Multiplizierglied 703 mit einem Hilfsoszillatorsignal bei einer Frequenz fc – (fcw/2) multipliziert. Der durch das Multiplizierglied 703 ausgeführte Vorgang wird auch als Abwärtswandeln bezeichnet. Dabei kann es dem Beobachter gestattet werden, die Frequenz fc – (fcw/2) des Hilfsoszillatorsignals unter Verwendung des Bereich-Angabeteils 40 auszuwählen. Wenn der Bereich-Angabeteil 40 beispielsweise eine Maus ist, kann dem Beobachter gestattet werden, die Auswahl durch Drehen des Rades der Maus durchzuführen. In diesem Fall kann die Bandbreite fcw im voraus fest eingestellt werden. Selbst wenn das Ursprungssignal S1(tn) bei einer Frequenz liegt, die den für Menschen hörbaren Bereich überschreitet, kann mit der oben beschriebenen Struktur dieses in den für Menschen hörbaren Bereich umgewandelt werden.

Das von dem Multiplizierglied 703 ausgegebene Signal enthält eine Differenzfrequenz und eine Summenfrequenz, wobei die Summenfrequenz durch das Tiefpassfilter 703 gesperrt wird, so dass die Differenzfrequenz ausgegeben wird. Das resultierende Signal wird anschießend durch den Verstärker 705 auf eine gewünschte Signalstärke verstärkt.

Dann wird das von dem Verstärker 705 ausgegebene Signal, das Frequenzen in einem niedrigen Bereich (beispielsweise im Allgemeinen 20 Hz oder darunter) enthält, die für Menschen nicht hörbar sind, Frequenzumwandlung durch das Multiplizierglied 706 in ein Frequenzband unterzogen, für das das Gehör des Beobachters am empfindlichsten ist. Dies wird durch das Multiplizierglied 706 durchgeführt, indem das von dem Verstärker 705 ausgegebene Signal mit dem Hilfsoszillatorsignal bei der Frequenz fs – (fsw/2) multipliziert wird. Der von dem Multiplizierglied 706 durchgeführte Vorgang wird auch als Aufwärtswandeln beschrieben. Das Aufwärtswandeln bewirkt, dass der nicht hörbare Tonbereich von 20 Hz oder darunter umgangen wird und des Weiteren die Signalfrequenz in das Frequenzband umgewandelt wird, für das der Beobachter am empfindlichsten ist. Ein Verfahren zum Auswählen von fs beim Aufwärtswandeln besteht, wenn der Bereich-Eingabeteil 40 eine Maus ist, beispielsweise darin, dass der Beobachter fs frei auswählt, indem er das Rad der Maus je nach Wunsch nach links oder rechts neigt.

Anschließend wählt das Hochpassfilter 701 von der Summen- und der Differenzfrequenz, die von dem Multiplizierglied 706 ausgegeben werden, nur die Summenfrequenz aus. Danach wird die Summenfrequenz mit dem Verstärker 708 verstärkt, so dass nach Frequenzumwandlung das Zeitreihensignal S2(tn) entsteht. Die Frequenzumwandlungsschaltung 322 gibt das so ermittelte Zeitreihensignal S2(tn) an den VF-Wandler 323 aus. Obwohl bei der obenstehenden Erläuterung bezüglich der Frequenzumwandlungsschaltung 322 zwei Multiplizierglieder 703, 706 eingesetzt werden, kann die Frequenzumwandlungsschaltung durch ein Multiplizierglied gebildet werden, wenn das Signal bei der Frequenz fc – (fcw/2) und das Signal bei der Frequenz fs – (fsw/2) in einer einzelnen Multiplikation multipliziert werden.

Frequenzumwandlungsschaltung 322, Teil 2

Ein weiterer Modus der Frequenzumwandlungsschaltung 322 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 erläutert. 5 ist ein Schaltbild der Frequenzumwandlungsschaltung 322 in diesem Modus. Die Frequenzumwandlungsschaltung 322 in diesem Modus umfasst des Weiteren zusätzlich zu dem gesamten Aufbau der Frequenzumwandlungsschaltung 322 in 4 ein Differenzierglied 709.

Von dem Zeitreihensignal S1(tn), das in die Frequenzumwandlungsschaltung 322 eingeleitet wird, werden zunächst nur die Frequenzkomponenten bei fc – (fcw/2) und darüber durch das Hochpassfilter 701 durchgelassen, wie dies in 5 dargestellt ist. Anschließend wird das Ausgangssignal von dem Hochpassfilter in das Differenzierglied 709 eingeleitet. Das Differenzierglied 709 unterdrückt die Gleichstromkomponente des Signals und hebt die temporäre Änderung des Signals hervor. Daher ist die Frequenzumwandlungsschaltung 322, die das Differenzierglied 709 enthält, eine besonders effektive Frequenzumwandlungsschaltung, wenn die Gleichstromkomponente groß ist und die Änderung gering ist. Das Ausgangssignal von dem Differenzierglied 709 wird in den Verstärker 702 eingeleitet. Die auf den Verstärker 702 folgenden Vorgänge sind die gleichen wie die in der Frequenzumwandlungsschaltung 322 in 4 und werden daher nicht erläutert. N-faches Leiten des Ausgangssignals von dem Hochpassfilter 701 durch das Differenzierglied 709 entspricht Durchführung der Differenzierung n-ter Ordnung des Ausgangssignals. Das Differenzierglied 709 kann, obwohl in 5 nicht dargestellt, hinter den Multipliziergliedern 703, 706, d. h. vor dem Verstärker 708 angeordnet sein.

Frequenzumwandlungsschaltung 322, Teil 3

Ein weiterer Modus der Frequenzumwandlungsschaltung 322 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein Schaltbild der Frequenzumwandlungsschaltung 322 in diesem Modus. Die Frequenzumwandlungsschaltung 322 in diesem Modus umfasst, wie in 6 dargestellt, eine Vielzahl von Frequenzumwandlungsschaltungen (im Folgenden als ”Frequenzwandler” bezeichnet), von denen jeder der oben unter Bezugnahme auf 4 erläuterte ist, wobei ihre Ausgänge in ein Addierglied 710 eingeleitet werden. Das Addierglied 710 addiert die Ausgänge von der Vielzahl von Frequenzwandlern, um das Zeitreihensignal S2(tn) zu erzeugen, und gibt das so erzeugte Zeitreihensignal S2(tn) an den VF-Wandler 232 aus. In 6 werden jeweilige Hilfsoszillatorsignale, die in die Frequenzwandler eingeleitet werden, durch Indizes von 1 bis n voneinander unterschieden. Die oben unter Bezugnahme auf 5 erläuterte Frequenzwandlerschaltung kann, obwohl nicht dargestellt, als der ”Frequenzwandler” eingesetzt werden.

VF-Wandler 323

Der VF-Wandler 323 wandelt die Stärke des von der Frequenzumwandlungsschaltung 322 zugeführten Zeitreihensignals S2(tn) in eine Tonhöhe um. 7 stellt ein Beispiel für Schaltungsstrukturen des VF-Wandlers 323 dar. Der VF-Wandler 323 umfasst ein Hochpassfilter 711, eine VF-Wandlervorrichtung 712 und einen Verstärker 713. Da Menschen Töne anhand ihrer Tonhöhe leichter unterscheiden können als anhand ihrer Stärke, wird durch das Umwandeln der Stärke von Toninformationen in eine Tonhöhe derselben mit dem in 7 dargestellten Aufbau die Arbeitsleistung erhöht, wenn der Beobachter die Zelle anhand der Toninformationen identifiziert. Der VF-Wandler 323 gibt ein Signal, das das Ergebnis der Umwandlung darstellt, an den Tonausgabeteil 60 aus.

Wenn das durch die Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 erzeugte Zeitreihensignal S(tn) bereits in den für Menschen hörbaren Bereich fällt, kann, obwohl nicht dargestellt, die Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 das Zeitreihensignal S(tn) unverändert an den VF-Wandler 323 ausgeben, indem sie die Frequenzumwandlungsschaltung 322 umgeht. In diesem Fall kann, obwohl nicht dargestellt, eine Einrichtung vorhanden sein, mit der festgestellt wird, ob das Zeitreihensignal S(tn) in den für Menschen hörbaren Bereich fällt oder nicht. Obwohl die Frequenzumwandlungsschaltung 322 und der VF-Wandler 323 in der obenstehenden Erläuterung bezüglich des Frequenzumwandlungsabschnitts 32 als eine elektrische Schaltung umgesetzt werden, können Frequenzumwandlung und VF-Umwandlung mittels numerischer Berechnungen in einem Computer ausgeführt werden.

Tonausgabeteil 60

Der Tonausgabeteil 60 empfängt ein Signal in dem für Menschen hörbaren Bereich von dem VF-Wandler 323 und gibt dieses Signal als einen Ton an den Beobachter aus. Der Tonausgabeteil 60 kann beispielsweise ein Kopfhörer oder ein Lautsprecher sein. Wenn sich der an den Beobachter auszugebende Ton innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls von beispielsweise 2 ms ändert, kann der Tonausgabeteil 50 den Ton vor der Änderung während des vorgegebenen Zeitintervalls weiter als nachhallenden Ton ausgeben.

Das Zeitintervall von 2 ms entspricht der zeitlichen Auflösung des menschlichen Hörsinns und kann, wenn zweckdienlich, geändert werden.

Prozesse des Zellstethoskops 1

Von dem Zellstethoskop 1 ausgeführte Prozesse werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 erläutert. 8 ist ein Flussdiagramm, das von dem Zellstethoskop 1 ausgeführte Prozesse darstellt.

Zunächst wird eine gezüchtete Zelle als eine Probe auf einem Tisch des Phasenkontrastmikroskops 10 angeordnet. Nachdem eine Petrischale, in der die Zelle gezüchtet wird, auf den Tisch des Phasenkontrastmikroskop 10 gestellt worden ist, stellt der Beobachter einen Brennpunkt über ein Okular ein (Schritt S1).

Anschließend erfasst die CCD-Kamera 20 die Form der gezüchteten Zelle, die von dem Phasenkontrastmikroskop 10 angezeigt wird. Die CCD-Kamera 20 gibt die so erfassten Bildinformationen an den Probenbild-Eingabeabschnitt 31 des Berechnungsteils 30 aus (Schritt S2).

Dann empfängt der Probenbild-Eingabeabschnitt 31 die durch die CCD-Kamera 20 erfassten Bildinformationen und gibt sie an die Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 des Frequenzumwandlungsabschnitts 32 und den Bildanzeigeteil 50 aus (Schritt S3 bzw. Bildeingabeschritt).

Anschließend zeigt der Bildanzeigeteil 50 die von dem Probenbild-Eingabeabschnitt 31 des Berechnungsteils 30 zugeführten Bildinformationen der gezüchteten Zelle so an, dass sie für den Beobachter sichtbar sind (Schritt S4 bzw. Bildanzeigeschritt).

Dann gibt der Bereich-Angabeteil 40 in Reaktion auf einen Vorgang, der von dem Beobachter entsprechend den auf den Anzeigebildschirm des Bildanzeigeteils 50 angezeigten Bildinformationen ausgeführt wird, einen festen Bereich der Bildinformationen an, wie dies beispielsweise in 3 dargestellt ist. Der Bereich-Angabeteil 40 gibt Informationen, die den so angegebenen festen Bereich spezifizieren, an die Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 des Frequenzumwandlungsabschnitts 32 aus (Schritt S5 bzw. Bereich-Angabeschritt).

Anschließend erzeugt die Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 beim Empfang von Eingängen von dem Probenbild-Eingabeabschnitt 31 und dem Bereich-Angabeabschnitt 40in den Schritten S3 und S5 Zeitreihendaten S(tn) entsprechend dem Helligkeitswert li an Koordinaten oder an einer Gruppe von Koordinaten in dem angegebenen festen Bereich. Die Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 führt das so erzeugte Zeitreihensignal S(tn) der Frequenzumwandlungsschaltung 322 als Zeitreihensignal S1(tn) zu (Schritt S6).

Dann führt die Frequenzumwandlungsschaltung 322 Frequenzumwandlung des von der Zeitreihendaten-Erzeugungseinrichtung 321 zugeführten Zeitreihensignals S1(tn) in ein Zeitreihensignal S2(tn) durch. Das Zeitreihensignal S1(tn) ist ein Signal in einem Frequenzband, das für Menschen nicht hörbar ist, während das Zeitreihensignal S2(tn) ein Signal in einem Frequenzband ist, das für Menschen hörbar ist. Die Frequenzumwandlungsschaltung 322 gibt das Frequenzumwandlung unterzogene Zeitreihensignal S2(tn) an den VF-Wandler 323 aus (Schritt S7 bzw. Umwandlungsschritt).

Anschließend wandelt der VF-Wandler 323 die Stärke des von der Frequenzumwandlungsschaltung 322 zugeführten Zeitreihensignals S2(tn) in eine Tonhöhe um und gibt es an den Tonausgabeteil 60 aus (Schritt S8).

Dann empfängt der Tonausgabeteil 60 das Signal innerhalb des für Menschen hörbaren Bereiches von dem VF-Wandler 323 und gibt dieses Signal als einen Ton an den Beobachter aus (Schritt S9 bzw. Tonausgabeschritt).

Daraufhin identifiziert der Beobachter eine ”lebendige” gezüchtete Zelle entsprechend dem von dem Tonausgabeteil 60 ausgegebenen Ton (Schritt S10).

Aktionen und Effekte des Zellstethoskops 1

Aktionen und Effekte des Zellstethoskops 1 gemäß der ersten Ausführungsform werden im Folgenden erläutert. Das Zellstethoskop 1 gemäß der ersten Ausführungsform ermöglicht es dem Beobachter, einen zu identifizierenden Bereich anzugeben und dabei einen Ansichtspunkt des Bildanzeigeteils 50 festzulegen und eine Zelle zu identifizieren, während er den von dem Tonausgabeteil 60 ausgegebenen Ton hört. Das heißt, ohne den Ansichtspunkt zwischen der Zeit zum Angeben des zu identifizierenden Objektes und der Zeit zum identifizieren desselben zu ändern, kann der Beobachter die Zelle entsprechend dem von dem Tonausgabeteil 60 ausgegebenen Ton identifizieren. Daher wird mit der ersten Ausführungsform häufiger Wechsel des Ansichtspunktes bei dem Vorgang der Zellenidentifizierung vermieden, wodurch es möglich wird, die Arbeitsleistung beim Identifizieren einer Zelle in einem gewünschten Vibrationszustand zu erhöhen.

Die erste Ausführungsform gestattet es dem Beobachter auch, einen zu identifizierenden Bereich anzugeben und dabei das auf dem Bildanzeigeteil 50 angezeigte Bild zu betrachten. Das heißt, mit dem gleichen Ansichtspunkt wie beim Identifizieren der Zelle kann der Beobachter einen Teilbereich in einem Bereich angeben, der die Zelle repräsentiert, ohne die Zelle selbst zu bewegen. Dadurch werden die Bedienbarkeit und der Durchsatz verbessert, so dass die Arbeitsleistung weiter erhöht werden kann.

In der ersten Ausführungsform ist das Differenzierglied 709 vor den Multipliziergliedern 703, 706 angeordnet. Wenn das Differenzierglied 709, das Unterdrückung der Gleichstromkomponente und Hervorhebung einer Änderung bewirkt, in den Frequenzumwandlungsabschnitt 32 integriert wird, gestattet dies dem Beobachter, einen höheren Ton zu hören, wenn die Änderung der Schwingung der Zelle stärker ist. Dadurch kann der Beobachter Informationen bezüglich der Vibrationsgeschwindigkeit der Zelle wirkungsvoller erfassen, wodurch die Arbeitsleistung erhöht wird.

Die erste Ausführungsform ermöglicht die Integration einer Vielzahl von Frequenzwandlern in den Frequenzumwandlungsabschnitt 32, um Frequenzumwandlungsprozesse parallel durchzuführen, während das Addierglied 710 die Ausgänge von der Vielzahl von Frequenzwandlern addiert. Dadurch wird der Frequenzumwandlungsabschnitt 32 befähigt, Zellvibrationsinformationen schnell und effektiv auch für eine Vielzahl von Frequenzbändern in Toninformationen umzuwandeln.

Die erste Ausführung gestattet es dem Tonausgabeteil 60, dem Beobachter Toninformationen bereitzustellen, deren Stärke durch den Frequenzumwandlungsabschnitt 32 in eine Höhe umgewandelt wird. Dadurch kann der Beobachter Informationen bezüglich der Vibrationsgeschwindigkeit der Zelle effektiver erfassen, wodurch die Arbeitsleistung erhöht wird.

Wenn sich der von dem Tonausgabeteil 60 ausgegebene Ton in einem Intervall ändert, das kürzer ist als ein Zeitintervall, das der zeitlichen Auflösung des menschlichen Hörsinns entspricht, d. h. wenn der Beobachter die Änderung des von dem Tonausgabeteil 60 ausgegebenen Tons nicht erkennen kann, gibt der Tonausgabeteil 60 bei der ersten Ausführungsform den vor der Änderung ausgegebenen Ton während des Zeitintervalls, das der zeitlichen Auflösung des menschlichen Hörens entspricht, weiter als einen nachhallenden Ton aus. Damit gestattet es der Tonausgabeteil 60 dem Beobachter, auch einen ausgegebenen Ton zu erkennen, der sich in einem Intervall geändert hat, das kürzer ist als das Zeitintervall, das der zeitlichen Auflösung des menschlichen Hörsinns entspricht. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn das Zeitintervall, das der zeitlichen Auflösung des menschlichen Hörsinns entspricht, auf 2 ms festgelegt wird.

Zweite AusführungsformAufbau eines Zellstethoskops 2

Das Zellstethoskop 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden erläutert. 9 ist ein funktionales Blockschaltbild, das den Aufbau des Zellstethoskops 2 darstellt. Das Zellstethoskop 2 enthält, wie in 9 dargestellt, alle Bestandteile des in 2 dargestellten Zellstethoskops 1 und umfasst des Weiteren einen zweidimensionalen PD-Array 80 (zweidimensionaler Photodiodenarray) sowie eine Bilddatenbank 90. Im Folgenden werden die Bestandteile des Zellstethoskops 2 erläutert, wobei das Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu dem Zellstethoskop 1 gemäß der ersten Ausführungsform gerichtet wird.

Durch Photoerfassung erfasst der zweidimensionale PD-Array 80 die Form einer Zelle, die von dem Phasenkontrastmikroskop 10 angezeigt wird. Im Allgemeinen kann der zweidimensionale PD-Array 80 die durch das Phasenkontrastmikroskop 10 angezeigte Zelle mit einem höheren Dynamikbereich bei höherfrequenten Vibrationen erfassen als die CCD-Kamera 20. Der zweidimensionale PD-Array 80 gibt die erfassten Bildinformationen an den Probenbild-Eingabeabschnitt 31 in dem Berechnungsteil 30 aus.

Die Bilddatenbank 90 ist eine Datenbank, in der Zellen-Bildinformationen im Voraus gespeichert werden. Der Probenbild-Eingabeabschnitt 31 des Berechnungsteils 30 kann die Zellen-Bildinformationen lesen, indem er in Verbindung mit der Bilddatenbank 90 tritt. Die Bilddatenbank 90 ist in 9 außerhalb des Berechnungsteils 30 angeordnet, kann sich jedoch innerhalb desselben befinden. Die Bilddatenbank 90 kann beispielsweise auch eine CD oder DVD sein.

Es gibt, wie bereits erläutert, eine Vielzahl von Eingabequellen zum Zuführen von Bildinformationen zu dem Probenbild-Eingabeabschnitt 31 des Berechnungsteils 30 in dem Zellstethoskop 2 der zweiten Ausführungsform. Der Probenbild-Eingabeabschnitt 31 kann Bildinformationen von jeder beliebigen der Vielzahl von Eingangsquellen empfangen. Der Probenbild-Eingabeabschnitt 31 kann des Weiteren eine Einrichtung umfassen, mit der eine oder eine Vielzahl der Eingabequelle/n Funktionszuständen entsprechend ausgewählt wird.

Aktionen und Effekte des Zellstethoskops 2

Aktionen und Effekte des Zellstethoskops 2 gemäß der zweiten Ausführungsform werden im Folgenden erläutert. Indem Zellbild-Informationen über den zweidimensionalen PD-Array 80 eingegeben werden, kann das Zellstethoskop 2 gemäß der zweiten Ausführungsform eine Zelle in einem gewünschten Vibrationszustand in Echtzeit mit hoher Erfassungsempfindlichkeit identifizieren.

Indem die Zellbild-Informationen aus der Bilddatenbank 90 eingegeben werden, kann das Zellstethoskop 2 gemäß der zweiten Ausführungsform eine Zelle entsprechend den im Voraus bezogenen Vibrationsinformationen auch offline identifizieren.

Obwohl oben bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert worden sind, ist die vorliegende Erfindung natürlich nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt.

Wenn beispielsweise der Bereich-Angabeabschnitt 40 einen Bereich so angibt, dass er eine Zelle vollständig umgibt, kann die Volumenänderung der einzelnen Zelle als Ganzes als ein Ausgabeton ausgegeben werden.

Die Zeitreihen-Erzeugungseinrichtung 321 kann so aufgebaut sein, dass sie die Zeitreihendaten S(tn) zweidimensionaler Fourier-Transormation pro Frame unterzieht. In diesem Fall kann die zeitliche Änderung der Leistungsspektrum-Stärke einer gewünschten Raumfrequenz allein als die Zeitreihendaten S(tn) verwendet werden.

Obwohl bei den oben dargestellten Ausführungsformen der Fall erläutert wird, in dem VF-Wandler 323 eingesetzt wird, kann dieser bei dem Aufbau des Frequenzumwandlungsabschnitts 32 weggelassen werden. In letzterem Fall gibt der Frequenzumwandlungsabschnitt 32 das Zeitreihensignal S2(tn) direkt an den Tonausgabeteil 60 aus. Wenn das Differenzierglied 709 zu den Bestandteilen der Frequenzumwandlungsschaltung 322 gehört und der VF-Wandler 323 weggelassen wird, hört der Beobachter einen lauteren Ton, wenn die Änderung der Vibration der Zelle stärker ist. Wenn sowohl der VF-Wandler 323 als auch das Differenzierglied 709 zu den Bestandteilen gehören, hört der Beobachter hingegen einen höheren Ton, wenn die Änderung der Schwingung der Zelle stärker ist.

Obwohl bei den oben aufgeführten Ausführungsformen das Phasenkontrastmikroskop 10 als ein Mikroskop eingesetzt wird, stellt dies keine Einschränkung dar, d. h. jedes beliebige Mikroskop kann anstelle des Phasenkontrastmikroskops 10 eingesetzt werden, sofern es mit einem Mechanismus versehen ist, mit dem dem Beobachter die Form einer Zelle zweidimensional dargestellt werden kann. Beispielsweise wird beim Einsatz eines quantitativen Phasenmikroskops, bei dem das Phasenmikroskop quantitative Charakteristik erhält, die Phasendifferenz als Helligkeitsinformation dargestellt, ohne eine Näherung wie die des oben ausgeführen Ausdrucks (1) zu verwenden. Bei dem quantitativen Phasenmikroskop kann es sich in diesem Fall um Mach-Zehnder- und Michelson- sowie um Mirau-, Linnik- oder sogenannte Common-Path-Interferometer handeln. Das Beleuchtungsverfahren ist nicht auf Durchlasslicht-Beleuchtung beschränkt, sondern es kann sich um Beleuchtung mit reflektiertem Licht (Epi-Beleuchtung) handeln.

Ein DIC-Mikroskop (differential interference contrast microscope) kann anstelle des Phasenkontrastmikroskops 10 eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich ein Bild der Phasendifferenz zwischen benachbarten Bereichen auf einer zweidimensionalen Ebene, so dass Differenzinformationen zwischen zwei Punkten bezüglich einer Brechungsindexänderung oder der physischen Dicke ermittelt werden können. Dadurch kommt es zur gegenseitigen Aufhebung von gemeinsamen Rauschen, so dass rauschbeständige Messung ausgeführt werden kann.

Um Schwankungen der Fluoreszenzintensität zu beobachten, wie sie für Fluoreszenzkorrelations-Spektroskopie typisch sind, kann ein Fluoreszenzmikroskop anstelle des Phasenkontrastmikroskops 10 eingesetzt werden.

Ein Laserscanning-Mikroskop kann anstelle des Phasenkontrastmikroskops 10 eingesetzt werden. Das Laserscanning-Mikroskop nutzt eine Methode, bei der ein Fluoreszenzbild erfasst wird, indem eine Zelle zweidimensional mit einem Laserlichtstrahl abgetastet wird, der als eine Beleuchtungslichtquelle verwendet wird. Wenn das Laserscanning-Verfahren des Laserscanning-Mikroskops eingesetzt wird, umfasst die Vorrichtung einen Mechanismus, mit dem ein Laserstrahl an einer Position des Zeigers emittiert wird, die von dem Beobachter gezeigt wird, eine zweite Lichtquelle, die es dem Beobachter ermöglicht, das gesamte Bild der Zelle zweidimensional zu betrachten, sowie ein optisches System, in dem ein dichroitischer Spiegel oder dergleichen den Laserstrahl und die Beobachtungs-Lichtquelle kombiniert und sie voneinander trennt.

Industrielle Einsetzbarkeit

Die vorliegende Erfindung schafft eine Probenidentifizierungs-Vorrichtung und ein Probenidentifizierungs-Verfahren, mit denen die Arbeitsleistung beim Identifizieren einer Probe in einem gewünschten Vibrationszustand erhöht werden kann.

ZusammenfassungProbenidentifizierungs-Vorrichtung und Probenidentifizierungs-Verfahren

Ein Zellstethoskop 1 umfasst einen Probenbild-Eingabeabschnitt 31 zum Eingeben von Bildinformationen einer Zelle, einen Bildanzeigeteil 50 zum Anzeigen der Bildinformationen für einen Beobachter, einen Bereich-Angabeteil 40 zum Angeben eines festen Bereiches, der in den Bildinformationen enthalten ist, in Reaktion auf einen Vorgang, der von dem Beobachter entsprechend den durch den Bildanzeigeteil 50 angezeigten Bildinformationen ausgeführt wird, einen Frequenzumwandlungsabschnitt 32 zum Durchführen von Frequenzumwandlung von Vibrationsinformationen der Zelle in dem durch den Bereich-Angabeteil 40 angegebenen festen Bereich in Toninformationen, und einen Tonausgabeteil 60 zum Ausgeben der durch den Frequenzumwandlungsabschnitt 32 Frequenzumwandlung unterzogenen Toninformationen an den Beobachter.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • - JP 4-504055 [0003]