样品的光学切片以及样品中颗粒的检测

申请号 CN200980155741.4 申请日 2009-12-04 公开(公告)号 CN102301269B 公开(公告)日 2017-05-03
申请人 皇家飞利浦有限公司; 发明人 T·欧勒森; M·C·威维克; N·A·拉森; R·H·桑德伯格;
摘要 本 发明 涉及用于获取按样品设备配置的样品的多个图像的装置、方法和系统。所述装置包括至少一个第一光学检测组件,所述第一光学检测组件具有光轴和至少一个移动单元,所述移动单元被配置为使所述样品设备和第一光学检测组件相对于彼此地移动。所述样品设备和第一光学检测组件之间的相对移动沿着扫描路径进行,该移动定义了与光轴之间的 角 度θ,其中θ大于0度。
权利要求

1.一种用于研究非均质液体样品的装置,其中包括获取所述样品的多个图像,所述样品被设置成与样品设备相关,所述装置包括:
a)至少一个第一光学检测组件,所述第一光学检测组件包括至少一个第一图像采集设备,所述第一光学检测组件包括光轴和物面,所述物面包括图像采集区,来自图像采集区的电磁波能被所述第一图像采集设备检测为图像;
b)至少一个移动单元,所述移动单元被配置为使所述样品设备和所述第一光学检测组件相对于彼此地移动;
c)外壳,所述外壳被配置为支撑所述第一光学检测组件和所述移动单元,其中所述第一光学检测组件和所述移动单元被配置为使所述样品设备的至少一部分与所述图像采集区相交;
d)还包括图像照明设备,所述图像照明设备用于将所述样品暴露于电磁辐射中;
其中,所述样品设备和所述第一光学检测组件的相对于彼此的移动沿着扫描路径进行,所述扫描路径定义与所述光轴之间的夹θ,其中,所述夹角θ的范围是60到89.7度,并且所述图像照明设备被配置为经过所述图像采集区向所述图像采集设备发射电磁波。
2.如权利要求1所述的装置,还包括用于存储所述多个图像的存储设备。
3.如权利要求1所述的装置,还包括图像分析设备,用于分析所述第一图像采集设备记录的图像。
4.如权利要求3所述的装置,其中所述图像分析设备包括模式识别算法
5.如权利要求4所述的装置,其中所述模式识别算法适于确定在所述样品的所述物面的哪个位置,至少部分所述多个图像中出现的对象处在焦点处。
6.如权利要求3所述的装置,其适于提供所述样品的光学切片。
7.如权利要求6所述的装置,还包括组合单元,所述组合单元被配置为组合所述光学切片的一组图像成为所述样品的二维和/或三维重建
8.如权利要求3所述的装置,还包括至少一个控制单元,所述控制单元被配置为控制所述至少一个移动单元和所述第一图像采集设备的图像采集。
9.如权利要求8所述的装置,其中所述控制单元包括所述图像分析设备。
10.如权利要求3所述的装置,所述装置适于确定被设置成与所述样品设备相关的非均质液体样品的体积的至少一个参数。
11.如权利要求10所述的装置,其适于获取并且分析图像直到预定数量的颗粒被识别,并且其中所述样品的所述体积的被成像和分析的部分的大小同时被确定。
12.如权利要求11所述的装置,其中在所述非均质液体样品中具有预定质量的所述颗粒的浓度由所述预定数量的具有预定质量的颗粒以及所述体积的被成像和分析的部分的所述大小所确定。
13.如权利要求3所述的装置,其中所述图像分析设备包括边界识别单元,所述边界识别单元被配置为识别所述样品在所述图像中的至少一个边界。
14.如权利要求13所述的装置,其中所述边界识别单元被配置为识别由第一界限限定的第一边界和由第二界限限定的第二边界,所述第一界限大体上平行于所述扫描路径,所述第二界限大体上平行于所述第一界限。
15.如权利要求14所述的装置,其中所述样品的被分析的体积由对所述第一和第二边界之间的间距的测量确定。
16.如权利要求14所述的装置,其中所述非均质液体样品的被分析的体积由对所述第一和第二边界之间的间距的测量、所述图像采集区的尺寸和被扫描的路径的长度确定。
17.如权利要求12所述的装置,其中所述非均质液体样品的所述体积的被分析的部分由所述图像采集区的尺寸和被扫描的路径的长度限定。
18.如权利要求1所述的装置,其中采集图像的沿所述扫描路径的位置通过所述至少一个移动单元的读数获取。
19.如权利要求1所述的装置,其中所述至少第一光学检测组件包括至少一个光学元件,所述光学元件包括焦平面,其中所述焦平面与所述物面重合。
20.如权利要求1所述的装置,其中所述扫描路径大体上与所述物面垂直,并且所述光学检测组件按照Scheimpflug原理配置。
21.如权利要求1所述的装置,所述夹角θ的范围是60到89.5度。
22.如权利要求1所述的装置,其中所述光学检测组件包括至少一个第一光阑。
23.如权利要求22所述的装置,其中所述光阑具有可调开口,所述可调开口允许调节所述物面的景深。
24.如权利要求1所述的装置,其中所述图像采集设备包括CCD芯片。
25.如权利要求1所述的装置,包括第二图像采集设备,所述第二图像采集设备的图像分辨率比所述第一图像采集设备的图像分辨率高。
26.如权利要求1所述的装置,还包括第二移动单元,所述第二移动单元被配置为使所述样品设备和所述第一光学检测组件相对于彼此地移动。
27.如权利要求1所述的装置,其中所述移动单元以大体上旋转的方式使所述样品设备和所述至少一个光学检测组件相对于彼此地移动。
28.如权利要求27所述的装置,其中所述移动单元在两个连续图像之间以大体相同的预定角度步长使所述样品设备和所述至少一个光学检测组件相对于彼此地移动,包括预定角度步长的范围是0.01度到1度。
29.如权利要求27所述的装置,其中所述样品设备旋转,所述光学检测组件沿着所述旋转运动的径向轴移动。
30.如权利要求1所述的装置,还包括图像照明设备,所述图像照明设备用于将样品暴露于辐射中。
31.如权利要求30所述的装置,其中,所述辐射的波长的范围是200nm到1100nm。
32.如权利要求3所述的装置,其中所述图像分析设备适于识别非均质液体样品中的非均质物。
33.如权利要求32所述的装置,其中所述非均质物包括颗粒。
34.如权利要求33所述的装置,其中所述颗粒包括生物来源的颗粒,所述生物来源的颗粒选自细菌、古生菌、酵母真菌、花粉、病毒、白血球、颗粒性白血球、单核细胞、红血球、凝血细胞、卵母细胞、精子、受精卵、干细胞、体细胞、酵母细胞、胚细胞和cygotes组成的组。
35.如权利要求3所述的装置,适于确定样品中白血球的定性参数。
36.如权利要求3所述的装置,适于确定样品中白血球的定量参数。
37.如权利要求3所述的装置,适于确定样品中被原虫类寄生虫感染的红血球的数量。
38.如权利要求3所述的装置,适于评估癌症病人的身体状态以及所述病人对于化疗治疗的准备程度。
39.如权利要求33所述的装置,其中所述颗粒是非生物来源的,所述颗粒是金属碎片、油中的滴、颜料中的色素和水中的污染物。
40.如权利要求8所述的装置,其中所述至少一个控制单元包括反馈回路,所述反馈回路用于重复执行序列,所述序列包括:
a.采集图像;
b.分析所述图像;和
c.调整所述样品设备和所述光学检测组件之间的相对位置。
41.如权利要求40所述的装置,适于追踪所述样品中的颗粒。
42.如权利要求19所述的装置,其中所述至少一个光学元件的景深大于或等于所述至少一个移动单元的步长。
43.一种用于获取非均质液体样品多个图像的方法,所述方法包括:
a)配置所述样品与样品设备相关;
b)按照根据权利要求1所述的装置配置所述样品设备;
c)在扫描长度上,使所述样品设备和所述第一光学检测组件相对于彼此地移动,所述移动包括在沿着第一扫描路径方向的移动,所述第一扫描路径定义了与所述光轴之间的夹角θ,其中,所述夹角θ的范围是60到89.7度;
d)其中,来自所述图像照明设备的电磁波经过所述图像采集区向所述图像采集设备发射;
e)获取所述多个图像。
44.如权利要求43所述的方法,还包括分析所述第一图像采集设备记录的所述图像。
45.如权利要求44所述的方法,其中所述分析包括识别在所述图像中的对象的边缘。
46.如权利要求44所述的方法,其中,至少一种模式识别算法被使用以分析所述图像。
47.如权利要求46所述的方法,其中所述模式识别算法辨别所述图像中不同亮度的区域。
48.如权利要求46所述的方法,其中所述模式识别算法识别所述图像中较亮的区域和较暗的区域之间的过渡。
49.如权利要求44所述的方法,其中,对描述给定样品的相邻部分的多个图像进行分析,以确定所述物面在沿所述扫描路径的哪个位置处,出现在几个所述图像中的对象处在焦点处。
50.如权利要求49所述的方法,包括确定在所述图像中的所述对象的面积。
51.如权利要求49所述的方法,其中所述扫描路径上使所述对象处于焦点处的所述物面的位置,由描述所述对象在所述图像中的面积与所述扫描路径上的位置的关系曲线确定。
52.如权利要求43所述的方法,其中所述样品的三维重建通过对沿所述扫描路径获取的所述多个图像中的至少一部分进行计算上的组合获得。
53.如权利要求43所述的方法,其中所述样品的二维重建可以通过对沿所述扫描路径获取的所述多个图像中的至少一部分进行计算上的组合获得。
54.如权利要求44所述的方法,其中至少一个所述样品与其周围环境的样品边界在至少一个所述图像中被识别。
55.如权利要求44所述的方法,其中所述样品被配置在样品设备中,所述样品设备包括至少一个第一和第二界限,其中第一样品边界由所述第一界限限定,并且第二样品边界由所述第二界限限定。
56.如权利要求55所述的方法,其中所述第一和第二界限大体上互相平行,并且平行于所述扫描路径。
57.如权利要求44所述的方法,其中,当所述样品被配置成与包括支撑物的样品设备相关时,所述支撑物大体上平行所述扫描路径。
58.如权利要求57所述的方法,其中所述样品是被配置在所述支撑物上的一滴液体样品,所述方法包括:识别包括所述样品和所述支撑物之间的界面的第一样品边界,和识别包括所述样品和周围环境之间的界面的第二样品边界。
59.如权利要求55所述的方法,包括确定所述第一和第二边界的间距。
60.如权利要求59所述的方法,包括通过所述第一和第二样品边界的间距、所述样品的已扫描的长度以及所述图像采集区的尺寸,确定所述样品的被分析的体积。
61.如权利要求60所述的方法,包括通过所述第一和第二样品边界的间距、第三和第四样品边界的间距以及所述样品的已扫描的长度,确定所述样品的所述体积的被分析的部分。
62.如权利要求44所述的方法,还包括读取在所述样品设备上的编码所提供的信息。
63.如权利要求44所述的方法,包括获取并分析图像直到具有预定质量的预定数量的颗粒被识别,其中所述非均质液体样品的体积的被成像和分析的部分的大小被确定。
64.如权利要求63所述的方法,包括通过所述预定数量的具有预定质量的颗粒和所述体积的被成像和分析的部分的所述大小,确定在所述非均质液体样品中具有预定质量的所述颗粒的浓度。
65.如权利要求43所述的方法,包括通过沿所述扫描路径扫描所述样品一次获取所述多个图像。
66.如权利要求44所述的方法,其中所述分析组合沿所述扫描路径的多次扫描,每次扫描都包括至少一个图像。
67.如权利要求66所述的方法,其中至少一个第一扫描具有第一步长和第一图像分辨率,其中至少一个第二扫描具有第二步长和第二图像分辨率,而且其中所述第一步长大于或等于所述第二步长,而且其中所述第一图像分辨率小于或等于所述第二图像分辨率。
68.如权利要求67所述的方法,其中所述第一扫描中的所述图像用具有较低分辨率的第一图像采集设备记录,而所述第二扫描中的所述图像用具有较高分辨率的第二图像采集设备记录。
69.如权利要求67所述的方法,其中所述第一扫描的所述图像通过使用分组CCD芯片获取。
70.如权利要求44所述的方法,包括确定被配置成与所述样品设备相关的非均质液体样品的体积的至少一个参数。
71.如权利要求70所述的方法,其中当获取所述多个图像的至少一部分时,所述样品大体上处于静止状态。
72.如权利要求70所述的方法,其中所述非均质液体样品中的非均质物包括颗粒。
73.如权利要求72所述的方法,其中所述颗粒包括生物来源的颗粒,所述生物来源的颗粒选自细菌、古生菌、真菌、花粉、病毒、白血球、单核细胞、红血球、凝血细胞、卵母细胞、精子、受精卵、干细胞、体细胞、酵母细胞、胚细胞和cygotes组成的组。
74.如权利要求70所述的方法,包括确定样品中白血球的定性参数。
75.如权利要求70所述的方法,包括确定样品中白血球的定量参数。
76.如权利要求70所述的方法,包括确定样品中被原虫类寄生虫感染的红血球的数量。
77.如权利要求70所述的方法,包括评估癌症病人的身体状态以及所述病人对于化疗治疗的准备程度。
78.如权利要求72所述的方法,其中所述颗粒是非生物来源的,所述颗粒是金属碎片、油中的水滴、颜料中的色素和/或水中的污染物。
79.如权利要求43所述的方法,其中所述样品的至少一部分被来自至少一个第一图像照明设备的电磁波照射。
80.如权利要求79所述的方法,其中所述样品的至少一部分被来自至少一个第二图像照明设备的电磁波照射。
81.如权利要求79所述的方法,其中所述图像照明设备发射的电磁波的范围是200nm到
1100nm。
82.如权利要求70所述的方法,其中所述至少一个第一图像采集设备检测图片,所述图片包括响应化学发光过程从所述样品中的所述非均质物发出的光。
83.如权利要求43所述的方法,其中所述至少一个移动单元以大体上连续的方式使所述样品设备和所述至少一个光学检测组件相对于彼此地移动,并且以两个连续图像之间的预定时间间隔获取多个图像。
84.如权利要求43所述的方法,其中所述移动单元在两个连续图像之间以大体相同的预定步长使所述样品设备和所述至少一个光学检测组件相对于彼此地移动。
85.如权利要求43所述的方法,还包括沿着与所述扫描路径成一定角度的轴使所述样品设备和所述第一光学检测组件相对于彼此地移动。
86.如权利要求43所述的方法,包括以大体上旋转的方式使所述样品设备和所述至少一个第一光学检测组件相对于彼此地移动。
87.如权利要求86所述的方法,其中所述移动单元在两个连续图像之间以大体相同的预定角度步长使所述样品设备和所述至少一个第一光学检测组件相对于彼此地移动。
88.如权利要求86所述的方法,其中所述样品设备旋转的同时所述光学检测组件沿着所述旋转运动的径向轴移动。
89.如权利要求70所述的方法,其中多个图像被采集并分析直到具有预定质量的预定数量的颗粒被识别,并且所述样品的所述体积的被成像和分析的部分的大小同时被确定。
90.如权利要求89所述的方法,其中在所述非均质液体样品中具有预定质量的所述颗粒的浓度,由所述预定数量的具有预定质量的颗粒以及所述体积的被成像和分析的部分的所述大小确定。
91.如权利要求70所述的方法,包括:
a.采集至少一个图像;
b.分析所述图像;和
c.调整所述样品设备和所述光学检测组件的相对位置。
92.如权利要求91所述的方法,适于追踪所述非均质液体样品中的颗粒。
93.一种用于获取样品的多个图像的系统,所述系统包括:
a)如权利要求1所述的装置;和
b)样品设备,所述样品设备适于容纳所述样品,并且所述样品设备被设置成与所述装置相关。
94.如权利要求93所述的系统,其中,当获取所述多个图像的至少一部分时,被设置成与所述样品设备相关的样品处于静止状态。

说明书全文

样品的光学切片以及样品中颗粒的检测

技术领域

[0001] 本发明涉及用于样品的光学切片的方法、装置和系统。该样品可以是包含颗粒的受限的非均质液体样品,该光学切片能用于确定表征所述颗粒特征的一个或多个参数。本发明还涉及确定受限的样品的体积,以确定在该体积中颗粒的浓度。上述颗粒可以是生物来源的,例如胚胎,细菌,寄生虫,真菌或细胞。细胞可以是血球,例如红、白血球,体细胞酵母细胞,卵母细胞,胚细胞,cygotes以及血小板。上述颗粒也可以是非生物来源的,例如金属碎片,油中的滴,或者是液体中的气泡,颜料中的色素以及水中的污染物。经常需要确定样品中的颗粒浓度,例如在诊断病人时,样品中白血球的浓度是用于确诊实际疾病的一个参数,或者在监视机器的状态时,来自发动机的油样品中的颗粒数量可在潜在的问题变得严重之前,指出潜在的问题。

背景技术

[0002] 有很多方法可以确定样品中的颗粒浓度。其中的一种方法是流式细胞术。流式细胞术需要相当昂贵的设备,这是因为第一,流速必须精确的控制和测量以得到对体积的足够精确的测量,第二,为了当颗粒通过检测器时,从存在于检测器中的颗粒得到可靠的数据,检测系统必须在很短的采集时间内工作。Laor(US 2006/0084125)描述了用于检测液体样品中生物颗粒的系统,其中液体样品流过样品室,光学检测设备的物面与流动方向成非零度。
[0003] 另一种确定样品中的颗粒浓度的方法是通过人工或自动检测,在显微镜下观察样品并对受限于已知体积的颗粒进行计数。Olesen等在公开号为WO 2008/010761的国际专利申请中描述了这样的方法和装置。在该方法中,样品的一部分被成像到如二维CCD相机的图像记录仪,并且通过朝图像记录仪发送光穿过样品来生成图像。由于颗粒必须能透过样品可见并可测,样品被成像的部分的厚度是有限的。如果样品太厚,光线在样品中就会被分散和吸收,得到的图像的质量就比较差。样品中的一些颗粒甚至可能在其他颗粒的阴影中,这样就很难或者无法精确的对颗粒计数。图像的尺寸将受限于图像记录仪的分辨率,从而使可能用于颗粒检测和计数的样品的体积受到限制。只要待计数的颗粒浓度与体积的大小和颗粒的大小相适合,这就不是一个严重的问题。但是如果浓度较高,就很难进行精确的测量甚至无法检测。在这种情况下稀释样品可以解决测量问题,但是只有到开始测量之后,才知道要稀释。如果浓度较低,测量的统计数据就不准确,因为对于颗粒数量和体积大小的小偏差都会对结果产生很大的影响。在这种情况下,应该对较大的体积进行测量。尤其是当使用Olesen等人在公开号为WO 2008/010761的国际专利申请中描述的方法来测量不同白血球的分布时,该方法可能无法达到目标。在这种情况下准确的统计数据是很重要的,但是由于样品体积受限,如果一种或多种白血球种类的数量较低,统计确定性可能较差。
[0004] Yamada在US 2008/0100703中描述了一种显微镜系统,其可以使样品焦点图具有比能够被显微镜成像的面积更大的面积。当获取所述样品的不同区域的图像时,使用来自焦点图的信息。这些图像随后被组合以提供样品的更大的图像。样品的不同区域的图像是这样获取的:在一个区域内获取不同深度的多个图像,相对于彼此移动样品和检测系统,然后获取另一个区域的图像。样品和光学检测组件的相对于彼此地移动与光学检测组件的物面平行,即光轴和扫描路径互相垂直,并且样品设备的表面与物面平行,即表面的法线与光轴平行。

发明内容

[0005] 本发明的一个目的的是提供用于样品的光学切片的方法、装置和系统,其中,通过沿扫描路径相对于彼此地移动所述样品和光学检测组件,使样品的至少一部分被扫描,并且光学检测组件的光轴与所述扫描路径成非零夹角。
[0006] 在一个实施例中,本发明提供的装置、方法和系统可以用于研究非均质液体样品,其中,与上述提到的方法相比,用于研究样品的光学检测组件对被分析体积的限制较小,而且所述的装置操作简单。已经发现同时使用本实施例的装置和系统提供的方法比使用流式细胞术的方法更有利,尤其是已经观察到至少部分如流式细胞术体现的流辅助方法的问题和缺点可避免。对非均质液体样品的研究对于获取样品中颗粒的信息是有用的。相关信息可以是样品中的颗粒的计数,或者是样品选定体积中的颗粒浓度。相关信息还可以是关于颗粒的一个或多个参数,例如颗粒的类型和大小。
[0007] 这样,根据本发明的一个实施例,提供了一种用于获取被配置成与样品设备相关的样品的多个图像的装置。所述装置包括:至少一个第一光学检测组件,所述第一光学检测组件包括至少一个第一图像采集设备。第一光学检测组件包括光轴和物面。所述物面包括图像采集区,来自图像采集区的电磁波能被第一图像采集设备检测为图像。所述装置还包括至少一个移动单元,所述移动单元被配置为使所述样品设备和所述第一光学检测组件相对于彼此地移动。所述装置还包括外壳,所述外壳被配置为支撑所述第一光学检测组件和所述移动单元,其中所述第一光学检测组件和所述移动单元被配置为使所述样品设备的至少一部分与所述图像采集区相交。所述样品设备和所述第一光学检测组件的相对移动沿着扫描路径,所述移动定义了与光轴之间的夹角θ,其中θ大于0。
[0008] 本发明还提供一种用于获取样品多个图像的方法。所述方法包括:配置所述样品与样品设备相关,并且配置所述样品设备与用于获取多个图像的装置相关。所述装置包括至少一个第一光学检测组件,所述第一光学检测组件包括至少一个第一图像采集设备。所述第一光学检测组件包括光轴和物面。所述物面包括图像采集区,来自图像采集区的电磁波能被所述第一图像采集设备检测为图像。所述图像采集区与所述样品的至少一部分相交。沿第一扫描路径,在一段扫描长度上,所述样品设备和所述第一检测组件相对于彼此地移动。所述扫描路径和光轴成θ角,θ大于0。所述方法还包括获取所述多个图像。
[0009] 本发明还提供了一种用于获取样品的多个图像的系统。所述系统包括样品设备和装置,所述装置包括至少一个第一光学检测组件,所述第一光学检测组件包括至少一个第一图像采集设备。所述装置的第一光学检测组件包括光轴和物面。所述物面包括图像采集区,来自图像采集区的电磁波能被所述第一图像采集设备检测为图像。本系统的装置还包括至少一个移动单元,所述移动单元被配置为相对于彼此移动所述样品设备和所述第一光学检测组件。所述装置还包括外壳,所述外壳被配置为支撑所述第一光学检测组件和所述移动单元,其中所述第一光学检测组件和所述移动单元被配置为使所述样品设备的至少一部分与所述图像采集区相交。所述样品设备和所述第一光学检测组件相对于彼此的移动沿着扫描路径,所述移动定义了与光轴之间的夹角θ,其中θ大于0。
[0010] 原则上,扫描路径可以包括物面与样品的任何相对移动。尤其是,扫描路径可以包括被配置为沿着扫描轴的大体上为直线的扫描线。扫描路径还可以由大体上的旋转运动所定义,在这种情况下,角度θ是所述光轴和所述旋转运动的局部切线所成的角度。在一个实施例中,扫描路径受限于平面,例如直线,圆圈运动,螺旋运动,或任何其他合适的路径。
[0011] 在本申请的上下文中,短语“光学”和“光学的”用于描述整个电磁波谱范围,并且尤其包括波长在约0.01nm到约15km范围内的电磁波。换言之,短语“光学”和“光学的”并不限于可见光波长范围内的电磁波和用于操纵和检测这类波长的设备,而是可能涉及到X射线范围、紫外线范围、可见光范围、红外范围、声波范围和任何其他可用于分析样本的波长范围。相应的,短语“图像”用于描述包括从约0.01nm到约15km波长范围的在整个电磁波范围的电磁波的空间解析记录(spatially resolved recording)。换言之,短语“图像”并不限于代表具有可见光范围波长的电磁波的图像,还包括代表具有在这个范围之外的波长的电磁波的图像。因此,图像可以表达在例如X射线范围、紫外线范围、可见光范围、红外线范围、超声波范围和任何其他可用于分析和成像样品的波长范围的信号
[0012] 在本申请中,“光学检测组件”是包括至少一个图像采集设备的单元,所述图像采集设备能够获取射到所述采集设备的电磁波的图像。可选的,光学检测组件还包括光束整形和光束定向的光学器件,例如透镜、光圈和镜子。
[0013] 光学检测组件的“光轴”是一条假想的线,其定义了一条路径,光沿着这条路经从样品传播到图像采集设备。如果光学检测组件包括能够改变光路方向的光学元件,那么光轴被定义是一条假想的线,光沿着该假想的线所定义的路经从样品传播到改变光路方向的第一光学元件。
[0014] 短语“非均质样品”用于描述包括非均质物(inhomogeneities)的样品,所述的非均质物不是样品的基础材料的固有部分。包括生物颗粒的液体样品或包括碎片的油样品只是非均质样品的两个例子。
[0015] 本发明的上下文中,短语“大体上处于静止状态”指一种状态,其中非均质液体样品中的颗粒的移动不会影响样品的参数(例如样品中颗粒的参数)的确定。在一个实施例中,大体上处于静止状态指一种状态,其中在获取一系列空间移位图像中的两个相邻图像之间所经过的一段时间内,颗粒的移动应该远小于所述两个相邻图像之间的距离,例如颗粒的移动是所述距离的十分之一。在一个实施例中,大体上处于静止状态指一种状态,其中在采集所述多个图像的至少一部分时,所述液体样品没有质量流动(mass flow)。在为细胞及其内部成像的实施例中,细胞的移动可以在一定程度上受到限制,使得可以获得细胞的足够清晰的图像,从而与例如细胞核相关的详细信息可以被确定。在适于确定关于细胞的参数的实施例中,术语“大体上处于静止状态”可以意味着在采集图像期间,所述细胞的移动被限制在景深(DOF)内或景深的一小部分内,例如景深的千分之一、百分之一、十分之一、五分之一或三分之一。所述的景深可以在0.1微米至200微米的范围内。从而,处于静止状态的液体样品中的颗粒的移动可能少于每秒0.001微米,如小于0.01微米每秒,如小于0.1微米每秒,如小于每秒1微米。在本实施例中,颗粒参数可以是细胞中的细胞核的数量和大小,或者是细胞核之间的距离。在一个实施例中颗粒的详细信息并不是所关心的,例如颗粒的计数,对颗粒移动的限制为只要该移动不影响对颗粒的计数即可。因此,待计数的颗粒的移动可以是小于0.01微米每秒,如小于0.1微米每秒,如小于1微米每秒,如小于10微米每秒,如小于100微米每秒,如小于1毫米每秒。
[0016] 在这里景深被定义为与光学器件的距离范围,在这个范围内,对象的图像大体上不受到距焦平面位置的影响。焦平面的定义为一个平面,在这个平面处可以达到最好的成像分辨率。术语大体上未受影响的含义是指,体现对象特征的估计的参数基本上没有受到移动的影响。在一个实施例中,大体上未受影响指景深内在给定位置的点源的强度分布的FWHM(半高宽)与焦平面内点源的强度分布的FWHM的比值小于5,例如小于2,如小于1.5,如小于1.25,如小于1.1,如小于1.05。
[0017] 在一个实施例中,本发明提供的装置和系统包括存储设备,用于存储图像采集设备采集的图像。所述存储设备可以包括易失性存储单元,例如随机存取存储器单元,或者非易失性存储器,例如硬盘,闪存驱动器,光盘,DVD,蓝光光盘或类似存储介质。
[0018] 第一图像采集设备记录的图像可以用图像分析设备分析。在一个实施例中,图像分析设备包括模式识别算法。在一个实施例中,这些模式识别算法适于比较描述给定样品的相邻部分的多个图像,并借此确定在什么时候,颗粒处于光学检测组件的焦平面中。在一个实施例中,图像分析设备包括边缘识别单元,用于识别图像中的对象的边缘。这些边缘可以作为所述图像中较亮的区域和较暗的区域之间的过渡被识别。
[0019] 在一个实施例中,液体样品中的颗粒的位置通过分析沿所述扫描路径获取的一系列图像确定。所述图像中的所述颗粒的大小在每一个图像中都被评估,而且描述所述图像中所述颗粒的面积与所述扫描路径上的位置的关系曲线可以被绘制。该曲线的最小值就代表所述物面的位置,在该位置颗粒处于焦点处,例如颗粒被定位在焦平面的位置。
[0020] 在一个实施例中,本发明的装置和系统适于提供所述样品的光学切片。组合单元可以被配置为组合所述光学切片的图像成为所述样品的三维重建。二维表示也可以通过利用本发明实现。图像分析单元可以被配置为组合沿所述扫描路径的和/或沿不同轴的两个或多个扫描获得的图像。
[0021] 在一个实施例中,对采集的图像的存储和/或分析可以在一个或多个外部单元中进行,本发明提供的装置和系统可以包括用于连接外部单元的连接单元。所述外部单元可以是如上面描述的存储设备和/或图像分析设备。在一个实施例中,外部设备可以包括个人电脑,如笔记本电脑,所述个人电脑配备存储设备和/或用于分析所述图像的软件。在一个实施例中,连接单元包括串行连接,如USB端口。在一个实施例中,所述连接包括无线连接,例如通用分组无线业务调制解调器(GPRS),蓝牙天线或WiFi天线。还有其他形式的连接端口,如以太网连接或并行连接也可使用。连接单元还可以包括因特网连接,用于在远程存储设备存储图像和其它数据,所述远程存储设备例如是从一个或多个装置中收集图像的远程放置的服务器。这些数据可以存储供以后分析或参考使用。
[0022] 在一个实施例中,所述装置包括至少一个控制单元,所述控制单元被配置为控制所述移动单元和所述第一图像采集设备的图像采集。所述控制单元还可以包括分析设备,用于分析采集设备采集的图像。
[0023] 在一个实施例中,本发明提供的装置和系统适于确定配置成与所述样品设备相关的非均质样品的体积的至少一个参数。所述参数原则上可以是任何可测量参数,例如体积中的颗粒的总数,体积中的特定颗粒的数量,体积中的不同颗粒的数量,体积的大小或者体积的形状。
[0024] 对于某些应用,对给定的样品的分析要求预订数量的颗粒被计数,以提供不确定性较低的统计。在一个实施例中,所述装置和系统适于获取并且分析图像直到预定数量的颗粒被识别。所述样品的被成像和分析的部分的体积可以同时被确定。所述样品中的颗粒的浓度可以由颗粒的预定数量以及已确定的所述样品的被成像和分析的部分的体积确定。而且,非均质样品中的颗粒的数量可以由预定的质量或确定性所决定,所述样品中的颗粒的浓度可以由已确定的所述样品的被成像和分析的部分的体积确定。本领域的技术人员可以理解,进行分析的质量可以由用户调整,同时还可以调整分析时间,从而可以以简单的方式进行质量时间比优化,并且获得较大的质量/时间范围。
[0025] 在测量过程中获取了多个图像,图像之间被已知的步长分开。因此,在图像采集的过程中,可以计算所测量的有效体积。在测量中,所有的步长可以相同也可以不同。
[0026] 在一个实施例中,计算有效体积被用来改善对离子浓度的确定的统计。在测量过程中,步长被积累,采集的图像被送到适于检测颗粒的颗粒检测设备。检测图像中的颗粒是非常简单的,而且可以使用具有和图像采集相同速度的专用硬件中的专用软件完成识别。当焦点处的颗粒被发现,则发现的颗粒的总数增加,所述的测量过程持续进行直到一定量的颗粒被发现。有效浓度便可确定为:浓度=颗粒数/累积体积。
[0027] 在本发明的一个实施例中,需要关于颗粒的更多信息。如果几种不同的颗粒的相对浓度需要确定,就可能需要做比正常速度下在两个图像之间的计算更多的计算。当颗粒检测设备确定颗粒的位置的时候,图像采集工作停止。在检测颗粒之后,用于确定实际颗粒类型的计算装置被启动。当一个图像中的所有颗粒的类型都被确定之后——或者因颗粒已流出而无法确定时——样品设备被移动一步以获取下一个图像。这时不需要确定被测量样品的体积,因为只对相对浓度感兴趣。
[0028] 当为颗粒的相对浓度建立了足够高的统计确定性之后,测量就可以停止。如果需要建立两种类型的颗粒的相对浓度,并且第一种颗粒具有高浓度,第二种颗粒具有低浓度,发现的第二种类型颗粒的数量应该用来决定是否已经发现足够多的颗粒。如果每发现的10个颗粒中有一个颗粒是第二种类型的,那么统计确定性就不好,测量需要继续进行。如果500个颗粒中有50个是第二种类型的颗粒,那么统计确定性就好多了,测量可以停止。也可以继续测量以得到一个更好的统计数据。
[0029] 在本发明的一个实施例中,需要关于一种具有特殊参数的颗粒的存在的信息。当例如病人被怀疑感染疟疾,将采集血液样品并进行疟疾血液筛查。与确定白血球浓度相比,这个检测可能需要较多的血液样品。在从病人身上采集血液样品并将血液样品插入样品设备后,测量开始。采集图像,并且图像分析设备被激活来确定是否存在原虫类寄生虫,例如恶性疟原虫和间日疟原虫。当研究完该图像,样品设备被移动一步,以采集下一个图像。对于每一步,计算累积的体积。此过程继续,直到至少有一定数目的疟疾颗粒已发现或至少已经研究了一定体积。
[0030] 在一个实施例中,图像分析设备包括边界识别单元,所述边界识别单元被配置为识别在所述图像中所述样品的至少一个边界。边界单元可以被配置为识别在所述图像中所述样品的至少一个边界。
[0031] 在一个实施例中,所述样品被配置为在样品设备中,所述样品设备包括至少一个第一和第二界限,其中所述第一和第二界限大体上互相平行,并且平行于所述扫描路径。边界识别单元可以被配置为识别由所述第一界限限定的第一边界,以及由所述第二界限限定的第二边界。边界识别单元也可以被配置为识别由第三界限限定的第三边界,和由第四界限限定的第四边界。在与所述扫描路径相垂直的截面中的所述样品设备中的所述样品的环境可以由第一到第四边界定义。第三界限可以大体上平行于所述扫描路径,垂直于所述第一界限;第四界限可以大体上平行于所述第三界限。在一个实施例中,第二到第四界限包括有弹性的并且至少部分透明的薄膜,与所述样品接触
[0032] 样品设备可以以这种方式被配置成与所述光学检测组件相关,从而使第一界限的法向量和/或第二界限的法向量与光学检测组件的光轴不平行。所以光轴分别与第一和第二界限法线之间所成的角度psi1-conf和角度psi2-conf大于0。
[0033] 在一个实施例中,所述样品被配置为在包含支撑物的样品设备上,优选的,所述支撑物大体上平行所述扫描路径。样品可以以任何形式提供,例如,被配置为在所述支撑物上的一滴或多滴液体样品。边界识别单元可以被配置为识别该支撑物上的样品的边界。第一边界可以包括所述样品和所述支撑物之间的界面,第二边界可以包括所述样品和所述周围环境之间的界面。在一个实施例中,样品设备以这样的方式被配置,以使支撑物位于样品图像采集设备和样品之间。
[0034] 样品设备可以以这样的方式被配置成与所述光学检测组件相关,从而使支撑物的法向量与光学检测组件的光轴不平行。所以光轴与支撑物的法向量之间的角度psisupport大于0。
[0035] 在一个实施例中,其中样品的边界和/或图像采集区的边界被确定,所述样品的被分析的体积由对所述边界之间的间距的测量确定。在一个实施例中,第一和第二边界被识别,所述非均质样品的被分析的体积由对所述边界之间的间距的测量、所述图像采集区的尺寸和被扫描的路径的长度确定。在一个实施例中,样品的第三和第四边界被识别,所述体积由第一和第二样品边界的间距、所述第三和第四样品边界的间距以及被扫描的路径的长度确定。在一个实施例中,在与所述扫描路径垂直的截面上的样品体积的截面面积可以由所述界限定义的边界确定,体积可以通过截面面积和被扫描的路径的长度确定。
[0036] 在一个实施例中,所述非均质样品的所述的体积被分析的部分,由所述图像采集区在所述截面面积上的投影和被扫描的路径的长度限定。当图像采集区不包括所有定义所述样品设备的界限的截面面积所需要的边界时,会是这种情况。
[0037] 在一个实施例中,样品被配置为在样品设备中,样品设备包括多边形界限。边界识别单元可以被配置为识别样品和多边形界限之间的边界。所述多边形界限的纵轴可以是大体上平行于所述扫描路径。所述样品的被分析的体积的大小的确定,可以包括对所述多边形界限的面积的测量。所述多边形界限可以是毛细管。
[0038] 在一个实施例中,样品被配置在样品设备中,样品设备包括管状界限,例如大体上为圆柱形的界限。边界识别单元可以被配置为识别样品和管状界限之间的边界。所述管状界限的纵轴可以是大体上平行于所述扫描路径。所述样品的被分析的体积,可以由对所述管状界限的圆周的测量来确定。所述管状界限可以是毛细管。
[0039] 在一个实施例中,本发明提供的装置和系统包括用于读取在所述样品设备上的编码所提供的信息的单元。该编码可以包括与在所述样品设备上的位置有关的刻或印的信息,用以确定沿所述扫描路径的哪个位置采集到的所述多个图像的每一个。在一个实施例中,采集的图像的沿所述扫描路径的位置,通过读取所述至少一个第一移动单元获得。一个或多个图像的特定的位置的信息可能对与用户特别有用,而且可以例如用于确定颗粒在样品中的移动。本领域的技术人员可以例如通过下面的说明清楚其其他用途。
[0040] 本发明的光学检测组件包括至少一个光学元件,所述光学元件包括焦平面。所述光学元件可以是任何类型的透镜或包括系统的透镜,例如物镜,例如平凸透镜,平凹透镜,凹凸透镜,凹凹透镜,凸凸透镜,两个镜头组合(duplet),三个镜头组合(triplet),或四个镜头组合,或多个镜头组合。光学元件的焦平面可以与光学检测组件的物面重合。
[0041] 在一个实施例中,装置包括第二光学检测组件。第二光学检测组件可以与第一光学检测组件相似,或不同于第一光学检测组件。所述第一光学检测组件的图像采集区可以与所述第二光学检测组件的图像采集区相交,并形成一个交叉角。所述交叉角的范围可以是0到180度。在一个实施例中,交叉角是0度,第一光学检测组件的图像采集区与所述第二光学检测组件的图像采集区重合。在一个实施例中,交叉角是90度,第一光学检测组件的图像采集区与所述第二光学检测组件的图像采集区垂直。
[0042] 第一和第二光学检测组件可以是不同的,例如,具有不同的放大倍率和观察面积。第一和第二图像采集区可以是不同的,例如,样品的不同部分分别被两个光学检测组件成像。
[0043] 在一个实施例中,所述扫描路径大体上与所述物面垂直,光学检测组件可以按照Scheimpflug原理组织。
[0044] 在一个实施例中,装置包括样品设备底座,当要获取样品的图像时,样品设备被配置成与该样品设备底座相关。样品设备底座可以包括固定单元,用于固定所述样品设备到所述样品设备底座。
[0045] 样品设备底座可以包括大体上为平面的表面,所述表面适于为所述样品设备提供一个底座,所述样品设备可以被配置为与所述平面表面接触。在一个实施例中,所述样品设备包括第一界限和/或第二界限,所述样品设备可以被配置为具有至少一个界限与所述平面表面大体上平行。如果平面表面被配置成其法线与光学检测组件的光轴成psibase角,psibase大于0度,光轴分别与第一和第二界限的法线之间所成的角度psi1-conf和角度psi2-conf中至少有一个大于0度。
[0046] 光轴与第一界限的法向量之间所成的角度psi1-conf,与第二界限的法向量所成的角度psi2-conf,以及与所述平面表面的法向量所成的角度可以是在约0.3度到89.7度的范围内,例如其范围是约1到约89度,例如其范围是约2到约88度,例如其范围是约4到约86度,例如其范围是约5到约85度,例如其范围是约8到约82度,例如其范围是约10到约80度,例如其范围是约20到约70度,例如其范围是约25到约65度,例如其范围是约30到约60度,例如其范围是约35到约55度,例如其范围是约40到约50度。在一个实施例中,角度psi1-conf和角度psi2-conf的范围是约20到约89.5度,例如其范围是约20到约85度,例如其范围是约20到约80度,例如其范围是约20到约75度,例如其范围是约20到约65度,例如其范围是约20到约55度,例如其范围是约20到约45度。
[0047] 在一个实施例中,执行扫描和图像采集以获取样品的多个图像,使得沿扫描路径采集的图像的中心大体上沿着一条单调变化的线对齐,例如一条直线,或者定义了圆的线,从而可以实现被成像的样品体积的光学切片。
[0048] 如果要获得样品的几个光学切片,移动台(translation stage)可以在连续两个光学切片之间,移动光学采集设备和样品设备,使它们形成相对移动,例如,扫描和图像采集可以在样品的几个区域执行。
[0049] 在一个实施例中,角度θ比较大,例如,物面可以比较接近与扫描路径平行,使得所述物面的与配置为在所述样品设备中的所述样品的相交面积较大。
[0050] 角度θ描述了扫描路径和所述光学检测组件的光轴之间的夹角,所述夹角θ的范围是约0.3到约89.7度,例如其范围是约1到约89度,例如其范围是约2到约88度,例如其范围是约4到约86度,例如其范围是约5到约85度,例如其范围是约8到约82度,例如其范围是约10到约80度,例如其范围是约20到约70度,例如其范围是约25到约65度,例如其范围是约30到约60度,例如其范围是约35到约55度,例如其范围是约40到约50度,或者例如其范围是约
20到约89.5度,例如其范围是约20到约85度,例如其范围是约20到约80度,例如其范围是约
20到约75度,例如其范围是约20到约65度,例如其范围是约20到约55度,例如其范围是约20到约45度,或者例如其范围是约60到约89.5度,例如其范围是约63到约86度,例如其范围是约66到约83度,例如其范围是约69到约80度,例如其范围是约71到约78度,例如其范围是约
73到约77度。
[0051] 当θ为90度时,相同的光学检测组件的图像采集区的大小对称;当θ为α度和180-α度时,例如θ为15度或165度时,可以得到相同大小的图像采集区。
[0052] 在一个实施例中,光学检测组件包括光束整形元件。可以是例如插入光路中用于减少图像错误的光圈,可以是光束放大和/或光束聚焦元件,和/或图像改进元件。光圈可以具有固定大小并在光路上具有固定位置,或者是可以根据实际机构需要改变的光阑(iris)。如果测量要求较大的景深,光阑应该变小,如果测量需要具有较小景深的较大视野,光阑应该变大。光阑的大小的增加也将减小对通过样品的光强的需求。在一个实施例中,光圈处于光束放大或光束聚焦元件与所述样品之间。光圈还可以以可释放的定方式放置,从而其可以与具有不同开口直径光圈交换。
[0053] 光束放大元件可以是,例如,一个透镜或两个以上的透镜组合。光学检测组件可以包括图像改进元件。这可以是插入光路的光圈或光阑,或者可以是特殊的光学元件,例如棱镜或光楔(wedge)。
[0054] 图像采集设备可以包括CCD芯片或CMOS芯片,或者如果装置既包括第一图像采集设备又包括第二图像采集设备,图像采集设备可以包括两者组合。CCD芯片和CMOS芯片可以以分组(binned)安装使用,当读出数据时,CCD中相邻像素的电荷被组合称为一个像素。这可以用于当搜索样品中的颗粒时在分辨率的要求较低的情况下,减少测量机构中的数据量。当样品被发现,分组可以改变或终止,以获得较高的分辨率。在一个实施例中,本发明提供的装置和系统包括第二图像采集设备,所述第二图像采集设备的图像分辨率高于所述第一图像采集设备的分辨率。
[0055] 装置还可以包括第一移动单元,所述第一移动单元被配置为移动所述样品设备和所述光学检测组件,使所述样品设备和所述光学检测组件相对移动。这可以通过下述方式完成,相对于装置的外壳移动样品设备,同时保持光学检测组件不动,或者反过来,相对于装置的外壳移动光学检测组件,同时保持样品设备不动。
[0056] 移动可以是大体上连续的方式,并且在移动过程中,以预定的时间间隔采集多个图像,例如所述预定的时间间隔的范围是10-9秒到103秒,是10-4秒到10秒,或者是10-3秒到1秒。使用这个过程,图像将以预定的样品中的间距被采集并且测量可以快速进行;在一些情况下需要这样的过程,例如,当样品的生存期较短时。在一个实施例中,优选的,图像采集被快速执行以确保样品似乎处于静止状态。
[0057] 步的大小可以通过从图像上获取的信息来确定。如果例如感兴趣的颗粒在图像中找到,下一步可能是移动样品使颗粒处于景深的中心,以获取最好的图像。另一方面,如果在采集的图像中没有发现颗粒,步长应该是尽可能长以尽肯能少的几步内搜索到样品。两步之间应该一直有重叠区域,以确保样品中所有存在的颗粒都可以被检测到。
[0058] 步的大小在一个实施例中可以固定为一个特定值,其在测量过程中保持不变。这可以用来采集一套图像,利用两个连续图像之间的重叠信息,该套图像可以组合成为三维图像或三维测量。
[0059] 有时颗粒的三维重建可能要求步长为景深的几分之一。
[0060] 在一个实施例中,所述至少一个光学元件的景深大于或等于所述移动单元的步长。
[0061] 在X方向上的界限给步数设置了上限,从而也给可以获得的不同的图像的数量设置了上限。所以,优选的,样品在X方向上的尺寸足够大,以包括在该方向上所需步数的距离。
[0062] 在一个实施例中,移动可以是具有预定步长的大体上相等的移动步。在两个连续的移动之间可以获取图像。使用这个过程,图像以样品中预定的间距被采集。而且,当执行图像采集时,样品可以大体上处于静止状态。与在图像采集过程中样品发生移动相比,这样可以得到具有更好分辨率的图像。
[0063] 所述预定的步长的范围是约0.05μm到约1000μm。上限约1000μm大小的步长用于扫描样品搜索颗粒的测量。步长甚至可以大于景深,因为即使颗粒处于景深区域之外也可以被检测到并且将以扭曲的方式成像。当处于景深区域之外的颗粒被检测到时,步长可以改变来移动样品,使颗粒处于图像采集区中。
[0064] 例如,预定步长的范围可以是范围是5μm到约10μm。光学检测系统可以被配置为具有约5μm到约10μm范围的景深,而且在本发明的一个实施例中,优选的,步长小于景深,以保证所有的颗粒都以非扭曲的方式被成像。
[0065] 所以在一个实施例中,预定步长可以是小于景深,例如其范围是约0.05μm到约5μm。对于利用采集的图像获取信息以确定一种(例如白血球)颗粒的参数,这是优选的方式。在一个实施例中,所述至少一个光学元件的景深可以大于或等于所述移动单元的步长,从而允许了采集图像的可靠拼接。
[0066] 预定步长甚至可以大大小于景深,例如其范围是景深的五分之一到百分之一。对于获取用于样品中颗粒的三维重建的图像,这是优选的方式。
[0067] 预定步长可以是约10微米,约5微米,约1微米,约0.1微米。
[0068] 装置可以包括第二移动单元,所述第二移动单元被配置为使所述样品设备和所述光学检测组件相对于彼此地移动。第二移动单元的移动方向可以与第一移动单元的移动方向不同,而且第二移动单元的移动方向可以与第一移动单元的移动方向大体上垂直。
[0069] 在一个实施例中,第一移动单元可以以大体上旋转的方式使所述样品设备和所述至少一个光学检测组件相对于彼此地移动。在一个实施例中,旋转运动可以按预定角度步以大体等步的方式移动。在两个连续的步之间,采集图像。预定角度步的范围是可以是约0.01度到约1度,可以是约0.1度到约0.5度。预定步长可以是0.01度,0.02度,0.05度或0.1度。
[0070] 第二移动单元可以提供物面的朝向第一移动单元提供的旋转运动的旋转中心的径向移动。所述第一和第二移动台的组合运动基本上就像CD播放机中CD上的光束的运动。
[0071] 在一个实施例中,本发明提供的装置和系统包括图像照明设备,所述图像照明设备用于将样品暴露于辐射中。该图像照明设备可以是任何类型的电磁辐射源,并且其辐射波长的范围可以是约0.01nm到约15km,可以是约200nm到约1100nm,可以是约300nm到约800nm,可以是约400nm到约700nm,可以是约450nm到约600nm,可以是约495nm到约570nm。图像照明设备可以包括的光源选自激光器二极管激光器,发光二极管灯泡、超连续光源、或白色光源组成的组。
[0072] 在一个实施例中,所述图像采集设备检测到的电磁辐射包括作为化学发光过程的结果发出的光。
[0073] 在一个实施例中,图像分析单元适于识别非均质样品中的非均质物。所述非均质物可能包括颗粒,例如生物来源的或非生物来源的颗粒。所述生物来源的颗粒可以是胚胎,细菌,寄生虫,真菌或细胞。细胞可以是血球,例如红、白血球,体细胞,酵母细胞,卵母细胞,胚细胞,cygotes以及血小板。颗粒也可以是非生物来源的,例如金属碎片,油中的水滴,颜料中的色素以及水中的污染物。
[0074] 在一个实施例中,本发明提供的装置和系统适于确定样品中白血球的定性参数,和/或适于确定样品中白血球的定量参数。
[0075] 在一个实施例中,样品中被原虫类寄生虫,例如恶性疟原虫和间日疟原虫,感染的红血球的数量被确定。该实施例为确诊病人是否感染例如疟疾的疾病。
[0076] 在一个实施例中,本发明提供的装置和系统适于评估癌症病人的身体状态以及所述病人对于化疗治疗的准备程度。
[0077] 在一个实施例中,本发明提供的装置和系统适于检测非生物来源的颗粒,例如金属碎片、油中的水滴、颜料中的色素和水中的污染物。
[0078] 系统和装置可以包括外壳。所述外壳可以例如用全部或部分不透明的材料制作,以阻止来自环境的具有选择波长的全部或部分光进入所述光学检测设备照射所述样品。
[0079] 在一个实施例中,本发明提供的装置和系统包括反馈回路,所述反馈回路用于例如重复执行序列,所述序列包括:a.采集图像;b.分析所述图像;和c.调整所述样品设备和所述光学检测组件之间的相对位置。该反馈回路适于追踪所述样品中的颗粒。
[0080] 在一个实施例中,本发明提供的装置和系统进一步包括用于准备样品的样品准备单元。
[0081] 系统和装置适于作为还包括电源的便携式设备,例如电源是可充电电池
[0082] 在一个实施例中,本发明提供的装置适于确定,用于描述在液体样品中个体生物有机体微生物活动的至少一个参数的值。在这样的实施例中,图像采集设备适于采集图像,其中个体生物有机体可以被识别,并且控制单元适于控制光学检测组件和移动单元采集图像,以形成所述液体样品中的生物有机体的至少一个第一光学切片。液体样品被配置在样品设备中,所述样品设备包括至少一个用于容纳液体形态样品的样品容器。图像分析设备被配置为分析所述第一光学切片,所述图像分析设备包括算法,所述算法适于确定用于描述在每一个样品容器中的所述个体生物有机体的微生物活动的至少一个参数的值。控制单元适于顺序的从所述样品采集光学切片,例如所述第一光学切片和至少一个第二光学切片。用于描述微生物活动的参数原则上可以是任何可测量参数,例如但是不限于细胞分裂速度、细胞活性、存活/死亡率、布朗运动、新陈代谢率、形态、生长因子、动学或焦点行为。参数可以理解为单个值,几个值的组合,或者甚至几个参数的组合。短语“生物有机体”既可以指单一生物有机体,也可以指生物有机体的实例,例如较大的或较小的生物有机体组。微生物活动可以理解为细胞分裂、细胞运动、对环境造成改变的新陈代谢、细胞死亡等造成的活动,这些活动改变了微生物的数量、改变了单一有机体或有机体群的大小,或者改变了有机体的位置或运动。所以,微生物活动可以在一个广泛的范围内被理解为,对于单一微生物或较大、较小的微生物组的任何可检测的变化。样品设备中样品容器的数量可以根据应用的不同而变化。样品设备可以只包括一个样品容器,例如在一个实施例中用于监视单一生物有机体。样品设备可以包括几个样品容器,例如20个样品容器,用于敏感性试验。所述样品设备上的样品容器的数量Ncont可以是2、3、4、5、6、8、9、10、12、14、15、16、18、20、
21、22、24、25、26、27、28、30或者大于30。在一个实施例中,Ncont个样品容器被配置成一行或多行,例如每一行的样品容器数相同。样品容器可以包括进口,用于让液体进入样品容器,并且可以包括出口,用于当液体流入时排除多余的液体或气体。如果样品设备还将被新的液体样品重用,出口还可以用于取出样品。
[0083] 样品容器可以具有开放界限,例如在至少一个方向上开放,在这种情况下,容器可以被看成是一种井式容器,或者样品可以具有基本上封闭的界限,例如除了可选的入口和出口外在所有的方向上封闭,在这种情况下,容器可以被看成是槽式容器(cuvette-type container)。采集光学切片时,样品可以是液态。
[0084] 如果样品会因引力流入样品容器或通过毛细力被拉入样品容器,则样品被认为是处于液态。液体样品可以表现得像胶体。本发明上下文中,胶体是固体,是具有软、弱属性或硬、坚韧属性的胶状材料。在静止状态下,胶体基本上显示为不流动。从重量上看,胶体主要是液体,虽然表现得像固体。
[0085] 当得到样品的光学切片,其相关的生物有机体对象,无论其是细胞、细菌或是其他感兴趣的对象,可以提取出来以备进一步分析使用,提取的方法是通过应用下面的第一算法,包括:
[0086] 1.对于光学切片中的每一个像素应用决策函数,将每一个像素分类为对象或者背景。决策函数可能是例如基于目标像素周围的局部对比度
[0087] 2.组合来自光学切片的每一个图像的对象像素,以形成个体对象焦点堆(object focus stacks)。对象焦点堆由一个或多个某对象在不同焦平面的成像的图像组成。如果光学切片是使用倾斜的光学系统采集的,在构造对象焦点堆的时候要特别小心。
[0088] 3.对于每一个对象焦点堆,最佳焦点可以通过应用在对象焦点堆中每一个图像的聚焦函数来确定。在一个实施例中,在目标对象是振幅对象(amplitude objects)的情况下,像素强度的方差可以用作聚焦函数。对象的具有最大方差的图像就是所述的焦点处的图像。这幅图像可以取出来进一步分析。
[0089] 在一个实施例中,图像分析设备包括适于确定细胞分裂速度的算法。当得到样品在等距或非等距时间间隔的一套光学切片后,细胞分裂速度通过使用第一算法提取相关细胞来计算。对于每一个提取的对象,都可以计算关于细胞的参数。这可以是例如子部分的数目,对象面积,对象周长,二值骨架的大小等。在光学切片中所有对象的参数值的平均值也可以计算。对于目标样品的所有光学切片重复这个过程。通过观察平均值随时间如何变化,细胞分裂速度可以确定。除了参数值的平均值以外的其他统计测量可以考虑,例如中间值,方差,或其他高次和/或非线性统计测量。
[0090] 在一个实施例中,图像分析设备包括适于确定细胞活性的算法。当得到样品的单一光学切片后,建立细胞活性度可以通过:首先应用上述方法以提取相关对象焦点堆。对于每一个对象,活性可以通过参考下述参数计算,例如聚焦函数行为,焦点处对象的强度分布,对象的整体对比度,一些生物染色效果等等。对堆中所有检测到的对象应用这个方法,如平均值等统计测量可以用于判断样品中细胞的整体活性。
[0091] 在一个实施例中,图像分析设备包括适于确定存活/死亡率的算法。当得到样品在等距或非等距时间间隔的一套光学切片后,存活/死亡率通过使用第一算法提取相关细胞来计算。对于每一个提取的对象,关于存活/死亡属性的参数都可以计算。这可以是例如聚焦函数行为,焦点处对象的强度分布,对象的整体对比度,一些生物染色效果等。在光学切片中所有对象的参数值的平均值也可以计算。对于目标样品的所有光学切片重复这个过程。通过观察平均值随时间如何变化,存活/死亡率可以确定。除了参数值平均值以外的其他统计测量可以考虑,例如中间值,方差,或其他高次和/或非线性统计测量。
[0092] 在一个实施例中,图像分析设备包括适于确定布朗运动的算法,通过计算确定。当得到样品的单一光学切片后,建立布朗运动度可以通过:首先应用上述方法以提取相关对象焦点堆。对于每一个对象焦点堆,运动度可以通过参考对象的质心在不同焦平面上的运动计算。对堆中的所有检测到的对象应用这个方法,统计测量可以用于判断所述运动是否为布朗运动,或者样品中的对象是否有预计的流向。
[0093] 在一个实施例中,图像分析设备包括适于确定形态参数的算法。当得到样品的单一光学切片后,确定样品中对象的形态参数的建立可以通过:首先应用上述方法以提取焦点处的相关对象。对于每一个焦点处的对象,多种形态参数可以确定,例如子部分的数目,形状因子,对象周长,圆度,粒度,圆方差等。对光学切片中所有检测到的对象应用这个方法,统计测量可以用于计算样品中对象的整体形态参数。
[0094] 在一个实施例中,图像分析设备包括适于确定形态随时间变化的算法。当得到样品在等距或非等距时间间隔的一套光学切片后,细胞分裂速度通过使用第一算法提取相关细胞来计算。对于每一个提取的对象,关于细胞的参数都可以计算,例如子部分的数目,形状因子,对象周长,圆度,粒度,圆方差等。在光学切片中所有对象的参数值的平均值也可以计算。对于目标样品的所有光学切片重复这个过程。通过观察平均值随时间如何变化,形态随时间变化可以确定。除了参数值平均值以外的其他统计测量可以考虑,例如中间值,方差,或其他高次和/或非线性统计测量。
[0095] 在一个实施例中,生物有机体的生长因子可以确定。确定生长因子是为了例如提取关于生物有机体的生长是如何被生长条件所影响的信息,所述的生长条件是例如样品环境和/或引入一种或多种与生物有机体相互作用的试剂。在一个实施例中,图像分析设备包括适于确定生长因子的算法。当得到样品在等距或非等距时间间隔的一套光学切片后,细胞分裂速度通过使用第一算法提取相关细胞来计算。对于每一个提取的对象,都可以计算关于细胞的参数。这可以是例如子部分的数目,对象面积,对象周长,二值骨架的大小,形状特征等。在光学切片中所有对象的参数值的平均值也可以计算。对于目标样品的所有光学切片重复这个过程。通过观察平均值随时间如何变化,可以建立生长曲线。除了参数值平均值以外的其他统计测量可以考虑,例如中间值,方差,或其他高次和/或非线性统计测量。
[0096] 在一个实施例中,图像分析设备包括适于确定动力学的算法。当得到样品的单一光学切片后,建立样品中对象的动力学可以通过:首先应用上述方法以提取相关对象焦点堆。对于每一个对象焦点堆,运动度可以通过追踪对象的质心在不同焦平面上的运动计算。这可以通过应用简单二维图像相关(2D image correlation)来完成。之后,多种动力学参数可以被提取,例如运动方向、速度等。对光学切片中所有检测到的对象应用这个方法,统计测量可以用于计算样品中对象的整体动力学属性。
[0097] 在一个实施例中,图像分析设备包括适于确定焦点行为的算法。当得到单一对象图像堆后,分析焦点行为可以通过参考焦点函数来进行。多种测量可以被确定,例如,焦点曲线的形态能够揭示光学属性,例如对象是否为振幅对象或相位对象(phase object)。其他测量例如焦点曲线的宽度也可以应用。
[0098] 本发明提供的方法可以应用于通过顺序的采集所述液体样品的多个光学切片,以及从所述多个切片中选择第一和第二光学切片,来确定液体样品中的微生物活动。然后计算每个光学切片的至少一个参数的值,还可以确定在两次获取光学切片之间,是否有至少一个参数的值发生了变化。该方法还包括从至少一个参数的值的变化来确定液体样品中的微生物活动。本发明提供的方法可以用于通过采集所述液体样品的至少一个光学切片,以及从所述至少一个光学切片中选择第一光学切片,来确定液体样品中的微生物活动。为所述第一光学切片计算至少一个参数的值,并从所述至少一个参数的所述值确定在所述液体样品中的所述微生物活动。
[0099] 在本发明的一个实施例中,对液体样品施加外部刺激。刺激设备可以被配置为对样品设备中的液体样品,例如样品容器中的液体样品,提供刺激。所述刺激可以是,例如对样品提供电磁场,对样品提供磁场或电场,或者可以是对样品施加声波。在一个实施例中,微生物可以在受刺激时成像,以确定机体的特定行为,该行为可以帮助识别有机体的种类和性质。刺激设备可以由控制单元控制,以在图像采集的过程中刺激样品容器,或者它可以长时间刺激样品容器以引起有机体行为的更持久的改变。
[0100] 在本发明的一个实施例中,装置还包括液体样品环境控制设备。该液体样品环境控制设备适于控制在所述液体样品中所述生物有机体的物理环境,例如所述液体样品的温度。液体样品环境控制设备还适于控制所述液体样品的化学环境,例如PH值,营养水平,局部气压例如气、氮气和二氧化盐度金属离子水平如LI+、NA+和KA+,碱土金属水平如2+ 2+
MG 和CA 。
[0101] 微生物活动包括所述生物有机体对于抗生素剂的微生物敏感性。
[0102] 在本发明的一个实施例中,至少一个样品设备被注入至少第一试剂,例如至少一个样品容器被注入至少第一试剂。所述的注入过程可以发生在所述液体样品被放入所述样品容器或样品设备中之前,或者可以发生在所述液体样品被放入所述样品容器或样品设备后,例如当所述液体样品在所述样品容器或样品设备中的时候。试剂可以是用于杀死容器中的生物有机体的抗生素剂,或者可以是用于帮助生物有机体生长的营养剂。试剂还可以是用于杀死生物有机体的清洁剂。
[0103] 在一个实施例中,至少一部分样品容器被注入Nagent种不同的试剂,其中Nagent可以是2、3、4、5、6、8、10、20或者大于20。本领域的技术人员可以理解,使用多少种不同的试剂取决于将要进行的测量任务。如果例如要确定多种不同细菌的细菌敏感性,那么可能需要使用许多种试剂进行测试。在一些情况下,可能的细菌的种类可以是有限的,相应的,不同试剂的数量也是有限的。在一个实施例中,样品容器被分成组,相同组的样品容器被注入相同的试剂,不同组的容器所注入的试剂不同,例如所述样品容器的第一组被注入第一试剂,所述样品容器的第二组被注入第二试剂,所述样品容器的第三组被注入第三试剂,所述样品容器的第四组被注入第四试剂。
[0104] 样品容器和样品设备也可以用于探测例如一种生物有机体对于几种试剂的敏感性,例如试剂的组合。在一个实施例中,至少一个样品容器被注入了几种不同的试剂。
[0105] 在一个实施例中,至少有一个样品容器中基本上没有试剂。所述基本上是指容器中所含有的试剂量应该不足以对容器中的有机体造成影响。
[0106] 在一个实施例中,具有不同浓度的第一试剂被注入至少两个不同样品容器中。最低抑制浓度(MIT)用于指示用于阻止微生物生长所需的抗生素浓度,当确定最低抑制浓度时,在不同的容器中同时使用几种不同的浓度是有利的做法。这样可以加快测量,并且因为获取测量结果的条件和环境相同,它们可以进行比较。在一些情况下,优选的,在确定MIT时至少使用5种或10种不同的试剂浓度。在其他实施例中,优选的,使用不同的试剂浓度的数量是不同的,例如小于5种浓度,或大于10种浓度。
[0107] 在一个实施例中,控制单元适于在一段时间内,从至少一个样品设备或样品容器中采集光学切片。光学切片包括至少一个图像,在很多情况下,光学切片包括几个图像。对于某些应用和生物有机体,获取光学切片所需的时间段可能相对比较长,如几天或几个小时。对于其他应用和生物有机体,获取光学切片所需的时间段可能相当短。在一个实施例中,所述的时间段少于约144小时,如低于约72小时,如低于约48小时,如低于约36小时,如低于24小时左右,如低于约18小时,如低于12小时左右,如低于约8小时,如低于约5小时,如低于约4小时,如低于约3小时,如低于大约2小时,如低于约1.5小时,如低于约1小时,如低于约2700秒,如低于约1800秒,如低于约900秒,如低于约600秒,如低于约480秒,如低于约300秒,如低于约120秒,如低于约60秒左右,如低于约10秒,如低于5秒左右,如低于约2秒,如低于约1秒。本领域技术人员可以理解,上述给出的时间段只是示例,时间段的大小可以根据需要执行的测量而变化,而且在测量过程中也可以根据测量中确定的参数的值进行改变,例如根据不同的样品容器进行个别的改变。
[0108] 本发明提供的装置和方法可以用于确定位于多个样品容器中的生物有机体的微生物活动。控制单元可以适于从至少两个不同的样品容器中顺序的采集光学切片。在一个实施例中,光学切片从至少两个不同的样品容器中,以第一时间间隔进行采集,所述第一时间间隔表示采集两个光学切片之间的时间。第一时间间隔可以是低于约1800秒,如低于900秒,如低于600秒,如低于300秒,如低于120秒,如低于60秒,如低于30秒,如低于10秒,如低于5秒,如低于2秒,如低于1秒,如低于0.5秒,如低于0.2秒,如低于0.1秒,如低于0.01秒,如低于0.001秒。
[0109] 本发明提供的方法和装置可以从多个光学切片中确定位于样品容器中的一个或多个生物有机体的微生物活动。控制单元可以适于顺序的采集光学切片。在一个实施例中,所述光学切片以第二时间间隔从样品容器中顺序采集,所述第二时间间隔表示从样品容器采集两个光学切片之间的时间。时间间隔可以根据需要执行的测量而变化。第一时间间隔可以是低于约3600秒,如低于1800秒,如低于900秒,如低于600秒,如低于300秒,如低于120秒,如低于60秒,如低于30秒,如低于10秒,如低于5秒,如低于2秒,如低于1秒,如低于0.5秒,如低于0.2秒,如低于0.1秒,如低于0.01秒,如低于0.001秒。如果样品的微生物活动频繁,使用较短的时间间隔有利,如果样品的微生物活动不频繁,使用较长的时间间隔也不会遗漏重要的信息。时间间隔可以根据被确定的参数值在测量过程中改变,例如根据不同的样品容器进行个别的改变。
[0110] 在一个实施例中,控制单元适于当参数值满足预定条件时,停止图像采集。预定条件可以涉及所述生物有机体的抗生素敏感性的确定,或者涉及MIT的确定。附图说明
[0111] 本发明的实施例将结合附图进一步详细介绍,其中
[0112] 图1显示了根据本发明一个实施例的测量装置的透视示意图,
[0113] 图2显示了在具有一个支撑物的样品设备中的样品的透视示意图,
[0114] 图3显示了根据本发明一个实施例的测量装置的侧面示意图,
[0115] 图4显示了根据本发明一个实施例的用于样品中颗粒三维测量的测量装置的侧面示意图,
[0116] 图5显示了根据本发明一个实施例的用于样品中颗粒三维测量的测量装置的侧面示意图,
[0117] 图6显示了景深和样品设备移动步长之间相关性的示意图,
[0118] 图7显示了可用于本发明一个实施例的图像改进元件的侧面示意图,
[0119] 图8显示了根据本发明一个实施例的测量装置的侧面示意图,其中两个透镜系统的光学放大不同,
[0120] 图9显示了步长和颗粒最佳聚焦位置相关性的示意图,
[0121] 图10显示了根据本发明一个实施例的测量装置的侧面示意图,其中两个透镜系统的光学放大不同,和
[0122] 图11显示了景深和插入光轴的光阑大小的相关性的示意图。

具体实施方式

[0123] 附图为示意图,并可能为了清楚进行了简化。本文中,相同的标号用于表示相同或相应的部分。
[0124] 本发明的适用范围将从以下提供的详细说明中进一步显现。但是,应该认识到,下面详细的说明和具体的实例,包括同时指出的本发明的优选实施例,只是为了说明而提供,并不限制本发明的保护范围,因为根据这样的详细的描述,在本发明的精神和范围内所进行的各种变化和修改对本领域的技术人员都是显而易见的。
[0125] 本发明由独立权利要求的特征所定义。优选的实施例在从属权利要求中定义。权利要求之间的引用关系并不为限制其保护范围。
[0126] 上述内容中已经说明了一些实施例,但应强调的是,本发明不仅限于这些实施例,也可以以其他的方式实现,只要这些实现方式在下述权利要求所定义的内容的范围内。
[0127] 参考图1,本发明的一个实施例将在下面描述。如图所示,样品设备18包括样品12。参考坐标系统22,样品设备18在Z方向上具有用于限制样品12的第一界限26和第二界限28。
在X方向和Y方向上,样品设备18可以延伸超出图像采集区10的范围。尤其是在X方向上,优选的,样品设备18延伸超出初始的图像采集区10。但是,优选的,样品12在三个维度上都受限,以确保当进行测量时,样品12处于不动的状态或稳态。
[0128] 图像照明设备24为样品设备18中的样品12提供照明。第一界限26和第二界限28的制作材料对来自照明设备24的电磁波透明。
[0129] 光学检测组件15包括图像采集设备16和物镜14。物镜14包括第一光轴13和垂直于第一光轴13的物面17。样品12的图像采集区10被配置为与物镜14的物面17相重合。这样才能让样品12的图像采集区10的二维图像或二维测量被成像到图像采集设备16。
[0130] 优选的,图像采集区10与第一界限26和第二界限28相交,以使得第一界限26和第二界限28成像到图像采集设备16,从而被包括在图像之中。
[0131] 通过使用移动台20(在图中简化为箭头),样品设备18可以相对于光学检测组件15移动。样品设备18可以在X方向上逐步移动,并且对于每一步,来自图像采集设备16的图像都被捕捉,并存储在图像存储设备中以备后续使用。在X方向上的移动与第一光轴13相交。
[0132] 在X方向上移动的步长通过使用物镜14的景深(DOF)(请见图6)来决定。景深是在图像中显得清晰的那部分场景。优选的,步长小于DOF。这样能确保连续的两个由图像采集设备16捕获的图像之间具有重叠部分50。各步之间的重叠部分50可以是不同的。图6中,图像No.1从样品设备的第一位置获取。然后移动步A,并且获取图像No.2。重叠区域的大小为灰色区域50A。然后移动较小的步B,并且获取图像No.3。重叠区域的大小为灰色区域50B。由于步B小于步A,所以区域50A小于区域50B。然后移动新的步C,并且获取图像No.4。步C比之前的两步都大,所以重叠区域50C小于之前的两个重叠区域。
[0133] 在本发明的一个实施例中,用于在Y方向上移动样品设备18的移动台被使用,以扩大测量体积。所以,优选的,样品在Y方向上足够大,以包括在该方向上所需步数的距离。
[0134] 图像采集区10可以延伸超过样品设备18,或者至少可以延伸超过样品设备18的第一界限26和第二界限28。所获取的图像可以包括具有所述两个界限的图像,并且这个信息可以用来确定图像采集区10的高度以及两个界限之间的距离。
[0135] 对本发明的装置的校准可以建立在图像采集区10在Y方向上的宽度上,并且通过结合图像采集区10的高度和宽度,可以得到“真实”的图像采集区。
[0136] 参考图3,样品设备18的一个优选的实施例将在下面详细描述。如图所示,样品设备18包括样品12。参考坐标系22,所述样品设备18在Z方向上具有用于限制样品12的第一界限26和第二界限28。样品设备18可以在X方向上和Y方向上延伸超过图像采集区10,或者所述样品设备18可以比图像采集区10小。
[0137] 角度θ35的定义为第一光轴13与由坐标系统22所定义的扫描轴X之间的角度。在一个实施例中,角度θ的范围是5到85度。
[0138] 在本发明一个实施例中,优选的,图像采集区10与第一界限26和第二界限28相交,以使第一界限26和第二界限28被成像到所述图像采集设备16,从而被包含在图像中。尤其是在X方向上,优选的,样品设备18延伸超出初始的图像采集区10。但是在一个实施例中,优选的,样品12在三个维度上都受限,以确保当进行测量时,样品12处于不动的状态或稳态。
[0139] 在X方向上的界限给步数设置了上限,从而也给可以获得的不同的图像的数量设置了上限。所以,优选的,样品在X方向上的尺寸足够大,以包括在该方向上所需步数的距离。
[0140] 在本发明的一个实施例中,用于在Y方向上移动样品设备18的移动台被使用,以扩大测量体积。所以在该实施例中,优选的,样品在Y方向上的尺寸足够大,以包括在该方向上所需步数的距离。
[0141] 优选的,第一界限26和第二界限28的制作材料对从照明设备24发射的电磁波以及对可能从样品12发射的电磁波透明。所述的材料可以是透明塑料或玻璃。优选的,所述第一界限26和第二界限28互相平行。
[0142] 第一界限26可以是透明的薄片,覆盖在样品上,所以其与另一板不平行。如果所述的样品是低粘度甚至固态物质,测量过程可以不使用第一界限——见图2。图2中,样品设备26包括样品12。样品可以是一滴血或者其他液体,但是优选的是,其粘度较低。在这种情况下,第一界限包括在样品的表面中。
[0143] 样品设备可以包括具有矩形截面的通道。该通道的尺寸可以是例如H×W×L=100μm×2mm×5cm。在一个实施例中,优选的,样品设备可以沿着整个通道长度移动。
[0144] 在一个实施例中,样品设备可能被限制在一个旋转的圆盘内,固定静止的相机可以记录圆盘的环形部分体积,如CD上的音轨。另外,相机可以沿径向移动,以记录整个圆盘的体积。在一个实施例中,样品设备的扫描与播放CD的原理相似,即激光头从中心向外移动。
[0145] 可以有多种方法用于相对于相机移动样品设备,例如,在一个或两个维度上(X,Y移动)使用移动台。移动也可以是圆盘的旋转以及向中心(R,θ)的移动。
[0146] 移动可以以精确的步(步长)进行,其中,步(步长)或者由测量前就已经校准的“助推器”(“motor”)确定,或者用样品设备的Y界限上包括的编码确定。
[0147] 图像采集设备采集的图像可以存储在存储设备中。该存储设备可以是任何类型的能够存储图像的存储设备。例如,所述存储设备可以包括需要通电维持被存储信息的易失性存储单元。易失性存储单元的一个例子是随机存取存储器单元,例如动态随机存取存储器和静态随机存取存储器。存储设备还可以包括能够在断电的状态下维持被存储信息的非易失性存储器。非易失性存储器的例子包括硬盘,闪存(flash),光盘,DVD,蓝光,只读存储器,闪存存储器(flash memory)或类似存储介质。
[0148] 优选的,图1中的图像照明设备24被配置为朝光学检测组件15中的图像采集设备发射电磁波,所述电磁波穿过样品设备18中的图像采集区10。图像照明设备24还可以根据装置的实际形状和所需的样品的光照,被配置在相对于样品的其他位置。一般优选的,第一界限26和第二界限28的制作材料对来自照明设备24的电磁波透明。
[0149] 在一个实施例中,照明设备24被配置为发射具有约495nm到约570nm波长(也被称为绿光)的电磁波,照明设备24发出的光也可以具有约0.01nm到约15km间的其他波长。所述光可以来自激光器,例如二极管激光器,可以来自发光二极管(LED)、灯泡或其他标准光源。
[0150] 也可以使用其他照明技术,例如偏振光,光致发光磷光以及电致发光。
[0151] 照明设备24可以包括不止一个单一光源。在一个实施例中,照明设备既包括可见的红光LED还包括红外LED。为了得到两个不同的视图,可以单独开启一个照明设备照亮样品。例如,一个照明设备可以用于对样品中特定细胞类型的数量进行计数,而另一个照明设备可以用于确定描述该特定细胞类型的参数。
[0152] 光学检测组件15包括至少一个图像采集设备16。所述图像采集设备16可以是任何类型的数码相机,例如CCD相机或CMOS相机。
[0153] 光学检测组件15可以包括一个或多个透镜用于整形光束以及放大图像。光学检测组件15还可以包括其他光学元件,例如镜子,光阑,光楔,棱镜,全息照相,菲涅尔-透镜等。
[0154] 图7中显示了图像改进元件32。样品的倾斜成像可能引入图像错误,使颗粒检测更加困难。图像改进元件32可以插入到样品和图像采集设备16之间的光路中。如果被放在光路中,图7显示的图像改进元件将改变光路的方向。
[0155] 光学检测组件15的DOF可以使所述的图像采集区被明确限定,而不会受到在图像采集区之前或之后的失焦位置的颗粒的显著干扰。
[0156] 当制作光学切片时,优选的,在样品中的步长或两次测量之间的距离可以小于DOF。这就保证了颗粒一直在焦点处被成像。
[0157] 本发明的一个实施例中,成像系统与包含Z界限的平面所成的角度被配置为能够确保所述的在Z方向上的第一界限和第二界限都在样品的图像采集区中。而且优选的,在Y方向上的界限也处于图像采集区中。这样确保样品设备中这部分被研究的颗粒都可以被检测到,也确保样品设备的任何编码都可以被成像。样品的界限的编码可以用于确定样品设备的位置,也可以用于确定被测量的那部分样品的体积。
[0158] 在本发明的一个实施例中,在Z方向上和Y方向上的界限都不在样品的图像采集区中。在这种情况下,测量所针对的样品的体积是使用光学放大的有关数据确定的,所述的光学放大的有关数据是在测量前的校准过程中获得的。
[0159] 本领域的技术人员可以理解,只要在测量开始前关于不在图像采集区的界限的光学放大的有关数据已经被确定,那么图像采集区内的0个或多个Z界限和Y界限的任意组合都可以使确定被测量的样品的体积成为可能。
[0160] 在图4所示的本发明的一个实施例中,包括2个光学检测组件。第一光学组件15A包括图像采集设备16A和物镜14A,第一光学组件15A被配置为从样品设备18的一侧获取图像;而第二光学组件15B包括图像采集设备16B和物镜14B,第二光学组件15B被配置从样品设备
18的大体上相反的方向获取图像。本发明的其他实施例中,所述样品可以移动,并且可以获得一系列图像。由于颗粒被从大体上相反的方向成像,图像信息可以组合以得到颗粒相关的三维信息。
[0161] 图5中显示了本发明的一个实施例。图中的机构包括第一光学检测组件15C,所述第一光学检测组件15C包括物镜14C和图像采集设备16C。图像采集设备16C根据Scheimpflug原理相对于光轴13倾斜。图像采集区10也相对于光轴10倾斜。优选的,所述的倾斜与样品设备18的界限垂直,以使图像采集区覆盖两个界限之间的整个距离。该机构还可以包括第二光学检测组件15D,所述第二光学检测组件15D包括物镜14D以及图像采集设备16D。图像采集设备16D根据Scheimpflug原理相对于光轴13倾斜。图像采集区10也相对于光轴10倾斜。优选的,所述的倾斜与样品设备18的界限垂直,以使图像采集区覆盖两个界限之间的整个距离。优选的,所述两个光学检测组件15C和15D分享图像采集区10,这样就使生成样品12中的颗粒的三维测量成为可能。
[0162] 图8中显示了本发明的一个实施例。图中机构包括第一光学检测组件15E,所述第一光学检测组件15E包括物镜14E和图像采集设备16E。光学采集区10E被配置为包括第一界限26和第二界限28。第二光学检测组件15F包括物镜15E和图像采集设备14F,第二光学检测组件15F被配置为具有与图像采集区10E重合的光学采集区10F。第二光学检测组件15F的光学放大大于第一光学检测组件15E的光学放大。优选的,该机构使用第一光学检测组件15E来扫描颗粒,当找到颗粒之后,使用第二光学检测组件15F在较大的光学放大下研究所述颗粒。所述装置还可以用于获取找到的颗粒的三维信息。
[0163] 图9中显示了聚焦函数(focus function)。图像的位置沿X轴给出,Y轴可以描述任何适于确定颗粒是否在焦点上的给定参数,例如对比度和亮度,及其组合。
[0164] 图10中显示了本发明的一个实施例。该实施例与图8中显示的实施例相似,区别只在于光学采集区10G和10H不重合。优选的,该机构用于以步移动并且每步之间及图像采集之间没有停顿的样品。当在图像采集区10H检测到颗粒后,该颗粒还会在特定的步之后,在图像采集区10G中检测到。
[0165] 图11B中显示了本发明的一个实施例,其中加入了另外的光学改进元件32,以提高获取的图像的质量。光学改进元件32是光阑,并且光学检测组件15的DOF依赖于所述光阑建立的光圈的大小。使用小的光圈,DOF将较大——见图11A,使用大的光圈,DOF将较小——见图11B。所示的任何实施例都可以用于“颗粒追踪”。在颗粒追踪过程中,在颗粒被激活时进行颗粒观察,颗粒被激活的方法例如使用超声波或特定波长的光(紫外线,红外线);或在颗粒因正常老化或化学反应或加热发生变化时进行颗粒观察。
[0166] 为了获得最好的观察结果,颗粒应该处于“静止状态”,但是如果样品是液态的,即使处于“静止状态”,颗粒也会发生微小移动。例如,在观察期间,颗粒可能沉淀。所以,样品设备相对于相机的位置也可能要在观察期间动态的调整。
[0167] 例如,所述的观察可以用包含下列个别的或组合的步骤的方法完成:
[0168] 1.将样品设备放置在测量机构中
[0169] 2.激活移动台以移动所述样品设备一步
[0170] 3.获取样品设备中的样品的图像
[0171] 4.激活图像分析软件以在图像中搜索关注的颗粒
[0172] 5.如果发现所述颗粒,继续下一步;如果没有发现,返回步骤2
[0173] 在一个实施例中,观察到的颗粒在焦点处成像。所以,样品设备的位置可能需要一些微调以使得颗粒处于最佳聚焦位置。所述最佳聚焦位置可以通过使用聚焦函数——参考图9来确定。如果颗粒在位置3被成像,那么图像就是最清晰的,但是如果颗粒在其他位置被成像,例如位置2或位置4,那么应该激活所述激励器以移动样品设备到最佳聚焦位置。因此所述的观察的过程可能会继续,使用的方法包括下列个别或组合的步骤:
[0174] 6.激活图像分析软件以确定颗粒的最佳聚焦平面。
[0175] 7.如果颗粒在最佳聚焦平面被成像,转到步骤9。
[0176] 8.如果颗粒在失焦位置被成像,移动所述样品设备以使颗粒处于最佳聚焦位置。
[0177] 9.开始或继续处理被研究的颗粒。
[0178] 10.获取移动后的样品设备中的样品的图像。
[0179] 11.激活图像分析软件以确定被研究的颗粒的变化。
[0180] 12.如果研究应该继续,转到步骤6,否则停止。
[0181] 在步骤10中获取和分析的图像可以保存以备后续分析使用。
[0182] 要强调的是,这里所描述的实施例并不为限制要求保护的技术方案的范围,而且在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下,能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。
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