ITPI20080101A1 - EQUIPMENT FOR OPTICAL MICROSCOPY INVESTIGATIONS - Google Patents
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Description
C. TITOLO C. TITLE
APPARECCHIATURA PER INDAGINI DI MICROSCOPIA OTTICA EQUIPMENT FOR INVESTIGATION OF OPTICAL MICROSCOPY
O. RIASSUNTO O. ABSTRACT
RIASSUNTO SUMMARY
Apparecchiatura (1) per condurre indagini di microscopia molecolare comprendente un microscopio ottico (100) provvisto di un porta-campione (105) per il preparato da analizzare, e di due sistemi di illuminazione distinti, e precisamete un gruppo di illuminazione (101) per il campo chiaro, localizzato nella parte inferiore ed un gruppo di illuminazione (102) per la fluorescenza, localizzato nella parte superiore. Il gruppo di illuminazione (101) in campo chiaro ed il gruppo di illuminazione (102) in fluorescenza vengono alternativamente azionati a seconda del tipo di indagine microscopica di interesse. Il microscopio (100) comprende, inoltre, una fotocamera a colori (50a) per acquisire immagini in campo chiaro ed una fotocamera monocromatica (50b) per acquisire immagini in fluorescenza. La fotocamera a colori (50a) e la fotocamera monocromatica (50b) sono operativamente connesse al microscopio ottico (100) mediante un supporto (10) comprendente una porzione di guida (12) atta alternativamente a guidare il fascio di luce bianca e il fascio di luce in fluorescenza in uscita dal porta-campione (105) verso la fotocamera a colori (50a) e la fotocamera monocromatica (50b) rispettivamente. Apparatus (1) for conducting molecular microscopy investigations comprising an optical microscope (100) provided with a sample holder (105) for the preparation to be analyzed, and with two distinct illumination systems, and precisely an illumination unit (101) for the bright field, located in the lower part and a lighting group (102) for fluorescence, located in the upper part. The bright field illumination unit (101) and the fluorescence illumination unit (102) are alternately operated according to the type of microscopic investigation of interest. The microscope (100) further comprises a color camera (50a) for acquiring bright-field images and a monochrome camera (50b) for acquiring fluorescence images. The color camera (50a) and the monochrome camera (50b) are operatively connected to the optical microscope (100) by means of a support (10) comprising a guide portion (12) adapted alternatively to guide the white light beam and the fluorescence light exiting the sample holder (105) towards the color camera (50a) and the monochrome camera (50b) respectively.
P DISEGNO PRINCIPALE P MAIN DRAWING
Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo “APPARECCHIATURA PER INDAGINI DI MICROSCOPIA OTTICA” Description of the industrial invention entitled "EQUIPMENT FOR INVESTIGATION OF OPTICAL MICROSCOPY"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Ambito dell’invenzione Scope of the invention
La presente invenzione riguarda il campo della microscopia ottica ed in particolare si riferisce ad un’apparecchiatura per indagini di microscopia ottica in grado di acquisire sia immagini in campo chiaro che immagini in fluorescenza di un campione. The present invention relates to the field of optical microscopy and in particular refers to an apparatus for optical microscopy investigations capable of acquiring both bright field and fluorescence images of a sample.
Brevi cenni alla tecnica nota Brief notes on the known art
Come noto, la microscopia ottica è una tecnica di osservazione capace di produrre immagini ingrandite di oggetti, o di particolari di essi, troppo piccoli per essere visti a occhio nudo. As known, optical microscopy is an observation technique capable of producing enlarged images of objects, or details of them, too small to be seen with the naked eye.
In particolare, la microscopia ottica è uno strumento fondamentale per esaminare campioni di tessuti e cellule e ricavare da queste informazioni di varia natura. In particular, optical microscopy is a fundamental tool for examining tissue and cell samples and obtaining various types of information from this.
Un primo tipo di microscopio ottico è il microscopio in campo chiaro, nel quale la luce proviene da una sorgente di illuminazione ed è fatta convertire sul preparato da un condensatore formando un cono di luce intensa in grado di penetrare in un obiettivo. Questo tipo di microscopio è adatto per campioni ad alto contrasto, come sezioni colorate di tessuto. I microscopi in campo chiaro sono solitamente provvisti di una fotocamera a colori attraverso la quale le immagini provenienti dal campione vengono acquisite ed eventualmente inviate ad un PC per sottoporle a sofisticate tecniche di imaging processing in modo da poter estrapolare specifiche e dettagliate informazioni. A first type of optical microscope is the bright field microscope, in which the light comes from an illumination source and is converted onto the specimen by a condenser, forming a cone of intense light capable of penetrating an objective. This type of microscope is suitable for high contrast samples, such as colored sections of tissue. Bright field microscopes are usually equipped with a color camera through which the images coming from the sample are acquired and eventually sent to a PC to subject them to sophisticated imaging processing techniques in order to extrapolate specific and detailed information.
Un altro tipo di microscopio ottico è il microscopio ottico a fluorescenza. Nel microscopio a fluorescenza, la sorgente luminosa, generalmente una lampada a vapori di mercurio, trasmette radiazioni ultraviolette, o comunque di bassa lunghezza d’onda nel visibile, ed eccita il preparato generalmente dall’alto. Another type of light microscope is the fluorescence light microscope. In the fluorescence microscope, the light source, generally a mercury vapor lamp, transmits ultraviolet radiation, or in any case of low wavelength in the visible, and excites the preparation generally from above.
La radiazione viene convogliata sul preparato dopo essere stata selezionata da un filtro di eccitazione e riflessa da uno specchio dicroico. La radiazione emessa dal preparato attraversa lo specchio dicroico e viene raccolta attraverso un obiettivo dopo essere passata attraverso un filtro di sbarramento. The radiation is conveyed onto the preparation after being selected by an excitation filter and reflected by a dichroic mirror. The radiation emitted by the preparation passes through the dichroic mirror and is collected through a lens after passing through a barrier filter.
In particolare, il filtro di eccitazione seleziona una lunghezza d’onda nello spettro di emissione della lampada UV ed il raggio viene inviato sul preparato attraverso l’obiettivo. La lunghezza d’onda selezionata è quella d’assorbimento della sostanza, o fluorocromo, con la quale il campione viene preventivamente trattato per metterne in risalto la struttura di determinate componenti. In particular, the excitation filter selects a wavelength in the emission spectrum of the UV lamp and the beam is sent to the specimen through the objective. The selected wavelength is that of absorption of the substance, or fluorochrome, with which the sample is previously treated to highlight the structure of certain components.
In particolare, il campione da esaminare viene preventivamente trattato con determinati anticorpi appositamente prodotti per andarsi a legare con determinate molecole presenti nel campione. Inoltre, gli anticorpi sono in grado di legarsi con determinate sostanze, noti come fluorocromi, quali fluoresceina e rodamina, che se investite da una luce di determinata lunghezza d’onda emettono a loro volta una luce di una particolare lunghezza d’onda nel visibile e pertanto rendono fluorescenti e quindi visibili anche gli anticorpi e pertanto le molecole del campione ad esse legate. In particular, the sample to be examined is previously treated with certain antibodies specially produced to bind with certain molecules present in the sample. Furthermore, the antibodies are able to bind with certain substances, known as fluorochromes, such as fluorescein and rhodamine, which if hit by a light of a certain wavelength in turn emit a light of a particular wavelength in the visible and therefore they make the antibodies and therefore the molecules of the sample bound to them fluorescent and therefore visible.
Il colore della luce emessa dal fluorocromo è ulteriormente selezionato da un filtro di sbarramento prima che il raggio raggiunga l’oculare. L’immunocomplesso finale appare quindi di un colore brillante su fondo nero. The color of the light emitted by the fluorochrome is further selected by a barrier filter before the beam reaches the eyepiece. The final immunocomplex therefore appears in a bright color on a black background.
I fluorocromi piu comuni sono l’isotiocianato di fluoresceina (FITC) e la tetrametil rodamina (TRITC). Il primo ha una colorazione verde gialla, il secondo rossa. The most common fluorochromes are fluorescein isothiocyanate (FITC) and tetramethyl rhodamine (TRITC). The first has a yellow-green color, the second red.
L’uso combinato di più fluorocromi consente di studiare la localizzazione relativa di molecole diverse: l’uso di pseudocolorazione rossa e verde per i due canali consente di vedere contemporaneamente la marcatura di componenti cellulari diversi, che vengono colorati in giallo quando focalizzano negli stessi punti. Infine tecniche di proiezione e ray-tracing sono usate per ricostruire l‘immagine che si potrebbe osservare guardando il campione da varie posizioni, come nell’animazione riportata in esempio. The combined use of multiple fluorochromes makes it possible to study the relative localization of different molecules: the use of red and green pseudostaining for the two channels allows to simultaneously see the marking of different cellular components, which are colored yellow when they focus in the same points . Finally, projection and ray-tracing techniques are used to reconstruct the image that could be observed looking at the sample from various positions, as in the animation shown in the example.
Il vantaggio dell’uso della fluorescenza è che il campo di osservazione è scuro e gli elementi fluorescenti risultano ben contrastati, inoltre l’uso di lunghezze d’onda più basse consente di superare il limite di risoluzione della microscopia ottica in campo chiaro ottenendo immagini ad alta definizione. The advantage of the use of fluorescence is that the field of observation is dark and the fluorescent elements are well contrasted, furthermore the use of lower wavelengths allows to overcome the resolution limit of light field optical microscopy, obtaining high-quality images. High Definition.
Comunemente i microscopi a fluorescenza comprendono una videocamera, o una fotocamera, monocromatica che raccoglie le immagini provenienti dal campione e le invia ad una unità di elaborazione. Questa è in grado di eseguire operazioni di processing delle immagini che consentono di mettere in evidenza aspetti del campione che non risultano chiari nelle immagini direttamente prodotte dal microscopio. Variazioni di luminosità e contrasto, per esempio, sono spesso usate per accentuare il dettaglio di regioni scarsamente contrastate. Inoltre, metodi di restauro di immagini, come la deconvoluzione, permettono di migliorare ulteriormente il contrasto. Commonly fluorescence microscopes include a video camera, or a monochrome camera, which collects the images coming from the sample and sends them to a processing unit. This is able to perform image processing operations that allow you to highlight aspects of the sample that are not clear in the images directly produced by the microscope. Variations in brightness and contrast, for example, are often used to accentuate the detail of low contrast regions. In addition, image restoration methods, such as deconvolution, allow for further enhancement of contrast.
Esistono anche microscopi provvisti di due sistemi di illuminazione indipendenti, ossia un sistema di illuminazione in campo chiaro, disposto nella parte inferiore del microscopio, attraverso il quale è possibile generare un fascio di luce bianca che viene convogliata sul campione dal basso, ed un sistema di illuminazione in fluorescenza disposto, invece, nella parte superiore del microscopio e attraverso il quale è possibile generare un fascio di luce in fluorescenza che investe il campione dall’alto. I due sistemi di illuminazione vengono azionati alternativamente. There are also microscopes equipped with two independent illumination systems, i.e. a bright field illumination system, arranged in the lower part of the microscope, through which it is possible to generate a beam of white light that is conveyed onto the sample from below, and a system of fluorescence lighting placed, instead, in the upper part of the microscope and through which it is possible to generate a fluorescence light beam that strikes the sample from above. The two lighting systems are operated alternately.
In tal caso, il microscopio deve essere, quindi, alternativamente accoppiato ad una fotocamera a colori quando viene azionato il sistema di illuminazione in campo chiaro, o ad una fotocamera monocromatica quando si opera in fluorescenza. In this case, the microscope must therefore alternatively be coupled to a color camera when the bright field lighting system is operated, or to a monochrome camera when operating in fluorescence.
Pertanto, per portare il microscopio da una configurazione all’altra è necessario sostituire la fotocamera installata con un’altra. Ciò comporta notevoli perdite di tempo e la possibilità di inquinare il campione durante le operazioni di sostituzione della fotocamera. Therefore, to bring the microscope from one configuration to another, it is necessary to replace the installed camera with another. This results in considerable time wasting and the possibility of contaminating the sample during camera replacement operations.
Esistono anche microscopi sui quali sono montate sia una fotocamera a colori che una fotocamera monocromatica. Questi microscopi utilizzano dispositivi noti come “beam splitter” che dividono il raggio di luce proveniente dal campione in due parti, una delle quali viene inviata alla fotocamera monocromatica e l’altra alla fotocamera a colori. There are also microscopes on which both a color camera and a monochrome camera are mounted. These microscopes use devices known as "beam splitters" which divide the light beam coming from the sample into two parts, one of which is sent to the monochrome camera and the other to the color camera.
Tuttavia, in questo tipo di soluzione la frazione del raggio di luce che raggiunge ciascuna fotocamera ha una intensità luminosa ridotta rispetto all’intensità del raggio prima della divisione, e pertanto le immagini acquisite hanno una minore risoluzione. Ciò compromette la possibilità di ricavare determinate informazioni dalle immagini anche sottoponendole a complesse operazioni di processing. However, in this type of solution the fraction of the light beam that reaches each camera has a reduced light intensity compared to the intensity of the beam before the division, and therefore the acquired images have a lower resolution. This compromises the possibility of obtaining certain information from images even by subjecting them to complex processing operations.
Sintesi dell’invenzione Summary of the invention
È quindi scopo della presente invenzione fornire un’apparecchiatura per indagini di microscopia ottica che consenta di passare rapidamente da una configurazione in campo chiaro ad una configurazione in fluorescenza e di ottenere in entrambi i casi immagini altamente definite. It is therefore an aim of the present invention to provide an apparatus for optical microscopy investigations that allows you to quickly switch from a bright field configuration to a fluorescence configuration and to obtain highly defined images in both cases.
Questo ed altri scopi sono raggiunti dall’apparecchiatura per indagini di microscopia ottica, secondo l’invenzione, comprendente: This and other purposes are achieved by the apparatus for optical microscopy investigations, according to the invention, comprising:
- un microscopio ottico provvisto di: - an optical microscope equipped with:
- un porta-campioni sul quale viene disposto un preparato da analizzare; - a sample holder on which a preparation to be analyzed is placed;
- mezzi di acquisizione atti ad acquisire un’immagine del preparato; - acquisition means suitable for acquiring an image of the preparation;
- un gruppo di illuminazione in campo chiaro comprendente: - a bright field lighting unit comprising:
- una sorgente di luce bianca atta a generare un fascio di luce bianca; - a white light source capable of generating a white light beam;
- primi mezzi ottici di direzionamento atti a guidare detto fascio di luce bianca da detta sorgente di luce bianca verso detti mezzi di acquisizione after lighting said sample; - first optical direction means adapted to guide said white light beam from said white light source towards said acquisition means after lighting said sample;
- un gruppo di illuminazione in fluorescenza comprendente: - a fluorescence lighting assembly comprising:
- una sorgente di luce in fluorescenza atta a generare un fascio di luce in fluorescenza avente una determinata lunghezza d’onda; - a fluorescence light source designed to generate a fluorescence light beam having a certain wavelength;
- secondi mezzi ottici di direzionamento atti ad indirizzare detto fascio di luce in fluorescenza da detta sorgente di luce in fluorescenza verso detti mezzi di acquisizione after lighting said sample; - second optical direction means adapted to direct said fluorescence light beam from said fluorescence light source towards said acquisition means after lighting said sample;
- mezzi di azionamento atti ad azionare alternativamente detta sorgente di luce bianca e detta sorgente di luce in fluorescenza; - actuation means adapted to actuate alternatively said white light source and said fluorescence light source;
la cui caratteristica principale è che detti mezzi di acquisizione comprendono: the main characteristic of which is that said acquisition means include:
- primi mezzi di acquisizione atti ad acquisire immagini in campo chiaro; - first acquisition means suitable for acquiring images in bright field;
- secondi mezzi di acquisizione atti ad acquisire immagini in fluorescenza; - second acquisition means adapted to acquire fluorescence images;
detti primi e detti secondi mezzi di acquisizione essendo montati su un dispositivo di interfaccia operativamente connesso a detto microscopio ottico, detto dispositivo di interfaccia comprendendo mezzi direzionali totalmente riflettenti atti a guidare selettivamente detto fascio di luce bianca verso detti primi mezzi di acquisizione e detto fascio di luce a fluorescenza verso detti secondi mezzi di acquisizione. said first and said second acquisition means being mounted on an interface device operatively connected to said optical microscope, said interface device comprising totally reflecting directional means adapted to selectively guide said beam of white light towards said first acquisition means and said beam of fluorescence light towards said second acquisition means.
Vantaggiosamente, detto dispositivo di interfaccia comprende: Advantageously, said interface device comprises:
- una porzione di guida attraversata in uso da detto fascio di luce bianca, o da detto fascio di luce in fluorescenza, detta porzione di guida essendo connessa una sezione di collegamento di detto microscopio ottico , detta porzione di guida comprendendo detti mezzi direzionali totalmente riflettenti; - a guide portion crossed in use by said white light beam, or by said fluorescence light beam, said guide portion being connected to a connecting section of said optical microscope, said guide portion comprising said totally reflecting directional means;
- una porzione di impegno atta ad impegnare detti primi e detti secondi mezzi di acquisizione. - an engagement portion adapted to engage said first and said second acquisition means.
In particolare, detti primi mezzi di acquisizione possono essere scelti tra: In particular, said first acquisition means can be selected from:
- una fotocamera a colori; - a color camera;
- una videocamera a colori. - a color video camera.
Analogamente, detti secondi mezzi di acquisizione possono essere scelti tra: Similarly, said second acquisition means can be selected from:
- una fotocamera monocromatica; - a monochrome camera;
- una videocamera monocromatica. - a monochrome video camera.
In una prima forma realizzativa dell’invenzione, detti mezzi direzionali totalmente riflettenti comprendono un elemento direzionale mobile tra una prima posizione, che occupa quando viene azionato detto gruppo di illuminazione in campo chiaro, in detta prima posizione detto elemento direzionale essendo disposto sulla traiettoria di detto fascio di luce bianca e lo indirizza verso detti primi mezzi di acquisizione, ed una seconda posizione, che, invece, occupa quando viene azionato il gruppo di illuminazione in fluorescenza, in detta seconda posizione detto elemento direzionale essendo disposto sulla traiettoria di detto fascio di luce in fluorescenza e lo indirizza verso detti secondi mezzi di acquisizione. In a first embodiment of the invention, said totally reflective directional means comprise a directional element movable between a first position, which occupies when said brightfield lighting unit is operated, in said first position said directional element being arranged on the trajectory of said beam of white light and directs it towards said first acquisition means, and a second position, which, on the other hand, occupies when the fluorescence lighting unit is operated, in said second position said directional element being arranged on the trajectory of said beam of light in fluorescence and directs it towards said second acquisition means.
In particolare, l’elemento direzionale può comprendere una sola superficie riflettente che, in corrispondenza di detta prima posizione di detto elemento direzionale, riflette il fascio di luce bianca incidente su di esso indirizzandolo verso detti primi mezzi di acquisizione, mentre in corrispondenza di detta seconda posizione di detto elemento direzionale riflette il fascio di luce in fluorescenza incidente su di esso indirizzandolo verso detti secondi mezzi di acquisizione. In particular, the directional element can comprise a single reflecting surface which, in correspondence with said first position of said directional element, reflects the beam of white light incident on it, directing it towards said first acquisition means, while in correspondence with said second position of said directional element reflects the fluorescence light beam incident on it, directing it towards said second acquisition means.
In alternativa, l’elemento direzionale può essere provvisto di una prima e di una seconda superficie riflettente, detta prima superficie riflettente essendo atta a riflettere detto fascio di luce bianca indirizzandolo verso detti primi mezzi di acquisizione quando detto elemento direzionale è disposto in detta prima posizione, detta seconda superficie riflettente essendo atta a riflettere detto fascio di luce in fluorescenza indirizzandolo verso detti secondi mezzi di acquisizione quando detto elemento direzionale è disposto in detta seconda posizione. Alternatively, the directional element can be provided with a first and a second reflecting surface, said first reflecting surface being able to reflect said beam of white light directing it towards said first acquisition means when said directional element is arranged in said first position , said second reflecting surface being adapted to reflect said fluorescence light beam, directing it towards said second acquisition means when said directional element is arranged in said second position.
In una variante dell’invenzione, i mezzi totalmente riflettenti comprendono: In a variant of the invention, the totally reflective means include:
- un primo elemento direzionale, detto primo elemento direzionale essendo mobile tra una prima posizione nella quale è disposto sulla traiettoria di detto fascio di luce bianca quando viene azionato detto gruppo di illuminazione in campo chiaro, ed una seconda posizione che occupa quando viene azionato detto gruppo di illuminazione in fluorescenza, in detta seconda posizione detto elemento direzionale essendo disposto esternamente alla traiettoria di detto fascio di luce in fluorescenza; - a first directional element, said first directional element being movable between a first position in which it is arranged on the trajectory of said white light beam when said brightfield lighting unit is operated, and a second position which it occupies when said unit is operated fluorescence lighting, in said second position said directional element being arranged externally to the trajectory of said fluorescence light beam;
- un secondo elemento direzionale, detto secondo elemento direzionale essendo fisso ed essendo colpito da detto fascio di luce in fluorescenza che indirizza verso detti secondi mezzi di acquisizione, quando viene azionato detto gruppo di illuminazione in fluorescenza. - a second directional element, said second directional element being fixed and being hit by said fluorescence light beam which directs towards said second acquisition means, when said fluorescence lighting unit is operated.
In una ulteriore variante dell’invenzione, i mezzi totalmente riflettenti comprendono: In a further variant of the invention, the totally reflective means include:
- un primo elemento direzionale, detto primo elemento direzionale essendo mobile tra una prima posizione nella quale è disposto sulla traiettoria di detto fascio di luce bianca quando viene azionato detto gruppo di illuminazione in campo chiaro, ed una seconda posizione che occupa quando viene azionato detto gruppo di illuminazione in fluorescenza, in detta seconda posizione detto elemento direzionale essendo disposto esternamente alla traiettoria di detto fascio di luce in fluorescenza; - a first directional element, said first directional element being movable between a first position in which it is arranged on the trajectory of said white light beam when said brightfield lighting unit is operated, and a second position which it occupies when said unit is operated fluorescence lighting, in said second position said directional element being arranged externally to the trajectory of said fluorescence light beam;
- un secondo elemento direzionale, detto secondo elemento direzionale essendo mobile tra una prima posizione nella quale si dispone sulla traiettoria di detto fascio di luce in fluorescenza quando viene azionato detto gruppo di illuminazione in fluorescenza, ed una seconda posizione nella quale si dispone esternamente alla traiettoria di detto fascio di luce bianca quando viene azionato detto gruppo di illuminazione in campo chiaro. - a second directional element, said second directional element being movable between a first position in which it is positioned on the trajectory of said fluorescence light beam when said fluorescence lighting unit is operated, and a second position in which it is arranged externally to the trajectory of said white light beam when said brightfield lighting unit is operated.
In particolare, per passare dalla prima posizione alla seconda posizione detto, o ciascun, elemento direzionale può effettuare uno spostamento scelto tra: In particular, to pass from the first position to the second position said, or each, directional element can make a shift chosen between:
- una rotazione; - one rotation;
- una traslazione; - a translation;
o una loro combinazione. or a combination thereof.
Vantaggiosamente, sono previsti mezzi di movimentazione atti a movimentare almeno un elemento direzionale tra detta prima e detta seconda posizione. Advantageously, movement means are provided which are adapted to move at least one directional element between said first and said second position.
In una forma realizzativa dell’invenzione i mezzi di movimentazione comprendono: In one embodiment of the invention, the handling means include:
- primi mezzi di movimentazione atti a movimentare detto primo elemento direzionale tra detta prima e detta seconda posizione; - first movement means adapted to move said first directional element between said first and said second position;
- secondi mezzi di movimentazione, indipendenti da detti primi mezzi di movimentazione, atti a movimentare detto secondo elemento direzionale tra detta prima e detta seconda posizione. - second movement means, independent from said first movement means, adapted to move said second directional element between said first and said second position.
Ad esempio, i mezzi di movimentazione possono comprendere un motore avente un albero di rotazione solidale ad un pignone, detto pignone essendo atto ad impegnarsi su una cremagliera solidale a detto elemento direzionale. In tal modo, la rotazione dell’albero del motore in un primo senso induce un moto lineare a detta cremagliera in un primo verso, mentre la rotazione dell’albero del motore in un secondo senso, opposto a detto primo senso, induce un moto lineare a detta cremagliera in un secondo verso, opposto a detto primo verso. In tal modo, a seconda che l’albero di rotazione ruoti in un senso, o nel senso opposto, l’elemento direzionale viene movimentato da detta prima a detta seconda posizione, o viceversa. For example, the movement means can comprise a motor having a rotation shaft integral with a pinion, said pinion being able to engage on a rack integral with said directional element. In this way, the rotation of the motor shaft in a first direction induces a linear motion to said rack in a first direction, while the rotation of the motor shaft in a second direction, opposite to said first direction, induces a linear motion to said rack in a second direction, opposite to said first direction. In this way, depending on whether the rotation shaft rotates in one direction, or in the opposite direction, the directional element is moved from said first to said second position, or vice versa.
Vantaggiosamente, il motore è associato ad un encoder in modo da realizzare con estrema precisione il posizionamento del o di ciascun elemento direzionale in corrispondenza di detta prima e di detta seconda posizione. Advantageously, the motor is associated with an encoder so as to achieve with extreme precision the positioning of the or each directional element in correspondence with said first and said second position.
Vantaggiosamente, l’apparecchiatura comprende inoltre un’unità di elaborazione atta a elaborare le immagini rilevate da detti primi e secondi mezzi per acquisire. Advantageously, the equipment also comprises a processing unit suitable for processing the images detected by said first and second means for acquiring.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
L’invenzione verrà ora illustrata con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui: The invention will now be illustrated with the following description of one of its embodiments, made by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings in which:
- le figure dalla 1 alla 3 mostrano, rispettivamente in una vista in elevazione laterale, in una vista frontale ed in una vista prospettica, una prima forma realizzativa di un dispositivo di interfaccia microscopio/fotocamere adottabile dall’apparecchiature per indagini di microscopia ottica, secondo l’invenzione; - Figures 1 to 3 show, respectively in a side elevation view, in a front view and in a perspective view, a first embodiment of a microscope / camera interface device that can be adopted by the apparatus for optical microscopy investigations, according to the invention;
- la figura 4 mostra il dispositivo di interfaccia di figure 1-3 in condizioni operative; Figure 4 shows the interface device of Figures 1-3 in operating conditions;
- le figure 5 e 6 mostrano una prima forma realizzativa dei mezzi totalmente riflettenti utilizzabili nel dispositivo di interfaccia microscopio/fotocamere di figure 1-3; Figures 5 and 6 show a first embodiment of the totally reflective means usable in the microscope / camera interface device of Figures 1-3;
- le figure 7 e 8 mostrano una variante dei mezzi totalmente riflettenti delle figure 5 e 6; - figures 7 and 8 show a variant of the totally reflecting means of figures 5 and 6;
- le figure 9 e 10 mostrano in una vista in sezione longitudinale una seconda variante dei mezzi totalmente riflettenti delle figure 5 e 6; Figures 9 and 10 show a second variant of the totally reflecting means of Figures 5 and 6 in a longitudinal section;
- le figure 11 e 12 mostrano i mezzi totalmente riflettenti delle figure 9 e 10 in una vista prospettica; - le figure 13 e 14 mostrano schematicamente in una vista prospettica parziale una possibile forma costruttiva di mezzi di movimentazione utilizzabili per movimentare i mezzi totalmente riflettenti delle figure dalla 7 alla 12; - le figure dalla 15 alla 18 mostrano una ulteriore forma realizzativa del dispositivo di interfaccia microscopio/telecamere prevista dall’invenzione. - figures 11 and 12 show the totally reflecting means of figures 9 and 10 in a perspective view; Figures 13 and 14 schematically show in a partial perspective view a possible constructive form of movement means which can be used to move the totally reflecting means of figures 7 to 12; - Figures 15 to 18 show a further embodiment of the microscope / camera interface device envisaged by the invention.
Descrizione delle forme realizzative preferite Description of the preferred embodiments
Con riferimento alla figura 1 un’apparecchiatura 1, secondo l’invenzione, per condurre indagini di microscopia molecolare comprende un microscopio ottico 100 di tipo noto provvisto di un porta-campione 105 sul quale viene disposto un preparato da analizzare. With reference to Figure 1, an apparatus 1, according to the invention, for conducting molecular microscopy investigations comprises an optical microscope 100 of a known type provided with a sample holder 105 on which a preparation to be analyzed is placed.
Come mostrato negli esempi di figura 4 e 15, il microscopio ottico 100 comprende, in particolare, due sistemi di illuminazione distinti, e precisamete un gruppo di illuminazione 101 per il campo chiaro localizzato nella parte inferiore del microscopo 100 ed un gruppo di illuminazione 102 per la fluorescenza, localizzato nella parte superiore del microscopio 100. As shown in the examples of figures 4 and 15, the optical microscope 100 comprises, in particular, two distinct illumination systems, namely an illumination unit 101 for the bright field located in the lower part of the microscope 100 and a illumination unit 102 for the fluorescence, located in the upper part of the microscope 100.
Il gruppo di illuminazione 101 in campo chiaro ed il gruppo di illuminazione 102 in fluorescenza vengono alternativamente azionati a seconda del tipo di indagine microscopica di interesse. The bright field illumination unit 101 and the fluorescence illumination unit 102 are alternately operated according to the type of microscopic investigation of interest.
Come noto, il gruppo di illuminazione 101 comprende una sorgente di luce bianca, ad esempio una lampada a incandescenza, che genera un fascio di luce bianca, una combinazione di elementi ottici, ossia lenti e filtri di tipo noto oltre ad un condensatore attraverso i quali il fascio di luce generato dalla sorgente di luce passa e dal quale viene guidato lungo una determinata traiettoria fino a giungere in corrispondenza del porta-campione. As is known, the lighting unit 101 comprises a source of white light, for example an incandescent lamp, which generates a beam of white light, a combination of optical elements, i.e. lenses and filters of a known type, as well as a capacitor through which the light beam generated by the light source passes and from which it is guided along a determined trajectory until it reaches the sample holder.
Analogamente, il gruppo di illuminazione 102 in fluorescenza comprende una sorgente di luce in fluorescenza, ad esempio una lampada a mercurio, che genera un fascio di luce in fluorescenza ed una combinazione di elementi ottici, comprendenti un filtro di eccitazione, uno specchio dicroico ed un filtro di sbarramento, attraverso i quali il fascio di luce in fluorescenza passa e dal quale viene guidato lungo una determinata traiettoria fino a giungere in corrispondenza del porta-campione. Similarly, the fluorescence lighting assembly 102 comprises a fluorescence light source, for example a mercury lamp, which generates a fluorescence light beam and a combination of optical elements, comprising an excitation filter, a dichroic mirror and a barrier filter, through which the fluorescence light beam passes and from which it is guided along a determined trajectory until it reaches the sample holder.
Il microscopio 100 comprende, inoltre, una fotocamera a colori 50a per acquisire immagini in campo chiaro, ossia prodotte dal fascio di luce bianca ed una fotocamera monocromatica 50b per acquisire immagini in fluorescenza, ossia prodotte dal fascio di luce in fluorescenza. The microscope 100 further comprises a color camera 50a for acquiring images in bright field, ie produced by the white light beam and a monochromatic camera 50b for acquiring fluorescence images, ie produced by the fluorescence light beam.
Le immagini rilevate da ciascuna fotocamera 50a, 50b vengono poi inviate ad un’unità di elaborazione 200 per essere sottoposte ad operazioni di processing che consentono di mettere meglio in evidenza aspetti del campione che non risultano chiari nelle immagini direttamente prodotte dal microscopio. Variazioni di luminosità e contrasto, per esempio, sono spesso usate per accentuare il dettaglio di regioni scarsamente contrastate. Inoltre, metodi di restauro di immagini, come la deconvoluzione, permettono di migliorare ulteriormente il contrasto. The images detected by each camera 50a, 50b are then sent to a processing unit 200 to be subjected to processing operations that allow to better highlight aspects of the sample that are not clear in the images directly produced by the microscope. Variations in brightness and contrast, for example, are often used to accentuate the detail of low contrast regions. In addition, image restoration methods, such as deconvolution, allow for further enhancement of contrast.
In particolare, la fotocamera a colori 50a e la fotocamera monocromatica 50b sono operativamente connesse al microscopio ottico 100 mediante un supporto 10 comprendente una porzione di guida 12 atta alternativamente a guidare il fascio di luce bianca e il fascio di luce in fluorescenza in uscita dal portacampione verso la fotocamera a colori 50a e la fotocamera monocromatica 50b rispettivamente. Le fotocamere 50a e 50b sono vincolate al supporto 10 in corrispondenza di rispettive porzioni di impegno 11a e 11b. In particular, the color camera 50a and the monochrome camera 50b are operatively connected to the optical microscope 100 by means of a support 10 comprising a guide portion 12 adapted alternatively to guide the white light beam and the fluorescence light beam exiting the sample holder. towards the color camera 50a and the monochrome camera 50b respectively. The cameras 50a and 50b are constrained to the support 10 at respective engagement portions 11a and 11b.
In una prima variante illustrata nelle figure 6 e 7 il fascio di luce 250 viene indirizzato verso una fotocamera 50a, o alternativamente verso una fotocamera monocromatica 50b, a seconda che si tratti di un fascio di luce bianca 250, oppure di un fascio di luce a fluorescenza 250’, rispettivamente, mediante un elemento direzionale 15 disposto nella porzione di guida 12 del supporto 10. L’elemento direzionale 15 comprende una superficie riflettente 16 montata su un supporto 18 ed è previsto mobile tra una posizione A nella quale è inclinato di un angolo pari a 45° rispetto alla direzione del fascio di luce bianca 250 e rispetto all’asse 51a della fotocamera a colori 50a (figura 5) ed una posizione B nella quale l’elemento direzionale 15 è inclinato di un angolo pari a 45° rispetto alla direzione del fascio in fluorescenza 250’ e rispetto all’asse 51b della fotocamera monocromatica 50b (figura 6). In a first variant illustrated in Figures 6 and 7, the light beam 250 is directed towards a camera 50a, or alternatively towards a monochrome camera 50b, depending on whether it is a beam of white light 250, or a beam of light a fluorescence 250 ', respectively, by means of a directional element 15 arranged in the guide portion 12 of the support 10. The directional element 15 comprises a reflecting surface 16 mounted on a support 18 and is provided to be movable between a position A in which it is inclined by a angle equal to 45 ° with respect to the direction of the white light beam 250 and with respect to the axis 51a of the color camera 50a (figure 5) and a position B in which the directional element 15 is inclined at an angle equal to 45 ° with respect to to the direction of the fluorescence beam 250 'and with respect to the axis 51b of the monochrome camera 50b (Figure 6).
In tal caso, l’elemento direzionale 15 passa dalla posizione A alla posizione B a seguito di una rotazione di 90° attorno al suo centro di simmetria C. In this case, the directional element 15 passes from position A to position B following a 90 ° rotation around its center of symmetry C.
Nella variante illustrata nelle figure 7 e 8, la fotocamera a colori 50a e la fotocamera 50b sono disposte con i rispettivi assi 51a e 51b sostanzialmente ortogonali alla direzione del fascio di luce 250, o 250’. In questa configurazione, l’elemento direzionale 15 disposto inclinato di un angolo pari a 45° rispetto al fascio di luce 250, o 250’, passa dalla posizione A nella quale si trova in corrispondenza dell’asse 51a della fotocamera 50a ed inclinato di 45° rispetto ad esso (figura 7) alla posizione B nella quale si trova in corrispondenza dell’asse 51b della fotocamera 50b inclinato di 45° rispetto allo stesso (figura 8). Di conseguenza, il passaggio dalla posizione A alla posizione B comporta, in questo caso, una traslazione dell’elemento direzionale 15 lungo una direzione parallela alla direzione del fascio di luce 250, o 250’. In the variant illustrated in figures 7 and 8, the color camera 50a and the camera 50b are arranged with their respective axes 51a and 51b substantially orthogonal to the direction of the light beam 250, or 250 '. In this configuration, the directional element 15 disposed inclined at an angle equal to 45 ° with respect to the light beam 250, or 250 ', passes from the position A in which it is located in correspondence with the axis 51a of the camera 50a and inclined by 45 ° with respect to it (Figure 7) to the position B in which it is located in correspondence with the axis 51b of the camera 50b inclined by 45 ° with respect to it (Figure 8). Consequently, the transition from position A to position B involves, in this case, a translation of the directional element 15 along a direction parallel to the direction of the light beam 250, or 250 '.
In una ulteriore variante realizzativa illustrata nelle figure dalla 9 alla 12, sono previsti un primo elemento direzionale 15 atto ad indirizzare il fascio di luce bianca verso la fotocamera a colori 50a ed un secondo elemento direzionale 25 atto ad indirizzare il fascio di luce in fluorescenza 250’ verso la fotocamera monocromatica 50b. In particolare, l’elemento direzionale 15 è mobile tra una posizione nella quale si trova sulla traiettoria del fascio di luce 250, o 250’, ed una posizione neutra, ossia esterna al fascio di luce stesso, mentre l’elemento direzionale 25 è previsto fisso. In a further variant embodiment illustrated in Figures 9 to 12, a first directional element 15 is provided which is adapted to direct the white light beam towards the color camera 50a and a second directional element 25 which is adapted to direct the fluorescence light beam 250 'towards the monochrome camera 50b. In particular, the directional element 15 is movable between a position in which it is on the trajectory of the light beam 250, or 250 ', and a neutral position, i.e. external to the light beam itself, while the directional element 25 is provided fixed.
Quando viene azionato il gruppo di illuminazione in campo chiaro 101 l’elemento direzionale 15 viene disposto sulla traiettoria del fascio di luce bianca 250 in modo da dirigerlo verso la fotocamera 50a (figure 9 e 11). Quando, invece, è il gruppo di illuminazione in fluorescenza 102 ad essere azionato, l’elemento direzionale 15 viene disposto nella suddetta posizione esterna al fascio di luce 250’ per cui questo prosegue la sua traiettoria fino a giungere in corrispondenza dell’elemento direzionale fisso 25 dal quale viene indirizzato verso la fotocamera monocromatica 50b (figure 10 e 12). When the brightfield lighting unit 101 is operated, the directional element 15 is arranged on the trajectory of the white light beam 250 so as to direct it towards the camera 50a (Figures 9 and 11). When, on the other hand, it is the fluorescence lighting unit 102 that is activated, the directional element 15 is arranged in the aforementioned position external to the light beam 250 'so that this continues its trajectory until it reaches the fixed directional element 25 from which it is directed towards the monochrome camera 50b (Figures 10 and 12).
L’elemento direzionale 15 può essere movimentato dalla posizione A, di figure 9 e 11 alla posizione B, di figure 10 e 12, e viceversa, mediante opportuni mezzi di movimentazione. The directional element 15 can be moved from position A, of figures 9 and 11 to position B, of figures 10 and 12, and vice versa, by means of suitable handling means.
Come mostrato nell’esempio delle figure 13 e 14, i mezzi di movimentazione possono comprendere un motore 60 avente un albero di rotazione 61 solidale ad un pignone 64 che ingrana su una cremagliera 62 solidale all’elemento direzionale 15. In tal modo, una rotazione dell’albero 61 del motore 60 in un primo senso, ad esempio in senso orario, provoca una traslazione della cremagliera 62 in un verso di estrazione tale da portare l’elemento direzionale 15 dalla posizione A di figura 13 nella quale è sulla traiettoria del fascio di luce che attraversa la porzione di guida 12 del dispositivo di interfaccia 10 alla posizione B di figura 14 in corrispondenza della quale l’elemento direzionale 15 è esterno alla traiettoria del fascio di luce. Al contrario una rotazione dell’albero 61 del motore 60 in senso antiorario provoca la traslazione della cremagliera 62 nel verso opposto al precedente, ossia in un verso di introduzione dell’elemento direzionale 15 all’interno della porzione di guida 12 del dispositivo di interfaccia 10. Il motore 60 può essere associato ad un encoder 65 in modo da assicurare una elevata precisione di posizionamento dell’elemento direzionale 15 in corrispondenza delle posizioni A e B. As shown in the example of Figures 13 and 14, the handling means can comprise a motor 60 having a rotation shaft 61 integral with a pinion 64 which meshes with a rack 62 integral with the directional element 15. In this way, a rotation of the shaft 61 of the motor 60 in a first direction, for example in a clockwise direction, causes a translation of the rack 62 in an extraction direction such as to bring the directional element 15 from the position A of figure 13 in which it is on the trajectory of the beam of light which passes through the guide portion 12 of the interface device 10 to the position B of Figure 14 in correspondence with which the directional element 15 is external to the trajectory of the light beam. On the contrary, a rotation of the shaft 61 of the motor 60 in an anticlockwise direction causes the translation of the rack 62 in the opposite direction to the previous one, i.e. in a direction of introduction of the directional element 15 inside the guide portion 12 of the interface device 10 The motor 60 can be associated with an encoder 65 so as to ensure a high positioning accuracy of the directional element 15 in correspondence with the positions A and B.
Nella ulteriore variante illustrata nelle figure dalla 15 alla 18 sono previsti due elementi direzionali 15 e 25 entrambi mobili tra rispettive posizioni 15a, 25a nelle quali sono disposti in corrispondenza del fascio di luce bianca 205 e del fascio di luce in fluorescenza 250’ rispettivamente, e rispettive posizioni 15b, 25b, nelle quali sono disposti esternamente al fascio di luce in fluorescenza 205’ e al fascio di luce bianca 250’, rispettivamente. In the further variant illustrated in Figures 15 to 18, two directional elements 15 and 25 are provided, both of which are movable between respective positions 15a, 25a in which they are arranged in correspondence with the white light beam 205 and the fluorescence light beam 250 'respectively, and respective positions 15b, 25b, in which they are arranged externally to the fluorescence light beam 205 'and to the white light beam 250', respectively.
Più in dettaglio, quando viene azionato il gruppo di illuminazione in campo chiaro 101, l’elemento direzionale 15 occupa la posizione 15a disposta sulla traiettoria del fascio di luce bianca 205 in modo da indirizzarlo verso la fotocamera a colori 50a, mentre l’elemento direzionale 25 occupa la posizione 25b esterna alla traiettoria del fascio di luce bianca 205 (figura 16). More in detail, when the brightfield lighting unit 101 is operated, the directional element 15 occupies the position 15a arranged on the trajectory of the white light beam 205 so as to direct it towards the color camera 50a, while the directional element 25 occupies the position 25b external to the trajectory of the white light beam 205 (Figure 16).
Quando, invece, viene azionato il gruppo di illuminazione in fluorescenza 102 generando un fascio di luce in fluorescenza 205’, l’elemento direzionale 15 viene disposto nella posizione 15b esterna alla traiettoria del fascio di luce in fluorescenza 205’, mentre l’elemento direzionale 25 occupa la posizione 25a disposta sulla traiettoria del fascio di luce in fluorescenza 205’ in modo da indirizzarlo verso la fotocamera monocromatica 50b (figura 17). On the other hand, when the fluorescence lighting unit 102 is operated to generate a fluorescence light beam 205 ', the directional element 15 is arranged in the position 15b external to the trajectory of the fluorescence light beam 205', while the directional element 25 occupies the position 25a arranged on the trajectory of the fluorescence light beam 205 'so as to direct it towards the monochrome camera 50b (Figure 17).
In questo caso, sono previsti primi mezzi di movimentazione 60a, 62a, 63a, 64a e 65a atti a movimentare l’elemento direzionale 15 tra la posizione 15a e la posizione 15b e secondi mezzi di movimentazione 60b, 62b, 63b, 64b e 65b atti a movimentare l’elemento direzionale 25 tra la posizione 25a e la posizione 25b. In this case, first movement means 60a, 62a, 63a, 64a and 65a are provided for moving the directional element 15 between position 15a and position 15b and second movement means 60b, 62b, 63b, 64b and 65b for to move the directional element 25 between position 25a and position 25b.
Inoltre, nella forma realizzativa illustrata in figura 15 l’apparecchiatura 1 prevede un microscopio 100 privo degli oculari. Ciò al fine di evitare possibili perdite di intensità luminosa durante l’attraversamento del fascio di luce bianca 205 o del fascio di luce in fluorescenza 205’ delle varie parti del microscopio 100 stesso e accrescere quindi ulteriormente la risoluzione delle immagini acquisite tramite le fotocamere 50a e 50b. Furthermore, in the embodiment illustrated in Figure 15, the apparatus 1 provides a microscope 100 without the eyepieces. This is in order to avoid possible loss of light intensity during the crossing of the white light beam 205 or of the fluorescence light beam 205 'of the various parts of the microscope 100 itself and thus further increase the resolution of the images acquired by the cameras 50a and 50b.
La descrizione di cui sopra di una forma esecutiva specifica è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma esecutiva specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma esecutiva esemplificata. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo. The above description of a specific embodiment is capable of showing the invention from a conceptual point of view so that others, using the prior art, will be able to modify and / or adapt this specific embodiment in various applications without further research and without departing from the inventive concept, and, therefore, it is understood that such adaptations and modifications will be considered as equivalent to the exemplified embodiment. The means and materials for carrying out the various functions described may be of various nature without thereby departing from the scope of the invention. It is understood that the expressions or terminology used have a purely descriptive purpose and therefore not limitative.
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