專利名稱：納米粒子成像系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬納米粒子的檢測(cè)。更特別地，本發(fā)明提供用于檢測(cè)金膠體粒子和準(zhǔn)確地向操作者匯報(bào)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)家揭開疾病的基因基礎(chǔ)并利用該新信息來改善醫(yī)學(xué)診斷和治療，序列選擇性的DNA檢測(cè)已經(jīng)變得日益重要。對(duì)低聚核苷酸改性的基片的DNA雜交測(cè)試通常被用來檢測(cè)溶液中特定DNA序列的存在情況。用于探測(cè)基因信息的組合DNA陣列的發(fā)展前景顯示了這些異類序列檢驗(yàn)(assay)對(duì)未來科學(xué)的重要性。
一般，樣品被放置在幫助進(jìn)行雜交測(cè)試的基片材料(substrate material)上或放置于其中。這些材料可以是玻璃或聚合物的顯微鏡載片或者玻璃或聚合物的微量滴定片。在大多數(shù)檢驗(yàn)中，熒光團(tuán)標(biāo)記的目標(biāo)與表面結(jié)合探針(surface bound probe)的雜交通過熒光顯微鏡或密度分析法(densitometry)來監(jiān)視。但是，熒光檢測(cè)受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備費(fèi)用和來自大多數(shù)常用基片的背景發(fā)光的限制。另外，相對(duì)于個(gè)別堿基不匹配情況，被標(biāo)記的低聚核苷酸目標(biāo)對(duì)于完全互補(bǔ)的探針的選擇性可能是比較差的，這限制了表面雜交測(cè)試在檢測(cè)單核苷酸多態(tài)性中的使用。一種提高了熒光法的簡單性、靈敏度和選擇性的檢測(cè)機(jī)制可以幫助充分實(shí)現(xiàn)組合序列分析的潛力。
采用探針的芯片基DNA檢測(cè)法(chip based DNA detection method)就是這樣一種技術(shù)。探針可以使用與特定目標(biāo)互補(bǔ)的合成DNA鏈(strand)。附著到該合成DNA鏈上的是信號(hào)機(jī)構(gòu)(signal mechanism)。如果出現(xiàn)信號(hào)(即出現(xiàn)該信號(hào)機(jī)構(gòu))，則合成鏈已經(jīng)結(jié)合到樣品中的DNA上，從而可以斷定目標(biāo)DNA存在于樣品中。類似地，不出現(xiàn)信號(hào)結(jié)果(即沒有出現(xiàn)信號(hào)機(jī)構(gòu))表明在樣品中不存在目標(biāo)DNA。因此，需要一個(gè)系統(tǒng)來可靠地檢測(cè)所述信號(hào)并準(zhǔn)確匯報(bào)檢測(cè)結(jié)果。
信號(hào)機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子是具有較小直徑(10到40nm)、經(jīng)低聚核苷酸改性的金納米粒子探針，用于以三組分夾層檢驗(yàn)形式(three component sandwichassay format)指示是否有特定DNA序列被雜交在基片上。參見題為“Nanoparticles having oligonucleotides attached thereto and uses therefore”的美國專利No.6361944，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此；同時(shí)，參見T.A.Taton、C.A.Mirkin以及R.L.Letsinger于2000年發(fā)表于Science第289期1757頁的文章。由于納米粒子與陣列表面的獨(dú)特明顯的離解(dissociation)(或“融化(melting)”)，這些雜交的納米粒子探針相對(duì)于不匹配的DNA序列對(duì)互補(bǔ)DNA序列的選擇性固有地高于熒光團(tuán)標(biāo)記的探針。另外，通過金促進(jìn)的銀(I)的還原來放大陣列結(jié)合的(array bound)納米粒子，允許陣列通過平臺(tái)掃描儀進(jìn)行黑白成像，其靈敏度高于對(duì)熒光標(biāo)記的基因芯片進(jìn)行共焦熒光成像通?？捎^察到的靈敏度。掃描度量(scanometric)法被成功地應(yīng)用到DNA不匹配識(shí)別中。
但是，目前的系統(tǒng)和方法在復(fù)雜性、可靠地檢測(cè)信號(hào)以及準(zhǔn)確匯報(bào)結(jié)果方面還存在一些不足?，F(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)經(jīng)常包括大的光學(xué)組件。例如，普通成像系統(tǒng)會(huì)具有距離物平面(樣品所在位置)超過2英尺的照相機(jī)。照相機(jī)與物平面之間的這一大的距離會(huì)導(dǎo)致成像裝置很龐大。不幸的是，大的成像系統(tǒng)會(huì)在實(shí)驗(yàn)室的有限空間中占據(jù)很大一部分。為了滿足大小緊湊的要求，其它現(xiàn)有技術(shù)的成像裝置減小了照相機(jī)與物平面之間的距離。盡管這減小了系統(tǒng)的大小，但是照相機(jī)與物平面之間的小距離會(huì)導(dǎo)致所獲得的圖像畸變很大，在透鏡的中心處畸變較小而在所獲得的圖像的外側(cè)部分附近則發(fā)生很大的畸變。為了避免嚴(yán)重的畸變以及提高所獲得圖像的分辨率，移動(dòng)照相機(jī)(或移動(dòng)基片)，使得照相機(jī)透鏡的中心處于基片的不同部分。在基片的這些不同部分獲得圖像，之后剪裁圖像發(fā)生畸變的圖像外側(cè)區(qū)域。為了重構(gòu)基片的完整圖像，經(jīng)剪裁的圖像被拼接在一起以形成整個(gè)基片的一個(gè)合成圖像。例如，基片可以分為100個(gè)不同的區(qū)，通過移動(dòng)照相機(jī)或基片使得透鏡的中心居于這100個(gè)不同區(qū)的每一個(gè)的中央來拍攝100幅圖像。然后，剪裁100幅圖像中的每一幅以僅保留特定區(qū)的圖像。之后，通過將100幅圖像中的每一個(gè)貼在一起來重構(gòu)整個(gè)圖像，從而形成整個(gè)基片的一個(gè)合成圖像。此類現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)操作和設(shè)計(jì)上非常復(fù)雜。需要馬達(dá)來移動(dòng)照相機(jī)或基片，增加了成本和復(fù)雜度。此外，由于基片或者照相機(jī)是移動(dòng)的，所以系統(tǒng)容易產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)問題。最后，由于拍攝一系列圖像，所以獲得一幅合成圖像需要若干分鐘。
此外，成像系統(tǒng)需要與個(gè)人計(jì)算機(jī)結(jié)合的成像模塊。個(gè)人計(jì)算機(jī)包括具有處理器、存儲(chǔ)器和監(jiān)視器等的標(biāo)準(zhǔn)桌面?zhèn)€人計(jì)算機(jī)設(shè)備。成像模塊包括照相機(jī)、基片座、控制器和存儲(chǔ)器。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)送控制指令給成像模塊的控制器并接收?qǐng)D像以進(jìn)行處理。不幸的是，此分布式系統(tǒng)由于個(gè)人計(jì)算機(jī)的額外成本而較為昂貴，且由于個(gè)人計(jì)算機(jī)需要獨(dú)立的空間而變得較大。
此外，在獲得基片圖像之后，在識(shí)別基片上的位點(diǎn)(spot)或阱(well)方面存在一些困難?！摆濉笔怯糜跇?biāo)識(shí)基片上或基片中一個(gè)獨(dú)立測(cè)試或?qū)嶒?yàn)的術(shù)語。每個(gè)阱可包含不同樣品或相同樣品的不同測(cè)試。至于位點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)會(huì)難以區(qū)別基片背景和基片上的位點(diǎn)。對(duì)于識(shí)別阱，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)和方法需要操作者識(shí)別載片的區(qū)域以識(shí)別成像系統(tǒng)會(huì)分析的阱。但是，要求操作者識(shí)別載片上的阱是效率較低的，而且易于出錯(cuò)。
此外，目前的系統(tǒng)和方法不能檢測(cè)小于50nm的納米粒子探針(尤其是金納米粒子探針)的小濃度。因此，現(xiàn)有技術(shù)被迫采用大于50nm的探針。但是，從處理角度來看，這些大于50nm的探針非常難于使用。作為替代，現(xiàn)有技術(shù)方法嘗試通過例如使用銀粒子來放大50nm以下的納米粒子探針，從而對(duì)不能檢測(cè)較小納米粒子的情況進(jìn)行補(bǔ)償。但是，已經(jīng)證實(shí)這種放大納米粒子的嘗試不起作用。例如，在銀放大的情況下，其已被證實(shí)很難使用，因?yàn)殂y會(huì)隨光和溫度而反應(yīng)(產(chǎn)成儲(chǔ)備和封裝問題)，其相當(dāng)昂貴而且非常難以準(zhǔn)確地再現(xiàn)結(jié)果。因此，現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)常拒絕使用銀放大法。
因此，現(xiàn)有技術(shù)的方案沒有解決以特定方式檢測(cè)納米粒子的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及基片上金屬納米粒子的檢測(cè)。所述基片可具有包含一種或多種目標(biāo)分析物的特定結(jié)合補(bǔ)體的多個(gè)位點(diǎn)?；系奈稽c(diǎn)之一可以是測(cè)試位點(diǎn)，出現(xiàn)一種或多種目標(biāo)分析物時(shí)金屬納米粒子將絡(luò)合于其上。位點(diǎn)中的另一個(gè)可以包含控制位點(diǎn)或第二測(cè)試位點(diǎn)。根據(jù)正在進(jìn)行的測(cè)試的類型，可以使用控制或第二測(cè)試位點(diǎn)。例如，當(dāng)測(cè)試傳染病時(shí)，可以使用控制位點(diǎn)(優(yōu)選使用陽性控制位點(diǎn)和陰性控制位點(diǎn))與測(cè)試位點(diǎn)比較，以檢測(cè)在測(cè)試樣品中是否存在核酸序列。該核苷酸序列可以代表特定的細(xì)菌或病毒。陽性(positive)控制位點(diǎn)可以是經(jīng)由核酸捕捉鏈直接配對(duì)到基片上的金屬納米粒子、直接印刷在基片上的金屬納米粒子、或絡(luò)合到設(shè)置于獨(dú)立的阱中的已知分析物上的金屬納米粒子的陽性結(jié)果(positive result)。當(dāng)測(cè)試遺傳特性(例如存在哪種基因序列)時(shí)可以使用第二測(cè)試位點(diǎn)。例如，可以使用兩個(gè)測(cè)試位點(diǎn)來比較基因序列，例如單核苷酸多態(tài)。
一方面，提供一種具有或不具有金屬納米粒子的化學(xué)信號(hào)放大的用于檢測(cè)金屬納米粒子的裝置。該裝置包括用于保持基片的基片保持架、處理器和存儲(chǔ)器、成像模塊、照明模塊、電源模塊、輸入模塊以及輸出模塊。在一個(gè)實(shí)施例中，該裝置可以具有固定的基片保持架和成像模塊。這允許基片通過成像模塊成像而不需要馬達(dá)來移動(dòng)基片、成像模塊或者兩者。此外，該裝置可以具有與基片保持架接近的成像模塊。為了減小成像裝置的尺寸，成像模塊(例如光電傳感器)靠近基片保持架(其保持基片)設(shè)置。例如，成像模塊可以在距基片30mm到356mm的范圍。由于這樣靠近設(shè)置，所獲取的圖像會(huì)發(fā)生畸變，特別是在所獲取圖像的邊緣處。為了將所獲取的圖像處理得更好，所述裝置對(duì)該畸變進(jìn)行補(bǔ)償。例如，該裝置利用灰度畸變模型補(bǔ)償灰度畸變。作為另一個(gè)示例，該裝置利用空間畸變模塊補(bǔ)償空間畸變。通過該方式，減小所獲取圖像中的畸變影響。
在本發(fā)明的另一方面，提供一種自動(dòng)檢測(cè)基片上的至少一些位點(diǎn)的方法。獲取基片表面上包括金屬納米粒子的多個(gè)位點(diǎn)的圖像?？蛇x地，基于重復(fù)過程，得到最佳圖像。對(duì)所獲得的圖像進(jìn)行畸變校正，所述畸變例如為灰度畸變和空間畸變?；叶然冃Ｕ梢曰谘a(bǔ)償圖像亮度降低的模型?？臻g畸變校正可以基于補(bǔ)償圖像空間畸變的模型?；诒谎a(bǔ)償?shù)膱D像，在所獲取的被補(bǔ)償圖像中檢測(cè)基片上的至少一部分位點(diǎn)?？蛇x地，可以進(jìn)行閾值處理(優(yōu)選地適應(yīng)性閾值處理)以區(qū)分圖像中的位點(diǎn)。
在本發(fā)明的再一方面中，提供一種自動(dòng)檢測(cè)基片上的至少一個(gè)阱的方法。該方法包括以下步驟自動(dòng)檢測(cè)基片上的至少一部分位點(diǎn)；以及基于對(duì)所述至少一部分位點(diǎn)的自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)確定所述阱。分析被檢測(cè)的位點(diǎn)，從而由檢測(cè)到的位點(diǎn)的無序集合確定位點(diǎn)是如何組織成阱的。分析的一種方式是檢測(cè)位點(diǎn)之間的空間差?；谠摽臻g差，可以將位點(diǎn)組織成阱。此外，可以分析位點(diǎn)的特征的圖案(例如由于間距差異造成的特征)從而檢測(cè)位點(diǎn)是如何組織成阱的。
在本發(fā)明的又一方面中，提供一種檢測(cè)基片上測(cè)試位點(diǎn)中是否存在一種或多種目標(biāo)分析物的方法。該基片具有包含一種或多種目標(biāo)分析物的特定結(jié)合補(bǔ)體的多個(gè)位點(diǎn)。其中一個(gè)位點(diǎn)是測(cè)試位點(diǎn)，存在一種或多種目標(biāo)分析物時(shí)金屬納米粒子絡(luò)合于該測(cè)試位點(diǎn)上。另一位點(diǎn)是控制位點(diǎn)或第二測(cè)試位點(diǎn)，出現(xiàn)第二或更多種目標(biāo)分析物時(shí)金屬納米粒子絡(luò)合于該第二測(cè)試位點(diǎn)上。所述方法包括以下步驟獲取所述測(cè)試位點(diǎn)和所述控制或第二測(cè)試位點(diǎn)的多個(gè)圖像，所述多個(gè)圖像以不同的曝光取得；以及，基于所獲取的位點(diǎn)的多個(gè)圖像，確定絡(luò)合于所述測(cè)試位點(diǎn)中的所述金屬納米粒子的存在，作為存在所述目標(biāo)分析物中的一種或多種的指示。所述多次曝光可以基于圖像的一部分的“最佳”曝光時(shí)間(優(yōu)選對(duì)于基片上的一個(gè)阱是最佳的)以及比該最佳曝光時(shí)間短的曝光時(shí)間進(jìn)行。
因此，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種囊括在緊湊外殼內(nèi)的成像系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要利用復(fù)雜的機(jī)動(dòng)系統(tǒng)來在基片上移動(dòng)照相機(jī)。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠不通過昂貴或復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)方式檢測(cè)基片上的位點(diǎn)和/或阱。
本發(fā)明的上述以及其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將在下文中變得顯見，因此參照以下對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求以及附圖中示出的若干示圖，可以更清楚地理解本發(fā)明。


圖1a是成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
圖1b是圖1a所示成像系統(tǒng)的正視圖，其中前蓋被移除。
圖1c是圖1a所示成像系統(tǒng)的側(cè)透視圖，其中前蓋被移除。
圖2是圖1a-c所示系統(tǒng)的框圖。
圖3是成像系統(tǒng)的根據(jù)系統(tǒng)的另一實(shí)施例的另一示圖。
圖4是圖1a-c所示成像系統(tǒng)的流程圖。
圖5是如圖4所論述的基片上位點(diǎn)檢測(cè)的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖6是如圖4所論述的基片上阱識(shí)別的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖7是如圖4所論述的基片上位點(diǎn)量化的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖8是如圖4所論述的判定統(tǒng)計(jì)(decision statistics)的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖9a和9b是灰度校正之前和之后的載片圖像。
圖10是用于校正灰度畸變的橫穿視場(chǎng)在一個(gè)維度上的亮度補(bǔ)償模型的圖表。
圖11a-c是用于圖10所示補(bǔ)償模型的二階多項(xiàng)式的常數(shù)的圖表，圖11a示出二階常數(shù)的圖表，圖11b示出一階常數(shù)的圖表，圖11c示出零階常數(shù)的圖表。
圖12a是存在空間畸變的載片圖像。
圖12b是由上圖直接得到的圖像或數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)的打印輸出，其中直觀表現(xiàn)出了從畸變點(diǎn)移動(dòng)到非畸變點(diǎn)所需的x和y平移。
圖13a和13b是灰度和空間畸變校正之前和之后的載片圖像。
圖14是位點(diǎn)檢測(cè)方法的圖像的一個(gè)示例，其中已經(jīng)檢測(cè)了圖像中的亮位點(diǎn)。
圖15是在光電傳感器設(shè)定了特定的曝光時(shí)間情況下得到的一組樣品照片。
圖16a-16d是通過改變記錄在樣品上的光的量得到的數(shù)據(jù)的示例。
圖17是一系列控制位點(diǎn)和目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)的示圖。
圖18是載片上各個(gè)阱的多個(gè)曝光時(shí)間與像素值之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖表。
圖19是對(duì)于基片上一個(gè)阱中的位點(diǎn)的曝光時(shí)間與傳感器記錄下來的像素強(qiáng)度值之間關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的方法和裝置涉及檢測(cè)金屬納米粒子。在一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于檢測(cè)金膠體粒子和用于向操作者準(zhǔn)確匯報(bào)的方法和裝置。
這里所描述的示例涉及用于檢測(cè)納米粒子，特別是金屬納米粒子的成像系統(tǒng)和方法。在一優(yōu)選實(shí)施例中，納米粒子是金膠體納米粒子(或者完全由金構(gòu)成或者至少一部分(例如外殼)由金構(gòu)成)并且采用在雜交之后沉積在金納米粒子上的銀或金放大。本發(fā)明還可以用于其它應(yīng)用，所述應(yīng)用包括但不限于沒有銀或金沉積的金納米粒子檢測(cè)。
如本發(fā)明背景技術(shù)中所論述的，當(dāng)檢測(cè)基片上的納米粒子時(shí)存在若干問題，例如包括大尺寸系統(tǒng)占據(jù)了實(shí)驗(yàn)室中的寶貴空間；跨基片移動(dòng)照相機(jī)的復(fù)雜機(jī)動(dòng)化系統(tǒng)；在檢測(cè)基片上的位點(diǎn)和/或阱方面的問題，這通常需要昂貴且復(fù)雜的設(shè)備。本發(fā)明解決了檢測(cè)納米粒子中的這些以及其它問題，其實(shí)現(xiàn)成本顯著小于目前的系統(tǒng)(小于10000美元)并且設(shè)備占據(jù)空間不大于18″×12″×12″。
定義這里使用的“分析物”或“目標(biāo)分析物”是利用本發(fā)明在測(cè)試樣品中待檢測(cè)的物質(zhì)。分析物可以是對(duì)于它自然地存在特定結(jié)合成分(例如抗體、多肽、DNA、RNA、細(xì)胞、病毒等)或者可以為其準(zhǔn)備特定結(jié)合成分的任何物質(zhì)，并且分析物可以在檢驗(yàn)中結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)特定結(jié)合成分上?！胺治鑫铩边€包括任何抗原物質(zhì)、半抗原、抗體、以及其組合物。分析物可以包括蛋白質(zhì)、縮氨酸、氨基酸、碳水化合物、荷爾蒙、類固醇、維生素、包括用于治療目的管制品以及用于違禁目的的管制品的藥物、細(xì)菌、病毒以及任何上述物質(zhì)的代謝物或抗體。
這里使用的“捕捉探針”是能夠與分析物結(jié)合的特定結(jié)合成分，其直接或間接地附著到基片。捕捉探針的一個(gè)示例包括具有與目標(biāo)核酸的至少一部分互補(bǔ)的序列的低聚核苷酸，其可以包括間隔物(例如聚A尾(polyA tail))和將低聚核苷酸附著到支承體上的功能團(tuán)。捕捉探針的另一示例包括通過到支承體表面上的共價(jià)附接或吸附而結(jié)合到支承體的抗體。例如在PCT/US01/10071(Nanosphere Inc.)中描述了捕捉探針的示例，該申請(qǐng)全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
這里使用的“特定結(jié)合成分”表示特定結(jié)合對(duì)(即兩個(gè)不同分子，其中一個(gè)分子通過化學(xué)或物理方式特定地結(jié)合到第二個(gè)分子)中的一成分。除了抗原和抗體特定結(jié)合對(duì)以外，其它特定結(jié)合對(duì)包括生物素和抗生物素蛋白、碳水化合物和植物凝血素、互補(bǔ)的核苷酸序列(包括使用在DNA雜交檢驗(yàn)中以檢測(cè)目標(biāo)核苷酸序列的探針和被捕獲核苷酸序列)、互補(bǔ)的縮氨酸序列、效應(yīng)器分子和接受器分子、輔酶和酶、酶抑制劑和酶、細(xì)胞、病毒等。此外，特定結(jié)合對(duì)可以包括是原特定結(jié)合成分的類似物的成分。例如，分析物的衍生物或碎片，即分析物類似物，可以被使用，只要其具有與分析物相同的至少一個(gè)表位(epitope)。免疫活性的特定結(jié)合成分包括抗原、半抗原、抗體、及其絡(luò)合物，包括通過重組DNA法或縮氨酸合成法形成的絡(luò)合物(complex)。
這里使用的“測(cè)試樣品”表示包含將要利用本發(fā)明檢測(cè)和檢驗(yàn)的分析物的樣品。測(cè)試樣品可以包含分析物以外的其它組分，可以具有液體或固體的物理特性，并且可以是任何大小或體積的，例如包括運(yùn)動(dòng)的液體流。除了分析物以外，測(cè)試樣品可以包含任何物質(zhì)，只要該其它物質(zhì)不干擾特定結(jié)合成分的特定結(jié)合或分析物。測(cè)試樣品的示例包括但不限于血清、血漿、唾液、精液、尿液、其它體液、以及諸如地下水或廢水、土壤浸出液、空氣和農(nóng)藥殘留物之類的環(huán)境樣品。
“低聚核苷酸類(type of oligonucleotide)”指的是具有相同序列的多個(gè)低聚核苷酸分子。附著有低聚核苷酸的一“類”納米粒子、配對(duì)物等指的是其上附著有相同類的低聚核苷酸的多個(gè)個(gè)體。
“附著有低聚核苷酸的納米粒子”有時(shí)也稱為“納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)”，或者在本發(fā)明的檢測(cè)方法的情況下，稱為“納米粒子-低聚核苷酸探針”、“納米粒子探針”、“檢測(cè)探針”，或僅稱為“探針”。結(jié)合到納米粒子上的低聚核苷酸可以具有識(shí)別特性，例如可以與目標(biāo)核酸互補(bǔ)，或者可以用作系鏈(tether)或間隔物(spacer)且可以逆著特殊目標(biāo)分析物例如配對(duì)基進(jìn)一步結(jié)合到特定結(jié)合對(duì)成分例如接受器(receptor)。在PCT/US01/10071(Nanosphere Inc.)中描述了對(duì)于目標(biāo)分析物具有較廣范圍的特定結(jié)合對(duì)成分的納米粒子基檢測(cè)探針的示例，該申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
基片和納米粒子本發(fā)明的方法和裝置可以從允許觀察到可檢測(cè)變化的任何基片檢測(cè)利用銀或金增強(qiáng)方案放大的金屬納米粒子。合適的基片包括透明或不透明的固體表面(例如玻璃、石英、塑料和其它聚合物TLC硅石板、濾紙、玻璃纖維過濾器、硝酸纖維素膜、尼龍膜)、以及導(dǎo)電固體表面(例如銦錫氧化物(ITO、二氧化硅(SiO2)、氧化硅(SiO)、氮化硅等))。基片可以是任何形狀或厚度，但是一般是象顯微鏡載片那樣平且薄的，或者成形為象微量滴定片一樣的阱室。
在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，結(jié)合到目標(biāo)分子的一種或多種不同類型的捕捉探針通常固定到基片表面上。捕捉探針和目標(biāo)分子可以是特定結(jié)合對(duì)，例如抗體-抗原、接受器-配對(duì)物、以及互補(bǔ)的核酸分子。參見PCT/US01/10071(Nanosphere Inc.)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。然后利用納米粒子探針檢測(cè)被結(jié)合到基片上的任何目標(biāo)分子-捕捉探針絡(luò)合物的存在。PCT/US01/10071(Nanosphere Inc.)和PCT/US01/01190(Nanosphere Inc.)中描述了制備納米粒子和低聚核苷酸以及將低聚核苷酸附著到納米粒子上的方法，所述申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。雜交條件是本領(lǐng)域公知的，并且可以容易地根據(jù)所使用的具體系統(tǒng)來優(yōu)化。
捕捉探針可以通過任何傳統(tǒng)方式結(jié)合到基片上，包括通過捕捉探針和表面之間的一個(gè)或多個(gè)鍵合(linkage)或通過吸附。在一個(gè)實(shí)施例中，作為捕捉探針的低聚核苷酸附著到基片上。低聚核苷酸可以如文獻(xiàn)中所述那樣附著到基片上，所述文獻(xiàn)例如Chrisey等人，Nucleic Acids Res.，24，3031-3039(1996)；Chrisey等人，Nucleic Acids Res.，24，3040-3047(1996)；Mucic等人，Chem.Commun.，555(1996)；Zimmermann和Cox，Nucleic Acids Res.，22，492(1994)；Bottomley等人，J.Vac.Sci.Technol.A，10，591(1992)；以及Hegner等人，F(xiàn)EBS Lett.，336，452(1993)。多種不同類型的捕捉探針可以以陣列形式布置在表面上在離散的區(qū)域或位點(diǎn)處，這樣可以檢測(cè)多種不同的目標(biāo)分子或相同目標(biāo)分子的不同部分。
結(jié)合到基片表面上的捕捉探針特定地結(jié)合到其目標(biāo)分子上從而形成絡(luò)合物。目標(biāo)分子可以是核酸，捕捉探針可以是附著到基片上、具有與待檢測(cè)核酸的序列的第一部分互補(bǔ)的序列的低聚核苷酸。納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物具有與所述核酸序列的第二部分互補(bǔ)的序列。所述核苷酸在允許低聚核苷酸在基片上與核酸雜交、或者允許核酸與納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物雜交的條件下與基片接觸。在另一方法中，在基片上核酸與低聚核苷酸以及核酸與納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物的雜交可以設(shè)置成同時(shí)發(fā)生。以所述方式中的一種，核酸被結(jié)合到基片上。在測(cè)量DNA雜交測(cè)試結(jié)果之前，從基片上洗去所有未被結(jié)合的核酸和未被結(jié)合的納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物。
可檢測(cè)變化可以通過銀著色(silver staining)來增強(qiáng)。銀著色可以利用能催化銀的還原的任何類型納米粒子進(jìn)行。優(yōu)選的是由貴金屬(例如金和銀)制成的納米粒子。參見以下文獻(xiàn)Bassell等人，J.Cell Biol.，126，863-876(1994)；Braun-Howland等人，Biotechniques，13，928-931(1992)。如果用來檢測(cè)核酸的納米粒子不催化銀的還原，則銀離子可以絡(luò)合到核酸上從而催化還原反應(yīng)。參見以下文獻(xiàn)Braun等人，Nature，391，775(1998)。此外，銀著色劑(silver stain)是已知的，其可以與核酸上的磷酸鹽基團(tuán)反應(yīng)。
銀著色可以用來增強(qiáng)在基片上進(jìn)行的包括金屬納米粒子的檢驗(yàn)中的可檢測(cè)的變化，包括上面描述的那些檢驗(yàn)。具體而言，已發(fā)現(xiàn)銀著色能極大地提高采用單類納米粒子的檢驗(yàn)的靈敏度。為了更大地增強(qiáng)可檢測(cè)變化，可以使用一個(gè)或多個(gè)層的納米粒子，每層都用銀著色劑處理，如PCT/US01/21846(Northwestern University)中所述。
第一類納米粒子上的低聚核苷酸可以全部具有相同的序列，或者可以具有與待檢測(cè)核酸的不同部分雜交的不同序列。當(dāng)使用具有不同序列的低聚核苷酸時(shí)，每個(gè)納米粒子可具有附著到其上的不同低聚核苷酸的全部，或者優(yōu)選地，不同的低聚核苷酸附著到不同的納米粒子上。PCT/US01/10071(Nanosphere Inc.)中的圖17示出了設(shè)計(jì)來與核酸的多個(gè)部分雜交的納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物的使用。供選地，第一類納米粒子的每一個(gè)上的低聚核苷酸可以具有多個(gè)不同序列，其中的至少一個(gè)序列必須與待檢測(cè)核酸的一部分雜交(參見PCT/US01/10071(Nanosphere Inc.)中的圖25B)。
供選地，結(jié)合到基片的第一類納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物與附著有低聚核苷酸的第二類納米粒子接觸。這些低聚核苷酸具有與附著到第一類納米粒子上的低聚核苷酸的序列的至少一部分互補(bǔ)的序列，且所述接觸發(fā)生在能夠允許第一類納米粒子上的低聚核苷酸與第二類納米粒子上的低聚核苷酸雜交的條件下。在納米粒子被結(jié)合之后，優(yōu)選清洗基片以移除所有未被結(jié)合的納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物。然后進(jìn)行銀著色處理。
雜交的組合與后面的銀著色產(chǎn)生增強(qiáng)的可檢測(cè)變化?？蓹z測(cè)變化與上面描述的相同，只是多重雜交導(dǎo)致可檢測(cè)變化的信號(hào)放大。具體而言，由于每個(gè)第一類納米粒子附著有多個(gè)低聚核苷酸(具有相同或不同的序列)，所以每個(gè)第一類納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物可以與多個(gè)第二類納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物雜交。此外，第一類納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物可以與待檢測(cè)核酸的不止一個(gè)部分雜交。多重雜交所實(shí)現(xiàn)的放大可以使變化第一時(shí)間被檢測(cè)到，或者可以增大可檢測(cè)變化的幅度。該放大提高了檢驗(yàn)的靈敏度，使得能夠檢測(cè)小量的核酸。
如果需要，可以通過逐步增添第一類和第二類納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物來構(gòu)建更多層的納米粒子。以此方式，目標(biāo)核酸的每個(gè)分子上固定的納米粒子的數(shù)量可以進(jìn)一步增加，相應(yīng)地增大信號(hào)強(qiáng)度。
此外，除了使用設(shè)計(jì)成彼此直接雜交的第一類和第二類納米粒子-低聚核苷酸配對(duì)物之外，還可以使用載有低聚核苷酸的納米粒子，其通過與結(jié)合的低聚核苷酸雜交而將納米粒子結(jié)合在一起。
成像系統(tǒng)現(xiàn)在將參照

本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例，附圖中相似的元件用相似的附圖標(biāo)記表示。參照?qǐng)D1a，示出了成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。成像系統(tǒng)50包括顯示屏52和用于在成像期間接近保持基片的托架(tray)的操作部(handle)54。整個(gè)成像系統(tǒng)大約寬12″，高12″，深18″(如圖1a中靠近成像系統(tǒng)50的顯示屏放置的12″標(biāo)尺所示)。如在本發(fā)明的背景技術(shù)中所論述的，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)尺寸上較大，占據(jù)了實(shí)驗(yàn)室空間的很大一部分。相比之下，本成像系統(tǒng)由于一些原因而較為緊湊。將在下面詳細(xì)論述的這些原因的示例包括傳感器(例如光電傳感器)被設(shè)置成靠近或接近基片/基片保持架；使用軟件來補(bǔ)償傳感器所獲取的圖像的畸變；以及處理器/存儲(chǔ)器以及所有控制功能部件都設(shè)置在成像系統(tǒng)50中。
參照?qǐng)D1b，示出了圖1a所示成像系統(tǒng)的正視圖，其中前蓋被移除。基片被放置在基片保持架中，該基片保持架具有底座58和至少一個(gè)側(cè)壁60(優(yōu)選兩個(gè)側(cè)壁)。一般地，基片可以具有標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡載片的尺寸(25mm×75mm)。更大或更小的基片也可以使用。基片被照明模塊照明，如參照?qǐng)D2詳細(xì)描述的那樣。一種類型的照明模塊使用光纖線纜從側(cè)面照明基片。如圖1b所示，多個(gè)光纖線纜62進(jìn)入至少一個(gè)側(cè)壁60(優(yōu)選進(jìn)入兩個(gè)側(cè)壁中，如圖1b所示)。因此，當(dāng)基片放置在底座58上，處于兩個(gè)側(cè)壁60之間時(shí)，光經(jīng)由光纖線纜62被送到基片的側(cè)面?；徽彰鳎沟没系募{米粒子對(duì)光進(jìn)行散射，傳感器捕捉被散射的光，如參照?qǐng)D2詳細(xì)論述的那樣。
一種類型的傳感器是光電傳感器(圖1b中未示出)和至少一個(gè)透鏡54。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光電傳感器是靜止的。此外，光電傳感器可以是型號(hào)為Silicon Video 2112的CMOS光電傳感器。Silicon Video 2112型號(hào)的CMOS光電傳感器的尺寸是對(duì)角線為12.3mm的矩形(1288像素×1032像素)。透鏡54的8.5mm焦距透鏡。光電傳感器經(jīng)由電纜56將成像數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，這將在下文中說明。如圖1b所示，透鏡54接近基片/基片保持架。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器/透鏡置于距離基片/基片保持架356mm的位置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光電傳感器的外殼放置在距離基片/基片保持架大約68mm處。工作距，即物體與像之間的距離，是基片尺寸的函數(shù)。預(yù)期根據(jù)不同的商業(yè)應(yīng)用，例如藥物基因組學(xué)(pharmacogenomics)、臨床研究、農(nóng)業(yè)企業(yè)、基因組學(xué)等，將使用不同的基片尺寸。優(yōu)選實(shí)施例將是這樣的，即，工作距可以在30mm和356mm之間在工廠里方便地調(diào)節(jié)，以得到不同的視場(chǎng)。透鏡定位架(lens spacer)的使用使得工作距可以具有這么大的范圍。此外，如圖1b所示，傳感器和透鏡相對(duì)于被成像的基片是靜止的。由于傳感器和基片之間距離較近，同時(shí)由于傳感器/基片是靜止的，所以會(huì)出現(xiàn)大量的畸變，尤其是在視場(chǎng)的邊緣。如以下將說明的，傳感器所獲得的圖像要被修正以補(bǔ)償該畸變。這與背景技術(shù)部分論述的某些現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備相反，那些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備移動(dòng)照相機(jī)或基片或者移動(dòng)兩者來補(bǔ)償畸變。在一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)50還可包括傳送系統(tǒng)，例如基于圓盤傳送帶(carousel)的系統(tǒng)，從而可以將基片旋轉(zhuǎn)或平移進(jìn)出視場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)基片的批處理，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高處理量。例如，可以在圓盤傳送帶上放置多個(gè)基片。圓盤傳送帶可以通過馬達(dá)(例如步進(jìn)馬達(dá))旋轉(zhuǎn)，使得基片被移動(dòng)進(jìn)出傳感器的視場(chǎng)。但是，在成像期間不需要移動(dòng)基片。
參照?qǐng)D1c，示出了圖1a所示成像系統(tǒng)的側(cè)透視圖，其中前蓋被移除。在一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)包括位于成像模塊的外殼內(nèi)的微處理器和存儲(chǔ)器，這將參照?qǐng)D2詳細(xì)說明。如圖1c所示，在成像系統(tǒng)內(nèi)有各種電路板64，包括單板計(jì)算機(jī)(其包括微處理器、存儲(chǔ)器和一些電子I/O)、光電傳感器捕獲板(其捕獲來自傳感器的圖像并將圖像緩存以備處理器訪問)、定制輸入/輸出板(其接收傳感器數(shù)據(jù)，控制用戶輸入/輸出設(shè)備和一些電子輸入/輸出設(shè)備)。
參照?qǐng)D2，其示出圖1a-c所示系統(tǒng)的框圖。成像系統(tǒng)50包括計(jì)算機(jī)66。計(jì)算機(jī)包括位于成像模塊50的外殼內(nèi)的印刷電路板(如圖1c所示)上的處理器和存儲(chǔ)器設(shè)備。現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)使用與獨(dú)立桌面計(jì)算機(jī)連接的成像模塊。此類分布式系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)用于很多功能的整個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)的額外成本而較為昂貴，并且由于個(gè)人計(jì)算機(jī)需要獨(dú)立的空間而效率較低。相比之下，本發(fā)明的一個(gè)方面將處理器68/存儲(chǔ)器70功能部件嵌入在成像模塊中，并設(shè)計(jì)成專用于其特定功能，這樣可以大大降低成本和復(fù)雜性。處理器68可以包括微處理器、微控制器或者任何執(zhí)行算術(shù)、邏輯或控制操作的器件。存儲(chǔ)器70可以包括諸如ROM之類的非易失性存儲(chǔ)器和/或諸如RAM之類的易失性存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器70可以存儲(chǔ)用于位點(diǎn)檢測(cè)/阱識(shí)別和/或圖像分析的程序，這將與大量DNA雜交測(cè)試結(jié)果一起在下文中說明。處理器68可以訪問存儲(chǔ)器70以執(zhí)行程序。通過這種方式，圖1a-c所示的成像模塊成為獨(dú)立和緊湊的設(shè)備。
成像系統(tǒng)還包括照明模塊76。照明模塊76利用電磁輻射照明樣品。在一個(gè)實(shí)施例中，照明模塊用可見光譜內(nèi)的電磁輻射照射樣品。供選地，可以使用例如紅外和紫外的其它波長的光。此外，照明模塊可以通過激光生成而產(chǎn)生特定波長的光，或者產(chǎn)生一定光譜范圍的波長的光，例如白光。
可以使用各種照明模塊，例如側(cè)面照明、正面照明和背面照明。還可以使用偏振器和濾波器來改變?nèi)肷涔?。?dāng)側(cè)面照明時(shí)，照明模塊可以將光耦合到基片的至少一側(cè)，以利用玻璃或其它適合基片的波導(dǎo)能力。照明模塊到支承介質(zhì)或基片的耦合可以以各種方式來實(shí)現(xiàn)，例如可以通過光纖束、固體波導(dǎo)、激光束或掠過基片(或放置在其邊緣)的LED。
圖1b示出利用光纖線纜將光耦合到基片側(cè)面的側(cè)面照明的示例。利用任何上述實(shí)施例的側(cè)面照明可以在基片內(nèi)產(chǎn)生全內(nèi)反射。在這些條件下，當(dāng)光以大于由公式θc＝arcsin(n2/n1)定義的臨界角θc的角度照射在界面上時(shí)，基片(其折射率為n1)中的內(nèi)反射光遇到與具有更低折射率n2的另一介質(zhì)(例如圍繞基片的流體或空氣)的界面。處于或者非常接近基片表面的納米粒子對(duì)光發(fā)生散射，該散射是可以通過光學(xué)方法檢測(cè)到的。
作為另一示例，照明模塊可以采用正面照明。當(dāng)正面照明時(shí)，傳感器一般設(shè)置在基片正上方，照明模塊設(shè)置在一位置處，使得鏡面反射不落在傳感器上，而光電傳感器檢測(cè)從金屬納米粒子散射的光。根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用，照明模塊可以相對(duì)于基片表面以各種角度設(shè)置。作為另一個(gè)示例，照明模塊可以采用背面照明。傳感器可以設(shè)置在基片的正上方(就如采用正面照明時(shí)一樣)，照明模塊可以設(shè)置在基片背后(優(yōu)選位于基片正后方)。由于納米粒子不會(huì)使光透射(即，背向散射(backscatter)光)穿過它們，所以基片的包括納米粒子的部分會(huì)相對(duì)于基片的其它部分呈現(xiàn)出暗的或更暗的位點(diǎn)。在另一個(gè)示例中，照明模塊可以采用偏振器。彼此成大約90°放置的兩個(gè)偏振器可以與正面或背面照明組合使用，從而檢測(cè)被金屬納米粒子散射的光的折射率變化，所述金屬納米粒子還導(dǎo)致偏振角的改變。在該實(shí)施例中，透射穿過基片透射或被基片鏡面反射的光被偏振器濾掉，而被金屬納米粒子散射的光可以容易地檢測(cè)到。使用漫射軸向照明(diffuse axial illumination)的一個(gè)實(shí)施例已經(jīng)顯示出應(yīng)用性，而無論是否采用偏振器。在該方法中，光優(yōu)選沿法向被引導(dǎo)到基片上，并檢測(cè)所得到的來自納米粒子位點(diǎn)的反射光。如果需要，偏振器或具有抗反射涂層的不透明基片材料可以用來抑制基片的鏡面反射。
成像模塊還包括至少一個(gè)光電傳感器74。經(jīng)常使用的光電傳感器是基于CCD或CMOS的傳感器。光電傳感器探測(cè)電磁輻射，將所探測(cè)到的電磁輻射轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)格式并將該數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器68。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器探測(cè)可見光譜中的光。供選地，傳感器可以探測(cè)電磁頻譜中其它頻帶中的光，例如紅外和紫外頻帶的光。光電傳感器由多個(gè)像素(例如120萬像素)構(gòu)成，當(dāng)然也可以使用其它尺寸規(guī)格。照射到每個(gè)像素上的可見光的量被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)格式。一種這樣的數(shù)據(jù)格式是分配給照射到像素上的光量的數(shù)值。例如，如果像素的數(shù)據(jù)輸出的數(shù)值范圍為0到1023(210位數(shù)據(jù)每像素)，則0表示沒有光照射到像素上，1023表示像素飽和。以此方式，如果光照射在已經(jīng)飽和的像素上，則所分配的數(shù)值不會(huì)改變。例如，即使額外的光照射在已經(jīng)飽和的像素上，數(shù)值也會(huì)保持在1023。如以下將說明的，處理器68可以控制傳感器的操作(例如通過控制曝光時(shí)間)，以改變傳感器記錄的光量。
此外，透鏡或一系列透鏡可以連接或耦合到傳感器以捕捉更多的散射或反射光波。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器與單個(gè)靜止透鏡協(xié)同工作，如圖1b所示。供選地，多個(gè)透鏡和反射鏡(mirror)可以用來折射和反射入射到圖像上的光以及從納米粒子位點(diǎn)散射或反射的光。
成像系統(tǒng)50還可以包括用戶輸入/輸出(I/O)設(shè)備78。用戶I/O 78包括顯示屏和觸屏模塊以及類似條形碼讀入器的輸入掃描器。替代地或額外地，用戶I/O可包括鍵盤。成像模塊50還包括電子I/O 80。電子I/O 80可包括能夠連接諸如LAN的網(wǎng)絡(luò)或者能夠連接諸如打印機(jī)的電子設(shè)備的數(shù)據(jù)端口55。成像系統(tǒng)包括電源模塊，如框72所示。電源模塊72為成像系統(tǒng)中的各種模塊供電，所述模塊包括計(jì)算機(jī)、光電傳感器74、照明模塊76、用戶I/O 78和電子I/O 80。
參照?qǐng)D3，示出了根據(jù)系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的成像系統(tǒng)的另一個(gè)示圖。類似于圖1b，樣品放置在基片82上。基片82用發(fā)射器(transmitter)84照明。發(fā)射器84由處理器68控制，處理器68發(fā)送功率和關(guān)于束設(shè)置的命令(在一個(gè)實(shí)施例中，處理器68通過發(fā)出關(guān)于發(fā)射器84的平移對(duì)準(zhǔn)以及/或者發(fā)射器84的反射鏡86的旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)的命令來控制發(fā)射器)。然后束可以被送到基片82，于是光或IR輻射在遇到金粒子的位點(diǎn)時(shí)被散射。來自發(fā)射器的束可以被導(dǎo)向基片82的任何部分。在一個(gè)實(shí)施例中，束通過反射鏡86旋轉(zhuǎn)地對(duì)準(zhǔn)，并利用可移動(dòng)平臺(tái)88平移地對(duì)準(zhǔn)。任何裝置都可以被用來沿三個(gè)維度中的任何一個(gè)移動(dòng)發(fā)射器84。供選地，可以沿三個(gè)維度中的任何一個(gè)移動(dòng)基片82，而不是移動(dòng)發(fā)射器84。從而，被散射的光可以被至少一個(gè)傳感器探測(cè)到。如圖3所示，傳感器采取了設(shè)置在載片任一側(cè)的接收器90的形式?？梢允褂酶嗷蚋俚慕邮掌鳌亩?，來自接收器90的信號(hào)92可以被發(fā)送給處理器68用于分析，這將隨后說明。
圖1a-c的成像系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)基片上的位點(diǎn)/阱，自動(dòng)量化基片上的位點(diǎn)，并基于判定統(tǒng)計(jì)自動(dòng)解釋(interpret)位點(diǎn)。參照?qǐng)D4，示出了圖1a-c所示成像系統(tǒng)的流程圖。在基片被放置在成像系統(tǒng)50中之后，至少檢測(cè)到基片上的一些位點(diǎn)，如框94所示。該位點(diǎn)檢測(cè)步驟將在圖5的流程圖中更加詳細(xì)地說明?；谒鶛z測(cè)到的一些或所有位點(diǎn)，識(shí)別出一些或全部的阱，如框96所示。該阱識(shí)別步驟將在圖6的流程圖中更詳細(xì)地說明。如框98所示，為各個(gè)位點(diǎn)/阱分配測(cè)試和樣品標(biāo)識(shí)。測(cè)試標(biāo)識(shí)可以表明特殊位點(diǎn)是目標(biāo)位點(diǎn)還是控制位點(diǎn)，并且如果是目標(biāo)位點(diǎn)，則可以標(biāo)示出測(cè)試的功能。樣品標(biāo)識(shí)可以指示出位點(diǎn)的來源(例如特定患者標(biāo)識(shí))。這些測(cè)試和樣品標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)可以例如由操作者手動(dòng)輸入或者例如利用基片上的圖標(biāo)自動(dòng)輸入。圖標(biāo)可以包括利用基片上的代碼(例如條形碼)。如前所述，用戶I/O 78可以包括條形碼讀入器。條形碼讀入器可以設(shè)置在成像系統(tǒng)50內(nèi)或與其相鄰。條形碼讀入器可以讀取設(shè)置在基片上的條形碼。替代地或附加地，標(biāo)示測(cè)試以及/或者樣品標(biāo)識(shí)的代碼可以設(shè)置在用于處理的載片上。如以下將進(jìn)一步詳細(xì)說明的，基片可以包括多個(gè)位點(diǎn)。位點(diǎn)的序列(優(yōu)選呈一條線)可以表示指示測(cè)試以及/或者樣品標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。例如，位點(diǎn)序列中的數(shù)據(jù)可以是二進(jìn)制格式(出現(xiàn)納米粒子＝1，沒有出現(xiàn)納米粒子＝0)，以表示特定數(shù)字。
此外，分配測(cè)試和樣品標(biāo)識(shí)的步驟可以在位點(diǎn)檢測(cè)、阱識(shí)別以及/或者位點(diǎn)量化這些步驟之前或者與之并行執(zhí)行。供選地，分配測(cè)試和樣品標(biāo)識(shí)的步驟可以在位點(diǎn)檢測(cè)、阱識(shí)別以及/或者位點(diǎn)量化這些步驟之后執(zhí)行。如框100所示，確定位點(diǎn)的數(shù)量。該位點(diǎn)量化步驟將在圖7的流程圖中更加詳細(xì)地說明。如框102所示，執(zhí)行判定統(tǒng)計(jì)步驟。位點(diǎn)量化和分配測(cè)試和樣品標(biāo)識(shí)的步驟的輸出被分析從而基于統(tǒng)計(jì)分析解釋這些結(jié)果。該判定統(tǒng)計(jì)步驟將在圖8的流程圖中更加詳細(xì)地說明。如框104所示，匯報(bào)判定統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。這些結(jié)果可以利用如圖2中的框78所示的用戶I/O輸出。
如上所述，本發(fā)明的一個(gè)方面是自動(dòng)檢測(cè)支承介質(zhì)上的位點(diǎn)/阱。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，軟件自動(dòng)檢測(cè)圖像中阱的位置，并識(shí)別阱中沉積和雜交有DNA位點(diǎn)的特定區(qū)域的位置。檢測(cè)阱的一種方法是使用一系列圖像處理技術(shù)以首先提取圖像中的一些或全部可探測(cè)位點(diǎn)。然后，利用對(duì)位點(diǎn)位置的分析，例如幾何分析，來確定阱的位置。
位點(diǎn)檢測(cè)對(duì)基片上的一個(gè)、一些或全部位點(diǎn)的檢測(cè)在執(zhí)行上是比較困難的。位點(diǎn)的表面積會(huì)是整個(gè)圖像的非常小的部分，導(dǎo)致位點(diǎn)檢測(cè)困難。例如，在由像素構(gòu)成圖像的情況下，在由120萬像素構(gòu)成的整個(gè)像素面積內(nèi)，位點(diǎn)可以在100像素或更少左右。此外，污物、灰塵等會(huì)在所獲得的圖像中造成噪聲?？蛇x地，可以獲取基片上的至少一些(優(yōu)選是全部)雜交位點(diǎn)的“最佳”圖像。該“最佳”圖像可以可選地被修正以校正圖像中的畸變。在此之后，可以通過閾值處理(thresholdding)來分析圖像，從而確定背景(例如圖像的黑部分)和前景物體(例如圖像的白部分)。作為該背景/前景分析的一個(gè)示例，自適應(yīng)閾值處理(adaptive thresholding)基于圖像數(shù)據(jù)值的局部鄰域計(jì)算前景/背景間隔。結(jié)果一般是相對(duì)黑背景的白區(qū)域的集合。但是，它也可以是相對(duì)于較白背景的暗位點(diǎn)前景。然后，可以分析通過閾值分析得到的圖像的前景區(qū)域，從而確定這些區(qū)域是否符合預(yù)定的位點(diǎn)區(qū)域。例如，前景區(qū)域的特征，諸如前景區(qū)域的面積、質(zhì)量、形狀、周長等，可以與諸如面積、質(zhì)量、形狀、周長等的預(yù)定位點(diǎn)特征比較。如果前景區(qū)域的特征與位點(diǎn)的特征相當(dāng)，則前景區(qū)域被視為用于阱檢測(cè)的位點(diǎn)。
在基于像素測(cè)量光的傳感器的情況下，像素圖像(優(yōu)選是“最佳”像素圖像)經(jīng)歷閾值分析以區(qū)分前景像素和背景像素。此后，可以掃描圖像以識(shí)別定義物體的像素群。然后，這些物體可以被布置成“塊(blob)”，這些塊被分析以確定它們的特征，例如面積、質(zhì)量、形狀、周長等。然后，將塊的特征與預(yù)期的DNA位點(diǎn)的特征比較以濾掉噪聲。參照?qǐng)D14，示出了被施行了所述位點(diǎn)檢測(cè)法以識(shí)別一般的DNA雜交位點(diǎn)的圖像的一個(gè)示例。
參照?qǐng)D5，示出了如圖4所示的檢測(cè)基片上的位點(diǎn)的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在本發(fā)明的一個(gè)方面，獲取基片的至少一部分的圖像。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所獲取的圖像包括基片上的所有位點(diǎn)。供選地，所獲取的圖像可以僅包括基片上的一部分位點(diǎn)(例如通過獲取所有位點(diǎn)的圖像而僅處理圖像的一部分)。在分析圖像以檢測(cè)位點(diǎn)之前，可以重復(fù)以確定“最佳”圖像。“最佳”可以定義為基于傳感器的特性最有利于檢測(cè)基片上的位點(diǎn)的被傳感器所記錄的電磁輻射量。例如，“最佳”圖像可以定義為傳感器的飽和百分比。如上所述，當(dāng)照射在傳感器(或部分傳感器)上的額外光不產(chǎn)生額外數(shù)據(jù)時(shí)，傳感器飽和。在使用像素的光電傳感器的情況下，當(dāng)像素值達(dá)到最大值時(shí)發(fā)生飽和。不同的飽和百分比可以被選擇為最佳圖像，例如0.5％、1％、5％、10％等?！白罴选眻D像的另一種定義是返回最大數(shù)量的被識(shí)別位點(diǎn)的圖像。該定義中，可調(diào)節(jié)傳感器的讀取時(shí)間或曝光時(shí)間直到檢測(cè)到最大數(shù)量的位點(diǎn)。
以下將詳細(xì)說明改變傳感器記錄的光量的方法。在一個(gè)方面，傳感器記錄的光量可以通過改變控制傳感器操作的參數(shù)來控制。傳感器參數(shù)的示例包括但不限于曝光時(shí)間和傳感器增益。在曝光時(shí)間的情況下，傳感器曝光于照射光的時(shí)間量直接影響傳感器記錄的光量?？s短/增長曝光時(shí)間將減小/增大光量。如果傳感器是光電傳感器，則曝光時(shí)間通過調(diào)節(jié)讀取光電傳感器像素的時(shí)間來改變。一般，對(duì)于數(shù)字傳感器，曝光時(shí)間控制積分時(shí)間(integrationtime)。傳感器單元值，即像素在積分時(shí)間完結(jié)之時(shí)讀取。例如，如果希望曝光時(shí)間為60毫秒，則光電傳感器被初始化并且像素值在初始化之后的60毫秒時(shí)被讀取。在另一個(gè)方面，傳感器記錄的光量可以通過改變控制照明模塊的參數(shù)來控制。類似于傳感器，每個(gè)照明模塊具有控制其操作的參數(shù)。照明模塊參數(shù)的示例包括但不限于照明模塊開啟的時(shí)間量、照明模塊的強(qiáng)度等。
參照框106、108和110，該流程重復(fù)直到獲得“最佳”圖像。選擇傳感器的曝光時(shí)間的初始值。基于該初始曝光時(shí)間，光電傳感器讀取圖像，如框106所示。由于污物、灰塵等在系統(tǒng)中造成噪聲，可以可選地對(duì)圖像進(jìn)行除斑處理(despeckle)，如框108所示。除斑可以通過采用濾波器，例如可配置的中值濾波器或均值濾波器來實(shí)現(xiàn)，以便對(duì)圖像除斑并移除任何銳利的信號(hào)尖峰。中值濾波器依次考慮圖像中的每個(gè)像素，并關(guān)注其附近的鄰域，以判定其是否代表了其周圍區(qū)域。中值濾波器將像素值替換為相鄰像素值的中值。相反，均值濾波器將像素值替換為相鄰像素值的均值。中值是通過以下方式計(jì)算得到的首先將周圍鄰域的所有像素值排列成數(shù)值隊(duì)列，然后將所考慮的像素替換為中間像素值。(如果考慮中的鄰域包括偶數(shù)個(gè)像素，則使用兩個(gè)中間像素值的平均值。)在對(duì)圖像除斑之后，讀取像素，如框110所示。根據(jù)讀取的像素，處理器68分析像素以確定圖像是否是“最佳”的。如果“最佳”的確定是根據(jù)圖像中像素的飽和度百分比，則處理器68對(duì)圖像中飽和的數(shù)量求和(例如確定圖像中飽和的像素的數(shù)量)。如果百分比計(jì)算結(jié)果小于“最佳”量(即飽和的像素比“最佳”情況的少)，則增長曝光時(shí)間。供選地，如果百分比計(jì)算結(jié)果大于“最佳”量(即飽和的像素比“最佳”情況的多)，則縮短曝光時(shí)間。通過改變曝光時(shí)間重復(fù)該過程，直到獲得最佳圖像。
一旦獲得了最佳圖像，則分析該圖像以確定基片上一個(gè)、一些或全部位點(diǎn)的位置。為了在非常小的設(shè)備占用空間中實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)，成像系統(tǒng)工作于較短的光學(xué)工作距下(即傳感器非?？拷?。但是，這種短的光學(xué)工作距導(dǎo)致所獲得的圖像發(fā)生畸變，尤其是在視場(chǎng)的邊緣。如在本發(fā)明的背景技術(shù)中所論述的，不希望限制視場(chǎng)，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致需要在物體圖像上移動(dòng)照相機(jī)、剪裁和拼接一系列圖像，而這是不希望有的。優(yōu)選并且可選地，對(duì)所獲得的圖像進(jìn)行補(bǔ)償?；兊氖纠ǖ幌抻诨叶然兒涂臻g畸變。
在光學(xué)系統(tǒng)被迫使用比適合于給定傳感器規(guī)格和視場(chǎng)的工作距短的工作距的時(shí)候，發(fā)生畸變。當(dāng)市場(chǎng)要求低成本系統(tǒng)時(shí)會(huì)被迫使用這種實(shí)施方式，其要求使用與其它市場(chǎng)需求(即較小的設(shè)備占用空間)相結(jié)合的離架(off-the-shelf)、大體積的部件。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，具有9.7mm水平線(horizontal)的低成本、大體積光電傳感器被迫以30mm到356mm之間的工作距對(duì)65mm的水平視場(chǎng)成像。隨著工作距減小，所產(chǎn)生的畸變?cè)龃蟆?br> 所述優(yōu)選實(shí)施例中的畸變表現(xiàn)為圖像的空間變形和圖像的亮度變差兩方面?？臻g和亮度上的畸變作為距透鏡中心的距離的函數(shù)而增大。圖9a中示出了灰度畸變的一個(gè)示例。圖9b示出了經(jīng)灰度畸變校正的圖像的另一個(gè)示例。在一方面，灰度畸變可以利用灰度校正模型校正，如框112所示。該模型可以包括某些輸入因子，以確定所需的補(bǔ)償量。這樣的因子的示例包括但不限于距圖像中心的距離和圖像亮度。參照?qǐng)D10，示出了用于校正灰度畸變的視場(chǎng)上亮度補(bǔ)償模型的圖表。該模型的一個(gè)示例與成像系統(tǒng)的光學(xué)裝置一起構(gòu)建，以獲取圖10所示用于視場(chǎng)上亮度的補(bǔ)償公式。該模型通過利用恒定光源和經(jīng)標(biāo)定的濾光鏡組(例如3％透射濾光鏡(3％的光透過)；10.13％；17.25％；24.38％；31.50％；38.63％；等)來構(gòu)建，以達(dá)到(arrive at)不同亮度值曲線。傳感器利用x-y平移工作臺(tái)移動(dòng)，以獲取光電傳感器陣列上的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
積聚在圖10所示的9條曲線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)可以擬合成一條曲線。可以用二階多項(xiàng)式以足夠的準(zhǔn)確度來達(dá)到顯示在透鏡中心處透鏡畸變?yōu)樽钚≈禃r(shí)像素值會(huì)如何的公式。利用這些公式，可以調(diào)節(jié)傳感器上各個(gè)位置上的各個(gè)像素值。
如所述數(shù)據(jù)所示，曲線是亮度的函數(shù)。信號(hào)越亮，則灰度畸變對(duì)亮度的影響越顯著。在一個(gè)實(shí)施例中，可以采集亮度值范圍(例如，216，即65536)上的曲線。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過在亮度范圍上建立2階次的多項(xiàng)式公式模型，可以確定2和1階常數(shù)是線性的，0階常數(shù)是對(duì)數(shù)相關(guān)的。圖11a-c是圖10所示補(bǔ)償模型的二階多項(xiàng)式的常數(shù)的圖表，圖11a示出了2階常數(shù)的圖表，圖11b示出了1階常數(shù)的圖表，圖11c示出了0階常數(shù)的圖表。已知這些關(guān)系，給定基片上的初始位置和初始亮度可以求解任何a、b和c。盡管圖10所示模型中的曲線僅將x方向的畸變表達(dá)為因式，但是該灰度畸變模型還可以將y方向的畸變表達(dá)為因式。此外，也可以構(gòu)建用于灰度畸變補(bǔ)償?shù)钠渌Ｐ汀?br> 由透鏡引起的畸變還會(huì)造成圖像和物體之間的空間畸變。這種畸變嚴(yán)重至足以使得不能對(duì)圖像進(jìn)行可靠的分析。在一個(gè)方面，空間畸變具有壓縮圖像邊緣的負(fù)(桶形(barrel))畸變，如圖9a和圖12a所示。邊緣處的位點(diǎn)非真實(shí)地更小，因此更加難以發(fā)現(xiàn)。可以建立一個(gè)模型來補(bǔ)償空間畸變。該模型可以用來校正空間畸變，如框114所示。這種模型的一個(gè)示例是基于具有相隔1mm的垂直線的經(jīng)標(biāo)定的柵格。在成像系統(tǒng)中對(duì)該柵格成像可以得到畸變圖片。假設(shè)圖像的中心是沒有畸變的，可以得到線條的垂直柵格應(yīng)該表現(xiàn)出的無畸變的空間圖像。
由圖12a所示圖像創(chuàng)建含有從畸變點(diǎn)移動(dòng)到未畸變點(diǎn)所需的x和y平移的數(shù)據(jù)文件。由于大多數(shù)像素位于柵格節(jié)點(diǎn)之間，所以畸變校正程序利用雙線性插值法由所給出的畸變圖像構(gòu)建無畸變的圖像。算法的輸入是節(jié)點(diǎn)矩陣，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)描述畸變和無畸變圖像兩者的直線限定區(qū)域。利用已知的限定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)，可以計(jì)算得到在無畸變點(diǎn)之間進(jìn)行插值的系數(shù)。假設(shè)f(x，y)是原始畸變圖像，g(x’，y’)是經(jīng)校正的圖像，則我們得到以下關(guān)系x’＝a1x+b1xy+c1y+d1y’＝a2x+b2xy+c2y+d2g(x’，y’)＝f(x，y)給定限定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的八個(gè)已知坐標(biāo)就可以得到八個(gè)未知的系數(shù)。除了計(jì)算經(jīng)校正的坐標(biāo)之外，還可以對(duì)灰度值進(jìn)行插值，因?yàn)榻?jīng)校正的坐標(biāo)不是整數(shù)值。由于數(shù)字圖像是離散的，所以非整數(shù)坐標(biāo)不存在。諸如選擇最接近相鄰整數(shù)灰度之類的解決該問題的簡單方案在所得到的圖像中引入了許多不希望的人為因素。另一方面，諸如雙三次插值法之類的最佳解決方案會(huì)帶來無法承受的計(jì)算需求。因此，通過估測(cè)，利用四個(gè)最接近的相鄰灰度值進(jìn)行另一雙線性插值，如以下關(guān)系式中那樣v(x’，y’)＝ax’+bx’y’+cy’+d其中，v是畸變圖像中的理論灰度值。利用四個(gè)已知坐標(biāo)和四個(gè)已知灰度值，可以求解四個(gè)系數(shù)。一旦軟件有了這四個(gè)系數(shù)，其可以計(jì)算出四個(gè)整數(shù)像素值之間的插值像素值。
在對(duì)所得到的圖像進(jìn)行了畸變校正之后，應(yīng)該分析經(jīng)校正圖像中的形狀。對(duì)二進(jìn)制圖像進(jìn)行形狀分析，在這種情況下，前景物體是白的而背景是黑的。但是，在不同照明技術(shù)下，相反的情況也是可以的。在一個(gè)實(shí)施例中，使用閾值處理模型來區(qū)分灰度圖像中的前景和背景物體，以生成適合于形狀檢測(cè)和分析的二進(jìn)制圖像。閾值處理模型試圖找到前景和背景物體之間的可全體適用的區(qū)別(globally applicable separation)，以便生成適合于形狀檢測(cè)和分析的簡單二進(jìn)制圖像。
但是，由于基片圖像經(jīng)常包含不均勻的背景和由于灰塵、擦痕等造成的噪聲不規(guī)則性以及照明的不規(guī)則性，所以一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例采用自適應(yīng)閾值處理算法，如框116所示。自適應(yīng)閾值處理基于像素值的局部鄰域(localneighborhood)來計(jì)算前景/背景間隔，而非試圖基于柱狀圖分析來找到可全體適用的區(qū)別點(diǎn)(separation point)。
自適應(yīng)閾值處理可以以各種方式來建模。一種這樣的方法是利用以下的公式，其中考慮將foriginal(x，y)變換成gbinary(x，y)Iavg=(1(k+1)2)Σi,j=-kkforiginal(x+i,y+i)]]>
IΔ=(q100·Iavg)]]>


一旦利用該自適應(yīng)閾值處理模型從背景像素中區(qū)分出了前景像素，就可以掃描圖像并識(shí)別定義物體的像素群。如框118所示，進(jìn)行腐蝕(erosion)和膨脹(dilation)處理，從而通過分開連接在一起的像素群的塊，去除前景物體之間的不希望有的連接。
在已經(jīng)檢測(cè)出像素群并將之定義為各個(gè)實(shí)體(entity)之后，塊檢測(cè)建立將連接的前景像素的每個(gè)群描述為“塊”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如框120所示。塊檢測(cè)算法遍歷像素群數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立兩個(gè)附加的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后基于新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算塊量度(blob metrics)。
然后計(jì)算塊特征，如框122所示。這些物體(即與位點(diǎn)相關(guān)的圖像部分)被布置成“塊”，其允許進(jìn)行空間確定以濾掉噪聲和不具有期望的DNA位點(diǎn)特征的塊。因此，可以計(jì)算塊的不同特征，以便接受有效的DNA位點(diǎn)并舍棄無效的噪聲。所述不同特征包括但不限于塊的統(tǒng)計(jì)形狀矩(moment)、塊的像素面積、塊的像素質(zhì)量(像素值的總和)、塊的質(zhì)心(centroid)坐標(biāo)、塊的周長以及塊的圓度系數(shù)。
塊的統(tǒng)計(jì)形狀矩可以通過考慮塊的形狀來表示兩個(gè)變量的函數(shù)并計(jì)算統(tǒng)計(jì)矩而得到。矩是很多隨后的塊量度的基礎(chǔ)。連續(xù)函數(shù)f(x，y)的矩為mpq=∫-∞∞∫-∞∞xpyqf(x,y)dxdy]]>但是，對(duì)于數(shù)字圖像，這些可以離散地進(jìn)行加和mpq=Σx=0MΣy=0Nxpyqfbinary(x,y)]]>一旦計(jì)算得到基礎(chǔ)矩，就可以計(jì)算中心矩。中心矩通過塊的位置來歸一化。
x‾=m10m00,y‾=m01m00]]>μpq=Σx=0MΣy=0N(x-x‾)p(y-y‾)qfbinary(x,y)]]>計(jì)算矩時(shí)，對(duì)塊的掃描分塊序列(scan segment list)的遍歷被用來表示函數(shù)fbinary(x，y)的范圍和域。
塊的另一個(gè)特征是像素面積。塊的像素面積是塊中像素的數(shù)量。這通過對(duì)塊的掃描分塊序列所給出的像素進(jìn)行計(jì)數(shù)而計(jì)算得到。該值為矩m00。
另一個(gè)特征是塊的像素質(zhì)量(像素值的總和)。塊的像素質(zhì)量是塊中的像素值的總和 其中，foriginal是原始的16位灰度圖像，而不是經(jīng)過閾值處理的gbinary圖像。
另一個(gè)特征是塊的質(zhì)心坐標(biāo)。塊的坐標(biāo)位置通過利用關(guān)于x和y軸的矩來計(jì)算，以確定塊的平均位置x‾=m10m00,]]>y‾=m01m00]]>所得到的坐標(biāo)是利用塊的總面積歸一化的塊的x和y軸值。這表示塊的平均位置或質(zhì)心。
另一個(gè)特征是塊的周長。塊的周長是通過對(duì)塊的周邊點(diǎn)序列中的像素之間的距離求和得到的，所述像素用(xi，yi)表示c=Σi=1N(xi-xi-1)2+(yi-yi-1)2]]>N是周邊點(diǎn)序列的長度。
最后一個(gè)塊特征是塊的圓度系數(shù)。一旦知道了周長和總面積，圓度系數(shù)可以如下計(jì)算得到C=c24π(m00)]]>其中，完全圓形的塊具有C＝1.0?？梢越邮艿膱A度是可配置的(configurable)參數(shù)，并且僅在塊具有一定的最小面積時(shí)有效。
基于這些塊特征中的一個(gè)、一些或全部，可以對(duì)圖像中所記錄的塊進(jìn)行分析和過濾，以確定哪些是有效DNA位點(diǎn)，哪些是噪聲，如框124所示。
阱識(shí)別位點(diǎn)檢測(cè)步驟提供了檢測(cè)到的位點(diǎn)和檢測(cè)到的位點(diǎn)的特征(例如面積、周長等)?；诖?，對(duì)檢測(cè)到的位點(diǎn)中的至少一部分進(jìn)行分析(優(yōu)選是幾何分析)，以由所檢測(cè)到的位點(diǎn)的無序集合確定位點(diǎn)是如何組織成阱和排(row)的。
阱識(shí)別取得了已經(jīng)檢測(cè)到的位點(diǎn)的無序集合(如上文所述)，并試圖自動(dòng)識(shí)別構(gòu)成阱的位點(diǎn)。該自動(dòng)識(shí)別不需要操作人的干預(yù)，而這種干預(yù)在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備中則是需要的。確切的說，阱的識(shí)別是基于檢測(cè)到的位點(diǎn)的特征(例如間距、圖案等)。
如上所述，基片可以包括多個(gè)阱。每個(gè)阱可以包含至少兩個(gè)位點(diǎn)(優(yōu)選多個(gè)位點(diǎn))。特定阱中的位點(diǎn)一般包括一個(gè)實(shí)驗(yàn)，使得位點(diǎn)與對(duì)特定目標(biāo)或一系列目標(biāo)的測(cè)試相關(guān)。阱識(shí)別分析檢測(cè)到的位點(diǎn)的某些特點(diǎn)，例如一些或全部檢測(cè)到的位點(diǎn)之間的間距、檢測(cè)到的位點(diǎn)的圖案等，以試圖獲取有關(guān)阱的特征，例如阱中的位點(diǎn)數(shù)量、所獲得圖像中位點(diǎn)的位置(例如在像素的情況下，哪些像素組對(duì)應(yīng)于特定位點(diǎn))、阱的幾何形狀等。阱的一般示例是位點(diǎn)的矩陣。根據(jù)具體基片，該矩陣可以包括3×3位點(diǎn)(阱中總共9個(gè)位點(diǎn))、4×4位點(diǎn)(阱中總共16個(gè)位點(diǎn))等。例如，圖14示出了具有十個(gè)阱的基片，每個(gè)阱包括多個(gè)位點(diǎn)。
阱中的特性可以通過對(duì)檢測(cè)到的位點(diǎn)的分析以及/或者通過比較阱的已知特性來得到。在一個(gè)方面，分析無序位點(diǎn)以確定阱中的陽性控制(positivecontrol)位點(diǎn)。在第二個(gè)方面中，對(duì)位點(diǎn)之間距離的動(dòng)態(tài)測(cè)量被用來區(qū)分阱中的位點(diǎn)以及區(qū)分不同阱中的位點(diǎn)。
參照?qǐng)D6，示出了用于識(shí)別基片上的阱的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，至少一部分檢測(cè)到的位點(diǎn)被分析。例如，當(dāng)實(shí)驗(yàn)使用陽性控制位點(diǎn)時(shí)，分析檢測(cè)到的位點(diǎn)以確定所述陽性控制位點(diǎn)?；趯?duì)陽性控制位點(diǎn)位置的預(yù)先了解，軟件可以在識(shí)別阱時(shí)搜索這些位點(diǎn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，陽性控制位點(diǎn)位于每個(gè)阱的上排(upper row)中。例如，如圖14所示，每個(gè)阱的上排中的所有位點(diǎn)是檢測(cè)到的位點(diǎn)。這樣，如框126所示，首先確定了上對(duì)準(zhǔn)排的位點(diǎn)。幾何分析可以用來尋找每排阱中的每個(gè)阱內(nèi)的最上排的位點(diǎn)。該排位點(diǎn)應(yīng)該從左到右大致形成一條線。由于其它要求造成每個(gè)阱中除了這些處于最上排的位點(diǎn)以外的位點(diǎn)也許可見也許不可見，所以在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，軟件僅搜索最上排。每個(gè)阱的最上排被稱為對(duì)準(zhǔn)排，因?yàn)樗ＷC存在并可見，且可以用來對(duì)阱中的也許可見也許不可見的其它位點(diǎn)做出幾何假設(shè)。一個(gè)水平排的阱中的各個(gè)阱的所有對(duì)準(zhǔn)排大致形成一條線的位點(diǎn)圖案，軟件可以將其作為目標(biāo)。例如這條線穿過圖14中的上排。這樣，通過分析不同阱中檢測(cè)到的位點(diǎn)，對(duì)阱的自動(dòng)檢測(cè)可以基于確定不同阱中非隨機(jī)位點(diǎn)組的位置來實(shí)現(xiàn)，其中所述位點(diǎn)組形成沿著從左到右的一條交線的可辨別圖案。
在上述圖像分析之后搜索阱的一個(gè)方位(aspect)，例如對(duì)準(zhǔn)排，除非阱的方位涉及比圖像處理更抽象的物體。當(dāng)位點(diǎn)在圖像中定義為檢測(cè)到的“塊”時(shí)，可以基于塊特性例如塊面積和塊圓度過濾所有檢測(cè)到的塊的當(dāng)前集(set)?；陬A(yù)定特性，可以配置塊的可接受值范圍。這種過濾去除了不可能是有效雜交位點(diǎn)的塊。數(shù)據(jù)集不過度充斥著會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生無意識(shí)圖案的無關(guān)物體，這對(duì)后續(xù)處理是高效且有利的。
符合雜交位點(diǎn)的預(yù)定過濾標(biāo)準(zhǔn)的塊被集合到新的數(shù)據(jù)集中，該數(shù)據(jù)集表示可能的雜交位點(diǎn)的當(dāng)前集，稱為總位點(diǎn)集。一旦確定了總位點(diǎn)集，構(gòu)建稱為索引相交圖像(Indexed Intersection Image，I3)的人為圖像。利用每個(gè)位點(diǎn)的索引值作為組成像素值(constituent pixel value)，軟件人工地將位點(diǎn)形狀變?yōu)镮3圖像。I3圖像使得軟件可以有效地計(jì)算位點(diǎn)和線之間的交集。
前向排掃描(forward row scan)可以在所獲取圖像的任何方位開始。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，前向排掃描在圖像的頂部開始，并向下朝向圖像的底部進(jìn)行。排掃描首先試圖確定上排阱的對(duì)準(zhǔn)位點(diǎn)排的位置，然后試圖確定下排阱的對(duì)準(zhǔn)位點(diǎn)排的位置。
一旦正確地確定了上對(duì)準(zhǔn)排的位置，可以通過能夠基于上對(duì)準(zhǔn)排特性進(jìn)行的試探計(jì)算來幫助搜索下對(duì)準(zhǔn)阱。前向排掃描中計(jì)算的基本單位是位點(diǎn)集。通過遍歷I3圖像的從左邊緣到右邊緣的虛擬線并收集相交的位點(diǎn)來初始定義位點(diǎn)集。只要所得位點(diǎn)集是空，前向排掃描就向前移動(dòng)指定數(shù)量的像素排。一旦初始位點(diǎn)集為非空，可以進(jìn)行迭代收斂以精選位點(diǎn)集的直線交點(diǎn)(linear intersection)并提高其質(zhì)量。
有若干位點(diǎn)集收斂的方法可以使用。兩個(gè)示例性方法包括靜態(tài)方法和線擬合方法。線擬合方法能夠容許輸入圖像中較高程度的可變性。但是，收斂的線擬合方法本身可能是不穩(wěn)定的。靜態(tài)收斂方法不容許很高程度的可變性，但是它非常穩(wěn)定。因此，優(yōu)選使用位點(diǎn)集的靜態(tài)收斂，然后嘗試?yán)镁€擬合收斂精選位點(diǎn)集。此組合實(shí)現(xiàn)了可變性容限和穩(wěn)定性之間可以接受的妥協(xié)。
在靜態(tài)收斂中，軟件認(rèn)為位點(diǎn)與滿足公式y(tǒng)＝mx+b的線相交，但并不試圖改變m，僅改變b。另外，僅修改b使得它能增大，而從不減小。為了靜態(tài)收斂，計(jì)算出當(dāng)前位點(diǎn)集的平均y質(zhì)心，然后分配新的b項(xiàng)如下bnew=-m(Iwidth2)+bcurrent]]>其中，Iwidth是以像素表示的載片圖像的寬度。新的位點(diǎn)集用與新線的交點(diǎn)來定義。重復(fù)該過程，直到兩個(gè)相鄰迭代產(chǎn)生相同的位點(diǎn)集。
在線擬合收斂中，軟件認(rèn)為位點(diǎn)與滿足公式y(tǒng)＝mx+b的線相交，并試圖調(diào)節(jié)m和b兩者來正確地收斂位點(diǎn)集。為了進(jìn)行線擬合收斂，軟件對(duì)當(dāng)前位點(diǎn)集的質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘線擬合。所得線被用來定義新的位點(diǎn)集。重復(fù)該過程，直到兩個(gè)相鄰迭代產(chǎn)生相同的位點(diǎn)集。當(dāng)嘗試線擬合收斂時(shí)，軟件考慮可配置范圍的有效線斜率。如果超出該斜率范圍則中斷收斂。如果中斷線擬合收斂，則選擇通過靜態(tài)擬合產(chǎn)生的位點(diǎn)集作為后退選擇，并正常地繼續(xù)所述處理。
在位點(diǎn)集已經(jīng)通過收斂迭代被精選并穩(wěn)定之后，對(duì)位點(diǎn)集中出現(xiàn)的圖案進(jìn)行定性分析。為了分析位點(diǎn)圖案，軟件認(rèn)為位點(diǎn)集不是無序的，而是表示沿著從左到右的線相交的位點(diǎn)。如上所述，可以分析阱的已知特性從而得出與無序位點(diǎn)有關(guān)的結(jié)論。此線性位點(diǎn)圖案的兩個(gè)特性元素是位點(diǎn)之間的空間隙和位點(diǎn)本身。對(duì)特性元素的分析可以采用各種形式。一種形式是將位點(diǎn)集變換成有利于符號(hào)圖案匹配的抽象符號(hào)形式。
如框128所示，計(jì)算位點(diǎn)和阱間隙。位點(diǎn)集圖案的一個(gè)基本元素是沿線的位點(diǎn)之間的間隙。軟件可以收集至少一部分(優(yōu)選全部)間隙距離，并試圖將它們分組為間隙類(Gap Class)。間隙類是不同于其它的、測(cè)得的、在統(tǒng)計(jì)上相近而可以視為相同的位點(diǎn)間間隙的集合。
基于計(jì)算得到的間隙，確定阱和/或阱圖案中的位點(diǎn)數(shù)，如框130所示。例如，基于計(jì)算得到的間隙，可以確定具體阱的布局(位點(diǎn)數(shù)、阱內(nèi)位點(diǎn)分布、布局等)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，收集間隙，利用試探法將其聚結(jié)成類，進(jìn)行排序，然后根據(jù)沿線每個(gè)間隙類的出現(xiàn)頻率分配符號(hào)。位點(diǎn)間間隙本身并不分配符號(hào)，而是每個(gè)間隙類被分配以符號(hào)。符號(hào)用字符a到f表示。
最頻繁出現(xiàn)的間隙類可以分配a，次最頻繁出現(xiàn)的間隙類分配b，依此類推。在分配間隙類符號(hào)時(shí)，可以使用若干次的試探來防止出現(xiàn)錯(cuò)誤的位點(diǎn)集。
在一個(gè)正確形成的對(duì)準(zhǔn)排上，阱的對(duì)準(zhǔn)排中位點(diǎn)之間的間隙應(yīng)該是最頻繁出現(xiàn)的間隙類，其用符號(hào)a表示。
一旦分配了間隙類符號(hào)，這些符號(hào)可以與線性位點(diǎn)圖案的另一基本元素，即位點(diǎn)本身組合。位點(diǎn)可以用符號(hào)S表示。每個(gè)實(shí)際的位點(diǎn)間間隙可以用與該實(shí)際間隙所屬的間隙類對(duì)應(yīng)的符號(hào)來表示。
變換成符號(hào)形式的線性位點(diǎn)圖案可能看上去類似于以下示例cSaSaSaSbScSdScSaSaSaScSaSbScSaSaSaSb上述示例性符號(hào)形式表示了三個(gè)阱的組，每個(gè)阱由橫向的四個(gè)位點(diǎn)構(gòu)成。該形式還示出了出現(xiàn)在線性位點(diǎn)集中的各種無關(guān)位點(diǎn)，即噪聲。
在位點(diǎn)集已經(jīng)變換成符號(hào)形式之后，軟件可以基于規(guī)則的表達(dá)式，利用圖案匹配機(jī)制來確定當(dāng)前的位點(diǎn)集是否表示有效的對(duì)準(zhǔn)排。用來匹配對(duì)準(zhǔn)排的規(guī)則表達(dá)式是可設(shè)置的，其包括用來描述定義每個(gè)阱的符號(hào)子集的子組定義。
在建立表示位點(diǎn)、位點(diǎn)集、間隙類和線性位點(diǎn)集的符號(hào)形式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)期間，軟件保持各種抽象概念之間的鏈接(link)。這些鏈接使得能夠進(jìn)行反向遍歷，從而由通過規(guī)則表達(dá)式匹配找到的子串，軟件可以基于每個(gè)符號(hào)的串索引，確定該子串代表的實(shí)際位點(diǎn)的集。
假定規(guī)則表達(dá)式如下(SaSaS)(aS)+圖案匹配將如下解構(gòu)所述示例性符號(hào)位點(diǎn)集
c(SaSaSaS)bScSdSc(SaSaSaS)cSaSbSc(SaSaSaS)b括號(hào)中的子組每個(gè)代表一個(gè)檢測(cè)到的阱。
對(duì)于有效的對(duì)準(zhǔn)排，軟件利用保持在各個(gè)抽象概念之間的鏈接來建立表示位點(diǎn)群的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)位點(diǎn)群代表在水平方向上沿著構(gòu)成一個(gè)阱的對(duì)準(zhǔn)排的從左到右的線的一組位點(diǎn)。檢測(cè)到的阱用可從阱的位點(diǎn)群得到的特性來定義。
如果位點(diǎn)集不是有效的對(duì)準(zhǔn)排，則軟件使當(dāng)前的前向排掃描向前越過當(dāng)前的位點(diǎn)集，并再次繼續(xù)以在另一個(gè)位點(diǎn)集上收斂。使當(dāng)前的前向排掃描向前越過當(dāng)前的位點(diǎn)集是通過在不調(diào)節(jié)m項(xiàng)的情況下增長線公式中的b項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)的。b項(xiàng)增大，直到兩個(gè)相鄰迭代產(chǎn)生不同的位點(diǎn)集。
基于阱中位點(diǎn)數(shù)的確定，構(gòu)建阱掩碼(mask)，如框132所示。在已經(jīng)找到對(duì)準(zhǔn)排的情況下，軟件利用來自對(duì)準(zhǔn)排中的實(shí)際位點(diǎn)的量度數(shù)據(jù)為每個(gè)阱構(gòu)建所期望位點(diǎn)的掩碼。例如，如果預(yù)定阱的幾何形狀是方形，那么在向下方向上就存在與對(duì)準(zhǔn)排橫向上的位點(diǎn)一樣多的位點(diǎn)。具體而言，如果基于圖案匹配確定阱是3×3阱，并且如果對(duì)準(zhǔn)排(頂部三個(gè)位點(diǎn))已經(jīng)找到，則可以找到兩個(gè)下方的排，因?yàn)檐浖纼蓚€(gè)下方的排會(huì)排列在上對(duì)準(zhǔn)排的下方，每個(gè)具有三個(gè)位點(diǎn)。
對(duì)于對(duì)準(zhǔn)排中的每個(gè)位點(diǎn)，在下方插入一列位點(diǎn)掩碼。當(dāng)計(jì)算垂直的一列位點(diǎn)掩碼時(shí)，軟件考慮表示載片上整個(gè)對(duì)準(zhǔn)排的線性公式。插入的位點(diǎn)掩碼的圓直徑是基于整個(gè)載片的對(duì)準(zhǔn)排位點(diǎn)的平均直徑。
每個(gè)插入的位點(diǎn)的位置如下計(jì)算θmask_column=tan-1(-1m)]]>yi′＝y(tǒng)i-1′+D|sinθ| 其中(xi′，yi′)是每個(gè)插入掩碼位點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo)，D是整個(gè)對(duì)準(zhǔn)排上的位點(diǎn)之間的平均位點(diǎn)到位點(diǎn)距離。注意，(x0′，y0′)是對(duì)準(zhǔn)排位點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo)。因此，基于找到對(duì)準(zhǔn)排并基于圖案匹配，軟件確定阱內(nèi)的每個(gè)位點(diǎn)。例如，圖14用表示上對(duì)準(zhǔn)排的圓圈和表示基于對(duì)準(zhǔn)排確定的位點(diǎn)的圓圈示出了阱中檢測(cè)到的位點(diǎn)。
位點(diǎn)量化在識(shí)別了阱之后，確定阱內(nèi)的個(gè)體位點(diǎn)的數(shù)量。例如，用于檢測(cè)納米粒子的光電傳感器可能飽和，限制了可以從圖像獲得的信息量。圖15示出了這個(gè)問題的一個(gè)例子，該圖示出了一組樣品的照片，其中光電傳感器具有特定曝光時(shí)間。圖15顯示了光電傳感器的固有局限。光電傳感器利用固定的一組參數(shù)(即一個(gè)曝光時(shí)間)得到該測(cè)試“快照”。因此，從不同組的樣品提取的數(shù)據(jù)受到限制。例如，從圖15的左上方的樣品提取的數(shù)據(jù)由于光電傳感器完全飽和而受到限制。類似地，圖15的右下方和左下方區(qū)域中的樣品提供有限的數(shù)據(jù)，因?yàn)楣鉀]有被記錄。僅圖15的右上方部分的樣品提供最佳數(shù)據(jù)提取。這是由于光電傳感器處于傳感器的動(dòng)態(tài)范圍(即，光被記錄下來但是還沒有達(dá)到顯著飽和的程度)。因此，圖15所示的該“快照”僅提供了有限的數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響了在反射光變化較大的情況進(jìn)行成像的能力，而這種情況在對(duì)DNA雜交位點(diǎn)成像時(shí)是經(jīng)常發(fā)生的。
為了從樣品提取可用信息，傳感器的動(dòng)態(tài)范圍必須增大，以便能夠在圖像的感興趣的區(qū)域內(nèi)獲得更多有用信息。此動(dòng)態(tài)范圍的增大通過控制傳感器記錄的電磁輻射的量來實(shí)現(xiàn)。如上所述，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制傳感器記錄的電磁輻射的量可以通過改變控制入射在傳感器上的光的參數(shù)，例如曝光時(shí)間、孔徑大小等來實(shí)現(xiàn)。此外，也可以使用影響傳感器上記錄的光量的其它參數(shù)。然后，基于改變了的傳感器參數(shù)(例如，不同的曝光時(shí)間)獲取數(shù)據(jù)，這在下文中將更為詳細(xì)地說明。隨后，分析數(shù)據(jù)，以檢測(cè)納米粒子的記錄情況，這將在下文中說明。
圖16a-16d示出了可以通過改變記錄在樣品上的光量而獲得的數(shù)據(jù)的示例。參照?qǐng)D16a，示出了阱內(nèi)的三個(gè)位點(diǎn)(例如，一個(gè)陽性控制測(cè)試位點(diǎn)164、一個(gè)陰性控制測(cè)試位點(diǎn)166和一個(gè)目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)168)。如上所述，阱是一種組織方法，其中可以將一組實(shí)驗(yàn)設(shè)置在一起并可以通過讀取阱中的部分或全部信息而得出決定。對(duì)圖16a中的阱進(jìn)行記錄的傳感器具有較短的曝光時(shí)間；因此，該傳感器沒有記錄下強(qiáng)度或記錄下極小量的強(qiáng)度(位點(diǎn)是黑色的)。圖16b至16d延長了傳感器的曝光時(shí)間，因此使得更多的光傳遞到傳感器。如圖16b所示，陽性控制測(cè)試位點(diǎn)和目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)開始記錄(為灰色的)，而陰性控制測(cè)試位點(diǎn)保持黑色。在圖16c中曝光時(shí)間再次延長，使得陽性控制測(cè)試位點(diǎn)和目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)飽和(為白色的)，而陰性控制測(cè)試位點(diǎn)開始記錄強(qiáng)度。在圖16d中曝光時(shí)間再次延長，使得所有三個(gè)位點(diǎn)都飽和。一系列的圖示出了傳感器的限制和提取有用信息的可能性。對(duì)于圖16a-16d所示的示例，可以基于目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)與陽性控制測(cè)試位點(diǎn)或陰性控制測(cè)試位點(diǎn)的比較，通過檢查圖16b或16c得出目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)是陽性測(cè)試位點(diǎn)的結(jié)論。
供選地，如圖17所示，對(duì)目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)的分析可以以不同方式進(jìn)行。圖中示出了五個(gè)控制位點(diǎn)170和一個(gè)目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)172。可以改變影響記錄在樣品上的光的參數(shù)，使得目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)可以在傳感器的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。例如，可以改變曝光，使得目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)可以接近傳感器的飽和或處于飽和開始之處。然后，可以將目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)與控制測(cè)試位點(diǎn)比較，并可以基于比較作出判定。圖17示出了總共五個(gè)控制位點(diǎn)；但是，也可以使用更少或更多的控制位點(diǎn)。如圖17所示，目標(biāo)測(cè)試位點(diǎn)與從頂部開始的第二個(gè)控制位點(diǎn)最相象。
如圖16和17所示，傳感器的動(dòng)態(tài)范圍可以通過調(diào)節(jié)傳感器的參數(shù)，例如曝光時(shí)間，而自動(dòng)調(diào)節(jié)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖像中感興趣的區(qū)域，例如阱，可以利用不同的曝光時(shí)間來分析。例如，圖14示出了特定阱中用圍繞位點(diǎn)的方框畫出的感興趣的區(qū)域。在感興趣區(qū)域的暗水平到飽和水平之間(或僅在飽和情況下)可以采取各種曝光時(shí)間。通過這種方式，傳感器工作在其線性范圍中，從而提供更多的有用數(shù)據(jù)，以供分析阱內(nèi)的位點(diǎn)以及/或者阱之間的位點(diǎn)。
參照?qǐng)D7，其示出了確定基片上位點(diǎn)數(shù)量的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像被分為不同的區(qū)域(例如，在阱識(shí)別過程中識(shí)別的不同阱)。然后，對(duì)于不同的區(qū)域用不同的曝光時(shí)間成像。如框134所示，通過讀取光電傳感器圖像獲取圖像?？蛇x地，可以對(duì)圖像進(jìn)行過濾，例如通過除斑處理，除去圖像中的污物、灰塵等，如框136所示。該步驟類似于圖5中的除斑步驟(框108)。
然后讀取圖像，如框138所示。在該步驟中，讀取圖像中當(dāng)前感興趣區(qū)域的部分。例如，如果阱#1是第一感興趣區(qū)域，則讀取阱#1的像素值(如阱識(shí)別過程中所確定的)。如圖14所示，基片上阱的強(qiáng)度和清晰度根據(jù)阱的位置而變化。例如，阱2的強(qiáng)度/清晰度不同于阱5。因此，集中于一個(gè)感興趣的區(qū)域，例如一個(gè)特定的阱，會(huì)有助于進(jìn)行處理。
然后，確定是否找到最佳的曝光，如框140所示。在對(duì)基片上特定區(qū)域多次曝光之前，優(yōu)選得到“最佳”曝光時(shí)間。如上所述，“最佳”曝光時(shí)間可以定義為傳感器所記錄的、基于傳感器的特性最有利于檢測(cè)基片上的位點(diǎn)的電磁輻射的量。在當(dāng)前示例中，“最佳”曝光時(shí)間還可以定義為處于或接近處于傳感器線性范圍的外邊界。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器的線性范圍的外邊界可以定量為圖像的百分比飽和度。例如，可以分析讀取的像素，以確定是否獲得最佳曝光時(shí)間，如框142所示。具體而言，分析所讀取的像素，以確定是否像素值的某個(gè)百分比(例如1％)是飽和值?；谒_定的百分比，增大(如果少于希望數(shù)量的像素飽和)或減小(如果多于希望數(shù)量的像素飽和)曝光時(shí)間。在找到最佳曝光時(shí)間之后，圖像可以可選地經(jīng)歷灰度和空間畸變校正，如框144和146所示。這些校正模型已經(jīng)參照?qǐng)D5的框112和114說明了。此后，輸出某個(gè)感興趣區(qū)域中位點(diǎn)中的經(jīng)校正的像素值，如框148所示。
由于在傳感器的線性范圍中尋求多次曝光，所以詢問是否尋求對(duì)特定區(qū)域(例如阱)的附加曝光，如框150所示。例如，如果在線性范圍尋求四次曝光，并且“最佳”曝光是100毫秒，則以25毫秒、50毫秒和75毫秒獲取對(duì)感興趣區(qū)域的三次附加曝光。因此，優(yōu)選曝光時(shí)間均勻分布在0到最佳曝光時(shí)間的范圍內(nèi)。供選地，可以在0到最佳曝光時(shí)間的范圍內(nèi)選擇不同的曝光時(shí)間。然后，對(duì)于特定感興趣區(qū)域系統(tǒng)以不同曝光時(shí)間重復(fù)。如框150所示，對(duì)于某個(gè)感興趣區(qū)域獲得全部曝光之后，詢問是否存在任何其它感興趣的區(qū)域(即任何其它要被分析的阱)，如框152所述。如存在其它區(qū)域，則通過首先獲取該感興趣區(qū)域的最佳曝光，然后以不同曝光時(shí)間獲取圖像，來重復(fù)所述程序。
參照?qǐng)D18，其示出了載片上阱中的各個(gè)位點(diǎn)的多個(gè)曝光時(shí)間與像素值之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖表。x坐標(biāo)是以毫秒為單位的時(shí)間，y坐標(biāo)是像素值的總和。例如，示出了載片上每十個(gè)阱的一排位點(diǎn)的結(jié)果。如圖所示，需要較寬范圍的曝光時(shí)間(10-100毫秒)以從圖像獲取有意義的數(shù)據(jù)。因此，關(guān)注感興趣的特定區(qū)域并在感興趣的區(qū)域內(nèi)獲取不同曝光的圖像有助于確定位點(diǎn)的數(shù)量。
判定統(tǒng)計(jì)判定統(tǒng)計(jì)分析位點(diǎn)量化的結(jié)果從而得出結(jié)論。
基于各個(gè)位點(diǎn)的輸出像素值，對(duì)于預(yù)定的曝光時(shí)間，通過回歸分析可以確定“導(dǎo)出”像素值。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，“預(yù)定”曝光時(shí)間選擇為最長的“最佳”曝光時(shí)間。其它曝光時(shí)間可以被選擇作為預(yù)定曝光時(shí)間?；谠撟铋L的“最佳”曝光時(shí)間，可以對(duì)阱中每個(gè)像素確定“導(dǎo)出”像素值。
圖19示出了導(dǎo)出像素值的一個(gè)示例，其具有x軸上的曝光時(shí)間(t)和y軸上的像素強(qiáng)度值(I)。如圖所示，圖表的第一部分174中，曝光時(shí)間非常小，且像素值強(qiáng)度小。這些曝光時(shí)間表明樣品還沒有開始可察覺地被記錄在傳感器上。圖表中的第二部分176中，強(qiáng)度開始增大，并且可以獲得有用的數(shù)據(jù)。第三部分178中，強(qiáng)度開始趨于穩(wěn)定。該第三部分178中，傳感器飽和，并且有用的數(shù)據(jù)受到限制。
圖19所示的值對(duì)應(yīng)于特定阱內(nèi)的位點(diǎn)。如上所述，最佳曝光時(shí)間優(yōu)選基于圖像的一部分(例如圖像中整個(gè)阱的部分，例如圖14中圍繞阱畫的方框)來確定。一旦確定了最佳圖像，采取優(yōu)選小于該最佳曝光的不同曝光。例如，如果最佳曝光是100毫秒，則可以采取20毫秒、40毫秒、60毫秒和80毫秒的四個(gè)不同曝光。曲線“A”是五次曝光中對(duì)特定阱內(nèi)陽性控制測(cè)試樣品中的一個(gè)像素的讀數(shù)。曲線“B”是五次曝光中對(duì)特定阱內(nèi)目標(biāo)測(cè)試樣品的一個(gè)像素的讀數(shù)。曲線“C”是五次曝光中對(duì)特定阱內(nèi)陰性控制測(cè)試樣品的一個(gè)像素的讀數(shù)。曲線“A”曝光時(shí)間(t＝100毫秒)情況下的像素強(qiáng)度值(I)處于目標(biāo)阱的第三部分178中，其值為1023。飽和區(qū)域中的值(圖19中的1023)不值得比較，因?yàn)閭鞲衅饕呀?jīng)停止記錄額外的強(qiáng)度。為了比較數(shù)據(jù)，應(yīng)該修正處于飽和區(qū)域中的像素強(qiáng)度值。在一個(gè)實(shí)施例中，這是通過如框154所示對(duì)位點(diǎn)中的每個(gè)像素值進(jìn)行回歸分析，然后如框156所示外推或內(nèi)插表示處于相同曝光值的所有像素的曲線來進(jìn)行的。
在一個(gè)實(shí)施例中，基于對(duì)第二區(qū)域176中的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合的曲線函數(shù)，確定一曝光時(shí)間下的強(qiáng)度。例如，為了確定控制樣品的強(qiáng)度，基于圖表的第二部分中的值外推所述值。圖19中用虛線示出這一情況，該圖示出了強(qiáng)度的修正值(圖19中約為2000)。這種外推可以采取線性外推的形式，如圖19所示。供選地，可以對(duì)圖表的第二部分進(jìn)行曲線擬合，然后延伸該曲線至感興趣的曝光時(shí)間，以確定不同的強(qiáng)度。對(duì)于曲線“B”和“C”，t＝100毫秒處的值不需要進(jìn)行外推，因?yàn)闆]有發(fā)生深度飽和。因此，可以從讀數(shù)(曲線“B”和“C”上分別為750和740)直接讀取這些值，或者可以內(nèi)插得到這些值。這樣，可以為一個(gè)區(qū)域中的每個(gè)像素導(dǎo)出(或者通過外推或者通過內(nèi)插數(shù)據(jù)點(diǎn))預(yù)定曝光時(shí)間下的像素強(qiáng)度值。
如框158所示，基于所提供的信息，例如測(cè)試和樣品標(biāo)識(shí)，可以將阱中的位點(diǎn)組確定為目標(biāo)、陽性控制或陰性控制。確定位點(diǎn)組的步驟可以在框154中的回歸分析、框156中的外推/內(nèi)插以及/或者框160中的計(jì)算之前或之后進(jìn)行。
由這些導(dǎo)出的像素值，可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而確定目標(biāo)位點(diǎn)是與控制陽性位點(diǎn)更相象還是與控制陰性位點(diǎn)更相象。結(jié)果可能是陽性結(jié)果或陰性結(jié)果的傳染病測(cè)試可以采用這樣的實(shí)施例。供選地，目標(biāo)位點(diǎn)可以直接彼此比較。結(jié)果是野生型、變異體或雜合型的遺傳特性(genetic disposition)測(cè)試可以利用各種目標(biāo)位點(diǎn)的直接比較。位點(diǎn)可以基于位點(diǎn)中所有導(dǎo)出像素的總和、位點(diǎn)中導(dǎo)出像素的平均值、以及位點(diǎn)中導(dǎo)出像素的標(biāo)準(zhǔn)偏差來進(jìn)行比較，如框160所示。由這些值，可以進(jìn)行諸如均值之間差值(differences betweenmeans)之類的統(tǒng)計(jì)測(cè)試(t-測(cè)試、z-測(cè)試等)，以比較位點(diǎn)和位點(diǎn)組，如框162所示。供選地，位點(diǎn)可以利用百分比差分計(jì)算(percentage differencecalculation)或比率計(jì)算(ratio calculation)來彼此比較。
在此已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。當(dāng)然，應(yīng)該理解，在不偏離所附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的真實(shí)范圍的情況下，可以對(duì)實(shí)施例做出修改和改變。本實(shí)施例優(yōu)選包括邏輯(logic)從而以軟件模塊將所描述的方法實(shí)現(xiàn)為一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行軟件指令。處理器實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中至少一個(gè)模塊(包括照明模塊、電源模塊、成像模塊和輸入/輸出模塊)的操作的邏輯。處理器運(yùn)行軟件以提供所描述的功能，所述軟件可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員編程得到。
軟件可以表現(xiàn)為保存在上述如圖2所示存儲(chǔ)器設(shè)備70之類的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的二進(jìn)制位序列。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括磁盤、光盤以及處理器可讀的任何其它易失性固件(例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”))或非易失性固件(例如只讀存儲(chǔ)器(“ROM”))存儲(chǔ)系統(tǒng)。保存數(shù)據(jù)位的存儲(chǔ)位置還包括具有與所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)的特定電、磁、光或有機(jī)特性的物理位置。處理器利用存儲(chǔ)系統(tǒng)將軟件指令作為數(shù)據(jù)位來執(zhí)行，導(dǎo)致電信號(hào)表示的轉(zhuǎn)變，以及數(shù)據(jù)位在存儲(chǔ)系統(tǒng)中在存儲(chǔ)位置的維持，從而配置或以其它方式改變單元的操作?？蓤?zhí)行軟件代碼可以實(shí)現(xiàn)例如上述的各種方法。
應(yīng)該理解，硬件實(shí)施例可以采取各種不同的形式。硬件可以實(shí)現(xiàn)為具有定制的柵(gate)陣列的集成電路或?qū)Ｓ眉呻娐?“ASIC”)。實(shí)施例還可以利用分散的硬件部件和電路來實(shí)現(xiàn)。特別地，應(yīng)該理解，流程框圖中描述的邏輯結(jié)構(gòu)和方法步驟可以以諸如ASIC之類的專用硬件來實(shí)現(xiàn)，或者實(shí)現(xiàn)為由微處理器或其它計(jì)算裝置執(zhí)行的程序指令。
除非特別說明，權(quán)利要求不應(yīng)視為限制所描述的要素的順序。另外，任何權(quán)利要求中術(shù)語“手段(means)”的使用都意圖援引U.S.C.35第112條第6款的規(guī)定，而所有沒有出現(xiàn)詞語“手段”的權(quán)利要求并不意圖如此。因此，落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍和精神內(nèi)的所有實(shí)施例都作為本發(fā)明要求保護(hù)。本公開內(nèi)容意圖覆蓋本發(fā)明相鄰技術(shù)領(lǐng)域中總體上遵循本發(fā)明原理的本發(fā)明的所有變形、用途或改用。
本申請(qǐng)是2002年8月3日提交的題為“Nanoparticle Imaging System andMethod”的申請(qǐng)No.10/210959的部分繼續(xù)，該在先申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。申請(qǐng)No.10/210959要求享有2001年8月3日提交的題為“Nanoparticle Imaging System and Method”的美國臨時(shí)申請(qǐng)No.60/310102的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)通過引用將美國專利申請(qǐng)No.60/310102的全部內(nèi)容結(jié)合于此。申請(qǐng)No.10/210959還要求享有2002年3月22日提交的題為“Method andSystem for Detecting Nanoparticles”的美國臨時(shí)申請(qǐng)No.60/366732的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)通過引用將美國專利申請(qǐng)No.60/366732的全部內(nèi)容結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)具有光接收邊緣的基片上的粒子的設(shè)備，所述設(shè)備以組合方式包括基片保持架；處理器；與所述處理器通信的存儲(chǔ)器；與所述處理器通信的成像模塊，該成像模塊相對(duì)于所述基片保持架具有固定的位置；照明模塊，其通過用光照明所述光接收邊緣以在所述基片內(nèi)產(chǎn)生全內(nèi)反射來照明所述基片；以及一組指令，其存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并可由所述處理器執(zhí)行，以接收來自所述成像模塊的輸入和提供指示是否檢測(cè)到粒子的輸出。
2.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中，所述成像模塊和基片保持架彼此相距大于30mm且小于356mm。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述成像模塊包括光電傳感器，該光電傳感器距離所述基片保持架小于70mm。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述處理器、存儲(chǔ)器件、成像模塊、基片保持架、照明模塊、輸出模塊和輸入模塊容納在一外殼內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述納米粒子利用化學(xué)信號(hào)放大被放大。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述存儲(chǔ)器件包括補(bǔ)償模塊，所述處理器訪問該補(bǔ)償模塊以補(bǔ)償通過所述成像模塊獲取的圖像中的畸變。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述補(bǔ)償模塊補(bǔ)償灰度畸變。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述補(bǔ)償模塊補(bǔ)償空間畸變。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述存儲(chǔ)器件包括被構(gòu)造來執(zhí)行以下步驟的程序通過所述成像模塊獲取所述基片保持架中的基片的多個(gè)圖像，所述基片具有包含測(cè)試樣品的至少一個(gè)測(cè)試位點(diǎn)和作為控制位點(diǎn)或第二測(cè)試位點(diǎn)的至少另一個(gè)位點(diǎn)，所述多個(gè)圖像以不同的曝光取得；以及基于所述位點(diǎn)的多個(gè)圖像，確定所述一個(gè)測(cè)試位點(diǎn)中金屬納米粒子絡(luò)合物的存在，作為所述目標(biāo)分析物中的一種或多種存在的指示。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，確定包含所述測(cè)試樣品的所述位點(diǎn)中所述金屬納米粒子絡(luò)合物的存在的步驟包括對(duì)所述多個(gè)圖像中包含所述一個(gè)測(cè)試位點(diǎn)以及所述控制或第二測(cè)試位點(diǎn)的部分進(jìn)行回歸分析，從而為每個(gè)位點(diǎn)生成曝光時(shí)間與強(qiáng)度的函數(shù)；選擇曝光時(shí)間；基于所生成的函數(shù)，確定對(duì)于所選擇的曝光時(shí)間所述一個(gè)測(cè)試位點(diǎn)以及所述控制或第二測(cè)試位點(diǎn)的強(qiáng)度；以及基于所選擇的曝光時(shí)間下所述一個(gè)測(cè)試位點(diǎn)的強(qiáng)度與所述控制或第二測(cè)試位點(diǎn)的強(qiáng)度的比較，確定包含所述測(cè)試樣品的所述一個(gè)測(cè)試位點(diǎn)是否包含金屬納米粒子絡(luò)合物。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所選擇的曝光時(shí)間是最佳曝光時(shí)間。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述存儲(chǔ)器件包括配置來執(zhí)行以下步驟的程序自動(dòng)檢測(cè)所述基片保持架中的基片上的位點(diǎn)，所述基片具有多個(gè)阱；以及基于對(duì)至少一部分位點(diǎn)的自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)確定所述阱。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，自動(dòng)確定所述阱的步驟包括自動(dòng)確定至少一些被檢測(cè)到的位點(diǎn)之間的間距；以及基于所述間距，自動(dòng)確定位于至少一個(gè)阱內(nèi)的位點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，自動(dòng)確定所述阱的步驟包括自動(dòng)確定至少一部分被檢測(cè)到的位點(diǎn)的圖案；以及將所述圖案與用于阱的預(yù)定圖案自動(dòng)進(jìn)行比較。
15.在具有光接收邊緣和包含一種或多種目標(biāo)分析物的特定結(jié)合補(bǔ)體的多個(gè)位點(diǎn)的基片中，至少一個(gè)位點(diǎn)是在出現(xiàn)一種或多種目標(biāo)分析物時(shí)金屬納米粒子將絡(luò)合于其上的測(cè)試位點(diǎn)，另一位點(diǎn)是控制位點(diǎn)或在出現(xiàn)第二種或更多種目標(biāo)分析物時(shí)金屬納米粒子在信號(hào)放大或無信號(hào)放大情況下絡(luò)合于其上的第二測(cè)試位點(diǎn)，一種用于檢測(cè)所述測(cè)試位點(diǎn)中是否存在所述一種或多種目標(biāo)分析物的方法，包括以下步驟照明所述基片的光接收邊緣以在所述基片內(nèi)產(chǎn)生全內(nèi)反射，從而照明所述基片的表面；獲取所述測(cè)試位點(diǎn)和所述控制或第二測(cè)試位點(diǎn)的多個(gè)圖像，所述多個(gè)圖像以不同的曝光取得；以及基于所獲取的位點(diǎn)的多個(gè)圖像，確定所述測(cè)試位點(diǎn)中所述金屬納米粒子絡(luò)合物的存在，作為一種或更多所述目標(biāo)分析物的存在的指示。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述控制位點(diǎn)選自包括經(jīng)核酸捕捉鏈直接配對(duì)到所述基片的金屬納米粒子、直接印制在所述基片上的金屬納米粒子、以及絡(luò)合到置于單獨(dú)阱中的已知分析物上的金屬納米粒子的陽性結(jié)果的組。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述測(cè)試樣品是來自野生型核酸序列的核酸；并且所述比較樣品是來自與所述野生型核酸序列相關(guān)的變異核酸序列的核酸。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述基片包括多個(gè)阱，至少一個(gè)阱包含所述測(cè)試和比較位點(diǎn)；所述方法還包括確定所述阱的最佳曝光時(shí)間的步驟；并且所述獲取的圖像是在該最佳曝光時(shí)間以及比該最佳曝光時(shí)間短的至少一個(gè)曝光時(shí)間下取得的。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，確定最佳曝光時(shí)間的步驟包括確定導(dǎo)致所獲取的圖像的預(yù)定飽和的曝光時(shí)間。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，確定包含所述測(cè)試樣品的所述位點(diǎn)中所述金屬納米粒子絡(luò)合物的存在的步驟包括對(duì)所述多個(gè)圖像的包含所述測(cè)試位點(diǎn)和比較位點(diǎn)的部分進(jìn)行回歸分析以為每個(gè)位點(diǎn)生成曝光時(shí)間與強(qiáng)度的函數(shù)；選擇最佳曝光時(shí)間；基于所生成的函數(shù)，確定所述最佳曝光時(shí)間下所述測(cè)試位點(diǎn)和控制位點(diǎn)的強(qiáng)度；以及基于所述最佳曝光時(shí)間下所述測(cè)試位點(diǎn)的強(qiáng)度與所述比較位點(diǎn)的強(qiáng)度的比較，確定包含測(cè)試樣品的所述測(cè)試位點(diǎn)是否包含金屬納米粒子絡(luò)合物。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述獲取的圖像產(chǎn)生為所述比較和測(cè)試位點(diǎn)分配的像素，這些像素具有像素值；進(jìn)行回歸分析的步驟包括對(duì)所述比較和測(cè)試位點(diǎn)中的像素值進(jìn)行回歸分析。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，選擇最佳曝光時(shí)間的步驟包括確定導(dǎo)致所獲取的圖像的包含所述測(cè)試和比較位點(diǎn)的部分的預(yù)定飽和的曝光時(shí)間。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，基于所生成的函數(shù)確定所述最佳曝光時(shí)間下所述測(cè)試位點(diǎn)和比較位點(diǎn)的強(qiáng)度的步驟包括內(nèi)插或外推所生成的函數(shù)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，比較所述最佳曝光時(shí)間下所述測(cè)試位點(diǎn)的強(qiáng)度與所述控制位點(diǎn)的強(qiáng)度的步驟包括對(duì)所述比較和測(cè)試位點(diǎn)的強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以確定所述測(cè)試位點(diǎn)的強(qiáng)度與所述比較位點(diǎn)是相似還是不相似。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的步驟包括進(jìn)行均值間差值測(cè)試。
26.在具有光接收邊緣和包含一種或多種目標(biāo)分析物的特定結(jié)合補(bǔ)體的多個(gè)位點(diǎn)的基片中，至少一個(gè)位點(diǎn)是在出現(xiàn)一種或多種目標(biāo)分析物時(shí)信號(hào)放大或沒有信號(hào)放大的金屬納米粒子絡(luò)合于其上的測(cè)試位點(diǎn)，另一個(gè)位點(diǎn)是控制位點(diǎn)或在出現(xiàn)第二種或更多種目標(biāo)分析物時(shí)金屬納米粒子絡(luò)合于其上的第二測(cè)試位點(diǎn)，一種檢測(cè)所述多個(gè)位點(diǎn)的自動(dòng)方法，包括以下步驟照明所述基片的光接收邊緣以在所述基片內(nèi)產(chǎn)生全內(nèi)反射，從而照明所述基片的表面；獲取所述基片的表面上包括金屬納米粒子的所述多個(gè)位點(diǎn)的至少一個(gè)圖像；補(bǔ)償所獲取圖像中的至少一種畸變；以及基于所獲取的經(jīng)補(bǔ)償?shù)膱D像，自動(dòng)確定包括金屬納米粒子的所述多個(gè)位點(diǎn)的至少一些的位置。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述獲取的步驟由圖像模塊執(zhí)行，該圖像模塊與所述基片的表面相距小于或等于356mm。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，通過所述圖像模塊獲取的圖像包括所述基片的所述表面的全部或基本全部。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述圖像模塊是光電傳感器。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述光電傳感器是靜止的。
31.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述至少一個(gè)圖像是利用圖像器件獲取的；并且所述獲取至少一個(gè)圖像的步驟包括獲取所述圖像而不相對(duì)彼此移動(dòng)所述圖像器件和所述基片。
32.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述獲取至少一個(gè)圖像的步驟包括獲取多個(gè)圖像以得到最佳圖像。
33.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述校正至少一種畸變的步驟包括校正灰度畸變。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述至少一個(gè)圖像是利用具有視場(chǎng)的圖像器件獲取的；并且校正灰度畸變包括對(duì)所述圖像器件的視場(chǎng)上的亮度應(yīng)用補(bǔ)償模型。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，通過利用恒定光源在不同亮度值下獲取圖像，并利用經(jīng)標(biāo)定的一組過濾器產(chǎn)生在不同亮度值下獲取的圖像的曲線，來導(dǎo)出所述補(bǔ)償模型。
36.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述校正至少一種畸變的步驟包括校正空間畸變。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，校正空間畸變包括生成由于空間畸變而變形的多個(gè)點(diǎn)；生成未由于空間畸變而變形的多個(gè)點(diǎn)；基于所述多個(gè)變形的和未變形的點(diǎn)生成模型；以及將所述模型應(yīng)用于所述獲取的圖像。
38.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，還包括步驟對(duì)所述獲取的圖像的至少一部分進(jìn)行自適應(yīng)閾值處理。
全文摘要
一種用于對(duì)金屬納米粒子成像的設(shè)備和方法。本發(fā)明提供了一種用于檢測(cè)金膠體粒子并向操作者準(zhǔn)確匯報(bào)的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括用于保持基片的基片保持架、處理器和存儲(chǔ)器、成像模塊、照明模塊、輸入模塊和輸入模塊。該設(shè)備可以具有彼此鄰近的靜態(tài)基片保持架和成像模塊。該設(shè)備提供了一種緊湊系統(tǒng)而不需要復(fù)雜的機(jī)動(dòng)器件來跨基片移動(dòng)照相機(jī)。此外，該設(shè)備和方法提供了對(duì)基片上的位點(diǎn)/阱的自動(dòng)檢測(cè)、對(duì)基片上位點(diǎn)的自動(dòng)定量、以及基于判定統(tǒng)計(jì)對(duì)位點(diǎn)的自動(dòng)解釋。
文檔編號(hào)C12M1/34GK1934450SQ200580008360
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者威廉·科克, 蒂姆·帕特諾, 馬克·韋伯, 戴夫·莫羅, 韋斯利·白金漢 申請(qǐng)人:內(nèi)諾斯佩爾公司