專利名稱：具有減少的通道串擾的高動態(tài)范圍掃描的制作方法
具有減少的通道串擾的高動態(tài)范圍掃描相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2010年5月12日提交的美國臨時專利申請S/N. 61/334，100(律師案號020031-011700US ;客戶編碼ENV)的權(quán)益，該申請的公開內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及熒光檢測系統(tǒng)，更具體地涉及減少或消除串擾并且擴展這些系統(tǒng)的動態(tài)范圍。光學(xué)熒光檢測技術(shù)正在變成用于推進生物科學(xué)發(fā)現(xiàn)的越來越關(guān)鍵的工具。而且，隨著科學(xué)研究的步伐增大，對這些工具的靈敏度、量化、速度和自動化的要求增加。一種檢測系統(tǒng)L1-COR Odyssey 掃描儀(參見例如US專利6，495，812)使用針對近紅外光譜區(qū)域優(yōu)化的靈敏光學(xué)檢測系統(tǒng)并且傳送高要求應(yīng)用所需的靈敏度，其中大多數(shù)生物樣本和大多數(shù)材料都具有低的自發(fā)熒光是公知的。該系統(tǒng)在相同掃描內(nèi)具有近15比特(>4個數(shù)量級)的動態(tài)范圍。這對大多數(shù)應(yīng)用是足夠的。然而，熒光信號的電平可在不同的應(yīng)用之間顯著地變化，并且因此當前存在選擇允許捕捉大部分動態(tài)范圍而不太飽和的增益設(shè)置的需求。圖1a示出具有飽和點的2X稀釋物的圖像。區(qū)域“A”的各行具有相同的800-通道稀釋物。圖1b示出橫過稀釋物(即，兩行)的輪廓，并且指示4個點完全地飽和而一個點部分地飽和。標記為“B”的區(qū)域示出使得800-檢測器飽和的來自700-通道的一些通道串擾。在區(qū)域“B”中的所示飽和點處，存在另一稀釋物，但具有700-染料標簽(只有780nm激光器才可極少地激發(fā)的IRDye_ _700DX)。但是，800檢測器在那些位置的飽和指示源自700激發(fā)(例如，680nm激光器)的相對較強的熒光信號。類似的通道串擾從800激發(fā)到700通道檢測發(fā)生。減少這種串擾增強了兩個通道在整個場上的靈敏度。Odyssey 使用預(yù)設(shè)激發(fā)激光器功率和雪崩光電二極管(APD)作為用于檢測所發(fā)射熒光的檢測器。由該系統(tǒng)提供的信號電平取決于激光器功率、熒光濃度、檢測收集效率、以及檢測器增益設(shè)置。前三者通過設(shè)計設(shè)置，并且增益設(shè)置是可調(diào)整的。該系統(tǒng)級增益包括Aro本身后隨電子放大級的放大增益。當前，可用的增益設(shè)置范圍利用兩個分量，并且允許ιοοοχ以上的系統(tǒng)級增益變化。然而，期望將Aro增益水平維持在單個設(shè)置以使其靈敏度性能在更寬的動態(tài)范圍上得以維持。固定Aro增益只使電子放大得以調(diào)整，這導(dǎo)致動態(tài)范圍的有限擴展。此外，相對較強的熒光信號可使Aro飽和，并且在此情況下，電子增益無法導(dǎo)致動態(tài)范圍的任何有用擴展。因此，存在在不改變檢測器的靈敏度的情況下擴展諸如Odyssey 之類的掃描儀的動態(tài)范圍能力的需要。Odyssey 掃描設(shè)計以多種方式受益于使用兩種激光器色彩激發(fā)樣本的相同位置。假設(shè)兩幅圖像同時具有700通道和800通道，濾光和調(diào)制-解調(diào)技術(shù)允許由兩個激光器刺激的所發(fā)射熒光的有效分離。然而，當所發(fā)射熒光的量較高時，從一個通道到另一通道的殘余熒光泄漏可導(dǎo)致限制APD的動態(tài)范圍。例如，即使沒有800-通道熒光，800-通道APD也可接收來自700-通道熒光的泄漏而非飽和之，并且使用800激光調(diào)制頻率的解調(diào)沒有幫助。該情況在圖1a中的區(qū)域“B”中的點中清楚地示出。該圖像是一 800-通道圖像且所示的點只包含700-染料，但是具有相對較高的濃度。即使沒有800熒光，該圖像也清楚地示出800-通道檢測器飽和。該交叉通道效果可通過改變以上所述的AH)增益來減少，但是這影響其對800熒光，即該通道中的期望熒光的靈敏度。因此，期望最小化或消除該交叉通道效果，同時使APD增益設(shè)置維持在其高靈敏設(shè)置。還期望在完成此的同時擴展該系統(tǒng)的動態(tài)范圍。
美國專利No. 7，463，357通過將檢測光分割成兩個光束且使用具有重疊動態(tài)范圍的不同類型的檢測器檢測它們來擴展化合物陣列(chemical array)讀取器的動態(tài)范圍。 這不減少以上所述的通道串擾，并且需要兩個檢測器具有類似的最佳操作增益設(shè)置。此外， 將光分割成兩個光束有效地導(dǎo)致可以其他方式獲得的靈敏度的減小。期望維持或增強靈敏度，而不是使其減小。Corson (美國專利No. 6，952，008和6，806，460)還示教了基于將光譜范圍(色彩)內(nèi)的所收集熒光分割成兩個部分且使用不同動態(tài)范圍的檢測器檢測它們、并且梳理兩種測量以產(chǎn)生具有較高動態(tài)范圍的圖像的相同思想的熒光檢測技術(shù)。
美國專利No. 7，054，003示教了如何用不同強度的光讀取化合物陣列的不同區(qū)域且同時檢測從不同區(qū)域發(fā)射的光，作為以寬動態(tài)范圍使陣列成像的方式。這沒有解決以上所述的限制，它期望維持相同位置的照射和來自相同位置的檢測。在相同位置施加不同強度的光和同時檢測兩者對相同的激發(fā)和發(fā)射波長范圍不起作用，并且導(dǎo)致更多的通道串擾問題。即使與諸如美國專利申請No. 11/036571所描述的其他技術(shù)組合以將光束分割成多個部分并單獨地檢測它們，也需要針對每一種色彩增加其他檢測器以及相關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件，這是一種昂貴的嘗試。
美國專利No. 7，361，472提供了用于基于使用不同濾色片多次地測量相同的光以降低信號電平來擴展散射光測量的動態(tài)范圍，然后使用預(yù)定濾色片光學(xué)密度比率來組合這些測量的方法。除了熒光成像呈現(xiàn)該發(fā)明未解決的不同挑戰(zhàn)的事實以外，通過使用濾色片來重新測量相同的光以阻止檢測部分光的思路沒有解決通道串擾問題。
美國專利No. 6，870，166和申請No. 11/344，773描述了通過以不同的增益設(shè)置兩次掃描化合物陣列來擴展讀取該陣列的動態(tài)范圍的方法。雖然這避免了必須將所收集的光分割成多個部分，但是如果如上所述諸如Aro之類的檢測器要以相同的優(yōu)化增益設(shè)置操作，它仍然不起作用。此外，該方法未改變由同時的多色彩檢測引起的任何通道串擾，諸如此處所期望的。
美國專利6，320，196呈現(xiàn)了對染料串擾的解決方案，該解決方案可對通道串擾起作用，但是它基于空間地分離不同色彩的光學(xué)器件，即將激光聚焦在分離點并且通過分離的光學(xué)器件和檢測器來收集所發(fā)射熒光。這不具有壓縮、成本有效的單點掃描的優(yōu)點，并且對分離的光學(xué)器件起作用的技術(shù)對組合光學(xué)器件不起作用。
因此，期望提供克服以上及其他問題的系統(tǒng)和方法。具體而言，期望提供整個動態(tài)范圍的顯著增大和通道串擾的減少，同時維持單點掃描的靈敏度和壓縮性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于減少熒光檢測系統(tǒng)中的串擾以及擴展這些檢測系統(tǒng)的動態(tài)范圍的系統(tǒng)和方法。
一種多通道掃描系統(tǒng)通過多于一次地掃描相同位置來實現(xiàn)低通道串擾、超寬動態(tài)范圍掃描方法，其中至少一次地針對至少一個通道將激發(fā)光的功率和檢測器增益設(shè)為高且針對至少一個其他通道將其設(shè)為低，并且在后續(xù)掃描中使用不同的設(shè)置。相同通道的采用不同高低設(shè)置的掃描合并在一起以產(chǎn)生一幅較寬動態(tài)范圍的圖像。根據(jù)一個實施例，提供了一種用于減少或消除熒光檢測系統(tǒng)中的串擾的方法，該熒光檢測系統(tǒng)包括以不同的波長發(fā)射照明的兩個源、在不同的波長檢測的兩個檢測器、以及具有至少兩種熒光物質(zhì)類型的樣本臺，其中第一熒光物質(zhì)類型吸收來自第一照明源的光并以第一熒光波長發(fā)射，而第二熒光物質(zhì)類型吸收來自第二照明源的光并以第二熒光波長發(fā)射。該方法通常包括a)在第一照明和檢測設(shè)置模式中，第一照明源被設(shè)為高功率設(shè)置且第一檢測器被設(shè)為高增益設(shè)置，而第二照明源被設(shè)為低功率設(shè)置且第二檢測器被設(shè)為低增益設(shè)置，從而i)使用來自第一和第二照明源的照明來照射樣本臺的多個像素位置中的至少一個像素位置，并且ii)檢測每一檢測器的第一強度值，第一檢測器以第一熒光波長檢測而第二檢測器以第二熒光波長檢測。該方法通常還包括b)在第二照明和檢測設(shè)置模式中，第一照明源被設(shè)為低功率設(shè)置且第一檢測器被設(shè)為低增益設(shè)置，而第二照明源被設(shè)為高功率設(shè)置且第二檢測器被設(shè)為高增益設(shè)置，從而i)使用來自第一和第二照明源的照明來照射所述至少一個像素位置，并且ii)檢測每一檢測器的第二強度值。該方法通常包括c)針對每一檢測器，處理第一和第二強度值以產(chǎn)生至少一個像素位置的合并圖像值。在特定方面，對于每一源，高功率設(shè)置與低功率設(shè)置的比率約為2或更大或者甚至為10或更大，并且對于每一檢測器，高增益設(shè)置與低增益設(shè)置的比率約為2或更大或者甚至為10或更大。在特定方面，處理包括執(zhí)行第一和第二強度值之間的線性回歸擬合以確定像素的合并圖像值。例如，在特定方面，所得回歸擬合的斜率表示像素的合并圖像值。根據(jù)另一實施例，提供了一種熒光檢測系統(tǒng)，該熒光檢測系統(tǒng)通常包括以第一照明頻率發(fā)射的第一照明源；以第二照明頻率發(fā)射的第二照明源；配置成檢測第一熒光頻率的輻射的第一檢測器元件；配置成檢測第二熒光頻率的輻射的第二檢測器元件；以及包括具有兩種熒光物質(zhì)類型的樣本的目標平臺，其中第一物質(zhì)類型吸收第一照明頻率的照明并以第一熒光頻率發(fā)射，而第二物質(zhì)類型吸收第二照明頻率的照明并以第二熒光頻率發(fā)射。該系統(tǒng)通常還包括配置成將第一和第二源的照明組合和聚焦到樣本上的光學(xué)元件；以及配置成將由樣本發(fā)射的熒光定向和聚焦到第一和第二檢測器元件上的光學(xué)元件。該系統(tǒng)通常還包括適于接收和處理從第一和第二檢測器接收到的信號的智能模塊，例如處理器。在通常操作期間，樣本臺上的至少一個像素位置在第一模式和第二模式中由第一和第二源照射，并且由第一和第二物質(zhì)類型發(fā)射的熒光在第一模式和第二模式中由第一和第二檢測器檢測。在第一模式中，第一照明源被設(shè)為高功率設(shè)置且第一檢測器被設(shè)為高增益設(shè)置，而第二照明源被設(shè)為低功率設(shè)置且第二檢測器被設(shè)為低增益設(shè)置；并且在第二模式中，第一照明源被設(shè)為高功率設(shè)置且第一檢測器被設(shè)為高增益設(shè)置，而第二照明源被設(shè)為低功率設(shè)置且第二檢測器被設(shè)為低增益設(shè)置。同樣，在第一模式中，每一檢測器輸出第一強度值，而在第二模式中，每一檢測器輸出第二強度值。針對每一檢測器，智能模塊處理第一和第二強度值以產(chǎn)生至少一個像素位置的合并圖像值。在特定方面，對于每一源，高功率設(shè)置與低功率設(shè)置的比率約為2或更大或者甚至為10或更大，并且對于每一檢測器，高增益設(shè)置與低增益設(shè)置的比率約2或更大或者甚至為10或更大。在特定方面，處理包括執(zhí)行第一和第二強度值之間的線性回歸擬合以確定像素的合并圖像值。例如，在特定方面，所得回歸擬合的斜率表示像素的合并圖像值。
在特定方面，該系統(tǒng)還包括用于針對每一檢測器顯示至少一個像素的合并圖像值的表示的顯示設(shè)備。在特定方面，樣本臺上的多個像素位置中的每一像素位置在第一模式和所述第二模式中由第一和第二源照射，并且由第一和第二物質(zhì)類型發(fā)射的突光在第一模式和第二模式中由第一和第二檢測器檢測，并且針對每一檢測器，智能模塊處理第一和第二強度值以產(chǎn)生多個像素位置中的每一像素位置的合并圖像值。在特定方面，該系統(tǒng)還包括用于針對每一檢測器顯示多個像素中的部分或全部像素的合并圖像值的表示的顯示設(shè)備。
根據(jù)又一實施例，提供了一種用于減少或消除熒光檢測系統(tǒng)中的串擾的方法，該熒光檢測系統(tǒng)包括以不同的波長發(fā)射照明的兩個源、具有至少兩種熒光物質(zhì)類型的樣本臺、以及兩個檢測通道。該方法通常包括a)將第一源的照明功率設(shè)為高功率電平而將第二源的照明功率設(shè)為低功率電平；b)將第一檢測器的增益設(shè)為高增益水平而將第二檢測器的增益設(shè)為低增益水平；c)使用來自第一和第二源的照明來照射樣本臺的多個像素位置中的至少一個像素位置，其中第一熒光物質(zhì)類型吸收來自第一源的光并以第一熒光波長發(fā)射，而第二熒光物質(zhì)類型吸收來自第二源的光并以第二熒光波長發(fā)射；以及d)檢測每一檢測通道的第一強度值，其中第一檢測器檢測第一熒光波長而第二檢測器檢測第二熒光波長。該方法通常還包括此后，e)將第一源的照明功率設(shè)為低功率電平而將第二源的照明功率設(shè)為高功率電平；f)將第一檢測器的增益設(shè)為低增益水平而將第二檢測器的增益設(shè)為高增益水平；g)使用來自第一和第二照明源的照明來照射至少一個像素位置；以及h)檢測每一通道的第二強度值。該方法通常還包括此后，i)針對每一通道，處理第一和第二強度值以產(chǎn)生至少一個像素位置的合并圖像值。在特定方面，對于每一源，高功率設(shè)置與低功率設(shè)置的比率約為2或更大或者甚至為10或更大，并且對于每一檢測器，高增益水平與低增益水平的比率約為2或更大或者甚至為10或更大。在特定方面，處理包括執(zhí)行第一和第二強度值之間的線性回歸擬合以確定像素的合并圖像值。例如，在特定方面，所得回歸擬合的斜率表示像素的合并圖像值。
在特定方面，第一和第二源以比所發(fā)射照明的頻率低的第一和第二調(diào)制頻率調(diào)制，并且第一和第二檢測器分別以第一和第二調(diào)制頻率解調(diào)。
參考本說明書的其余部分(包括附圖和權(quán)利要求書)，將實現(xiàn)本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。在下文中參考附圖詳細地描述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點以及本發(fā)明各個實施例的結(jié)構(gòu)和操作。在附圖中，類似的附圖標記表示相同或功能相似的元件。


圖Ia示出具有飽和點的2X稀釋物的圖像；圖Ib示出橫過稀釋物卿，兩行)的輪廓，并且指示4個點完全地飽和而一個點部分地飽和。
圖2示出根據(jù)一個實施例的照明和檢測系統(tǒng)。
圖3a示出通過使用圖2所示的系統(tǒng)的兩次掃描的激光器功率和檢測器增益設(shè)置的示例；圖3b示出根據(jù)一個實施例兩次以上的掃描也可通過使用激發(fā)功率和/或檢測器增益(例如，低、中和高)的兩個以上的設(shè)置來實現(xiàn)。
圖4示出根據(jù)一個實施例的三通道系統(tǒng)。
圖5a和5b列出根據(jù)一個實施例的針對三通道系統(tǒng)掃描的掃描和圖像組要合并在一起的示例設(shè)置集合。圖6a示出通過高/低比率為135x的一個實施例而獲取的圖1a的相同稀釋物的合并掃描；圖6b示出區(qū)域“A”中的稀釋物上的譜線輪廓。
具體實施例方式本發(fā)明提供用于減少熒光檢測系統(tǒng)中的串擾以及擴展這些檢查系統(tǒng)的動態(tài)范圍的系統(tǒng)和方法。在下文中參考諸如在Odyssey 中實現(xiàn)的雙色掃描(例如，2個通道)描述系統(tǒng)和方法，但是應(yīng)當理解，本文中所描述的技術(shù)同樣適用于單個或兩個以上的通道。當這種多通道配置照射且檢測來自相同位置的發(fā)射時，這些技術(shù)最好用。不同通道的分離基于波長或色彩而不是通過分割每一色彩的光學(xué)功率來進行，并且由此有利地維持該系統(tǒng)的可獲得的靈敏度。在圖2中示出照明和檢測系統(tǒng)10的一個實施例。系統(tǒng)10包括兩個照明源。通常，照明源包括激光器，然而，可根據(jù)需要使用其他照明源。如圖所示，在一個實施例中，兩個照明源包括配置成以兩個不同頻率或波長(例如，如圖所示的680nm和780nm)發(fā)射的激光二極管設(shè)備，并且被配置成照射平臺20。激光源通常通過TEC冷卻、準直儀、激發(fā)濾色片、以及組合光學(xué)器件封裝以使其輸出聚焦在平臺20上的相同目標位置。還期望維持Odyssey_ 設(shè)計(美國專利6，495，812)的斜角配置，其避免了鏡面激光反射，這是在單次測量中導(dǎo)致高動態(tài)范圍的低光學(xué)背景的重要元素。從兩次激發(fā)(相同位置)發(fā)射的熒光由物鏡30收集，并且被分色鏡40分成兩條路徑，每一路徑具有來自一次激發(fā)的最大熒光以及來自另一次激發(fā)的最小熒光。在這些路徑中的每一路徑中，熒光由一個或多個發(fā)射濾色片60進一步濾色，并且由設(shè)置在最佳增益設(shè)置的檢測器50 (例如，APD)檢測。可包括諸如反射鏡45和光學(xué)透鏡元件55之類的附加光學(xué)元件以便于光的定向和聚焦。系統(tǒng)10還包括可與檢測器50通信地耦合的智能模塊(未示出)，諸如一個或多個處理器。智能模塊適于接收和處理來自檢測器50的信號，例如表示在檢測器的檢測帶寬內(nèi)檢測到的照明或者與其成比例的信號。智能模塊可自動地處理如接收到的數(shù)據(jù)和信號，或者它可接收這些數(shù)據(jù)和信號且隨后例如響應(yīng)于用戶命令進行處理。在特定實施例中提供任選的顯示設(shè)備(未示出)來顯示表示由系統(tǒng)10捕捉和/或處理的各個信號和圖像的數(shù)據(jù)。還可提供存儲器模塊或設(shè)備來存儲數(shù)據(jù)和代碼以供智能模塊或另一系統(tǒng)使用。例如，存儲器可存儲可由處理器執(zhí)行以實現(xiàn)如本文中所公開的方法的代碼，和/或來自檢測器和/或處理器的數(shù)據(jù)可被存儲在該存儲器上。存儲器可包括RAM或ROM、硬盤、或者任何便攜式非瞬態(tài)介質(zhì)(諸如DVD或⑶)。根據(jù)一個實施例，低通道串擾超寬動態(tài)范圍掃描方法包括掃描相同位置兩次一次是一個通道的激光器功率和檢測器增益被設(shè)為高而同時另一通道的激光器功率和檢測器增益被設(shè)為低，例如，激光器1_高、檢測器_1高、激光器2_低、以及檢測器2_低；而另一次是相反的設(shè)置，例如，激光器1_低、檢測器1_低、激光器2_高、以及檢測器2_高。然后，對于兩個通道中的每一通道，高掃描和低掃描合并在一起以產(chǎn)生較寬的動態(tài)范圍圖像，即組合(檢測器1_高和檢測器1_低)以獲取Chl_合并并且組合(檢測器2_高和檢測器2_低)以獲取Ch2_合并。
更一般地，根據(jù)一個實施例的方法包括以下步驟a) —次以上地掃描相同位置， 其中至少一次地針對至少一個通道將激發(fā)光的功率和檢測器增益設(shè)為高且針對至少一個其他通道將其設(shè)為低，并且在后續(xù)掃描中使用不同的設(shè)置；b)合并相同通道的采用不同高低設(shè)置的掃描以產(chǎn)生一幅較寬動態(tài)范圍的圖像。
不同色彩的寬動態(tài)范圍圖像也可在一幅多色彩圖像中組合。圖3a示出通過使用圖2所示的系統(tǒng)的兩次掃描的激光器功率和檢測器增益設(shè)置的示例。兩次以上(例如，三次、四次、或更多次)的掃描也可通過使用如圖3b所示的激發(fā)功率和/或檢測器增益的兩個以上的設(shè)置(例如，三級掃描低、中、以及高)來實現(xiàn)。在此情況下，針對相同通道采用的多次掃描合并在一起以產(chǎn)生一幅較寬動態(tài)范圍的圖像。在特定方面，合并針對單個通道的掃描的子集以形成單幅圖像。
在特定方面，激光源以比所發(fā)射照明的頻率低的調(diào)制頻率調(diào)制，并且檢測器分別以調(diào)制頻率解調(diào)。例如，針對雙通道配置，第一和第二激光源以各自比照明頻率低的第一和第二調(diào)制頻率調(diào)制，并且第一和第二檢測器分別以第一和第二調(diào)制頻率解調(diào)。針對多通道配置，每一檢測器以相應(yīng)激光源的調(diào)制頻率解調(diào)。照明頻率是與光的波長相對應(yīng)的光學(xué)頻率(f=c/l)，其中c是光速而I是其波長。對于可見光，頻率約為例如5xlO~14Hz。調(diào)制頻率是使得光源導(dǎo)通-截止(例如，通過其驅(qū)動電流使激光器導(dǎo)通-截止)的速率。在一個示例中，該速率對于一個激光器是8kHz而對于另一激光器是16kHz，并且它們可被調(diào)制為任何其他兩個頻率，只要它們小于1(Γ14Ηζ即可。
在高和低之間改變激光器功率(其照射目標)可通過改變激光器二極管的注入電流或者使用其他激光器的光學(xué)器件(諸如ND濾色片)來完成。也可使用改變功率電平(諸如改變二極管激光器的溫度)的其他方法，并且已知其他方法。出于多種原因，激光器二極管是有利的，并且它們還允許用以在可跨越寬范圍的一個或多個功率電平之間切換的一種可靠、快速、容易的方式。例如，假設(shè)功率電平IOx的增加/降低比率，設(shè)置激光器1_低=2mW 且積分器1_高=20mW。在60x比率的情況下，激光器2可被獨立地設(shè)為不同的電平，例如 激光器2_低=ImW且激光器2_高=60mW。如果期望較寬動態(tài)范圍，則還可改變檢測增益， 優(yōu)選只改變APD的電子增益。例如，通道1_高/通道1_低以及通道2_高/通道2_低可被設(shè)為10x，從而導(dǎo)致總高/低比率為通道I=IOOx且通道2=600x。在本文中，再一次地，通道I和2還可單獨地設(shè)置。如在一個實施例中地使用16比特的APD且使用如上所述的高低配置掃描兩次針對每一通道產(chǎn)生兩次掃描一次掃描具有高激光器功率和高電子增益而另一次掃描具有低激光器功率和低電子增益，上述掃描隨后根據(jù)該通道的高/低比率合并成》15比特的動態(tài)范圍的圖像。在以上給出的IOOx和600x的比率的情況下，合并圖像的動態(tài)范圍將分別為>20比特和>23比特。甚至更寬的動態(tài)范圍也可通過一次或多次地重新掃描來實現(xiàn)。
—般而言，對于每一照明源，高功率設(shè)置與低功率設(shè)置的比率應(yīng)當約為2x或更大或者甚至為IOx或更大，并且對于每一檢測器，高增益設(shè)置與低增益設(shè)置的比率應(yīng)當約為 2x或更大或者甚至為IOx或更大。
本系統(tǒng)的有利特征在于，當激光器功率和一個通道的增益被設(shè)為高(S卩，在該通道的靈敏掃描期間)時，另一激光器被設(shè)為低，并且由此同樣地減少來自該通道的交叉通道泄漏的量。例如，對于以上給出的IOx和60x，其通道串擾減少可分別改進IOx或60x。
在一個實施例中，在多個像素位置的掃描期間，每一像素位置可針對每一激光器功率和檢測器增益設(shè)置，在移動到下一像素位置之前進行照射和檢測。然而，在優(yōu)選實施例中，在以下一激光器功率和檢測器增益設(shè)置進行掃描之前，以相同的激光器功率和檢測器增益設(shè)置照射和檢測完整掃描中的所有所述多個像素。
來自相同通道的高低圖像的合并可以多種方式完成。根據(jù)一個實施例，高掃描中的飽和像素用來自低掃描的對應(yīng)像素值的經(jīng)縮放副本來替代。在一個-實施例中，執(zhí)行高低值(以及例如針對兩個以上通道的其他值)之間的每一像素線性回歸擬合以計算內(nèi)插那些值的該線的斜率，其中該線的斜率表示合并像素值。表示該回歸的一種方式如下。
權(quán)利要求
1.一種減少或消除熒光檢測系統(tǒng)中的串擾的方法，所述熒光檢測系統(tǒng)包括以不同的波長發(fā)射照明的兩個源、在不同的波長范圍檢測的兩個檢測器、以及具有至少兩種熒光物質(zhì)類型的樣本臺，其中第一熒光物質(zhì)類型吸收來自第一照明源的光并以第一熒光波長發(fā)射，而第二熒光物質(zhì)類型吸收來自第二照明源的光并以第二熒光波長發(fā)射，所述方法包括 a)在第一照明和檢測設(shè)置模式中，其中所述第一照明源被設(shè)為高功率設(shè)置且第一檢測器被設(shè)為高增益設(shè)置，而所述第二照明源被設(shè)為低功率設(shè)置且第二檢測器被設(shè)為低增益設(shè)置， i)使用來自所述第一和第二照明源的照明來照射所述樣本臺的多個像素位置中的至少一個像素位置，以及 )檢測每一檢測器的第一強度值，所述第一檢測器在第一熒光波長范圍檢測而所述第二檢測器在第二熒光波長范圍檢測；并且此后 b)在第二照明和檢測設(shè)置模式中，其中所述第一照明源被設(shè)為低功率設(shè)置且第一檢測器被設(shè)為低增益設(shè)置，而所述第二照明源被設(shè)為高功率設(shè)置且第二檢測器被設(shè)為高增益設(shè)置， i)使用來自所述第一和第二照明源的照明來照射所述至少一個像素位置，以及 )檢測每一檢測器的第二強度值；并且此后 c)針對每一檢測器，處理所述第一和第二強度值以產(chǎn)生所述至少一個像素位置的合并圖像值。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，處理包括執(zhí)行所述第一和第二強度值之間的線性回歸擬合以確定所述像素的合并圖像值。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括針對所述樣本臺上的所述多個像素位置中的每一像素位置，重復(fù)步驟a)、b)和C)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，重復(fù)包括針對所有所述多個像素重復(fù)a)；并且隨后針對所有所述像素重復(fù)b)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括針對每一檢測器，顯示所述多個像素中的部分或全部像素的合并圖像值的表示。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，設(shè)置照明功率包括過濾由源發(fā)射的照明以調(diào)整入射到所述樣本臺上的照明功率。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一和第二源中的每一源包括二極管激光器，并且設(shè)置照明功率包括改變二極管激光器的注入電流。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，處理響應(yīng)于接收到要處理的用戶輸入命令來執(zhí)行。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，處理在檢測之后自動地執(zhí)行。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括針對每一檢測器，顯示所述至少一個像素的合并圖像值的表示。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一和第二源以比所發(fā)射照明的頻率低的第一和第二調(diào)制頻率調(diào)制，并且所述第一和第二檢測器分別以所述第一和第二調(diào)制頻率解調(diào)。
12.—種突光檢測系統(tǒng),包括以第一照明頻率發(fā)射的第一照明源； 以第二照明頻率發(fā)射的第二照明源； 配置成檢測第一熒光頻率范圍的輻射的第一檢測器元件； 配置成檢測第二熒光頻率范圍的輻射的第二檢測器元件； 包括具有兩種熒光物質(zhì)類型的樣本的目標平臺，其中第一物質(zhì)類型吸收所述第一照明頻率的照明并以所述第一熒光頻率發(fā)射，而第二物質(zhì)類型吸收所述第二照明頻率的照明并以所述第二熒光頻率發(fā)射； 配置成將所述第一和第二源的照明組合和聚焦到所述樣本上的光學(xué)元件； 配置成將由所述樣本發(fā)射的熒光定向和聚焦到所述第一和第二檢測器元件上的光學(xué)元件；以及 適于接收和處理從所述第一和第二檢測器接收到的信號的智能模塊， 其中在操作期間，所述樣本臺上的至少一個像素位置在第一模式和第二模式中由所述第一和第二源照射，并且由所述第一和第二物質(zhì)類型發(fā)射的熒光在所述第一模式和所述第二模式中由所述第一和第二檢測器檢測， 在所述第一模式中，所述第一照明源被設(shè)為高功率設(shè)置且所述第一檢測器被設(shè)為高增益設(shè)置，而所述第二照明源被設(shè)為低功率設(shè)置且所述第二檢測器被設(shè)為低增益設(shè)置，并且在所述第二模式中，所述第一照明源被設(shè)為高功率設(shè)置且所述第一檢測器被設(shè)為高增益設(shè)置，而所述第二照明源被設(shè)為低功率設(shè)置且所述第二檢測器被設(shè)為低增益設(shè)置， 在所述第一模式中，每一檢測器輸出第一強度值，而在所述第二模式中，每一檢測器輸出第二強度值，并且 針對每一檢測器，所述處理器處理所述第一和第二強度值以產(chǎn)生所述至少一個像素位置的合并圖像值。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器施加所述第一和第二強度值之間的線性回歸擬合以確定所述至少一個像素位置的合并圖像值。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述樣本臺上的多個像素位置中的每一像素位置在所述第一模式和所述第二模式中由所述第一和第二源照射，并且由所述第一和第二物質(zhì)類型發(fā)射的熒光在所述第一模式和所述第二模式中由所述第一和第二檢測器檢測，并且針對每一檢測器，所述處理器處理所述第一和第二強度值以產(chǎn)生所述多個像素位置中的每一像素位置的合并圖像值。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所有所述多個像素在所述第一模式中由所述第一和第二源照射，并且隨后所有所述多個像素在所述第二模式中由所述第一和第二源照射。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備針對每一檢測器顯示所述多個像素中的部分或全部像素的合并圖像值的表示。
17.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二源中的每一源包括二極管激光器，所述系統(tǒng)進一步包括用于改變二極管激光器的注入電流以調(diào)整所述二極管激光器的照明功率的裝置。
18.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于過濾由源發(fā)射的照明以調(diào)整入射到所述樣本臺上的照明功率的裝置。
19.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備用于針對每一檢測器顯示所述至少一個像素的合并圖像值的表示。
20.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二源以比所發(fā)射照明的頻率低的第一和第二調(diào)制頻率調(diào)制，并且所述第一和第二檢測器分別以所述第一和第二調(diào)制頻率解調(diào)。
21.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，對于每一照明源，所述高功率設(shè)置與所述低功率設(shè)置的比率約為10或更大，并且對于每一檢測器，所述高增益設(shè)置與所述低增益設(shè)置的比率約為10或更大。
22.—種減少或消除熒光檢測系統(tǒng)中的串擾的方法，所述熒光檢測系統(tǒng)包括以不同的波長發(fā)射照明的兩個源、具有至少兩種熒光物質(zhì)類型的樣本臺、以及兩個檢測通道，所述方法包括 a)將第一源的照明功率設(shè)為高功率電平而將第二源的照明功率設(shè)為低功率電平； b)將第一檢測器的增益設(shè)為高增益水平而將第二檢測器的增益設(shè)為低增益水平； c)使用來自所述第一和第二源的照明來照射所述樣本臺的多個像素位置中的至少一個像素位置，其中第一熒光物質(zhì)類型吸收來自所述第一源的光并以第一熒光波長發(fā)射，而第二熒光物質(zhì)類型吸收來自第二源的光并以第二熒光波長發(fā)射；以及 d)檢測每一檢測通道的第一強度值，其中所述第一檢測器檢測所述第一熒光波長范圍而第二檢測器檢測所述第二熒光波長范圍；并且此后 e)將所述第一源的照明功率設(shè)為低功率電平而將所述第二源的照明功率設(shè)為高功率電平； f)將所述第一檢測器的增益設(shè)為低增益水平而將所述第二檢測器的增益設(shè)為高增益水平； g)使用來自所述第一和第二照明源的照明來照射所述至少一個像素位置； h)檢測每一通道的第二強度值；并且此后 i)針對每一通道，處理所述第一和第二強度值以產(chǎn)生所述至少一個像素位置的合并圖像值。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，對于每一源，所述高功率設(shè)置與所述低功率設(shè)置的比率約為10或更大，并且對于每一檢測器，所述高增益水平與所述低增益水平的比率約為10或更大。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，處理包括執(zhí)行所述第一和第二強度值之間的線性回歸擬合以確定所述至少一個像素位置的合并圖像值。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括針對所述樣本臺上的所述多個像素位置中的每一像素位置，重復(fù)步驟a)至h)。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，重復(fù)包括針對所有所述多個像素重復(fù)a)至d);并且隨后針對所有所述多個像素重復(fù)e)至h)。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括針對每一檢測器，顯示所述多個像素中的部分或全部像素的合并圖像值的表示。
28.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，設(shè)置照明功率包括過濾由源發(fā)射的照明以調(diào)整入射到所述樣本臺上的照明功率。
29.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一和第二源中的每一源包括二極管激光器，并且設(shè)置照明功率包括改變二極管激光器的注入電流。
30.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括針對每一檢測器，顯示所述至少一個像素的合并圖像值的表示。
31.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一和第二源以比照明頻率低的第一和第二調(diào)制頻率調(diào)制，并且所述第一和第二檢測器分別以所述第一和第二調(diào)制頻率解調(diào)。
32.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，對于每一源，所述高功率設(shè)置與所述低功率設(shè)置的比率約為10或更大，并且對于每一檢測器，所述高增益設(shè)置與所述低增益設(shè)置的比率約為10或更大。
全文摘要
適于通過多于一次地掃描相同位置來實現(xiàn)低通道串擾超寬動態(tài)范圍掃描方法的多通道掃描系統(tǒng)，其中至少一次地針對至少一個通道將激發(fā)光的功率和檢測器增益設(shè)為高且針對至少一個其他通道將其設(shè)為低，并且在后續(xù)掃描中使用不同的設(shè)置。相同通道的采用不同高低設(shè)置的掃描合并在一起以產(chǎn)生一幅較寬動態(tài)范圍的圖像。
文檔編號G01B11/00GK102985809SQ201180034355
公開日2013年3月20日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者A·布齊, C·J·萊西亞克 申請人:利康股份有限公司