專利名稱：用于快速聚焦形成生物樣本的圖像的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于形成生物樣本的圖像的方法及裝置，尤其涉及用于快速聚焦形成生物樣本的圖像以作分析的方法及裝置。
背景技術(shù)：
以往，對(duì)于生物流體樣本，諸如全血、尿液、腦脊液、體腔液等，通過將少量未稀釋的流體涂在載片上，并在手動(dòng)操作的顯微鏡下評(píng)估該涂片，來評(píng)估生物流體樣本的微粒含量或細(xì)胞含量。通過在X-Y平面上操縱載片來檢查涂片的不同區(qū)域。通過沿著Z軸改變載 片相對(duì)于顯微鏡物鏡的位置來實(shí)現(xiàn)聚焦。使用這些技術(shù)可以獲得合理的結(jié)果，但是所述結(jié)果嚴(yán)重依賴于技術(shù)員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。手動(dòng)檢查樣本的各個(gè)區(qū)域也是勞動(dòng)密集的，因此實(shí)際上對(duì)于商業(yè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用而言是不可行的。已知用于分析生物流體樣本的自動(dòng)化裝置，包括一些適用于形成靜止地位于腔內(nèi)的生物流體樣本的圖像的裝置。為了精確地分析靜止地位于腔內(nèi)的樣本，需要將設(shè)備的光學(xué)器件聚焦在各種不同的高度上(例如，對(duì)于位于X-Y軸平面內(nèi)的樣本腔而言，沿著Z軸的不同高度)。為了有效地進(jìn)行這樣的分析，需要以精確快速的方式提供不同高度上的這樣的聚焦。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于形成靜止地位于腔內(nèi)的生物流體樣本的圖像的方法。該方法包括以下步驟a)相對(duì)于物鏡將所述腔定位在Z軸位置上，所述物鏡具有鏡軸，其中，所述Z軸平行于所述鏡軸；b)使所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此沿所述Z軸以一速度移動(dòng)；以及c)當(dāng)所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此在焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)沿所述Z軸以一速度移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生所述生物流體樣本的一張或多張圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于形成靜止地位于腔內(nèi)的生物流體樣本的圖像的裝置。該裝置包括區(qū)域照明器、定位器、析像管和可編程分析器。所述區(qū)域照明器具有帶鏡軸的物鏡。所述定位器適用于將所述物鏡和所述腔中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此定位。所述析像管適用于形成所述腔內(nèi)的樣本的圖像。所述可編程分析器適用于控制所述定位器，以將所述物鏡和所述腔中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此沿Z軸以一速度移動(dòng)，所述Z軸平行于所述鏡軸。所述分析器還適用于在所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此在焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)沿所述Z軸以一速度移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生所述生物流體樣本的一張或多張圖像。根據(jù)下文所提供的本發(fā)明的詳細(xì)描述且如附圖所示，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢(shì)將變得清楚。


圖I為生物流體分析裝置的概略圖；圖2為分析裝置內(nèi)的部件的示意圖；圖3和圖4示出生物 樣本分析盒的實(shí)施方式，圖3示出在封閉狀態(tài)下的盒的流體模塊，圖4示出在打開位置中的流體模塊；圖5-圖7用圖解法示出分析腔，圖6示出分隔器可壓縮以允許均衡高度的腔的實(shí)施方式，以及圖7示出第一板可變形以產(chǎn)生均衡高度的腔的實(shí)施方式；圖8為縱軸為聚焦指數(shù)且橫軸為樣本腔和物鏡間的相對(duì)Z軸位置的曲線圖；圖9A-圖9C用圖解法示出在連續(xù)采集模式下利用滾動(dòng)快門的焦點(diǎn)改變，圖9A示出腔速度從零增加到焦點(diǎn)搜索期間所保持的恒定速度，圖9B示出作為Z軸位置的函數(shù)的圖像焦點(diǎn)，圖9C為橫軸為聚焦指數(shù)且縱軸為相對(duì)的Z軸位置的曲線圖；圖10為智能聚焦過程的流程圖；圖11-圖13為分別對(duì)于20μπι、40μπι和80μπι的焦點(diǎn)搜索范圍，聚焦指數(shù)相比Z軸位置的曲線圖；圖14為附有正交網(wǎng)格以示出腔內(nèi)樣本區(qū)域的分析腔的概略圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DI至圖2，分析裝置16適用于容納樣本分析盒18，樣本分析盒18具有分析腔20,分析腔20被配置為容納來自患者的生物樣本(例如，血液)以作分析。裝置16包括區(qū)域照明器22、析像管24、定位器26和可編程分析器28。出于描述的目的，將術(shù)語“分析”定義為對(duì)流體樣本的任何檢查或評(píng)估，包括但不限于對(duì)生物流體樣本內(nèi)的成分的檢查。分析裝置16可以與各種不同的樣本分析腔20 —起使用，包括在共同未決的美國專利申請(qǐng)No. 12/971，860,No. 12/061，394及No. 7，850，916中所描述的樣本分析腔，上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用并入本申請(qǐng)。出于公開的目的，將使用美國專利申請(qǐng)No. 12/971,86中所描述的分析腔和盒來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于與上述腔20和盒18—起使用。參照?qǐng)D3至圖4,樣本分析盒18包括流體模塊30、影像匣(image tray)32和外殼34。流體模塊30包括樣本口 36，樣本口 36被配置為接收來自注射器或患者采集部位的流體樣本，例如，來自指刺或踵刺。隨后將流體樣本引入盒18內(nèi)，在該盒中，可選擇性地將流體樣本輸送給位于影像匣32內(nèi)的分析腔20 (參見圖5 圖7)。參照?qǐng)D5-圖7，分析腔20包括第一板38和第二板40，兩個(gè)板中的至少一個(gè)是足夠透明的，以允許為了分析目的而形成位于板38和板40之間的生物流體樣本的圖像。第一板38和第二板40通常彼此基本平行且彼此基本對(duì)齊，并且彼此分隔一段距離，該距離延伸在兩板38、40的相對(duì)表面39、41之間。板38和板40之間的對(duì)齊限定一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域中，可使光垂直于一個(gè)板38傳輸,且光將穿過該板、樣本和另一板40 (如果該另一板也是透明的話)。板表面之間的分隔距離(也稱為腔20的“高度”42)的尺寸被設(shè)定成使得位于兩表面39、41之間的生物流體樣本將接觸這兩個(gè)表面。在一些實(shí)施方式中，通過至少三個(gè)分隔器44 (通常為球珠)使第一板38和第二板40彼此分隔。在優(yōu)選實(shí)施方式中，板38、板40中的至少一個(gè)或分隔器44是足夠柔韌的，以允許腔高度42接近分隔器44的平均高度。相對(duì)柔韌性提供具有基本均勻的高度的腔20，縱使分隔器44有小尺寸的容差變化。腔20的大小通常被設(shè)定成容納約O. 2 μ I到I. O μ I的樣本，但是腔20不限于任何特定的體積容量，且容量可變化以適應(yīng)分析應(yīng)用。腔20可操作用于靜止地容納流體樣本。術(shù)語“靜止的”用于描述樣本位于腔20之內(nèi)以備分析，且在分析期間不故意移動(dòng)樣本。如果血液樣本內(nèi)呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這將主要由于血液樣本內(nèi)的形成成分的布朗運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)不會(huì)禁止本發(fā)明的使用。現(xiàn)在回看圖2，區(qū)域照明器22包括光源46和物鏡光學(xué)器件(例如，物鏡48、濾光片50等)。光源46產(chǎn)生遍及足夠?qū)挼挠糜诙鄠€(gè)分析的波長(zhǎng)范圍(例如，約340nm到670nm)的光。光源46可以產(chǎn)生來自單個(gè)源或來自多個(gè)源的光，多個(gè)源共同產(chǎn)生沿期望波長(zhǎng)的光，例如，氙弧燈、鹵鎢燈、發(fā)光二極管(LED )或脈動(dòng)源。自光源46發(fā)出的光的路徑將取決于是使用熒光性還是使用透射率分析樣本。當(dāng)使用熒光性時(shí)，物鏡48將來自光源46的光聚焦為光束，接著將該光束導(dǎo)向靜止地位于腔20之內(nèi)的樣本中。光束照射樣本的至少一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域由照射在析像管24上的樣本圖像或 其一部分的橫截面區(qū)域限定。光導(dǎo)致樣本內(nèi)的材料(例如，熒光染料)發(fā)熒光且發(fā)射特定波長(zhǎng)的光。發(fā)射的光回傳通過物鏡48，隨后被析像管24捕獲。當(dāng)使用透射率時(shí)，區(qū)域照明器22被配置為導(dǎo)向光通過腔第一板38和第二板40 (二者都是足夠透明的，以允許光通過)，流體樣本存在于兩板之間。透射的光通過物鏡48，隨后被析像管24捕獲。定位器26適用于改變物鏡48和分析腔20的相對(duì)位置?？梢酝ㄟ^各種不同的方式實(shí)現(xiàn)物鏡48和分析腔20的相對(duì)位置的變化，例如，使物鏡48和分析腔20中的一個(gè)沿著所有相關(guān)軸(例如，X軸、Y軸和Z軸)相對(duì)于另一個(gè)移動(dòng)，或者使腔20沿著特定軸(例如，X軸和Y軸)移動(dòng)且使物鏡沿著另一個(gè)軸(例如，Z軸)移動(dòng)等。為了便于描述，本申請(qǐng)中將定位器26描述為適用于使盒18和所包括的分析腔20沿多個(gè)運(yùn)動(dòng)的軸(例如，X軸、Y軸和Z軸)相對(duì)于靜止的物鏡48移動(dòng)。然而，本發(fā)明不限于本實(shí)施方式。腔20在X-Y平面上是可移動(dòng)的，以允許物鏡48捕獲位于腔20內(nèi)的樣本的所有區(qū)域，并且腔20可沿Z軸移動(dòng)以相對(duì)于樣本高度改變焦點(diǎn)位置?？梢酝ㄟ^各種不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)腔20相對(duì)于物鏡48的運(yùn)動(dòng)，包括但不限于可控制的步進(jìn)電機(jī)，可以操作該步進(jìn)電機(jī)以選擇性地產(chǎn)生腔20相對(duì)于物鏡48的連續(xù)運(yùn)動(dòng)或腔20相對(duì)于物鏡48的增量運(yùn)動(dòng)。可接受的析像管24為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)型數(shù)字析像管24，優(yōu)選地為可提供每像素至少八(8)比特的分辨率的數(shù)字析像管，最優(yōu)選地為可提供每像素十二(12)比特的分辨率的數(shù)字析像管。析像管24將光圖像轉(zhuǎn)換成實(shí)時(shí)地或在隨后的時(shí)間上能看見和/或解譯的電子數(shù)據(jù)格式。或者，可以使用與CMOS不同的析像管24來將光圖像轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)格式。在優(yōu)選實(shí)施方式中，析像管24為可以工作在電子滾動(dòng)快門(ERS)快照模式下或電子滾動(dòng)快門(ERS)連續(xù)模式下的CMOS照相機(jī)。在快照模式下，照相機(jī)適用于在離散時(shí)刻捕獲區(qū)域的圖像。在滾動(dòng)快門連續(xù)模式下，照相機(jī)適用于在特定時(shí)間段期間捕獲區(qū)域的圖像。可接受的析像管24的示例為美國加利福尼亞州圣何塞的Aptina Imaging公司所生產(chǎn)的型號(hào)為MT9P031的成像器。然而，本發(fā)明不限于該析像管24。可編程分析器28包括中央處理單元(CPU)，CPU適用于(例如被編程為)選擇性地執(zhí)行實(shí)施本發(fā)明方法所必需的功能。應(yīng)當(dāng)注意，可以使用硬件、軟件、固件或其組合實(shí)現(xiàn)可編程分析器28的功能。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)μ幚韱卧幊桃詧?zhí)行本申請(qǐng)中所描述的功能，而不用過度試驗(yàn)。可編程分析器28與區(qū)域照明器22、析像管24及定位器26相通信，并且被編程為協(xié)調(diào)區(qū)域照明器22、析像管24和定位器26的操作，以形成靜止地位于腔20之內(nèi)的流體樣本的圖像。在大多數(shù)情況下，操作分析裝置16以形成腔20之內(nèi)的整個(gè)樣本的圖像，該過程涉及形成樣本的多個(gè) (例如，50個(gè) 100個(gè))區(qū)域的圖像。可以按照正交的行和列描述腔20，其中，每個(gè)分析區(qū)域位于特定的行和列坐標(biāo)上。可以組合所有的區(qū)域圖像以產(chǎn)生整個(gè)樣本的圖像。關(guān)于每個(gè)樣本區(qū)域，可編程分析器28被編程為協(xié)調(diào)區(qū)域照明器22、析像管24和定位器26的操作，以工作在自動(dòng)聚焦模式下，自動(dòng)聚焦模式允許裝置16為給定區(qū)域沿Z軸解決焦平面的位置上的極其細(xì)微的差異。在自動(dòng)聚焦模式下，沿Z軸改變分析腔20和物鏡48的相對(duì)位置，以確定和捕獲具有可接受的清晰度(即，對(duì)比度)的圖像。優(yōu)選地，定位器26使腔20沿Z軸相對(duì)于物鏡48勻速移動(dòng)。在腔20移動(dòng)期間，配合地操作區(qū)域照明器22和析像管24以捕獲圖像。在本發(fā)明的實(shí)施方式中所利用的勻速運(yùn)動(dòng)避免了與“移動(dòng)-停止-獲取-移動(dòng)”工作模式相關(guān)的問題，例如由于停止、安放和隨后移動(dòng)腔20所需的時(shí)間而造成的相對(duì)緩慢的操作，以及以微米或亞微米的增量快速且準(zhǔn)確地移動(dòng)腔20和安放腔20所需的硬件所關(guān)聯(lián)的開支。在一種自動(dòng)聚焦模式下，協(xié)調(diào)腔20的移動(dòng)和成像，使得在腔20相對(duì)于物鏡48改變Z位置時(shí)，逐漸地捕獲離散圖像。圖8中所示的曲線圖示出對(duì)于20 μ m的焦點(diǎn)搜索范圍，聚焦指數(shù)與腔20相對(duì)于物鏡48的Z軸位置的比對(duì)，分辨率為I μ m，提供20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在該模式的一個(gè)實(shí)施方式中，定位器26用信號(hào)通知析像管24捕獲圖像(S卩，在外部觸發(fā)模式下)。每當(dāng)腔20沿Z軸移動(dòng)預(yù)定距離(即，Λ Z)，定位器26發(fā)送“觸發(fā)”信號(hào)(即，晶體管-晶體管邏輯(TTL)信號(hào))給析像管24。在本示例中，可以將獲取圖像的位置描述為Zi=Zstart+! · Δ Z其中，變量“i”為圖像索引。因?yàn)橐阎?0的初始位置(Zi)且為在考慮中的應(yīng)用選擇ΛΖ，所以也已知每個(gè)增量位置。在該模式的另一實(shí)施方式中，可以利用定時(shí)機(jī)制(例如，控制軟件)周期性地操作析像管24，該定時(shí)機(jī)制獨(dú)立于腔20的Z軸運(yùn)動(dòng)，但配合腔20的Z軸運(yùn)動(dòng)，例如，每At捕獲圖像，且以Λ Z/At的速度移動(dòng)腔20?；蛘?，析像管24可以發(fā)送信號(hào)(例如，“選通”信號(hào))給定位器26，以在拍攝圖像時(shí)記錄位置。在兩個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)圖像的分辨率和析像管24產(chǎn)生圖像的時(shí)間(B卩，“幀時(shí)間(frame_time)”)，選擇捕獲圖像的增率。例如，“Z-速度(Z_velocity)” (即,距離/時(shí)間)必須小于或等于捕獲圖像的Z軸點(diǎn)之間所經(jīng)過的距離(B卩，“焦點(diǎn)分辨率(f0CUS_resolution)")除以“幀時(shí)間”的量
^ r, , . focus resoluiionZ — V ClOCKV < --=-
frame _ lime根據(jù)析像管24的能力選擇幀時(shí)間。所考慮的應(yīng)用將指定可接受的焦點(diǎn)分辨率。例如，對(duì)于位于區(qū)域深度約2. 7 μ m的分析腔20之內(nèi)的全血樣本的圖像分析，可接受的焦點(diǎn)分辨率約在I. O μ m到4. O μ m之間。一旦選擇了焦點(diǎn)分辨率(focus_resolution),則可以按照如下公式確定給定的焦點(diǎn)范圍(focus_range)內(nèi)的圖像的數(shù)量(Number_of_images),τ . .,focus ran^cNumber _ of — images = —^-----
—I —focus _ resolution一旦確定出圖像的數(shù)量，則可以通過將圖像的數(shù)量乘以每張圖像的幀時(shí)間來確定總的焦點(diǎn)搜索時(shí)間。為了增加分析裝置16的吞吐量，可以將析像管24設(shè)置為可能的最快速度，而不降低區(qū)分細(xì)節(jié)對(duì)比度的圖像分辨率。如上所述，Aptina的型號(hào)為MT9P031的成像器為可工作在快照采集模式下的可接受的析像管24的示例。作為示例，可以將工作在快照模式下的Aptina的型號(hào)為MT9P031的成像器(每巾貞約占用10毫秒(msec) 14msec)調(diào)節(jié)為以下設(shè)置a)中央四分之一興趣區(qū)(ROI) ；b)分級(jí)2 ;以及c) Imsec曝光時(shí)間。
在上述自動(dòng)聚焦模式下，在拍攝圖像的離散位置之間，分析腔20相對(duì)于物鏡48的移動(dòng)不必須是恒定速度，但恒定速度是優(yōu)選的。如上所述，存在與“移動(dòng)-停止-獲取-移動(dòng)”成像工作模式相關(guān)的問題。分析腔20相對(duì)于物鏡48的勻速或基本勻速的運(yùn)動(dòng)可以減少或消除這些問題。在另一自動(dòng)聚焦模式下，當(dāng)腔20在整個(gè)焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)沿Z軸相對(duì)于物鏡48勻速移動(dòng)時(shí)，連續(xù)形成分析腔20的圖像。最初，通常將腔20移動(dòng)到搜索區(qū)的起點(diǎn)(樣本的特定區(qū)域)，并使腔20從零Z軸速度開始加速，直到達(dá)到預(yù)定的Z軸速度。此后使腔20以預(yù)定的Z軸速度相對(duì)于物鏡48不斷移動(dòng)。圖9A示出腔20相對(duì)于物鏡48的Z速度增加以及隨后勻速移動(dòng)。一旦達(dá)到沿Z軸的恒定速度，則照相機(jī)滾動(dòng)快門啟動(dòng)且樣本區(qū)域的連續(xù)成像開始。從樣本區(qū)域的底部(例如，最低的腔Z位置)開始并移動(dòng)到樣本區(qū)域的頂部(例如，最高的腔Z位置)，滾動(dòng)快門析像管24形成區(qū)域內(nèi)的樣本的圖像。圖9B示出從樣本區(qū)域的底部到樣本區(qū)域的頂部的樣本的圖像。如果焦平面位于搜索區(qū)內(nèi)(即，位于該區(qū)域內(nèi)的樣本的底部和頂部之間)，則當(dāng)腔20沿Z軸移動(dòng)時(shí)，所獲取的圖像的對(duì)比度從圖像區(qū)域的底部到頂部，從模糊變化為清楚，然后再變化為模糊?？梢愿鶕?jù)焦平面的Z位置繪制對(duì)比度值的曲線。圖9C為聚焦指數(shù)(例如，圖像清晰度)作為Z軸位置的函數(shù)的曲線圖，該圖清楚地示出“最佳”焦平面位置52。優(yōu)選地，在該連續(xù)模式下，腔20相對(duì)于物鏡48的Z軸速度使得腔20在析像管24捕獲圖像所花的時(shí)間量?jī)?nèi)移動(dòng)通過焦點(diǎn)范圍。如上所述，Aptina的型號(hào)為MT9P031的成像器為可工作在連續(xù)采集模式下的可接受的析像管24的示例。工作在滾動(dòng)快門連續(xù)模式下的Aptina的型號(hào)為MT9P031的成像器的推薦設(shè)置為a)全分辨率；b)不分級(jí)；c)lmSec曝光時(shí)間，提供等于二十七(27)行的滾動(dòng)快門寬度。依照這些設(shè)置，可以以約71. 66msec的幀時(shí)間操作Aptina的型號(hào)MT9P031。如果樣本搜索范圍為80 μ m，則腔20相對(duì)于物鏡 48 的 Z 軸速度為 80 μ m/71. 66msec=l. 12 μ m/msec。在一些實(shí)施方式中，利用“智能聚焦”程序?qū)删幊谭治銎?8編程，該“智能聚焦”程序適用于在減少的時(shí)間量?jī)?nèi)確定可接受的Z軸焦點(diǎn)位置。在上述方法下，根據(jù)具體定義的分辨率形成Z軸樣本搜索范圍的圖像，例如，具有5 μ m的分辨率的100 μ m的樣本搜索范圍需要拍攝20張圖像且需要與產(chǎn)生這20張圖像相關(guān)的時(shí)間。相比之下，智能聚焦程序評(píng)估每張圖像相對(duì)于之前圖像的分辨率，以確定是否已達(dá)到最佳分辨率(參見圖10)。如上所述，如果焦平面在搜索范圍內(nèi)，則當(dāng)腔20沿Z軸相對(duì)于物鏡48移動(dòng)時(shí)，圖像將從焦點(diǎn)外移動(dòng)到焦點(diǎn)內(nèi)，然后移動(dòng)回到焦點(diǎn)外。作為Z軸位置的函數(shù)的分辨率的變化的曲線圖將顯示為鐘形曲線。智能聚焦過程通過尋找曲線的斜率的變化(例如，斜率導(dǎo)數(shù)的符號(hào)的變化，或者數(shù)據(jù)點(diǎn)的多項(xiàng)式方程擬合的極大或極小位置)而利用鐘形關(guān)系。一旦確定出斜率的導(dǎo)數(shù)的變化，或者確定出曲線圖中的極大或極小位置，則不再需要其它Z軸圖像。在極大點(diǎn)或極小點(diǎn)處所捕獲的圖像將具有最佳清晰度，且可以用作進(jìn)一步分析。因?yàn)椴辉傩枰渌鼒D像，所以本技術(shù)減小了捕獲具有期望清晰度的圖像所需的時(shí)間量。如果多項(xiàng)式方程擬合分析數(shù)據(jù)，則通過降低成像的分辨率(例如，不是每I μ m，而是每4 μ m成像一次)可進(jìn)一步減小確定Z軸焦點(diǎn)位置所需的時(shí)間，而不有害地降低精度。在20 μ m、40 μ m和80 μ m的焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)拍攝20張測(cè)試數(shù)據(jù)的圖像(產(chǎn)生I μ m、2 μ m和4ym的分辨率，分別如圖1Γ圖13所示)，并且收集各分辨率值的圖像清晰度數(shù)據(jù)。多項(xiàng)式方程也擬合每個(gè)搜索范圍的焦點(diǎn)數(shù)據(jù)。為每個(gè)焦點(diǎn)搜索范圍，繪制圖像清晰度值相對(duì)于Z軸位置的曲線圖及基于那些值的多項(xiàng)式方程的曲線圖。不同的焦點(diǎn)范圍搜索的繪圖結(jié)果指示出，圖像清晰度數(shù)據(jù)與可從該數(shù)據(jù)的多項(xiàng)式方程擬合確定的數(shù)據(jù)密切相關(guān)。事實(shí)上，該相關(guān)使得從多項(xiàng)式方程擬合確定的焦點(diǎn)位置在可接受的容錯(cuò)度內(nèi)。上文在定位器26使腔20沿Z軸相對(duì)于物鏡48勻速移動(dòng)的工作模式下描述本發(fā)明。特別地，上文將本發(fā)明描述為適用于工作在第一自動(dòng)聚焦模式下和第二自動(dòng)聚焦模式 下，在第一自動(dòng)聚焦模式下，在沿Z軸的不同位置上周期性地捕獲樣本區(qū)域的離散圖像，在第二自動(dòng)聚焦模式下，當(dāng)腔20勻速移動(dòng)時(shí)，在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)形成樣本區(qū)域的圖像。這些自動(dòng)聚焦的工作模式可以互相獨(dú)立地使用，或者彼此聯(lián)合使用。例如，可以使用離散快照成像模式分析統(tǒng)計(jì)上不太可能包含相關(guān)分析數(shù)據(jù)的樣本區(qū)域，且可以使用連續(xù)成像模式分析那些統(tǒng)計(jì)上更有可能包含相關(guān)分析數(shù)據(jù)的那些樣本區(qū)域。參照?qǐng)D14，用圖解法示出其上附有正交網(wǎng)格的分析腔20。描繪了靜止地位于腔20之內(nèi)的樣本54。圍繞腔的外圍的樣本區(qū)域56顯示為空，沒有樣本。在一些應(yīng)用中，相比于統(tǒng)計(jì)上更有可能包含樣本54的中央樣本區(qū)域58，這些外圍區(qū)域56統(tǒng)計(jì)上更有可能沒有樣本(或者沒有相關(guān)分析數(shù)據(jù))。在利用兩種自動(dòng)聚焦模式的工作模式下，使用離散快照成像模式分析外圍樣本區(qū)域56(8卩，統(tǒng)計(jì)上不太可能包含相關(guān)分析數(shù)據(jù)的區(qū)那些域)，以及使用連續(xù)成像模式分析中央樣本區(qū)域58 (S卩，統(tǒng)計(jì)上更有可能包含相關(guān)分析數(shù)據(jù)的那些區(qū)域)。基于特定的應(yīng)用，本發(fā)明的使用兩種自動(dòng)聚焦模式的操作可以產(chǎn)生更有效且更快速的樣本處理，同時(shí)保持理想的精度。本發(fā)明的方法提供若干優(yōu)勢(shì)。例如，因?yàn)榭梢栽诨旧喜⑿?而不是串行)的過程中定位分析腔20、形成分析腔20的圖像以及處理該圖像，所以本發(fā)明的方法允許更快地分析流體樣本。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，利用腔20相對(duì)于物鏡48的連續(xù)Z軸移動(dòng)。連續(xù)Z軸移動(dòng)消除了對(duì)提供定位器26的需要，定位器26適用于在成像期間停止和啟動(dòng)腔20相對(duì)于物鏡48的運(yùn)動(dòng)，且適用于在腔20停止時(shí)安放該腔。本發(fā)明還消除了與以下操作相關(guān)的時(shí)間反復(fù)地將腔20加速到恒定速度、將腔20從定恒速度減速到靜止位置、以及一旦“停止”腔20，則相對(duì)于物鏡48安放腔20。因此，可以使用通常比工作在啟動(dòng)和停止模式下所需的設(shè)備更便宜的設(shè)備，在更少的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行分析。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，因?yàn)樵诟拈g隔內(nèi)獲得了更多的圖像，所以可以提高結(jié)果的重復(fù)性，因此提高分析的總體精度。本發(fā)明還可以通過降低分辨率而利用更寬的焦點(diǎn)搜索范圍，而不增加聚焦時(shí)間。盡管已參照示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行各種改變且可以對(duì)所述實(shí)施方式中的元件進(jìn)行等同替換，而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，可以進(jìn)行多種修改以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教義，而不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。因此，意圖在于，本發(fā)明不限于文中所公開的作為為實(shí)施本發(fā)明而考慮的最佳方式的具體實(shí)施方式
。
權(quán)利要求
1.一種用于形成靜止地位于腔內(nèi)的生物流體樣本的圖像的方法，該方法包括以下步驟 相對(duì)于物鏡將所述腔定位在Z軸位置上，所述物鏡具有鏡軸，其中，所述Z軸平行于所述鏡軸； 使所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此沿所述Z軸以一速度移動(dòng)；以及當(dāng)所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此在焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)沿所述Z軸以一速度移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生所述生物流體樣本的一張或多張圖像。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，在產(chǎn)生所述圖像時(shí)，所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此沿所述Z軸以恒定速度移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，產(chǎn)生所述圖像的步驟包括在所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)周期性地產(chǎn)生所述圖像，其中，每張圖像與所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)的已知的Z軸位置相關(guān)聯(lián)，且其中，每張圖像具有可量化的聚焦指數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述可量化的聚焦指數(shù)為對(duì)比度。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，該方法還包括以下步驟 比較所述圖像的所述聚焦指數(shù)，以確定相對(duì)于其它圖像具有較高的聚焦指數(shù)的一張或多張圖像；以及 分析所述相對(duì)于其它圖像具有較高的聚焦指數(shù)的圖像中的至少一張圖像。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括以下步驟 比較所述圖像的所述聚焦指數(shù)，以確定所述圖像中的每張圖像的聚焦指數(shù)的相對(duì)量；以及 使用在所述Z軸位置上所拍攝的、與比其它圖像大的聚焦指數(shù)的相對(duì)量相關(guān)聯(lián)的圖像，分析所述樣本。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，該方法還包括以下步驟 繪制每張圖像中的所述聚焦指數(shù)的相對(duì)量相對(duì)于在所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)所拍攝的各圖像的所述Z軸位置的曲線； 識(shí)別具有位于所述曲線圖的頂點(diǎn)的聚焦指數(shù)的圖像；以及 使用所述具有位于所述曲線圖的頂點(diǎn)的聚焦指數(shù)的圖像，分析所述樣本。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，該方法還包括以下步驟 針對(duì)在所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)所拍攝的所述圖像，用多項(xiàng)式方程擬合每張圖像的所述聚焦指數(shù)的相對(duì)量相對(duì)于所述各圖像的所述Z軸位置的曲線； 識(shí)別所述多項(xiàng)式方程的斜率的符號(hào)的變化；以及 使用在與斜率的變化相關(guān)聯(lián)的所述Z軸位置上所拍攝的圖像，分析所述樣本。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，產(chǎn)生所述樣本的一張或多張圖像的步驟包括在所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)連續(xù)形成所述樣本的圖像以產(chǎn)生所述樣本的單張圖像，其中，該圖像包括多個(gè)部分，每個(gè)部分與所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)的Z軸位置相關(guān)聯(lián)，且其中，每個(gè)圖像部分具有可量化的聚焦指數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述可量化的聚焦指數(shù)為對(duì)比度。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，該方法還包括以下步驟 比較圖像部分的所述聚焦指數(shù)，以確定相對(duì)于其它圖像部分具有較高的聚焦指數(shù)的一個(gè)或多個(gè)圖像部分； 分析所述相對(duì)于其它圖像部分具有較高的聚焦指數(shù)的圖像部分中的至少一個(gè)圖像部分。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，該方法還包括以下步驟 比較所述圖像部分的所述聚焦指數(shù)，以確定所述圖像中的每張圖像的聚焦指數(shù)的相對(duì)量；以及 使用在所述Z軸位置上所拍攝的、與比其它圖像部分大的聚焦指數(shù)的相對(duì)量相關(guān)聯(lián)的圖像部分，分析所述樣本。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，該方法還包括以下步驟 繪制每個(gè)圖像部分中的所述聚焦指數(shù)的相對(duì)量相對(duì)于各圖像部分的所述Z軸位置的曲線； 識(shí)別具有位于所述曲線圖的頂點(diǎn)的聚焦指數(shù)的圖像部分；以及 使用所述具有位于所述曲線圖的頂點(diǎn)的聚焦指數(shù)的圖像部分，分析所述樣本。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，該方法還包括以下步驟 用多項(xiàng)式方程擬合每個(gè)圖像部分中的所述聚焦指數(shù)的相對(duì)量相對(duì)于所述各圖像部分的所述Z軸位置的曲線； 識(shí)別所述多項(xiàng)式方程的斜率的符號(hào)的變化；以及 使用在與斜率的變化相關(guān)聯(lián)的所述Z軸位置上所拍攝的圖像部分，分析所述樣本。
15.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述恒定速度小于沿所述Z軸的產(chǎn)生相鄰圖像的位置之間的距離除以產(chǎn)生所述圖像中的一張圖像所花費(fèi)的時(shí)間量。
16.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，產(chǎn)生所述圖像的步驟包括在所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)周期性地產(chǎn)生位于所述腔的第一部分中的樣本的離散圖像，且在所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)連續(xù)形成位于所述腔的一個(gè)或多個(gè)第二部分中的樣本的圖像，以產(chǎn)生所述樣本的單張圖像； 其中，位于所述腔的所述第一部分中的樣本的所述離散圖像均與已知的Z軸位置相關(guān)聯(lián)且每個(gè)離散圖像都具有可量化的聚焦指數(shù)；以及 其中，位于所述腔的所述第二部分中的樣本的連續(xù)圖像具有子部分，每個(gè)子部分與已知的Z軸位置相關(guān)聯(lián)且每個(gè)子部分都具有可量化的聚焦指數(shù)。
17.一種用于形成靜止地位于腔內(nèi)的生物流體樣本的圖像的裝置，該裝置包括 區(qū)域照明器，所述區(qū)域照明器具有物鏡，所述物鏡具有鏡軸； 定位器，所述定位器適用于將所述物鏡和所述腔中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此定位； 析像管，所述析像管適用于形成所述腔內(nèi)的樣本的圖像；以及 可編程分析器，所述可編程分析器適用于控制所述定位器，以將所述物鏡和所述腔中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此沿平行于所述鏡軸的Z軸以一速度移動(dòng)，并且所述可編程分析器適用于在所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此在焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)沿所述Z軸以一速度移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生所述生物流體樣本的一張或多張圖像。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述分析器適用于控制所述定位器，以在產(chǎn)生圖像時(shí)使所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此沿所述Z軸以恒定速度移動(dòng)。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述分析器適用于控制所述析像管，在所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)周期性地產(chǎn)生所述樣本的圖像，其中，所述分析器將每張圖像與所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)的已知的Z軸位置相關(guān)聯(lián)，且其中，每張圖像具有可量化的聚焦指數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述可量化的聚焦指數(shù)為對(duì)比度。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述分析器適用于比較所述圖像的所述聚焦指數(shù)，以確定相對(duì)于其它圖像具有較高的聚焦指數(shù)的一張或多張圖像，并分析所述相對(duì)于其它圖像具有較高的聚焦指數(shù)的圖像中的至少一張圖像。
22.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述分析器適用于控制所述析像管，以在所述焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)連續(xù)形成所述樣本的圖像以產(chǎn)生所述樣本的單張圖像，并且將唯一的Z軸位置與該圖像的特定部分相關(guān)聯(lián)，且其中，每個(gè)圖像部分都具有可量化的聚焦指數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于形成靜止地位于腔內(nèi)的生物流體樣本的圖像的方法及裝置。該方法包括以下步驟a)相對(duì)于物鏡將所述腔定位在Z軸位置上，所述物鏡具有鏡軸，其中，所述Z軸平行于所述鏡軸；b)使所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此沿所述Z軸以一速度移動(dòng)；以及c)當(dāng)所述腔和所述物鏡中的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)于彼此在焦點(diǎn)搜索范圍內(nèi)沿所述Z軸以一速度移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生所述生物流體樣本的一張或多張圖像。
文檔編號(hào)G02B21/24GK102782559SQ201080065007
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者張楊, 謝敏 申請(qǐng)人:雅培照護(hù)點(diǎn)公司