Aeskulap-Stab
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Prinzip des 
 Phasenkontrasts
Prinzip des  Relief-  
 Phasenkontrasts
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Einleitung

Im Rahmen eines Forschungsauftrages der Universität Oradea (Rumänien) wurde Relief-Phasenkontrast vom Autor wurde als technische Modifikation des Phasenkontrastes entwickelt, um weitergehende qualitative Verbesserungen phasenkontrastmikroskopischer Bilder zu erreichen. DasVerfahren wurde zum Patent angemeldet und soll im folgenden näher vorgestellt werden. Sämtliche Abbildungen dieses Beitrages sind urheberrechtlich geschützt; ein freier Download der Bilder, z.B. für eine bedarfsweise Betrachtung im Full-Screen-Modus oder großformatigere Ausdrucke ist unter Beachtung der gegebenen urheberrechtlichen Bestimmungen möglich.

Phasenkontrast stellt eine Routinemethode dar, um vitale ungefärbte Objekte vor allem im biologisch-medizinischen Bereich zu untersuchen. Meist handelt es sich um lebende Zellen, Bakterien und andere Mikroorganismen, Chromosomen, Untersuchungen von frisch gewonnenen Sekreten, Abstrichen oder histologischen Schnellschnitten. Solche ungefärbten nativen Objekte sind i.d.R. sehr kontrastarm und absorbieren allenfalls minimale Anteile des durchfallenden Lichtes. Die Amplidude des durchfallenden Lichtes ändert sich daher beim Objekt-Durchgang praktisch nicht. Hieraus folgt, dass die Erkennbarkeit transparenter und farbloser Objekte in konvertioneller Hellfeld-Beleuchtung sehr eingeschränkt ist. Andererseits verursachen solche Objekte als sog. Phasen-Objekte eine Phasenverschiebung der sie durchdringenden Lichtwellen um etwa ein Viertel der jeweiligen Wellenlänge (/4). Auch diese Phasenverschiebung kann allerdings nicht direkt wahrgenommen oder dokumentiert werden, weder mit dem Auge noch mit einem fotografischen Film.

Anfang der vierziger Jahre entwickelte der holländische Physiker Fritz Zernike Phasenkontrast als neue Beleuchtungsart. Nun war es erstmalig möglich, gering absorbierende Objekte kontrastreich darzustellen, indem unsichtbare Phasendifferenzen in sichtbare Amplitudendifferenzen transformiert wurden. Für diese Erfindung erhielt Zernike im Jahr 1953 den Nobelpreis.

Auch feine Gangunterschiede, d. h. geringe Differenzen zwischen den Brechungsindizes des Objektes und des umgebenden Mediums können mittels Phasenkontrast in fein abgestuften Grauwerten bzw. Hell-Dunkel-Kontrasten dargestellt werden. Je nach Beschaffenheit ist das jeweilige Objekt in seinem Randbereich von einem Randsaum, dem Halo, umgeben. Diese Halo-Phänomene können als ein grundsätzlicher, technisch-physikalisch bedingter Nachteil des Phasenkontrastverfahrens betrachtet werden.

Dreidimensionale reliefartige Darstellungen werden im konventionellen Phasenkontrast nicht erreicht. Die Aperturblende des Kondensors ist bei Phasenkontrast voll geöffnet; daher ist die Tiefenschärfe bei Anwendung des Phasenkontrastes geringer als bei Hellfeldbeleuchtung, wenn die Aperturblende bestimmungsgemäß abgeblendet wird. Ein Schließen der Aperturblende wirkt sich nicht verändernd auf das Phasenkontrastbild aus, so lange die beleuchtenden Strahlenanteile nicht tangiert werden. Bei weiterem Schließen der Aperturblende wird das Phasenkontrastbild infolge von Abschattungseffekten unbrauchbar.

Konventioneller Phasenkontrast kann nur angewendet werden, wenn ein Satz spezieller Phasenkontrastobjektive mit einem jeweils exakt auf die betreffenden Objektive abgestimmten Kondensor verwendet wird. Die Qualität des erhältlichen Phasenkontrastbildes hängt in hohem Maße vom Korrektionsaufwand der zur Verfügung stehenden Objektive ab. Optische Schwächen vorhandener Objektive wirken sich im Phasenkontrast meist gravierender auf die Bildqualität aus, als wenn Objektive vergleichbaren Korrektionsaufwandes bei Hellfeldbeleuchtung eingesetzt werden.

Im folgenden soll eine Modifikation des konventionellen Phasenkontrastes vorgestellt werden, welche in mehrfacher Weise die erhältliche Bildqualität verbessern kann. Diese Methode bewirkt eine dreidimensionalere Darstellung des Objektreliefs bei erhöhter Tiefenschärfe und deutlich verbessertem Kontrast. Die Auswirkung etwaiger Abbildungsrestfehler vorhandener Objektive wird sichtbar verringert, vor allem, wenn keine maximal aufwendig korrigierten Objektive zur Verfügung stehen. Schließlich werden mit dieser Methode Kompatibilitätsgrenzen zwischen Phasenkontrastobjektiven und vorhandener Beleuchtungseinrichtung überwunden, so dass prinzipiell auch die Möglichkeit besteht, Objektive verschiedener Hersteller mit ggf. nicht abgestimmten Phasenringen an einem bestimmten Mikroskop mit ein- und demselben Kondensor einzusetzen.

Diese vom Autor neu entwickelte Variante des Phasenkontrasts wurde Relief-Phasenkontrast genannt; sie wurde in englischer und deutscher Sprache publiziert (13,14).

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