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21.06.2007 | Redakteur:

Imaging-Softwarelösungen haben sich zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der Medizin, Biologie und Materialanalytik entwickelt. Die Einsatzbereiche sind extrem breit gefächert und reichen vom mikroskopischen Imaging im Hellfeld und Dunkelfeld, Aufnahmen von hochaufgelösten Bildern in Form eines Panoramas oder Mosaiks über die automatisierte Oberflächenanalyse in der Qualitätskontrolle bis hin zur Beobachtung dynamischer Prozesse von lebenden Proben. ߬߬Während in den Biowissenschaften eher Aufnahmemöglichkeiten in mehreren Dimensionen wie Zeitreihen oder Z-Stapel von Bedeutung sind, zählen umfangreiche Mess- und Analysefunktionen zu den erforderlichen Eigenschaften in der Materialanalytik. Die Software-Pakete sind daher in der Regel modular aufgebaut und lassen sich - ausgehend von einem Basispaket - an die unterschiedlichen Anforderungen eines Anwenders individuell anpassen. Ändern sich die Anwendungen, kann die bestehende Lösung in den meisten Fällen mitwachsen und um die benötigten Module problemlos erweitert werden. Anbieter wie Olympus oder Nikon bieten Software-Familien an, deren Mitglieder für unterschiedliche Bereiche ausgelegt sind. NIS-Elements-AR von Nikon ist beispielsweise eine Lösung für die gehobene Forschung, analysis start die Einstiegslösung der Olympus-Softwarefamilie für Materialwissenschaften. Zeiss bietet mit Axiovision dagegen eine Softwarelösung an, die aus 43 Modulen besteht.߬߬Die richtige Lösung für jede Applikation߬߬Die zurzeit auf dem Markt erhältlichen Softwarelösungen verfügen in ihrer Grundausstattung alle über ausreichende Standardfunktionen zur Bildaufnahme, Bearbeitung und Archivierung. Die Kunst für den Anbieter liegt darin, das Basispaket der Imaging-Software um die entscheidenden Module zu erweitern, sodass die Gesamtlösung exakt den speziellen Anforderungen entsprechen und reibungslos funktionieren. Hier ist das Angebot breit gefächert. In der Praxis erfolgt die Software-Auswahl in den meisten Fällen über die Applikation. Ausgehend von einer bestimmten Fragestellung wird gezielt nach der passenden Lösung gesucht. Für die Auswertung eines Zell-Assays, bei dem ein charakteristischer Phänotyp wie Apoptose entstehen kann, muss die Bildverarbeitung beispielsweise in der Lage sein, Änderungen zu quantifizieren und im Labormaßstab vernünftig abzubilden. Die Software muss dafür über alle notwendigen Funktionen verfügen, um die Anforderungen an zelluläre Assays unterstützen zu können. Gleichzeitig sollte sie aber auch unproblematisch zu bedienen sein. Somit hat der Anbieter die Aufgabe, eine ausgeglichene Balance zwischen Funktionalität und Handhabbarkeit zu erzielen. „Besondere Herausforderungen stellen sich in der biologischen Forschung und in der pharmazeutischen Wirkstoffsuche. In diesen Bereichen muss eine Bildverarbeitungssoftware dem Anwender eine einfache Möglichkeit geben, phänotypische Änderungen auf subzellulärer Ebene eindeutig zu quantifizieren und darüber hinaus aussagekräftig zu visualisieren“, ergänzt Dr. Martin Daffertshofer von PerkinElmer.߬߬Für mikroskopische Routineanwendungen wie in der Metallographie, Prozesssicherung oder Qualitätskontrolle sollte die Software Arbeitsabläufe speichern und vollautomatisiert geometrische Strukturen vermessen können, um reproduzierbare Ergebnisse sicherstellen zu können. Einige Pakete erlauben es, die Bilder mit Protokollen, Aufzeichnungen und Maßstabsbalken zu versehen und die Abstände von Objekten dreidimensional zu vermessen oder einmal markierte Positionen auf einer Probenoberfläche automatisch wiederzufinden. Auch für dieses Segment bestehen die Software-Lösungen aus Bausteinen, die sich individuell kombinieren lassen. Mittlerweile sind Module selbst für spezielle Applikationen, z.B. die Korngrößenuntersuchung, Online-Messen oder Topographie, verfügbar. Neuere Software-Versionen erlauben eine direkte Auswertung von Messdaten, aus denen z.B. Statistiken oder Grafiken erstellt und bearbeitet werden können. Die zusätzlichen Funktionen ersparen den Datentransfer in andere Softwareprogramme, z.B. Microsoft Excel. Die Archivierung ist in der Regel klar strukturiert und erfüllt die aktuellen Industrie-normen. Für Anwendungen in der pharmazeutischen und medizinischen Industrie bieten einige Hersteller GxP-gerechte Lösungen an.߬߬Kompatibilität mit Hardware-Komponenten߬߬Ein anderes entscheidendes Kriterium für die Einsatzmöglichkeiten einer Software ist die Kompatibilität. Digitale Bilddateien liegen in unterschiedlichen Formaten vor und sollten von der Imaging- Software nahtlos importiert oder exportiert werden können und kompatibel zu anderen Softwareprogrammen sein. In der Regel erfüllen alle Software-Lösungen diese Notwendigkeit. Wichtiger ist jedoch die Kompatibilität mit anderen Hardware-Komponenten. Dies gilt besonders für die Digitalkameras. Manche Software-Pakete unterstützen nur eine begrenzte Kameraauswahl, sodass der Anwender in seiner Wahl eingeschränkt ist. Die Software steuert aber nicht nur Kameras, um Belichtungszeit oder Geschwindigkeit einzustellen, sondern übernimmt auch die Steuerung aller anderen Mikroskopfunktionen. Viele Zusatzkomponenten sind mechanisch und können von Fremdanbietern stammen. So müssen sich Mikroskoptische in XY- oder die Fokusrichtung in XYZ-Richtung bewegen lassen. Darüber hinaus hat die Software die Aufgabe, Shutter, Wellenlängenwechsler und Filterräder in den Gesamtprozess zu integrieren. Bei der großen Anzahl an möglichen Peripherie-Komponenten kann sehr schnell ein komplexes Netzwerk aus Treibern entstehen, die reibungslos aufeinander abgestimmt sein müssen.߬߬„Mikroskop, Objektiv, Kamera und Shutter müssen wie ein Orchester harmonieren. Unter einem bedienungsfreundlichen Graphical-User-Interface muss die Imaging-Software mit hoher Kompatibilität die intuitive Bedienung aller Elemente ermöglichen“, so Dr. Jörg Kukulies, General Manager der Mikroskope und optischen Messtechnik von Nikon.߬߬3D-Betrachtung und zelluläres Imaging ߬߬Die Beobachtung von lebenden Zellen oder kompletten Prozessen auf molekularer Ebene ist ein Bereich, der zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die Software hierfür muss in der Lage sein, Bildsequenzen über einen längeren Zeitraum und Bildserien aus verschiedenen Fokusebenen (Z-Stapel) aufzunehmen. Darüber hinaus sollten Mehrkanalfluoreszenzaufnahmen möglich sein. Die Module für diese Fragestellungen entsprechen dem High-End-Bereich in der Imaging-Software. Um z.B. dreidimensionale Objekte darstellen zu können, müssen die einzelnen Aufnahmen der aufeinanderfolgenden Schichten zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden. Ähnlich verhält es sich bei der Darstellung von großflächigen Proben oder Panoramabildern. Bei diesen Experimenten fallen enorme Datenmengen an, die bearbeitet werden müssen. Der Erfolg eines Experiments ist somit nicht nur von der Software abhängig, sondern auch von der Kapazität des angeschlossenen Rechners. ߬߬Neue Möglichkeiten und aktuelle Trends ߬߬Mit zunehmender Vernetzung der einzelnen Arbeitsplätze innerhalb einer Arbeitsgruppe oder einer Forschungsabteilung und verschiedener Labors untereinander steigen auch die Anforderungen bezüglich Datenaustausch, Internetfähigkeit, Lizensierung und Schnittstellen an die Software. Das Angebot reicht von Einzelplatzlösungen, Mehrplatzsystemen bis hin zu kompletten Laborvernetzungen inklusive Intranet. Mittlerweile ist man beispielsweise auch in der Lage, komplette Bildaufnahmesequenzen über Netzwerke per Fernsteuerung vorzunehmen. Mit der entsprechenden Software kann ein Mikroskopsystem mit Objektiv und Digitalkamera über eine Internetverbindung von einem beliebigen Ort aus gesteuert werden. Schlagwörter sind hier Remote-Control, Remote-Observation und Remote-Analysis. Bisher sind die Möglichkeiten allerdings nur für eine enge Zielgruppe im Bereich der Pathologie und Hämatologie interessant. ߬߬Für die Marktübersicht auf den folgenden Seiten wurden sieben Anbieter von Imaging-Software-Lösungen befragt. Die Übersicht erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Veröffentlichte Daten und Aussagen basieren auf Angaben der jeweiligen Anbieter.

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