Automatisierte Giardien- und Cryptosporidien-Auswertung (2000-2004)< zurück

DVGW-Forschungsvorhaben W 23/99

Automatisierte mikroskopische Auswertung zum Nachweis von Cryptosporidien und Giardien in Wasserproben

Seit einigen Jahren werden zunehmend Wasserproben auf die parasitischen Protozoen Cryptosporidien und Giardien untersucht.

Der Nachweis dieser Oocysten und Cysten ist sehr zeit- und arbeitsaufwändig und erfordert die Verarbeitung sehr großer Probenvolumina, da diese Protozoen nur in recht geringen Konzentrationen (1 bis 10/100 L) in Wässern vorkommen. Üblicherweise werden ca. 100 bis 500 L Wasser angereichert.

Als letzter Schritt des Nachweises müssen u. U. mehrere Membranfilter von 25 mm Durchmesser mikroskopisch auf die Partikel der entsprechenden Größe und Form mit der spezifischen Fluoreszenz durchsucht werden. Diese mikroskopische Auswertung ist somit der zeitaufwändigste Schritt (etwa 2 Stunden pro Filter), der außerdem nur von geschultem Personal durchgeführt werden kann.

Das Ziel dieses Projektes war daher eine Automatisierung des mikroskopischen Auswerteverfahrens für Cryptosporidien und Giardien. Die Membranfilteroberflächen sollen dabei über ein Epifluoreszenzmikroskop in Verbindung mit einer empfindlichen Videokamera und einem PC-gesteuerten Kreuztisch vollständig untersucht werden und durch ein Bildanalysesystem die „verdächtigen“ Befunde mit Lage und Aussehen gespeichert werden. Dadurch ist durch das Fachpersonal nur eine Verifizierung vorzunehmen, was eine deutliche Zeit- und Kostenersparnis bedeutet und auch geringere Fehlermöglichkeiten beinhaltet.

Käufliche Bildanalyseverfahren können nur mit erheblichen Modifikationen bzw. einer völligen Neukonzeption eingesetzt werden. Deshalb wurde schließlich der Auftrag zur Erstellung der Software an eine Firma vergeben, die auf Bildauswerteverfahren spezialisiert ist und die Erarbeitung, Erprobung sowie Installation direkt im mikrobiologischen Labor des TZW vornahm.

Mit dem im Rahmen des Projektes entwickelten System gelang die automatische Erkennung der Cryptosporidien und Giardien. Die für die Erkennung nacheinander durchzuführenden Schritte sind in den Abbildungen 1-5 dargestellt. Um alle Tiefenebenen und die gesamte Filterfläche sicher abzudecken, war bei der derzeitig verfügbaren Computer- und Kameratechnik noch ein sehr hoher Zeitbedarf erforderlich. Außerdem wurden die Speicherkapazitätsgrenzen des eingesetzten Arbeitsplatzrechners erreicht. Im Betrieb mit bewegter Kamera (bzw. bewegtem Filter) nahm die Bildqualität sehr stark ab.

Als weitere Entwicklung müsste daher eine hochempfindliche und gleichzeitig hochdynamische Kamera eingesetzt werden. Solche sind zwar in Entwicklung, aber noch nicht kommerziell für diesen Einsatzzweck verfügbar.

Sofern diese verfügbar wäre, müsste noch eine dynamische Tiefenschärfeanpassung erarbeitet werden, sowie eine Bildauswertung mit Echtzeit-Filterung implementiert werden. Damit ließe sich der Gesamtzeitbedarf auf rund 1,8 Stunden und die Speicherkapazität auf 62 GByte verringern. Dementsprechend ist zur Weiterentwicklung dieses Verfahrens noch eine Optimierung der Hardwarekomponenten erforderlich.
Durch Einsatz der elektronischen Bildauswertung mit einer optimierten Hardwareausstattung ließe sich demnach eine Senkung des Personal- und Zeitaufwandes für die Giardien- und Cryptosporidien-Analytik im Vergleich zur bisher eingesetzten manuellen Auswertung erreichen. Darüber hinaus könnten Fehler bedingt durch das Nachlassen der Konzentrationsfähigkeit des Betrachters vermieden werden. Mittelfristig ist daher eine Weiterverfolgung dieses Ansatzes durchaus sinnvoll, wobei jedoch zunächst die weitere Entwicklung in der Hardwaretechnologie abgewartet werden muss.

Publikation:

  • Hambsch, B.:
    Automatisierte mikroskopische Auswertung zum Nachweis von Cryptosporidien und Giardien in Wasserproben. DVGW energie/wasser-praxis (56), 2, S. 40-42 (2005).

Ansprechpartner

Dr. Beate Hambsch

Tel.: +49(0)721/9678-220
Fax: +49(0)721/9678-101
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Förderung

DVGW

Forschungsvorhaben W 23/99

Projektdauer

2000-2004