使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法和制造產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種使用陣列顯微鏡但不使用掃描的物體成像準(zhǔn)備的方法。在陣列顯微鏡的物平面上，根據(jù)陣列顯微鏡獨(dú)立物鏡數(shù)組的模式，將原始的連續(xù)的物體分為獨(dú)立物體片段，然后組成物體數(shù)組，成像形成一個(gè)無修飾的圖像。每個(gè)物體片段的大小不得超過物平面確定的獨(dú)立物鏡視野的大小。
【專利說明】使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法和制造產(chǎn)品
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)顯微鏡。更詳細(xì)地說，本發(fā)明有關(guān)于多軸成像系統(tǒng)的物體的成像，尤其是一個(gè)成像系統(tǒng)數(shù)組。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，多軸成像系統(tǒng)使用大量的光學(xué)成像元素。相關(guān)的美國專利申請N0.60/276, 498 ;國際專利申請N0.PCT/US02/08286 ;以及美國專利申請7，061，584，這些專利發(fā)現(xiàn)了使用陣列顯微鏡快速取得一個(gè)切片的方法。一般來說，這是一個(gè)具有大量的大量成像元素的多光軸或者是多軸的成像系統(tǒng)，每個(gè)成像元素在數(shù)組的光軸上具有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元素。當(dāng)這些光學(xué)元素是顯微鏡的時(shí)候，這個(gè)系統(tǒng)指的就是一個(gè)陣列顯微鏡(AM)，如果成像元素相對較小的話這個(gè)系統(tǒng)指的就是一個(gè)微型顯微鏡數(shù)組(MMA)。
[0003]在一個(gè)多軸成像系統(tǒng)中，例如一個(gè)微型顯微鏡數(shù)組MMA，當(dāng)成像元素緊密地組合在一起的時(shí)候，組成整個(gè)物體的一個(gè)完整圖像，這個(gè)由獨(dú)立物鏡形成的標(biāo)準(zhǔn)的非修飾的圖像還存在著問題。尤其是，為了確保在多軸微型顯微鏡數(shù)組掃描的操作過程中，物體的每個(gè)區(qū)域都被成像，這些物鏡被安排在剩余的空間里。尤其地，這些物鏡被定位在一個(gè)空間里，導(dǎo)致在物平面上至少一些物鏡的視野痕跡產(chǎn)生重疊。為了避免這些問題，一個(gè)物平面上的一個(gè)獨(dú)立成像系統(tǒng)的視野被定義為一個(gè)成像平面?zhèn)鞲衅鞯耐队埃蚴仟?dú)立成像系統(tǒng)的成像面?zhèn)鞲衅?探測器)到投影到物平面的一部分。例如，到有成像傳感器的像平面相關(guān)的物平面上。由于物平面上至少一些視野痕跡在像平面上空間上的重疊(由陣列顯微鏡系統(tǒng)掃描過程產(chǎn)生的重疊)，物鏡數(shù)組形成的原始圖像包括的圖像包含了不同物鏡對相同物體區(qū)域的成像。
[0004]在處理成像數(shù)據(jù)的過程中，空間上組織好的物鏡和精確選擇的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和矯正(詳見美國專利申請N0.13/803，936)使得用戶可以得到一個(gè)不加修飾的最終的合成圖像，這個(gè)圖像沒有不同物鏡產(chǎn)生的圖像空間上的重疊，這里就產(chǎn)生了這樣的一個(gè)問題，就是怎樣確定在一個(gè)陣列顯微鏡中相鄰的物鏡間要保持多大的距離。這個(gè)空間限制不僅增加了陣列顯微鏡的復(fù)雜程度，同時(shí)也增加了成像一個(gè)物體所需要的時(shí)間。因此，當(dāng)陣列顯微鏡的掃描操作產(chǎn)生了硬件上的實(shí)際限制，這時(shí)就需要消除或者至少減少掃描的次數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種通過陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法。這個(gè)方法包括如何防止獨(dú)立的物體的各個(gè)部分,這些部分組合成一個(gè)物體，在一個(gè)模式下的陣列顯微鏡系統(tǒng)的一個(gè)物平面上，由這個(gè)顯微鏡系統(tǒng)的物鏡數(shù)組來決定。這個(gè)方法還進(jìn)一步地包括在不使用掃描的情況下，陣列顯微鏡系統(tǒng)對物體各個(gè)部分一次快照產(chǎn)生一個(gè)非修飾的圖像。每個(gè)物體部分的最大尺寸不超過物平面上陣列顯微鏡視野的大小。定位的過程包括形成空間上連續(xù)的生物切片獨(dú)立部分的數(shù)組，這可能會(huì)包括定位獨(dú)立的物體部分發(fā)到陣列顯微鏡物平面的一個(gè)位置上，通過至少下面的其中一個(gè)(i)陣列顯微鏡中物鏡數(shù)組形成的空間上的格子；(ii)陣列顯微鏡物鏡的放大。在一個(gè)方案中，定位的步驟包括物體各個(gè)部分的數(shù)組到一個(gè)獨(dú)立的物體部分。本發(fā)明的方案進(jìn)一步包括使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法。這個(gè)方法包括(i)產(chǎn)生代表物體數(shù)組參數(shù)的第一手?jǐn)?shù)據(jù)；
(ii)根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)形成物體的數(shù)組。這個(gè)方法進(jìn)一步包括取得一個(gè)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)回路的步驟；第二數(shù)據(jù)代表陣列顯微鏡的光學(xué)幾何參數(shù)，這個(gè)步驟包括了產(chǎn)生部分基于第二數(shù)據(jù)產(chǎn)生第一數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)取得步驟的生效需要一個(gè)設(shè)備，這個(gè)設(shè)備可以接收用戶的輸入或者通過訪問一個(gè)包含所需要的數(shù)據(jù)的有形的非暫時(shí)性的存儲(chǔ)器。這個(gè)步驟還包括在物體數(shù)組的相鄰元素中確定至少一個(gè)空間，并且確定物體數(shù)組中獨(dú)立元素的幾何大小。
[0006]取得數(shù)據(jù)的步驟包括取得第二數(shù)據(jù)，這個(gè)第二數(shù)據(jù)至少包括以下之一:(i)定義所述陣列顯微鏡系統(tǒng)的物平面獨(dú)立物鏡的視野的一個(gè)幾何尺寸；(ii)所述陣列顯微鏡物平面的獨(dú)立物鏡視野產(chǎn)生的模式的描述符。形成的過程包括形成空間上連續(xù)的物體的空間上不同的各個(gè)部分，每個(gè)獨(dú)立部分的最大尺寸不得超過陣列顯微鏡物平面定義的獨(dú)立物鏡的視野大小。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于陣列顯微鏡系統(tǒng)的制造產(chǎn)品。本發(fā)明包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)回路，和一個(gè)包括相關(guān)程序代碼的有形的非臨時(shí)性的存儲(chǔ)器。當(dāng)程序代碼被上傳到數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)回路時(shí)，是的這個(gè)回路可以:(i)得到代表陣列顯微鏡系統(tǒng)的光學(xué)幾何參數(shù)的第一數(shù)據(jù)；(ii)至少基于取得的第一數(shù)據(jù)產(chǎn)生代表物體數(shù)組參數(shù)的第二數(shù)據(jù)；(iii)不使用掃描，激活陣列顯微鏡系統(tǒng)來產(chǎn)生物體的一個(gè)非修飾的圖像。第一數(shù)據(jù)代表陣列顯微鏡的光學(xué)幾何參數(shù)，包括上述陣列顯微鏡物平面定義的陣列顯微鏡系統(tǒng)獨(dú)立物鏡的視野的幾何尺寸，和上述陣列顯微鏡物平面的獨(dú)立物鏡視野產(chǎn)生的模式的描述符。每個(gè)空間上不同的物體獨(dú)立部分是最初的物體的分散，其最大的尺寸小于陣列顯微鏡物平面定義的陣列顯微鏡獨(dú)立物鏡的視野大小。
[0008]以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是一個(gè)陣列顯微鏡中單獨(dú)的一個(gè)微型顯微鏡的示意圖；
圖2A是包含大量微型顯微鏡的陣列顯微鏡的等距圖；
圖2B是圖2A的側(cè)視圖；
圖3是在一個(gè)包含空間連續(xù)物體的物平面上的，在陣列顯微鏡一個(gè)實(shí)施例中九個(gè)獨(dú)立物鏡/顯微鏡的一個(gè)矩形矩陣的投影圖像；
圖4是一個(gè)原始的空間連續(xù)物體，和根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的形成的物體數(shù)組的示意圖；
圖5是本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
圖6是配置為形成物體數(shù)組的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用一個(gè)陣列顯微鏡來成像物體數(shù)組的一個(gè)物體支持單元的示意圖；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的配合陣列顯微鏡使用的一個(gè)孔板的俯視圖；
圖9是根據(jù)分步走的掃描模式使用本發(fā)明陣列顯微鏡成像物體數(shù)組的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]顯微鏡是用來產(chǎn)生物體放大的圖像。設(shè)計(jì)得很好的顯微鏡物鏡的分辨率被衍射的關(guān)系限制。傳統(tǒng)地，在設(shè)計(jì)顯微鏡物鏡的過程中，在視野的大小和可獲得的光學(xué)分辨率之間需要有一個(gè)權(quán)衡。同時(shí)取得較高的分辨率和一個(gè)較大的視野很難做到的。由于衍射的這個(gè)因素，設(shè)計(jì)一個(gè)可以成像大尺寸高分辨率圖像的顯微鏡系統(tǒng)是非常具有挑戰(zhàn)性的。本發(fā)明的陣列顯微鏡提供了一個(gè)實(shí)施例來規(guī)避上述的在大尺寸和高分辨率上的權(quán)衡。一個(gè)陣列顯微鏡包括緊密排列在一起的大量獨(dú)立顯微鏡物鏡。當(dāng)每個(gè)獨(dú)立物鏡相同的分辨率和視野(因此只有一個(gè)被限制的視野)，結(jié)合在一起的整個(gè)數(shù)組的物鏡的視野被具有范圍更廣的限制，為了實(shí)踐上的目標(biāo)，只通過數(shù)組的物理大小來取得。因此，通過確定成像物體光學(xué)上的結(jié)合和獨(dú)立物鏡的小的獨(dú)立視野確定的大量光學(xué)通路的平行使用，一個(gè)陣列顯微鏡可以在取得較大視野的同時(shí)獲得較高的分辨率。
[0011]本發(fā)明實(shí)施例的陣列顯微鏡包括大量的微型顯微鏡(每個(gè)微型顯微鏡包含一個(gè)相關(guān)的獨(dú)立顯微鏡物鏡)，因此這個(gè)陣列顯微鏡被配置來掃描包含物體的顯微鏡切片的寬度(例如一個(gè)病理切片)。下面的討論針對的是陣列顯微鏡一個(gè)特殊的例子，本發(fā)明可以配合任何技術(shù)生產(chǎn)的陣列顯微鏡來使用。如圖所示，其中的附圖標(biāo)記通過一些圖示劃定了確定的或者相關(guān)的部分，圖1展示了一個(gè)獨(dú)立微型顯微鏡10的對稱圖。在本發(fā)明包含的內(nèi)容中，詞匯“顯微鏡”指的是陣列顯微鏡和采用獨(dú)立顯微鏡物鏡的陣列顯微鏡獨(dú)立的顯微鏡組成部分，這取決于上下文的描述。每個(gè)顯微鏡10包括一個(gè)相鄰于蓋玻片14的物鏡或物鏡鏡片12，一個(gè)成像傳感器18，選擇性地包括至少一個(gè)反射平面16。(定性的，大量反射平面16的使用增加了視野，改善了每個(gè)顯微鏡10的成像質(zhì)量。)一個(gè)樣品(例如一個(gè)被成像的物體)被定位在蓋玻片14下面。另外，物鏡鏡片12和至少一個(gè)額外的光學(xué)元素(例如一個(gè)反射平面16) —起組合成一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)來起作用，這樣可以控制錯(cuò)誤的產(chǎn)生。
[0012]物鏡鏡片12可以放在一個(gè)基片或基板20上。透過視野對物體的透射照明或沿著基板20在視野外圍的落射照明可以為每個(gè)微型顯微鏡的物體照明。如圖1，一個(gè)微型光學(xué)平面22 (MOT)為每個(gè)顯微鏡提供一個(gè)支撐。微型光學(xué)平面22支撐基板20，光學(xué)反射平面16和成像傳感器18。如鏡片、光柵、平面鏡、傳感器這樣的光學(xué)兀素可以被固定在基片20上。
[0013]能夠覆蓋顯微鏡片整個(gè)寬度的微型顯微鏡的數(shù)量取決于顯微鏡幻燈片寬度(例如一個(gè)顯微鏡幻燈片的寬度是20mm)和數(shù)組中每個(gè)顯微鏡成像系統(tǒng)視野參數(shù)的比例。一個(gè)典型的獨(dú)立顯微鏡視野的直徑大約為200微米。因此，大約100個(gè)微型顯微鏡可以成像寬度為20mm的顯微鏡幻燈片。
[0014]圖2A展示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例展示了相鄰顯微鏡之間距離為2mm的復(fù)雜的數(shù)組陣列顯微鏡30。圖2A展示的是自動(dòng)顯微鏡系統(tǒng)210的部分，通過掃描制動(dòng)器233在S方向掃描，通過幻燈片228在其上成像物體?；蛘?，掃描制動(dòng)器233可以在一個(gè)靜止的陣列顯微鏡下移動(dòng)幻燈片228。這個(gè)掃描制動(dòng)器233可以是連續(xù)的或者是按步驟成像，這后者的情況下顯微鏡幻燈片228被一步步成像，少于或等于獨(dú)立顯微鏡10視野的直徑，一個(gè)圖像被記錄下來，然后再開始下一步。光源229透射照明或者落射照明平面上的物體。對于落射照明，支撐物鏡鏡片12的基片20可以指導(dǎo)光線傳遞到物體上。對于照明的完整性，圖2B對稱展示了圖1中陣列顯微鏡30 —些組成部分的相互方向。顯微鏡幻燈片下的物體被陣列顯微鏡30成像到探測器數(shù)組220上，與取得數(shù)據(jù)的平板相并列(此處沒有展示出來)。
[0015]一般地，在一個(gè)陣列顯微鏡中，不同物鏡相關(guān)的獨(dú)立視野在物理上是不聯(lián)系的，他們之間有著空隙。這是因?yàn)閷τ谝粋€(gè)獨(dú)立的顯微鏡物鏡，由于橫向放大的關(guān)系成像總是大于物體，相鄰的物鏡需要被分開定位，這些都可以來避免物平面上相關(guān)視野的重疊。因此，在一個(gè)陣列顯微鏡中，成像的大小通常會(huì)限制相鄰物鏡結(jié)合的緊密程度。光學(xué)元素的直徑一般都小于成像的直徑。圖3展示了獨(dú)立物鏡310的一個(gè)投影(圖3A展示了其相關(guān)的外徑)和陣列顯微鏡350的相關(guān)視野315，與具有邊緣354A的物體354重疊。這個(gè)展示的陣列顯微鏡350的具體的實(shí)施例包含九個(gè)獨(dú)立物鏡，被定位在3X3的一個(gè)矩形矩陣中。為了成像一個(gè)連續(xù)的物體，需要一個(gè)陣列顯微鏡來進(jìn)行掃描，掃描的形式取決于陣列顯微鏡的幾何形狀。例如，對于圖3中的陣列顯微鏡350，需要在兩個(gè)方向上掃描物體354來成像整個(gè)物體354。在另一個(gè)例子中(沒有被展示出來)，陣列顯微鏡系統(tǒng)DX-40 (由帝麥克斯公司制造)采用的是在一個(gè)交錯(cuò)六邊形矩陣中的80個(gè)物鏡的數(shù)組，可以在一次掃描中成像一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的顯微鏡幻燈片。
[0016]正如上述所提到的，一個(gè)特定的掃描實(shí)施例的選用需要使用精密的平面，控制電器和圖像拼接軟件。這增加了陣列顯微鏡系統(tǒng)的復(fù)雜程度和花費(fèi)。這也增加了成像所需要的時(shí)間。為了使陣列顯微鏡系統(tǒng)的優(yōu)勢最大化，需要消除或至少減少掃描的次數(shù)。
[0017]本申請中用到的相關(guān)參考是“一個(gè)實(shí)施例”、“一個(gè)相關(guān)的實(shí)施例”或者相似的詞語。這樣的詞語的意思是一個(gè)特定的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或者特性被包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，“一個(gè)實(shí)施例”等相似的詞語的出現(xiàn)可能不是必須的，指的都是本發(fā)明的一些實(shí)施方案。需要指出的是，本發(fā)明的任何部分都不獨(dú)立存在的，可能是與一個(gè)數(shù)據(jù)相關(guān)系，來提供本發(fā)明所有特征的一個(gè)完整的描述。
[0018]需要指出的是，本發(fā)明實(shí)施例中描述的圖片都不能用來支持本發(fā)明所有數(shù)據(jù)的描述。換句話說，一個(gè)給定的圖像只是對于本發(fā)明的其中一部分的描述，而不是本發(fā)明整體的所有特性。一個(gè)給定的圖像和本發(fā)明相關(guān)的部分不包含本發(fā)明所有的特性，只是為了簡化給定的圖像和描述和直擊圖片中特定元素的討論。一個(gè)熟練的技術(shù)員可以理解本發(fā)明可以在某些特征、元素、結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)或特性不具備的情況下被采用。因此，即使本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的特定細(xì)節(jié)沒有被展示出來，現(xiàn)有圖片上的細(xì)節(jié)可以被采用。在其他的例子中，已知的結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)、材料和操作可能沒有被展示在圖片中也或沒有被描述出來，避免與本發(fā)明討論的實(shí)施例相混淆。另外，本發(fā)明所描述的獨(dú)立的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或者特性可以使用合適的方法將他們結(jié)合起來。
[0019]本發(fā)明附加的聲明是為了便于在整體上被評(píng)估，包括相關(guān)的特征和技術(shù)。
[0020]傳統(tǒng)獨(dú)立顯微鏡成像的一個(gè)典型的物體(例如一組生物切片)的形狀是任意的，沒有任何特定的規(guī)則。當(dāng)傳統(tǒng)顯微鏡成像的組織切片具有特定的撒小或形狀時(shí)，這種畸形可能會(huì)比較小。比較而言，本發(fā)明的實(shí)施例利用了陣列顯微鏡的優(yōu)勢來成像陣列顯微鏡的特殊物體，物體的大小和形狀被確定來符合陣列顯微鏡系統(tǒng)的光學(xué)幾何特性。換句話說，物體數(shù)組需要包括來自原始的空間上連續(xù)物體的獨(dú)立的、空間上分開的物體部分。
[0021]本發(fā)明的理念在圖4中很好地被展示出來，原始的形狀不規(guī)則、連續(xù)的物體354被分割成獨(dú)立的物體塊410，來形成一個(gè)物體數(shù)組414。獨(dú)立的物體部分的大小要符合成像用的陣列顯微鏡系統(tǒng)相關(guān)的視野的大小，也要符合陣列顯微鏡相鄰物鏡的光軸間的距離。例如，獨(dú)立物體部分410的大小需要符合或者至少不超過陣列顯微鏡系統(tǒng)(沒有展示出來)的獨(dú)立物鏡310相關(guān)的獨(dú)立視野315的大小，相似于圖3的陣列顯微鏡350，但這個(gè)系統(tǒng)包含一個(gè)獨(dú)立數(shù)組的矩形的6X6的矩陣。另外，如圖4，物體數(shù)組414是由獨(dú)立物體部分410形成的，這些物體部分定位在一個(gè)與圖3中陣列顯微鏡350物鏡模式全等的格子模式中。因此，物體數(shù)字414的幾何形狀，也就是獨(dú)立物體410之間的空隙與陣列顯微鏡350的幾何形狀相符合。這個(gè)類型的物體數(shù)組可以在一次快照中使用一個(gè)具有6x6物鏡矩形矩陣的陣列顯微鏡成像，因此這樣的陣列顯微鏡系統(tǒng)不需要掃描。在實(shí)踐中，為了符合本發(fā)明陣列顯微鏡系統(tǒng)使用的傳統(tǒng)的電子成像傳感器的清晰的光圈，一個(gè)獨(dú)立物體410的形狀如圖4所示。然而，一般地，只要物體的最大直徑不超過獨(dú)立物鏡310的視野315的大小，這個(gè)形狀就可以使任意的。對于許多實(shí)際上的應(yīng)用(例如組織切片)，將一個(gè)大物體切割成一些部分的過程不會(huì)影響最后的圖像的可用性。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)組織片段或切片都包含了相同類型的組織，并且病例學(xué)的信息是基于細(xì)胞水平或亞細(xì)胞水平上的，其大小只有微米級(jí)或亞微米級(jí)，這要比這個(gè)物體的尺寸小得多。因此，只要物體的大區(qū)域被檢測到，可用的病理學(xué)信息就可以被檢測到，與使用一個(gè)更大而連續(xù)的切片檢測的信息是沒有區(qū)別的。作為一個(gè)意想不到的優(yōu)勢結(jié)果(使用陣列顯微鏡的掃描使成像生效)，不需要將獨(dú)立物鏡310得到的獨(dú)立物體的圖像縫合起來，來形成物體數(shù)組414的一個(gè)全面的完整的圖像。這個(gè)意想不到的發(fā)現(xiàn)簡化了本發(fā)明的過程，相較于陣列顯微鏡成像的傳統(tǒng)過程。物體數(shù)組一般不需要形成一個(gè)矩形的格子。這個(gè)數(shù)組可以包括一個(gè)圓形的格子或者其他模式的數(shù)組，只要在這個(gè)數(shù)組可以符合陣列顯微鏡物鏡(和相關(guān)的視野)的空間幾何形狀。
[0022]由原始的連續(xù)的獨(dú)立物體形成一個(gè)物體數(shù)組，并且使物體數(shù)組的幾何形狀符合陣列顯微鏡的幾何形狀，這些可以采用許多類型的顯微鏡物體來實(shí)現(xiàn)。例如，這個(gè)物體可以使一個(gè)用于病理學(xué)研究的生物樣品。不再使用標(biāo)磚載玻片上的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化大小的樣品，而是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例將組織分割成許多小的片段，定位在網(wǎng)格載玻片上來形成一個(gè)符合陣列顯微鏡的物體數(shù)組。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例和方法，如圖5，輸入的參數(shù)代表通過系統(tǒng)的一個(gè)輸入單元，也就是處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)回路，至少陣列顯微鏡物鏡的靜止位置、方向、光學(xué)特性被取得。這個(gè)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)回路(可能選擇性地意指一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器或者單單一個(gè)處理器)是可編程的，被儲(chǔ)存在可見的非臨時(shí)性的記憶器中的指令所控制，來使這些元素或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需要的操作，或者使上述本發(fā)明描述的進(jìn)程生效。數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)回路這個(gè)詞匯(如同于計(jì)算機(jī)處理器或處理器)在這里被用來劃定電子回路組成部分的結(jié)構(gòu)安排。數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)回路(例如一個(gè)商用的現(xiàn)成的處理器)的作用一般都為熟悉操作技術(shù)的技術(shù)員所知。另夕卜，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)回路是可編程的，可以將一個(gè)一般的處理器換成一個(gè)使用于本發(fā)明算法的專用處理器，如下所述。
[0024]如圖5所示，在步驟510中，一個(gè)模式相關(guān)的參數(shù)是由一個(gè)陣列顯微鏡物鏡的視野決定的。參數(shù)的確定至少要依據(jù)于步驟520中得到的陣列顯微鏡的光學(xué)幾何參數(shù)，例如如圖3的類型，(i)是由物鏡數(shù)組310確定的(矩形、圓形等等)；(ii)物鏡310的靜止幾何位置的參數(shù)(中心對中心或者軸對軸的距離)；(iii)組成陣列顯微鏡的物鏡的放大；(iv)陣列顯微鏡根據(jù)物體或者成像的樣品來操作的工作距離。相似的，如圖4所示，獨(dú)立物體部分410的最大尺寸在步驟520中被確定，基于成立顯微鏡物鏡相關(guān)的獨(dú)立視野的計(jì)算。例如，假設(shè)一個(gè)獨(dú)立物體部分410是矩形的，在陣列顯微鏡正常操作成像樣品的過程中，這個(gè)矩形的最大長度不得超過物平面上物鏡310確定的視野的直徑。
[0025]在步驟530中，獨(dú)立的物體部分是由原始的物體或樣品，例如一個(gè)病理切片，分割而成的(或者原始的獨(dú)立物體被分割成獨(dú)立物體部分)，使用一個(gè)合適的分割工具(這里所指的是一把刀)，包小刀、刀片，切割的形狀取決于之前確定的獨(dú)立物體片段的形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，所有的獨(dú)立物體片段具有相同的大小和形狀，例如大量片段由自動(dòng)或手動(dòng)的工具來完成，類似于經(jīng)常使用的“餅干刀”，至少包括一個(gè)切割(依據(jù)與切割器輪廓的形狀產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立物體片段)，詳細(xì)的說明、印刷或切割片(必須具有大量刀片在上面)。在步驟540中，形成的獨(dú)立物體片段(一個(gè)接著一個(gè)或者相同的大量片段)被定位在之前預(yù)備好的幻燈片/支撐臺(tái)/基板上，形成一個(gè)有組織的區(qū)域，形成一個(gè)物體數(shù)組便于陣列顯微鏡的進(jìn)一步檢測。
[0026]圖6提供了本發(fā)明的系統(tǒng)600的一個(gè)非限制性的例子。本發(fā)明的數(shù)組形成系統(tǒng)600可能包括數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)回路624，可以計(jì)算決定形狀的參數(shù)，由原始物體分離得到的獨(dú)立物體的部分基于代表陣列顯微鏡的光學(xué)幾何參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)(由輸入單元628得到，例如一個(gè)用戶界面回路或者一個(gè)有形的記憶器658)?；芈?24也是可編程的，可以激活切割信號(hào)產(chǎn)生器630來產(chǎn)生一個(gè)電子輸出(例如一個(gè)電流脈沖)可以激活并控制具有空間上可調(diào)控的刀片的可調(diào)切割單元640的操作(刀片的位置和靜止方向都可以被調(diào)整)，根據(jù)獨(dú)立物體片段的計(jì)算出來的幾何參數(shù)?；芈?24可以被一個(gè)或多個(gè)微型處理器、電子信號(hào)處理器(DPS)、應(yīng)用專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或者其他相似的邏輯回路識(shí)別。系統(tǒng)600可能進(jìn)一步包括一個(gè)開關(guān)矩陣656來從切割信號(hào)產(chǎn)生器630輸出到可調(diào)的切割器單元來移動(dòng)，根據(jù)刀片下的原始物體來改變可調(diào)切割單元640的刀片位置，通過選擇的微線圈116或微線圈系統(tǒng)616，在一個(gè)單獨(dú)的部分14或在兩個(gè)或多個(gè)部分中。可選擇的，系統(tǒng)600可能包括大量切割信號(hào)產(chǎn)生器630，每個(gè)都結(jié)合并控制可調(diào)切割單元640中的給定刀片。
[0027]一個(gè)可見的非臨時(shí)性的計(jì)算機(jī)可讀記憶器658可以被提供來儲(chǔ)存執(zhí)行的命令，通過回路624來控制切割信號(hào)產(chǎn)生器630和開關(guān)矩陣656。例如，記憶器658可以被用來儲(chǔ)存確定決定在分割獨(dú)立物體片段過程中可調(diào)切割單元640位置的改變的幾何參數(shù)的程序編碼。有關(guān)于系統(tǒng)600的操作的其他信息也被存儲(chǔ)在那上面。記憶器658可以是隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電子可編程存儲(chǔ)器(EPROM或EEPR0M)、閃盤或其他存儲(chǔ)器，或者他們的結(jié)合，只要是適合存儲(chǔ)控制軟件和其他指令和數(shù)據(jù)的。熟悉這方面的熟練的技術(shù)員會(huì)了解本發(fā)明的程序和指令可以以很多形式發(fā)送到數(shù)據(jù)處理回路624中，但是不限制于這些，信息被永久存儲(chǔ)在不可寫的存儲(chǔ)器中，例如可以被計(jì)算機(jī)I/O讀出的設(shè)備(例如CD-ROM或DVD);信息也可以存儲(chǔ)在可寫的存儲(chǔ)器中(例如軟盤、可擦式閃盤和硬盤)，或者信息通過通訊工具被傳送到一個(gè)計(jì)算機(jī)上，包括有線的或無線的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。另外，當(dāng)本發(fā)明被應(yīng)用到某些軟件中時(shí)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的必要的功能可以采用部分或者全部的固件或硬件，例如組合邏輯、應(yīng)用專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他硬件或者是硬件、軟件、固件的組合。[0028]可以選擇性地在系統(tǒng)600和外置處理器(沒有顯示出來)間采用一個(gè)遙感單元660。數(shù)據(jù)處理回路624控制遙感單元660通過無線電頻率(RF)或者處理器的近端電感來接收和發(fā)送信息。
[0029]電源662將電傳送到系統(tǒng)600的各個(gè)組成部分，包括切割器640。電源662可能包括一個(gè)可充電或不可充電的電池或者一個(gè)發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電能。在一些實(shí)施例中，電池的充電由系統(tǒng)600中的外部充電器和感應(yīng)充電線圈間的近端感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。
[0030]值得一提的是，將許多獨(dú)立物體片段組織成物體數(shù)組時(shí)，在運(yùn)輸基板或者支撐板或者顯微鏡幻燈片上的獨(dú)立物體片段位置的精確性對于圖像校正和取得高效率是非常重要的。如果獨(dú)立物體片段位置的精確性較低，那么獨(dú)立物體片段必須要小于一般的尺寸(相較于物平面確定的陣列顯微鏡獨(dú)立物鏡的視野)。獨(dú)立物體片段位置精確性的容忍度取決于陣列顯微鏡的幾何形狀。對于圖2中陣列顯微鏡的幾何形狀，獨(dú)立物體片段最好放在物鏡視野中心相關(guān)的點(diǎn)周圍10微米以內(nèi)。
[0031]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一個(gè)方法和設(shè)備來定位運(yùn)輸基板或基片上的獨(dú)立物體片段的靜止方向。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)樣品運(yùn)輸幻燈片/基板/基片最好被預(yù)先打印或模仿(例如模塑)，使用一組可視的可感知的模式來指示區(qū)域的邊緣，或者至少一部分這樣的幻燈片/基板含有至少一些獨(dú)立物體片段。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，一個(gè)顯微鏡幻燈片700可以由一種透明的塑料模塑而成，這種材料具有一個(gè)能識(shí)別顯微鏡幻燈片獨(dú)立區(qū)域的表面。這個(gè)獨(dú)立區(qū)域可以在幻燈片上的預(yù)先設(shè)定好形狀的突出物710上形成(如圖7)，周圍圍著細(xì)槽720;或者壓痕周圍布滿肋狀物或脊?fàn)钗飦碜鳛檫吔?陰面，沒有被展示出來)。支撐樣品的基片的獨(dú)立區(qū)域確定的空間模式是依據(jù)于上述陣列顯微鏡物鏡數(shù)組的視野網(wǎng)格。這個(gè)模式的確定依據(jù)于陣列顯微鏡特定的幾何形狀。例如，對于一個(gè)存在的陣列顯微鏡系統(tǒng)，相鄰物鏡間的空間大約為2_，每個(gè)物鏡在物平面上視野的直徑大約為
0.25mm，放大率為-7X。當(dāng)把組織片段或獨(dú)立物體片段定位到一個(gè)預(yù)先設(shè)置好的幻燈片上來形成一個(gè)物體數(shù)組時(shí)，每個(gè)組織片段都需要被定位在相關(guān)預(yù)先設(shè)置的模式的邊緣內(nèi)。
[0032]在本發(fā)明一個(gè)相關(guān)的實(shí)施例中，通過使用孔板相關(guān)的支撐板來形成陣列顯微鏡特有的物體數(shù)組。一個(gè)孔板(微孔板)是一個(gè)具有許多凹陷的平板，經(jīng)常被當(dāng)成小試管用。微孔板在分析測試和臨床病理學(xué)測試實(shí)驗(yàn)室里(一個(gè)常用的用途是酶相關(guān)的免疫吸收劑實(shí)驗(yàn))已經(jīng)成為一個(gè)很普通的工具。傳統(tǒng)的微孔板具有6，24，96，384或者甚至1536個(gè)樣品孔，安排在一個(gè)2:3的矩形矩陣中。一些微孔板甚至具有3456或者9600個(gè)孔，一個(gè)數(shù)組帶的產(chǎn)品被發(fā)展來提供一個(gè)在可調(diào)的塑料袋上的連續(xù)帶的微孔板。根據(jù)相關(guān)繼續(xù)的教程，傳統(tǒng)的微孔板的每個(gè)孔可以放十公升到幾毫升的液體。孔可以使圓的也可以是方的。對于相關(guān)的存儲(chǔ)的應(yīng)用，方孔最好使用合適的硅樹脂。微孔板可以放在低溫下處理一長段時(shí)間，然后加熱來增加溶劑從孔里蒸發(fā)的速率，也可以用金屬薄片或透明膜熱封。
[0033]當(dāng)一個(gè)孔板被用來配合標(biāo)準(zhǔn)熒光顯微鏡來成像，一次只有有限個(gè)的獨(dú)立孔可以符合熒光顯微鏡物鏡的視野。因此，一個(gè)顯微鏡系統(tǒng)中一個(gè)孔板的使用需要擴(kuò)展空間上的掃描來成像每個(gè)孔板。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)孔板(獨(dú)立的孔可以基于陣列顯微鏡系統(tǒng)的幾何根據(jù)本發(fā)明步驟530決定的參數(shù)定位)和獨(dú)立孔中的獨(dú)立物體片段的輸送或支撐配合使用一個(gè)陣列顯微鏡(例如一個(gè)熒光陣列顯微鏡系統(tǒng))，其效率和產(chǎn)量就可以保證。配合本發(fā)明的陣列顯微鏡使用的孔板的一個(gè)非限制性的實(shí)施例如圖8所示。除了傳統(tǒng)的矩形網(wǎng)格，這些孔可以被安排在一個(gè)數(shù)組810中，包含大量格子820。每個(gè)小格子820的孔的尺寸被固定為填滿陣列顯微鏡物鏡310的獨(dú)立視野335內(nèi)。在這個(gè)特殊的例子中，在相鄰格子之間的空間a、b相關(guān)于陣列顯微鏡物鏡間的空隙。這種類型的熒光孔板810可以在不使用掃描的情況下，通過一個(gè)陣列顯微鏡的一個(gè)快照來成像。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中物體數(shù)組的大小和幾何形狀與成像數(shù)組系統(tǒng)匹配，這樣就沒有掃描的必要了。值得一提的是，由于制造具有大物鏡數(shù)組的陣列顯微鏡的限制和技術(shù)上的困難，可能限制還是更加有利的，相反的，物鏡數(shù)組的大小還是需要一定量的的掃描。因此，一個(gè)給定物體數(shù)組幾何形狀上的延伸有時(shí)可能會(huì)超過陣列顯微鏡系統(tǒng)物鏡數(shù)組的范圍。在這樣的情況下，掃描部分的成像操作不能完全被消除，陣列顯微鏡還是要進(jìn)行一定的掃描，如圖9所示，提供了陣列顯微鏡350 (圖3中的)的掃描/平移操作的一個(gè)特定模式，可以促進(jìn)圖4中物體數(shù)組的成像。根據(jù)行810，通常吧數(shù)組414分割為各個(gè)象限，陣列顯微鏡350的操作可以被原始化，例如，在如9A所示的第二象限中，獨(dú)立物體片段的快照定位在數(shù)組的第二象限中。然后，成像顯微鏡掃描/平移到第一象限中(如圖9B)進(jìn)行第二次快照，等等(如圖中箭頭920的逆時(shí)鐘方向，到圖9C再到圖9D)。然而，一般的，通過橫向平移陣列顯微鏡的物體數(shù)組，通過陣列顯微鏡系統(tǒng)的寬度，掃描才可以生效。
[0035]一般來說，重定格式或重建一個(gè)已經(jīng)被分割為各個(gè)部分或者組成了一個(gè)物體數(shù)組的物體，并使它符合陣列顯微鏡幾何形狀，這些操作的原則可以采用許多顯微鏡模式，包括以下這些但不僅僅限制于這些:亮視野顯微鏡，熒光顯微鏡，共聚焦顯微鏡。暗視野顯微鏡，相差顯微鏡和多光子顯微鏡。在形成物體數(shù)組時(shí)，要小心極低像素的原始物體，其攜帶的信息對于成像和物體評(píng)估秀逗很重要，這個(gè)信息很容易由于物體數(shù)組的信息被減少或丟失。一個(gè)相關(guān)的例子包含一整個(gè)腦組織片段的成像。在這種情況下，經(jīng)常需要保護(hù)整個(gè)腦組織的片段。整個(gè)片段不同特征的位置非常重要。例如人腦組織，這個(gè)片段的尺寸大概為6英寸到8英寸。
[0036]本發(fā)明以上述的實(shí)施例為例，使在本領(lǐng)域技術(shù)熟練的人員理解，上述的方案可以在離開本發(fā)明的概念以上被應(yīng)用。進(jìn)一步地，本發(fā)明的概念或者一部分的概念可以用非上述的方法組合使用。因此，本發(fā)明不能僅僅局限于上述討論的方案。
【權(quán)利要求】
1.一種使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，包括:在一個(gè)由陣列顯微鏡系統(tǒng)的物鏡數(shù)組決定的空間模式下的陣列顯微鏡系統(tǒng)的物平面上定位由所述物體得來的獨(dú)立物體片段，使用陣列顯微鏡系統(tǒng)在一次快照中產(chǎn)生獨(dú)立物體片段的大量的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:所述定位包括定位獨(dú)立物體片段，其最大尺寸不得超過物平面上陣列顯微鏡的獨(dú)立物鏡的視野尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:所述定位包括由一個(gè)空間 連續(xù)的生物組織形成大量的獨(dú)立物體片段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:所述定位包括在同一個(gè)模式下陣列顯微鏡的物平面上定位所述獨(dú)立物體片段，取決于以下的至少一個(gè)(i)由物體數(shù)組決定的一個(gè)空間格子；(ii)陣列顯微鏡物鏡的放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:還包括使用一個(gè)自動(dòng)切割工具將物體分割為獨(dú)立的物體片段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:所述定位包括把獨(dú)立物體片段定位在一個(gè)孔板的大量孔中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:所述定位包括將獨(dú)立物體片段放到具有平板印刷表面的基板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:所述定位包括將獨(dú)立物體片段放到具有蝕刻表面的基板上。
9.一種使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，包括:取得代表物體數(shù)組參數(shù)的第一數(shù)據(jù)；根據(jù)得到的第一數(shù)據(jù)將連續(xù)的物體形成物體數(shù)組。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:還包括使用數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)回路得到代表陣列顯微鏡幾何參數(shù)的第二數(shù)據(jù)，至少包括基于部分的第二數(shù)據(jù)得到第一數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:包括通過用戶輸入端得到第二數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:包括得到第二數(shù)據(jù)，包括至少以下的一項(xiàng)(i)由陣列顯微鏡系統(tǒng)物平面確定的陣列顯微鏡系統(tǒng)獨(dú)立物鏡視野的幾何尺寸；(ii)在物平面上的陣列顯微鏡獨(dú)立物鏡的視野形成的模式的描述符。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:取得第一數(shù)據(jù)包括至少確定物體數(shù)組相鄰元素間的間距，或物體數(shù)組獨(dú)立元素的幾何尺寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:得到物體數(shù)組包括從一個(gè)空間上連續(xù)的物體形成獨(dú)立的不同的物體片段，每個(gè)物體片段的最大尺寸不得超過陣列顯微鏡系統(tǒng)物平面決定的陣列顯微鏡系統(tǒng)獨(dú)立物鏡視野的大小。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:得到物體數(shù)組包括將物體數(shù)組的各個(gè)元素定位在一個(gè)孔板上的各個(gè)孔中。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:得到物體數(shù)組包括從一個(gè)空間上連續(xù)的物體形成獨(dú)立的的物體片段，每個(gè)片段的大小和形狀都相同，且與第一數(shù)據(jù)確定的大小和形狀一致。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用陣列顯微鏡系統(tǒng)成像物體的方法，其特征在于:還包括使用陣列顯微鏡在同一次無掃描的快照中成像物體數(shù)組。
18.用于使用陣列顯微鏡的制造產(chǎn)品，包括:一個(gè)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)回路；一個(gè)有形的非臨時(shí)性的包含編碼程序的存儲(chǔ)器，其被上傳到數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)回路中，使得這個(gè)回路:得到代表陣列顯微鏡系統(tǒng)光學(xué)幾何參數(shù)的第一數(shù)據(jù)；基于或至少部分基于得到的第一數(shù)據(jù)，產(chǎn)生代表物體數(shù)組參數(shù)的第二數(shù)據(jù)；以及激活陣列顯微鏡系統(tǒng)不使用掃描而產(chǎn)生物體數(shù)組的一個(gè)無修飾的圖像。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于使用陣列顯微鏡的制造產(chǎn)品，其特征在于:所述代表陣列顯微鏡光學(xué)幾何參數(shù)的第一數(shù)據(jù)至少包括以下之一(i)由陣列顯微鏡物平面確定的陣列顯微鏡獨(dú)立物鏡的視野的幾何尺寸；(ii)在物平面上由陣列顯微鏡系統(tǒng)的獨(dú)立物鏡視野形成模式的描述符。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于使用陣列顯微鏡的制造產(chǎn)品，其特征在于:所述有形的非臨時(shí)性的存儲(chǔ)器還包括可以激活一個(gè)切割工具的回路的程序編碼，所述切割工具將物體切割成空間上不同的物體片段。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于使用陣列顯微鏡的制造產(chǎn)品，其特征在于:每個(gè)空間上不同的獨(dú)立物體片段的最大尺寸必須小于陣列顯微鏡物平面確定的陣列顯微鏡獨(dú)立物鏡的視野大小。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于使用陣列顯微鏡的制造產(chǎn)品，其特征在于:空間上不同的物體片段的大小和形狀都相同，且與第二數(shù)據(jù)確定的大小和形狀一致。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于使用陣列顯微鏡的制造產(chǎn)品，其特征在于:所述有形的非臨時(shí)性的存儲(chǔ)器中還包含可以控制陣列顯微鏡系統(tǒng)在同一次無掃描的快照中成像物體數(shù)組的程序編碼。
【文檔編號(hào)】G02B21/36GK103676129SQ201310493470
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月28日
【發(fā)明者】周丕軒 申請人:美國帝麥克斯公司