成像系统和技术的制作方法
专利名称：成像系统和技术的制作方法
技术领域：
本申请涉及成像领域且更特别地涉及用于获得和捕获图像的系统和技木。
背景技术：
指示疾病的细胞结构中的变化的分子成像标识仍是医疗科学中的更好地理解的关键。显微术应用适用于微生物学(例如革兰氏染色法等)、植物组织培养、动物细胞培养(例如相差显微术等)、分子生物学、免疫学(例如ELISA等)、细胞生物学(例如免疫荧光、染色体分析等)、共焦显微术、时移和活体细胞成像、连续和三维成像。在共焦显微术方面已经有进步，其已解开在细胞内发生的许多秘密，并且能够使用荧光标记来检测转录和转译水平变化。共焦方法的优点起因于通过样品依次地以高分辨率对各个光学部分进行成像的能力。然而，仍存在对用于病理组织的图像的数字处理的系统和方法(其以相对低的成本提供病理组织的准确分析)的需要。数字病理学中期望的目标是获得用于在短时间段内观看的高分辨率数字图像。病理学家用来通过显微镜的目镜观看载玻片的当前手动方法允许在检验染色细胞对比不染色细胞的细胞特性或计数时进行诊断。自动化方法是期望的，由此收集数字图像，在高分辨率监视器上观察且可以共享并存档以用于稍后使用。有利的是可以以高吞吐量并用高分辨率和高质量图像来高效地实现数字化过程。在常规虚拟显微镜系统中，成像技术可能产生在大部分图像上明显散焦的各个图像。常规成像系统对于由照相机拍摄的每个单独快照而言被局限于单焦距，因此，这些“视场”中的每ー个在被扫描的对象样品不具有均匀表面时具有散焦的区域。在已在虚拟显微镜中采用的高放大倍率水平下，具有均匀表面的样品是极其稀少的。常规系统使用基于两步过程的预聚焦(focus)技术来解决高比例的散焦图像，该两步过程包括1)在第一遍中确定布置在ニ维网格上的由η个图像帧分离的点阵列处的最佳焦点，所述ニ维网格被放置在组织切片的顶部上；以及2)在另一遍中，移动至每个焦点并获取图像帧。对于这些最佳焦点之间的点而言，焦点被内插。虽然此两步过程可以减少或者甚至消除散焦图像，但该过程导致获取拼接图像的速度的显著损失。
因此，提供ー种克服常规成像系统中固有的显著问题并以高呑吐量高效地提供聚焦的高质量图像的系统将是期望的。
发明内容
根据本文所述系统，一种用于获得样品的聚焦图像的设备包括被设置用于样品的检验的物镜。缓慢聚焦载物台(stage)被耦合到物镜，并且该缓慢聚焦载物台控制物镜的移动。抖动(dither)聚焦载物台包括抖动透镜,并且该抖动聚焦载物台使抖动透镜移动。聚焦传感器依照经由抖动透镜透射的光来提供聚焦信息。至少ー个电气组件使用聚焦信息 来确定度量和依照该度量的物镜的第一聚焦位置，其中，该电气组件向缓慢聚焦载物台发送位置信息以便使物镜移动至第一聚焦位置。图像传感器在物镜移动至第一聚焦位置之后捕获样品的图像。可以包括XY移动载物台，样品被设置在XY移动载物台上，并且其中该电气组件控制XY移动载物台的移动。可以用抖动透镜的运动对XY移动载物台的移动进行锁相。抖动聚焦载物台可以包括以平移运动移动抖动透镜的音圈致动弯曲组件。可以使抖动透镜以至少60 Hz的谐振频率移动，并且其中，电气组件使用聚焦信息来每秒执行至少60次聚焦计算。可以将聚焦传感器和抖动聚焦载物台设置为双向地操作，其中，聚焦传感器产生关于谐振频率下的抖动透镜运动的正弦波形的上和下两部分的聚焦信息。度量可以包括对比度信息、锐度信息和/或色度信息。聚焦信息可以包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗ロ的多个区的信息。电气组件可以控制XY移动载物台的移动，并且其中，在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。可以使聚焦传感器的视场相对于图像传感器的视场傾斜。进ー步根据本文所述系统，提供了一种用于获得样品的聚焦图像的方法。该方法包括控制针对样品的检验设置的物镜的移动。控制抖动透镜的运动并依照经由抖动透镜透射的光来提供聚焦信息。该聚焦信息被用来确定度量并依照该度量来确定物镜的第一聚焦位置。发送被用来使物镜移动至第一聚焦位置的位置信息。可以将第一聚焦位置确定为最佳聚焦位置，并且该方法还可以包括在物镜移动至最佳聚焦位置之后捕获样品的图像。可以以至少60 Hz的谐振频率来移动抖动透镜，并且可以每秒执行至少60次聚焦计算。度量可以包括锐度信息、对比度信息和/或色度信息。聚焦信息可以包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗ロ的多个区的信息。可以控制样品被设置在其上面的XY移动载物台的移动，并且可以在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。可以控制XY移动载物台的移动以提供样品的向前和向后平移扫描。进ー步根据本文所述系统，一种用于获得样品的图像的方法包括建立标称聚焦面。将样品放置在具有关联的X和y坐标的起始位置处。在所述样品上的单次遍历中执行第一处理。第一处理包括针对多个点中的每ー个使用抖动透镜来确定聚焦位置并针对所述多个点中的每ー个依照所述聚焦位置来获取帧。进ー步根据本文所述系统，一种计算机可读介质，包括存储在其上面以便根据上述步骤中的任何一个来获得样品的聚焦图像的代码。此外，一种计算机可读介质可以包括存储在其上面以便执行下述过程中的任何ー个或多个的代码。进ー步根据本文所述系统，一种用于显微镜载物台的设备包括移动载物台块和引导移动载物台块的基座块。基座块包括基本上扁平的第一块和具有三角形状的第二块，其中，第一块和第二块沿着平移方向弓I导移动载物台块。可以将第一块和第二块支撑在底板上的提高凸台上。第一块和第二块可以由玻璃制成。可以在移动载物台块上设置接触第一块和第二块的多个按钮元件，并且该按钮元件可以允许移动载物台块仅沿着平移方向的运动。该按钮元件可以是球状的且由热塑塑料制成。可以将所述多个按钮元件中的至少两个布置为在第二块的三角形状的每ー侧彼此面对，并且其中，所述多个按钮元件的至少ー个按钮在其扁平面上接触第一块。移动载物台块上的所述多个按钮元件的位置可以形成三角形。所述多个按钮元件中的每ー个可以在载物台运动期间承载相等重量。可以将移动载物台块(block)成形为在由所述多个按钮元件的位置形成的三角形的质心处具有重心。可以提供悬臂组件且可以提供弯曲元件，其具有被刚性地耦合到悬臂组件的第一末端和被耦合到移动载物台块上的质心位置的第二末端。悬臂组件可以包括被耦合到经由导轨上的再循环承载设计行进的承载块的悬臂。导轨上的承载块的驱动可以促使弯曲元件向移动载物台块施加力。弯曲元件的弯曲劲度(bending stiffness)可以将移动载物台块从悬臂组件的上下运动隔离。基座块可以沿着与移动载物台块的平移方向垂直的方向形成另ー移动载物台。可以提供约150纳米的运动的可重复性。运动的可重复性可以与移动载物台和基座块平移方向正交。进ー步根据本文所述系统，一种用于载玻片高速缓冲的设备包括支架、缓冲器、将第一载玻片在支架与缓冲器之间移动的载玻片搬运器(handler)以及XY载物台。该XY载物台与第二载玻片的扫描相结合地移动第二载玻片，并且与对应于第二载玻片的XY载物台的至少ー个功能并行地执行对应于第一载玻片的载玻片搬运器的至少ー个功能。载玻片搬运器可以在支架、缓冲器与XY载物台之间移动第一载玻片和第二载玻片且可以以至少三个自由度移动。XY载物台可以包括将载玻片从缓冲器移动至XY载物台的载玻片拾取头。 成像设备可以对第一载玻片和第二载玻片进行成像，并且可以包括聚焦系统和照相机。聚焦系统可以包括动态聚焦系统。与XY载物台的功能并行地执行的载玻片搬运器的功能可以提供至少10%的时间增益。载玻片搬运器可以包括载玻片拾取头，其包括机械拾取设备和/或真空拾取设备。缓冲器可以包括接受多个载玻片的多个缓冲位置。缓冲器的至少ー个缓冲位置可以是用来捕获载玻片的缩略图像的位置。该支架可以包括至少ー个主托盘和旁路托盘，并且设置在旁路托盘中的载玻片在设置于主托盘中的任何载玻片之前被处理。进ー步根据本文所述系统，一种用于载玻片高速缓冲的方法包括提供支架和缓冲器。在支架与缓冲器之间移动第一载玻片。与第二载玻片的扫描相结合地将第二载玻片移入或移出缓冲器。可以与第二载玻片的扫描并行地执行在支架与缓冲器之间移动第一载玻片。第二载玻片的扫描可以包括聚焦操作和图像捕获操作。与第二载玻片的扫描并行的第一载玻片的移动可以提供至少10%的时间增益。第二载玻片的扫描可以包括动态聚焦操作。该缓冲器可以包括多个缓冲位置，其包括照相机缓冲位置和返回缓冲位置中的至少ー个。该方法还可以包括在第一载玻片和/或第二载玻片处于照相机缓冲位置时捕获第一载玻片和/或第二载玻片的缩略图像。进ー步根据本文所述系统，一种用于载玻片高速缓冲的设备包括第一支架、第二支架、第一 XY载物台和第二 XY载物台。第一 XY载物台与第一载玻片的扫描相结合地将第一载玻片移入或移出第一支架。第二XY载物台与第二载玻片的扫描相结合地将第二载玻片移入或移出第二支架。与对应于第二载玻片的第二 XY载物台的至少ー个功能并行地执行对应于第一载玻片的第一 XY载物台的至少ー个功能。第一支架和第二支架可以形成单个支架的部分。成像设备可以对第一载玻片和第二载玻片进行成像。第一XY载物台和第ニ XY载物台中的每ー个可以包括载玻片拾取头。进ー步根据本文所述系统，ー种用于载玻片扫描的设备包括可旋转托盘和设置在该可旋转托盘中的至少ー个凹进处。该凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且该凹进处作为可旋转托盘的旋转的结果而使载玻片稳定在扫描位置上。该凹进处可以包括使载玻片稳定的多个突出体且可以包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。可以包括成像系统，并且该成像系统的至少ー个组件沿着可旋转托盘的径向方向移动。成像系统的组件可以与可旋转托盘的一次完整旋转相对应地沿着所述径向方向逐渐移动。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且可以使载玻片的长度沿着可旋转托盘的径向方向定向。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且可以使载玻片的宽度沿着可旋转托盘的径向方向定向。进ー步根据本文所述系统，一种用于扫描载玻片的方法包括将载玻片设置在可旋
转托盘的至少ー个凹进处中并使可旋转托盘旋转。该凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且该凹进处作为可旋转托盘的旋转的结果而使载玻片稳定在扫描位置上。该凹进处可以包括使载玻片稳定的多个突出体且可以包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。该方法还可以包括提供成像系统并使成像系统的至少ー个组件沿着可旋转托盘的径向方向移动。可以对应于可旋转托盘的一次完整旋转地在径向方向上逐渐地移动成像系统的组件。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，可以使载玻片的长度沿着可旋转托盘的径向方向定向。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，可以使载玻片的宽度沿着可旋转托盘的径向方向定向。
在本文中将基于附图的图来更详细地解释本文所述系统的实施例，如下简要地描述附图。图I是根据本文所述系统的各种实施例的扫描显微镜和/或其它扫描设备的成像系统的示意图，其可以包括与数字病理学样本扫描和成像相结合地使用的各种组件设备。图2是示出根据本文所述系统的实施例的包括聚焦系统的成像设备的示意图。图3A和3B是示出控制系统可以包括适当电子装置的控制系统的实施例的示意图。图4是根据本文所述系统的实施例更详细地示出抖动聚焦载物台的示意图。图5A — 5E是示出根据本文所述系统的聚焦操作的迭代的示意图。图6A是示出根据本文所述系统的实施例的抖动聚焦光学装置的命令波形和锐度确定的图的示意图。图6B是示出用于抖动透镜的正弦波运动的一部分的计算锐度(Zs)值的图的示意图。图7A和7B是示出根据本文所述系统的实施例的样品(组织)的聚焦确定和调整的示意图。
图8是示出根据本文所述系统的实施例的包括用于在由抖动聚焦光学装置采样的多个点处的每个锐度响应的锐度曲线和对比率的锐度分布图的示例的示意图。图9示出举例说明用以产生控制信号以控制缓慢聚焦载物台的对比度功能的使用的功能控制环路方框图。图10是示出根据本文所述系统的实施例的与聚焦处理相结合地将聚焦窗ロ分成各区的示意图。图11示出依照本文的技术的实施例中的在各时间点可以获得的不同锐度值的图
/Jn ο图12是示出根据本文所述系统的实施例的检验中的样品的扫描期间的即时(on-the-fly)聚焦处理的流程图。 图13是示出根据本文所述系统的实施例的缓慢聚焦载物台的处理的流程图。图14是示出根据本文所述系统的实施例的图像捕获处理的流程图。图15是示出根据本文所述系统的实施例的用于聚焦处理的替换布置的示意图。图16是示出根据本文所述系统的另ー实施例的用于聚焦处理的替换布置的示意图。图17是示出根据本文所述系统的实施例的用以获取载玻片上的组织的马赛克图像的处理的流程图。图18是示出根据本文所述系统的实施例的XY载物台的精密载物台(例如Y载物台部分)的实施方式的示意图。图19A和19B是根据本文所述系统的实施例的精密载物台的移动载物台块的更详细视图。图20示出根据本文所述系统的实施例的根据本文所讨论的精密载物台特征且包括Y载物台、X载物台和底板的整个XY混合载物台的实施方式。图21是示出根据本文所述系统的实施例的载玻片高速缓冲设备的示意图。图22A是示出根据本文所述系统的实施例的与第一载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。图22B是示出根据本文所述系统的实施例的与第二载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。图23A和23B是使用根据本文所述系统的实施例的载玻片高速缓冲技术的时序图，并且举例说明根据本文所述系统的各种实施例的时间节省。图24是示出根据本文所述系统的另ー实施例的载玻片高速缓冲设备的示意图。图25A是示出根据针对具有用于载玻片处理的两个XY混合载物台的载玻片高速缓冲设备所述的系统的实施例的与第一载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。图25B是示出根据针对具有用于载玻片处理的两个XY混合载物台的载玻片高速缓冲设备所述的系统的实施例的与第二载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。图26是示出根据本文所述系统的另ー实施例的载玻片高速缓冲设备的示意图。图27是不出根据图26的载玻片闻速缓冲设备的另一视图的不意图。图28A — 28J是示出根据本文所述系统的实施例的图26和27的载玻片高速缓冲设备的载玻片高速缓冲操作的示意图。
图29是示出根据本文所述系统的实施例的用于使用发光二极管(LED)照明组件来照亮载玻片的照明系统的示意图。图30是示出根据本文所述系统的用于LED照明组件的实施例的更详细视图的示意图。图31是示出根据本文所述系统的实施例的LED照明组件的特定实施方式的分解 图的不意图。图32是示出根据本文所述系统的实施例的可以与数字病理成像相结合地使用的高速载玻片扫描设备的示意图。图33是更详细示出根据本文所述系统的实施例的高速载玻片扫描设备的托盘上的凹进处的示意图。图34是示出相对于载玻片而言起始于第一径向位置以便对凹进处中的载玻片上的样品进行成像的成像路径的示意图。图35A和35B是示出根据本文所述系统的另ー实施例的旋转载玻片保持器上的载玻片的替换布置的示意图。图36是示出根据本文所述系统的实施例的包括被设置为检验载玻片上的样品的物镜的成像系统的示意图。图37是示出根据本文所述系统的实施例的使用可旋转托盘的高速载玻片扫描的流程图。图38是示出根据本文所述系统的实施例的光学双重成像系统的示意图。图39A和39B是示出根据本文所述系统的实施例的在图像传感器前面的第一镜筒透镜和第二镜筒透镜的往复运动的光学双重成像系统的示意图。
具体实施例方式图I是根据本文所述的系统的各种实施例的扫描显微镜和/或其它扫描设备的成像系统5的示意图，其可以包括与数字病理学样本扫描和成像相结合地使用的各种组件设备。成像系统5可以包括具有聚焦系统10、载玻片载物台系统20、载玻片高速缓冲系统30和照明系统40以及其它组件系统50的成像设备，如在本文中的其它地方详细地进ー步讨论的。还应注意的是可以与如在授予Dietz等人的题为“Digital Microscope SlideScanning System and Methods”的美国专利申请公开号2008/0240613 Al (通过引用将其结合于此)中描述的用于图像捕获、拼接和放大的显微镜载玻片扫描仪器架构和技术相结合地使用本文所述的系统，其包括与在没有显著的准确度损失的情况下用放大倍率重组图像并显示或存储重组图像相结合的特征。图2是示出根据本文所述系统的光学扫描显微镜和/或其它适当成像系统的成像设备100的示意图，其包括用于拍摄被设置在载玻片上的组织样本101和/或其它对象的聚焦图像的聚焦系统的组件。本文所述的聚焦系统提供随着快照被捕获而针对每个快照确定最佳聚焦，可以将其称为“即时聚焦”。本文提供的设备和技术导致形成病理载玻片中的区域的数字图像所需的时间的显著減少。本文所述的系统将常规系统的两步方法的步骤集成并本质上消除了预聚焦所需的时间。本文所述的系统提供使用用于捕获快照的即时处理来产生显微镜载玻片上的样品的数字图像，其中，用于捕获所有快照的总时间小于在捕获快照之前对每个快照使用预定焦点的步骤的方法所需的时间。成像设备100可以包括成像传感器110，诸如电荷耦合器件(CXD)和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其可以是捕获数字病理图像的照相机111的一部分。成像传感器110可以从显微镜物镜120接收经由镜筒透镜112、射束分离器114以及包括诸如聚光器116和光源118和/或其它适当光学组件119的透射光显微镜的其它组件透射的透射光。可以对显微镜物镜120进行完全(infinity)修正。在一个实施例中，射束分离器114可以提供将光束源的约70%分配为指向图像传感器110并将约30%的其余部分分配为沿着到抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160的路径指向。可以将被成像的组织样本101设置在可以沿着X和Y方向移动且可以被如在本文中的其它地方进ー步地讨论的那样进行控制的XY移动载物台130上。缓慢聚焦载物台140可以控制显微镜物镜120沿Z方向的移动以使由图像传感器110捕获的组织101的图像聚焦。缓慢聚焦载物台140可以包括用于移动显微镜物镜120的电动机和/或其它适当设备。抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160被用来根据本文所述的系统提供用于即时聚焦的细聚焦控制。在各种实施例中，聚焦传 感器160可以是CXD和/或CMOS传感器。抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160根据在成像过程期间快速地计算的锐度值和/或其它度量来提供即时聚焦以随着每个图像快照被捕获而获得用于每个图像快照的最佳聚焦。如在本文中的其它地方进ー步详细地讨论的，可以使抖动聚焦载物台150以ー定的频率、例如以正弦运动来移动，其独立于且超过对于显微镜物镜120的更缓慢运动而言可行的移动频率。由聚焦传感器160获取用于在抖动聚焦载物台150的运动范围内的组织视野的聚焦信息的多个测量結果。聚焦电子装置和控制系统170可以包括用于控制聚焦传感器和抖动聚焦载物台150的电子装置、主时钟、用于控制缓慢聚焦载物台140 (Z方向)的电子装置、X-Y移动载物台130以及依照本文中的技术的系统的实施例的其它组件。聚焦电子装置和控制系统170可以用来使用来自抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160的信息来执行锐度计算。可以在由抖动移动定义的正弦曲线的至少一部分内计算锐度值。聚焦电子装置和控制系统170然后可以使用该信息来确定用于组织的最佳聚焦图像的位置并命令缓慢聚焦载物台140使显微镜物镜120移动至期望的位置(沿着Z轴，如所示)以便在成像过程期间获得最佳聚焦图像。控制系统170还可以使用该信息来控制XY移动载物台120的速度，例如，载物台130沿Y方向的移动速度。在一个实施例中，可以通过对相邻像素的对比度值进行差分化，对其求平方并将那些值加在一起以形成一个分数来计算锐度值。在本文中的其它地方进ー步讨论了用于确定锐度值的各种算法。在根据本文所述系统的各种实施例中，并且依照在本文中的其它地方所讨论的组件，一种用于产生显微镜载玻片上的样品的数字图像的设备包括被完全修正的显微镜物镜；射束分离器；照相机聚焦透镜；高分辨率照相机；传感器聚焦透镜组；抖动聚焦载物台；聚焦传感器；聚焦粗(缓慢)载物台；以及聚焦电子装置。该设备可以允许在不需要在捕获快照之前预先确定用于所有快照的焦点的情况下使物镜聚焦并通过照相机来捕获每个快照，并且其中，用于捕获所有快照的总时间小于要求在捕获快照之前预先确定用于每个快照的焦点的步骤的系统所需的时间。该系统可以包括计算机控制机构，用干i)确定组织上的第一焦点以通过使粗聚焦载物台移动通过整个z范围并监视锐度值来建立标称聚焦面；ii)以从感兴趣区域的一角处开始的X和y来对组织进行定位；iii)将抖动细聚焦载物台设置为移动，其中，抖动聚焦载物台被同步至主时钟，该主时钟也控制xy载物台的速度；iv)命令载物台从帧移动至相邻帧，和/或V)产生触发信号以获取图像传感器上的帧并触发光源以产生光的脉冲。此外,根据另ー实施例,本文所述的系统可以提供用于产生显微镜载玻片上的样品的数字图像的计算机实现方法。该方法可以包括确定包括显微镜载玻片的ー个区(该区包括样品的至少一部分)的扫描区域。可以将该扫描区域划分成多个快照。可以使用显微镜物镜和照相机来捕获快照，其中，可以在不需要在捕获快照之前预先确定用于所有快照的焦点的情况下针对每个快照执行使物镜和显微镜聚焦并通过照相机来捕获每个快照。用于捕获所有快照的总时间可以小于要求在捕获快照之前预先确定用于每个快照的焦点的步骤的方法所需的时间。图3A是包括聚焦电子装置161、主时钟163和载物台控制电子装置165的控制系统170和聚焦电子装置的实施例的示意图。图3B是聚焦电子装置161的实施例的示意图。在所示的实施例中，聚焦电子装置161可以包括诸如适当快速的A/D转换器171和具有可以用来进行锐度计算的微处理器173的现场可编程门阵列(FPGA)172的适当电子装置。A/D转换器171可以从被耦合到FPGA 172和微处理器173并被用来输出锐度信息的聚焦传感器160接收信息。包括在170中的主时钟可以向聚焦电子装置161、载物台控制电子装置165以及系统的其它组件供应主时钟信号。载物台控制电子装置165可以生成被用来控制缓慢聚焦载物台140、X-Y移动载物台130、抖动聚焦载物台150的控制信号和/或其它控制信号和信息，如在本文中的其它地方进ー步讨论的。除其它信息之外，FPGA 172可以向聚焦传感器160供应时钟信号。实验室中的測量结果显示可以在18微秒内进行640x32像素帧上的锐度计算，容易地快到足以用于本文所述系统的适当操作。在一个实施例中，聚焦传感器160可以包括被窗ロ化成640x32条的单色(XD照相机，如在本文中的其它地方进ー步讨论的。扫描显微镜可以获取包括对比度信息和/或RGB或某个其它色彩空间中的強度信息的ID或2D像素阵列，如在本文中的其它地方进ー步讨论的。系统在例如玻璃载玻片25mm X 50 mm上的大视野内找到最佳焦点。许多商用系统对由具有CXD阵列的20x、0. 75 NA显微镜物镜产生的场景进行米样。给定物镜和聚光器的O. 75的NA和500 nm的波长,光学系统的横向分辨率为约5微米。为了以尼奎斯特频率对此分辨元件进行采样，对象处的像素尺寸为约O. 25微米。对于具有7. 4微米的像素尺寸、以30 fps运行的4M像素照相机(例如Dalsa Falcon 4M30/60)而言，从对象至成像照相机的放大倍率是I. 4/0. 25 = 30x。因此，2352x1728下的一个帧可以覆盖对象处的O. 588mm x O. 432mm的区域，其对于在面积上被定义为15 mm xl5 mm的典型组织切片而言等同于约910个帧。期望地在焦点尺度的组织空间变化比对象处的帧尺寸更低得多的情况下使用本文所述的系统。实际上，焦点的变化可以在更大的距离内发生且进行大部分聚焦调整以对倾斜进行修正。这些倾斜在对象处一般地在每帧尺寸O. 5-1微米的范围内。对于当前扫描系统(例如BioImagene iScan Coreo系统)而言得出结果的时间对于20x 15 mm X 15 mm视野的预扫描和扫描而言为约3· 5分钟且对于15 mm χ 15 mm视野上的40x扫描而言为约15分钟。通过以26遍行进35个巾贞来扫描15 mm χ 15 mm视野。可以用I秒的回描时间单向地完成扫描。使用根据本文所述的系统的技术来进行扫描的时间、可以为约5秒以找到标称聚焦面，每遍I. 17秒(25遍)，总共5 + 25x (1.17 + 1)= 59.25秒(约I分钟)。相比于常规方法而言存在相当大的时间节省。本文所述的系统的其它实施例可以允许甚至更快的聚焦时间，但是可能发生关于用以避免连续扫描时的运动模糊的短照明时间所需的光量的限制。使光源118发送脉冲或频闪以允许高峰值照明能够缓解此问题，光源118可以是如在本文中的其它地方进ー步讨论的LED光源。在一个实施例中，可以由聚焦电子装置和控制系统170来控制光源118的脉冲发送。另外，双向地运行系统将消除用于20x扫描的约25秒的回描时间节省，导致35秒的扫描时间。应注意的是与聚焦电子装置和控制系统170相结合地使用的组件还可以更一般地称为用来与本文所述技术的实施例相结合地执行多种不同功能的电气组件。
图4是根据本文所述的系统的实施例更详细地示出抖动聚焦载物台150的示意图。抖动聚焦载物台150可以包括可以被诸如音圈致动器的一个或多个致动器152a、b移动且可以被安装到刚性外壳153的抖动聚焦透镜151。在一个实施例中，透镜可以是如市售的具有50mm焦距的消色差透镜，參见例如Edmund Scientif ic, NT32 一 323。替换地，抖动聚焦透镜151可以是由塑料构成的，非球面且被成形为使得透镜的重量被减小(极其低质量)。可以将弯曲结构154附着于刚性外壳153并附着于刚性接地点且其可以仅允许抖动聚焦透镜151的例如约600-1000微米的小距离的平移运动。在一个实施例中，弯曲结构154可以由沿弯曲方向约O. 010〃厚的适当不锈钢片构成并形成四连杆机构。弯曲部分154可以由处于远离其疲劳极限(5倍以下(factor of below))的工作应カ下以运行许多个循环的适当弹簧钢设计而成。可以将抖动聚焦透镜151和弯曲部分154的移动质量设计为提供约60 Hz或以上的第一机械谐振。可以用诸如电容传感器或涡流传感器的适当高带宽(例如，>1 kHz)位置传感器155来监视移动质量，以向控制系统170提供反馈(參见图2)。例如KLA Tencor的ADE部门制造了具有I kHz带宽、I mm测量范围和适合于此应用的77纳米分辨率的电容传感器5 mm 2805探针。诸如由包括在元件170中的功能表示的抖动聚焦和控制系统可以将抖动聚焦透镜151的振幅保持在指定聚焦范围内。抖动聚焦和控制系统可以依赖于众所周知的增益控制振荡器电路。当谐振地操作时，可以以低电流来驱动抖动聚焦透镜151，在音圈绕组中耗散低功率。例如，使用BEI Kimco LA08-10 (绕组A)致动器，平均电流可以小于180mA且耗散的功率可以小于O. I W。应注意的是可以与本文所述的系统的各种实施例相结合地使用抖动透镜的其它类型的运动及其它类型的致动器152a、b。例如，可以使用压电致动器作为致动器152a、b。此外，抖动透镜的运动可以是处于除保持独立于显微镜物镜120的运动的谐振频率之外的频率下的运动。在依照本文中的技术的实施例中可以包括诸如上述电容传感器的传感器155，其可以提供关于抖动聚焦透镜位于何处的反馈(例如相对于对应于透镜移动的正弦波或循环)。如在本文中的其它地方将描述的，可以进行关于使用聚焦传感器获得的哪个图像帧产生最佳锐度值的确定。对于此帧而言，可以相对于由传感器155指示的正弦波位置来确定抖动聚焦透镜的位置。如传感器155所指示的位置可以被控制电子装置170用来确定用于缓慢聚焦载物台140的适当调整。例如，在一个实施例中，可以由缓慢聚焦载物台140的缓慢步进电动机来控制显微镜物镜120的移动。由传感器155所指示的位置可以用来确定相应的移动量(及相应的(ー个或多个)控制信号)以将显微镜物镜120沿Z方向定位于最佳聚焦位置处。可以将(ー个或多个)控制信号传送至缓慢聚焦载物台140的步进电动机以引起显微镜物镜120在最佳聚焦位置处的任何必要的重新定位。图5A — 5E是示出根据本文所述的系统的聚焦操作的迭代的示意图。该图示出图像传感器110、聚焦传感器160、具有抖动透镜的抖动聚焦载物台150和显微镜物镜120。举例说明了沿着y轴、即在XY移动载物台130上移动的组织101，同时在执行聚焦操作。在一个示例中，抖动聚焦载物台150可以以期望的频率移动抖动透镜,诸如60 Hz或以上(例如80Hz、100Hz)，虽然应注意的是在其它实施例中，本文所述的系统还可以根据可适用的状况在抖动透镜在较低频率(例如50 Hz)下移动的情况下进行操作。可以命令XY移动载物台130例如沿Y方向从帧移动至相邻帧。例如，可以命令载物台130以13mm/sec的恒量移动，其对于20x物镜而言对应于约30帧/秒的获取速率。由于抖动聚焦载物台150和XY移动载物台130可以被锁相，所以抖动聚焦载物台150和传感器160可以每秒进行60次聚焦计算，或者毎秒120个焦点或每帧4个焦点地双向地运行(关于正弦波的上下运动进行读取)。对于1728像素的帧高度而言，这相当于每432个像素ー个焦点或者对于20x物镜而言为每108微米ー个焦点。由于XY移动载物台130正在移动，所以应在非常短的时间段内捕获焦 点，例如330 μ sec (或更少)，以将场景中的变化保持在最小值。在各种实施例中，如在本文中的其它地方进ー步讨论的，可以存储此数据并将其用来对下ー个帧的聚焦位置进行外推，或者替换地可以不使用外推并将最后ー个焦点用于活动帧的聚焦位置。用60 Hz的抖动频率和每秒30帧的帧速率，在与被快拍的帧的中心相距不超过帧的1/4的位置处取焦点。一般地，组织高度不会在帧的1/4中改变至足以使得此焦点不准确。可以在组织上找到第一焦点以建立标称聚焦面或基准面101’。例如，可以通过最初使用缓慢聚焦载物台140移动显微镜物镜120通过整个Z范围(例如+1/-1 mm)并监视锐度值来确定基准面101’。一旦找到的基准面101’，则可以以在感兴趣区域的一角和/或其它特定位置处开始的X和Y将组织101定位，并且将抖动聚焦载物台150设置为移动，和/或否则继续监视抖动聚焦载物台150的移动，在图5A中开始。可以使抖动聚焦载物台150同步至控制系统170中的主时钟(參见图2)，其还可以与控制XY移动载物台130的速度相结合地使用。例如，如果抖动聚焦载物台150将在60赫兹下通过O. 6毫米p-v (峰值至谷值)正弦运动移动，采用32%的占空因数以使用正弦波的更多线性范围，则可以在2. 7兆秒时段内通过聚焦范围收集8个点。在图5B — 中，抖动聚焦载物台150以正弦运动来移动抖动透镜，并且携帯焦点样本通过正弦曲线的至少一部分。因此将每330 μ sec或以3 kHz的速率来获取焦点样本。用对象与聚焦传感器160之间的5. 5x的放大倍率,O. 6 mm p-v的抖动透镜处的运动相当于物镜处的20微米p_v运动。此信息被用来将计算最高锐度处的位置、即最佳聚焦传送至缓慢聚焦载物台140的较慢步进电动机。如图5E所示，缓慢聚焦载物台140被命令使显微镜物镜120及时地移动至最佳聚焦位置(用运动范围120’举例说明)以便图像传感器110捕获组织101的感兴趣区域的最佳聚焦图像110’。在一个实施例中，可以例如由控制系统170来触发图像传感器110以在抖动透镜运动的特定循环数之后拍摄图像的快照。XY移动载物台130移动至下ー帧，抖动聚焦载物台150中的抖动透镜的循环运动继续，并且重复图5A — 5E的聚焦操作。可以以不妨碍过程的速率、例如3 kHz来计算锐度值。图6A是示出根据本文所述的系统的实施例的抖动聚焦光学装置的命令波形和锐度确定的图200的示意图。在基于结合图5A — 5E的示例讨论的时间的实施例中
T = 16. 67 msec, /*透镜在60 Hz下谐振的情况下的抖动透镜正弦波的周期*/
F = 300 ym, /*聚焦值的正范围*/
N = 8，/*在周期E中获得的焦点的数目*/
At = 330 μ sec, /*姆330 μ sec获得的焦点样本*/
E = 2. 67 msec, /*其间获得N个焦点的时段*/ Δ f= I. 06 μ m在焦点行程的中心处。/*焦点弯曲的步长*/
因此，用32%的此占空因数，通过焦点处理对8.48 μ m (8 x I. 06 μ m = 8. 48 μ m)进行采样。图6B是示出用于图210所示的抖动透镜的正弦波运动的一部分的计算锐度(Zs)值的图210的示意图。由等式I给出作为每个点i的函数来采样的用于每个聚焦面的位置
(Z)
z = Fcos 2π ^At · I -等式 ι
将CCD照相机向下窗ロ化可以提供适合于本文所述系统的高帧速率。例如，加拿大安大略市沃特卢的公司Dalsa生产了 Genie M640-1/3 640 x480黑白照相机。Genie M640-1/3将以640x32的帧尺寸在3，000帧/秒下操作。CXD阵列上的像素尺寸是7. 4微米。在对象与聚焦面之间的5. 5x放大倍率下，一个聚焦像素等价于对象处的约I. 3微米。虽然可能发生每个聚焦像素的约16个对象像素(4x4)的某些平均，但保留了足够高的空间频率对比度变化以获得良好的聚焦信息。在一个实施例中，可以根据锐度计算图210的峰值来确定最佳聚焦位置。在附加实施例中，应注意的是可以使用其它聚焦计算和技术根据其它度量来确定最佳聚焦位置，包括对比度度量的使用，如在本文中的其它地方进ー步讨论的。图7A和7B是示出根据本文所述的系统的实施例的样品(组织)的聚焦确定和调整的示意图。在图7A中，图示250是根据本文所讨论的XY移动载物台130的移动与样品沿着Y轴的移动相结合的近似图像帧中所示的样品的视图。在250中举例说明了与样品沿着Y轴的移动(例如，根据XY载物台的移动)相结合的在样品上的一次遍历或通过。图示250’是图示250的ー个部分的放大型式。图示250’的一个帧被指定为dtp，參考样品的明确组织点。在图示250’的示例中，示出了样品边界，并且在其上面的扫描期间，依照本文所述的系统来执行多次聚焦计算。在帧251中，并且举例来说，举例说明了在与对样品进行成像相结合地执行4次聚焦计算(被示为聚焦位置1、2、3和O*)之后进行最佳聚焦确定，虽然可以与本文所述的系统相结合地执行更多的聚焦计算。图7B示出了示出显微镜物镜的Z轴位置相对于正在被检验的样品的Y轴位置的图的示意图260。举例说明的位置261示出根据本文所述的系统的实施例的用于调整显微镜物镜120以实现最佳聚焦的沿着Z轴确定的位置。应注意的是本文所述的系统相比于常规系统而言提供了显著的优点，所述常规系统诸如在被通过引用结合到本文中的美国专利号7，576，307和7，518，642中描述的那些，其中，整个显微镜物镜以正弦或三角形图案移动通过焦点。本文提供的系统的有利之处在于其适合干与显微镜物镜和沉重且不能在使用抖动光学装置所述的较高频率下移动的随附载物台一起使用(尤其是在经由转动架来添加其它物镜的情况下)。本文所述的抖动透镜可以具有已调整质量(例如，变得更轻、较少玻璃)且聚焦传感器上的成像需求比由显微镜物镜施加的更小。如本文所述的，可以以高速率来获取聚焦数据以使计算锐度时的场景变化最小化。通过使场景变化最小化，本文所述的系统减少了系统在组织在显微镜物镜下移动的同时移动聚焦和散焦时的锐度度量的不连续性。在常规系统中，此类不连续性向最佳聚焦计算增加噪声。 图8是示出根据本文所述的系统的实施例的包括用于在由抖动聚焦光学装置采样的多个点处的每个锐度响应的锐度曲线和对比率的由移动通过聚焦位置所产生的锐度分布图的示例的示意图300。图310示出χ轴中的以微米为单位的抖动透镜振幅和沿着y轴的锐度単位。如所示，可以使抖动透镜运动以代表性点A、B、C、D和E为中心；然而，应注意的是本文所述的计算可以应用于锐度曲线上的每个点。在图310a — e中分别示出了当抖动透镜的运动以点A、B、C、D和E中的每ー个为中心时针对抖动透镜正弦波的半周期从聚焦传感器160产生的锐度响应。基于此,根据对比度函数=(max-min)/ (max+min)来计算用于具有点A — E中的相应的ー个的每个锐度响应的对比率。与针对点A-E中的ー个和锐度响应曲线310a — e中的相应的ー个确定的对比度函数相结合,max表示从锐度响应曲线获得的最大锐度值且min表示从锐度响应曲线获得的最小锐度值。在锐度曲线图310下面示出了结果得到的对比度函数图320且其对与抖动透镜根据抖动透镜振幅的移动相对应的对比率值进行绘图。图320中的对比度函数的最小值是最佳聚焦位置。基于对比度函数和最佳聚焦位置确定，可以生成控制信号，该控制信号被用来控制缓慢聚焦载物台140以在图像传感器110捕获图像110’之前使显微镜物镜120移动至最佳聚焦位置。图9示出举例说明用以产生控制信号以控制缓慢聚焦载物台140的对比度功能的使用的功能控制环路方框图350。例如，可以将Ud视为对聚焦控制环路的干扰且其可以表示载玻片倾斜或改变组织表面高度。功能块352示出可以由聚焦传感器160生成且被传送至聚焦电子装置和控制系统170的锐度矢量信息的生成。功能块354示出抖动透镜正在对焦点进行采样的点处的对比度数(例如对比度函数的值)的生成。将此对比度数与在其中先前建立最佳聚焦的初始步骤处产生的设定点或基准值(Ref)相比较。从与适当施加的増益K1的此比较(在功能块356处)产生的错误信号对做出动作(在功能块358处)以保持场景聚焦的缓慢聚焦电动机进行修正。应注意的是实施例可以依照最小值或阈值移动量来调整显微镜物镜120的位置。因此，此类实施例可以避免进行小于阈值的调整。图10是示出根据本文所述的系统的实施例的与聚焦处理相结合地将聚焦窗ロ402分成各区的示意图。在所示的实施例中，聚焦窗ロ被再分成8个区(402’ );然而，可以与本文所述系统相结合地使用少于或多于8个区。该区的第一子集可以在快照η内且该区的第二子集在快照η+1内。例如，区2、3、4、5在已在时间tl处快拍的图像帧404内。区6和7可以完全在随着XY移动载物台130在图中自下而上横过时要快拍的下ー个图像帧内和/或区O和I可以完全在随着载物台130在图中自上而下横过时要快拍的下ー个图像帧内。可以使用聚焦位置0、1、2和3来对用于位置O*处的下一个快拍帧的最佳聚焦位置进行外推。可以例如通过执行螺旋形图案横过整个感兴趣区域来建立组织的覆盖范围。可以使图像传感器的矩形窗ロ 404沿着载物台130的行进方向定向，诸如使在成像期间获取的帧的列与矩形聚焦窗ロ 402对准。使用30x放大倍率的镜筒透镜，使用例如Dalsa 4M30/60 (XD照相机的图像帧406中的对象的尺寸是O. 588 mmxO. 432 mm。阵列尺寸可以是(2352x7. 4微米/30) χ (1720χ· 7. 4微米/30)。图像帧406的较宽维度(O. 588mm)可以与聚焦窗ロ 402垂直地定向并允许在组织的切片上横过的最小列数。在焦点分支(leg) 406中，使用5x放大倍率,聚焦传感器是O. 05 mm χ O. 94 mm。矩形窗ロ 402可以是(32x7. 4微米/5. 0)x (640x7. 4微米/5. O)。因此，聚焦传感器的帧402可以比图像传感器的帧404高约2. 2x，并且可以有利地与涉及多个区的先行聚焦技术相结合地使用，如在本 文中的其它地方进ー步讨论的。根据本文所述的系统的实施例，可以每秒进行120次最佳聚焦确定，其中每333 μ sec进行锐度计算，得到在2. 67 msec内计算的8个锐度，所述2. 67msec等于用于抖动透镜运动的8. 3 msec半抖动周期的约32%的占空因数。可以计算并存储用于每个区的锐度度量。当使用多个区来计算用于单个焦点的锐度度量时，可以针对每个区确定锐度度量并将其组合，例如，诸如通过针对在此类单个点处考虑的所有区将所有锐度度量相加。在等式2中示出了每个区的锐度计算的示例(例如，基于被窗ロ化为640x32条的照相机的使用)。对于第i行、达到32的维度η以及第j列、达到640/z的维度m而言，其中，z是区的数目，可以用等式2来表示用于区的锐度
权利要求
1.一种用于获得样品的聚焦图像的设备，包括 物镜，其被设置用于样品的检验； 缓慢聚焦载物台，其被耦合到所述物镜，其中，所述缓慢聚焦载物台控制所述物镜的移动； 抖动聚焦载物台，其包括抖动透镜，其中，所述抖动聚焦载物台移动所述抖动透镜； 聚焦传感器，其依照经由所述抖动透镜透射的光来提供聚焦信息； 至少一个电气组件，其使用所述聚焦信息来确定度量并依照该度量来确定物镜的第一聚焦位置，其中，所述至少一个电气组件向所述缓慢聚焦载物台发送位置信息以便使物镜移动至第一聚焦位置；以及 图像传感器，其在物镜被移动至第一聚焦位置之后捕获所述样品的图像。
2.根据权利要求I所述的设备，还包括 XY移动载物台，其中，所述样品被设置在XY移动载物台上，并且其中所述至少一个电气组件控制XY移动载物台的移动。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述XY移动载物台的移动被与抖动透镜的运动锁相。
4.根据权利要求I所述的设备，其中，所述抖动聚焦载物台包括使抖动透镜以平移运动移动的音圈致动弯曲组件。
5.根据权利要求I所述的设备，其中，所述抖动透镜以至少60Hz的谐振频率移动，并且其中，至少一个电气组件使用聚焦信息来每秒执行至少60次聚焦计算。
6.根据权利要求I所述的设备，其中，所述聚焦传感器和所述抖动聚焦载物台被设置为双向地操作，其中，所述聚焦传感器产生关于谐振频率下的抖动透镜的运动的正弦波形的上和下部分两者的聚焦信息。
7.根据权利要求I所述的设备，其中，所述度量包括以下各项中的至少一个对比度信息、锐度信息以及色度信息。
8.根据权利要求I所述的设备，其中，所述聚焦信息包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗口的多个区的信息。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括 XY移动载物台，其中，所述样品被设置在XY移动载物台上，其中，所述至少一个电气组件控制XY移动载物台的移动，并且其中，在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述聚焦传感器的视场相对于图像传感器的视场是倾斜的。
11.一种用于获得样品的聚焦图像的方法，包括 控制被设置用于样品的检验的物镜的移动； 控制抖动透镜的运动； 依照经由抖动透镜透射的光来提供聚焦信息； 使用所述聚焦信息来确定度量并依照该度量来确定物镜的第一聚焦位置；以及 发送用来将物镜移动至第一聚焦位置的位置信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一聚焦位置被确定为最佳聚焦位置，并且所述方法还包括 在物镜被移动至最佳聚焦位置之后捕获样品的图像。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括 控制样品被设置在其上面的XY移动载物台的移动。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述抖动透镜以至少60Hz的谐振频率移动，并且其中，每秒执行至少60次聚焦计算。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述度量包括以下各项中的至少一个锐度信息、对比度信息和色度信息。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述聚焦信息包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗口的多个区的信息。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括 控制样品被设置在其上面的XY移动载物台的移动，其中，在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，控制XY移动载物台的移动以提供样品的向前和向后平移扫描。
19.一种用于获得样品的图像的方法，包括 建立标称聚焦面； 将样品定位于具有关联的X和y坐标的起始位置处；以及 在所述样品上的单次横过中执行第一处理，所述第一处理包括使用抖动透镜来针对多个点中的每一个确定聚焦位置；以及依照所述聚焦位置针对所述多个点中的每一个来获取帧。
20.一种包括存储在其上以便根据权利要求11至19中的任一项获得样品的聚焦图像的代码的计算机可读介质。
21.—种用于显微镜载物台的设备,包括 移动载物台块；以及 基座块，其引导所述移动载物台块，其中，所述基座块包括 基本上扁平的第一块；以及第二块，其具有三角形状，其中，所述第一块和所述第二块沿着平移方向引导所述移动载物台块。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述第一块和所述第二块被支撑在底板上的提闻凸台上。
23.根据权利要求21所述的设备，其中，所述第一块和所述第二块由玻璃制成。
24.根据权利要求21所述的设备，还包括 多个按钮元件，其被设置在所述移动载物台块上并接触所述第一块和所述第二块，其中，所述按钮元件允许仅沿平移方向的移动载物台块的运动。
25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述按钮元件是球状的且由热塑塑料制成。
26.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个按钮元件中的至少两个被布置为在第二块的三角形状的每侧上彼此面对，以及其中，所述多个按钮元件中的至少一个按钮在其平面上接触第一块。
27.根据权利要求24所述的设备，其中，所述移动载物台块上的所述多个按钮元件的位置形成三角形。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述多个按钮元件中的每一个在载物台运动期间承载相等重量。
29.根据权利要求27所述的设备，其中，所述移动载物台块被成形为在由所述多个按钮元件的位置形成的三角形的质心处具有重心。
30.根据权利要求21所述的设备，还包括 悬臂组件；以及 弯曲元件，其具有被刚性地耦合到所述悬臂组件的第一末端和被耦合到所述移动载物台块上的质量中心位置的第二末端。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述悬臂组件包括被耦合到在导轨上经由再循环承载设计行进的承载块的悬臂。
32.根据权利要求31所述的设备，其中，所述导轨上的承载块的驱动促使弯曲元件向移动载物台块施加力。
33.根据权利要求32所述的设备，其中，所述弯曲元件的弯曲劲度将移动载物台块从悬臂组件的上下运动隔离。
34.根据权利要求21所述的设备，其中，所述基座块沿垂直于所述移动载物台块的平移方向的方向形成另一移动载物台。
35.根据权利要求21所述的设备，其中，提供约150纳米的运动可重复性。
36.一种用于载玻片高速缓冲的设备，包括 支架； 缓冲器； 载玻片搬运器，其使第一载玻片在支架与缓冲器之间移动； XY载物台，其与第二载玻片的扫描相结合地移动所述第二载玻片，其中，与对应于第二载玻片的XY载物台的至少一个功能并行地执行对应于第一载玻片的载玻片搬运器的至少一个功能。
37.根据权利要求36所述的设备，其中，所述载玻片搬运器使第一载玻片和第二载玻片在支架、缓冲器和XY载物台之间移动。
38.根据权利要求36所述的设备，其中，所述载玻片搬运器以至少三个自由度移动。
39.根据权利要求36所述的设备，其中，所述XY载物台包括使载玻片从缓冲器移动至XY载物台的载玻片拾取头。
40.根据权利要求36所述的设备，还包括 成像设备，其对第一载玻片和第二载玻片进行成像。
41.根据权利要求40所述的设备，其中，所述成像设备包括聚焦系统和照相机。
42.根据权利要求40所述的设备，其中，所述聚焦系统包括动态聚焦系统。
43.根据权利要求36所述的设备，其中，与XY载物台的至少一个功能并行地执行的所述载玻片搬运器的至少一个功能提供至少10%的时间增益。
44.根据权利要求36所述的设备，其中，所述载玻片搬运器包括载玻片拾取头，所述载玻片拾取头包括以下各项中的至少一个机械拾取设备和真空拾取设备。
45.根据权利要求36所述的设备，其中，所述缓冲器包括接受多个载玻片的多个缓冲位置。
46.根据权利要求45所述的设备，其中，所述缓冲器的至少一个缓冲位置是用来捕获载玻片的缩略图像的位置。
47.根据权利要求36所述的设备，其中，所述支架包括至少一个主托盘和旁路托盘，其中，在被设置在至少一个主托盘中的任何载玻片之前处理被设置在旁路托盘中的载玻片。
48.一种用于载玻片高速缓冲的方法，包括 提供支架和缓冲器； 使第一载玻片在支架与缓冲器之间移动； 与第二载玻片的扫描相结合地使所述第二载玻片移动至缓冲器中或从缓冲器移动出来，其中，与所述第二载玻片的扫描并行地执行使所述第一载玻片在支架与缓冲器之间移动。
49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述第二载玻片的扫描包括聚焦操作和图像捕获操作。
50.根据权利要求48所述的方法，其中，与所述第二载玻片的扫描并行的所述第一载玻片的移动提供至少10%的时间增益。
51.根据权利要求48所述的方法，其中，所述第二载玻片的扫描包括动态聚焦操作。
52.根据权利要求48所述的方法，其中，所述缓冲器包括多个缓冲位置，所述多个缓冲位置包括以下各项中的至少一个照相机缓冲位置和返回缓冲位置。
53.根据权利要求52所述的方法，还包括 在第一载玻片和第二载玻片中的至少一个处于照相机缓冲位置时捕获第一载玻片和第二载玻片中的至少一个的缩略图像。
54.一种用于载玻片高速缓冲的设备，包括 第一支架； 第二支架； 第一 XY载物台，其与第一载玻片的扫描相结合地使所述第一载玻片移动至第一支架中或从第一支架移动出来；以及 第二 XY载物台，其与第二载玻片的扫描相结合地使所述第二载玻片移动至第二支架中或从第二支架移动出来，其中，与对应于所述第二载玻片的第二 XY载物台的至少一个功能并行地执行对应于所述第一载玻片的第一 XY载物台的至少一个功能。
55.根据权利要求54所述的设备，其中，所述第一支架和所述第二支架形成单个支架的各部分。
56.根据权利要求54所述的设备，还包括 成像设备，其对所述第一载玻片和第二载玻片进行成像。
57.根据权利要求54所述的设备，其中，所述第一XY载物台和所述第二XY载物台中的每一个包括载玻片拾取头。
58.—种用于载玻片扫描的设备,包括 可旋转托盘； 设置在所述可旋转托盘中的至少一个凹进处，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且其中，作为可旋转托盘的旋转的结果所述至少一个凹进处使所述载玻片稳定在扫描位置上。
59.根据权利要求58所述的设备，其中，所述至少一个凹进处包括使所述载玻片稳定的多个突出体。
60.根据权利要求58所述的设备，其中，所述至少一个凹进处包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。
61.根据权利要求58所述的设备，还包括 成像系统，其中，所述成像系统的至少一个组件沿着可旋转托盘的径向方向移动。
62.根据权利要求61所述的设备，其中，所述成像系统的至少一个组件与可旋转托盘的一个完整旋转相对应地沿着径向方向逐渐地移动。
63.根据权利要求58所述的设备，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，所述载玻片的长度被定向于可旋转托盘的径向方向上。
64.根据权利要求58所述的设备，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，所述载玻片的宽度被定向于可旋转托盘的径向方向上。
65.—种用于扫描载玻片的方法,包括 将所述载玻片设置在可旋转托盘的至少一个凹进处中； 使可旋转托盘旋转，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且其中，作为可旋转托盘的旋转的结果所述至少一个凹进处使载玻片稳定在扫描位置上。
66.根据权利要求65所述的方法，其中，所述至少一个凹进处包括使所述载玻片稳定的多个突出体。
67.根据权利要求65所述的方法，其中，所述至少一个凹进处包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。
68.根据权利要求65所述的方法，还包括 提供成像系统；以及 使成像系统的至少一个组件沿可旋转托盘的径向方向移动。
69.根据权利要求68所述的方法，其中，所述成像系统的至少一个组件与可旋转托盘的一个完整旋转相对应地沿着径向方向逐渐地移动。
70.根据权利要求65所述的方法，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，所述载玻片的长度被定向于可旋转托盘的径向方向上。
71.根据权利要求65所述的方法，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，所述载玻片的宽度被定向于可旋转托盘的径向方向上。
全文摘要
用于光学扫描显微镜和/或其它适当成像系统的系统和技术包括用于扫描并收集设置在载玻片上的组织样本和/或其它对象的聚焦图像的组件。本文所述调焦系统提供了在捕获快照时确定用于每个快照的最佳焦点，可以将其称为“即时调焦”。本文提供的设备和技术导致形成病理载玻片中的区域的数字图像所需的时间的显著减少并以高吞吐量提供样品的高质量数字图像的产生。
文档编号G02B27/02GK102687061SQ201080047161
公开日2012年9月19日 申请日期2010年10月18日 优先权日2009年10月19日
发明者B.萨巴塔, C.托德, G.C.洛尼, G.斯塔克 申请人:文塔纳医疗系统公司
技术领域：
本申请涉及成像领域且更特别地涉及用于获得和捕获图像的系统和技木。
背景技术：
指示疾病的细胞结构中的变化的分子成像标识仍是医疗科学中的更好地理解的关键。显微术应用适用于微生物学(例如革兰氏染色法等)、植物组织培养、动物细胞培养(例如相差显微术等)、分子生物学、免疫学(例如ELISA等)、细胞生物学(例如免疫荧光、染色体分析等)、共焦显微术、时移和活体细胞成像、连续和三维成像。在共焦显微术方面已经有进步，其已解开在细胞内发生的许多秘密，并且能够使用荧光标记来检测转录和转译水平变化。共焦方法的优点起因于通过样品依次地以高分辨率对各个光学部分进行成像的能力。然而，仍存在对用于病理组织的图像的数字处理的系统和方法(其以相对低的成本提供病理组织的准确分析)的需要。数字病理学中期望的目标是获得用于在短时间段内观看的高分辨率数字图像。病理学家用来通过显微镜的目镜观看载玻片的当前手动方法允许在检验染色细胞对比不染色细胞的细胞特性或计数时进行诊断。自动化方法是期望的，由此收集数字图像，在高分辨率监视器上观察且可以共享并存档以用于稍后使用。有利的是可以以高吞吐量并用高分辨率和高质量图像来高效地实现数字化过程。在常规虚拟显微镜系统中，成像技术可能产生在大部分图像上明显散焦的各个图像。常规成像系统对于由照相机拍摄的每个单独快照而言被局限于单焦距，因此，这些“视场”中的每ー个在被扫描的对象样品不具有均匀表面时具有散焦的区域。在已在虚拟显微镜中采用的高放大倍率水平下，具有均匀表面的样品是极其稀少的。常规系统使用基于两步过程的预聚焦(focus)技术来解决高比例的散焦图像，该两步过程包括1)在第一遍中确定布置在ニ维网格上的由η个图像帧分离的点阵列处的最佳焦点，所述ニ维网格被放置在组织切片的顶部上；以及2)在另一遍中，移动至每个焦点并获取图像帧。对于这些最佳焦点之间的点而言，焦点被内插。虽然此两步过程可以减少或者甚至消除散焦图像，但该过程导致获取拼接图像的速度的显著损失。
因此，提供ー种克服常规成像系统中固有的显著问题并以高呑吐量高效地提供聚焦的高质量图像的系统将是期望的。
发明内容
根据本文所述系统，一种用于获得样品的聚焦图像的设备包括被设置用于样品的检验的物镜。缓慢聚焦载物台(stage)被耦合到物镜，并且该缓慢聚焦载物台控制物镜的移动。抖动(dither)聚焦载物台包括抖动透镜,并且该抖动聚焦载物台使抖动透镜移动。聚焦传感器依照经由抖动透镜透射的光来提供聚焦信息。至少ー个电气组件使用聚焦信息 来确定度量和依照该度量的物镜的第一聚焦位置，其中，该电气组件向缓慢聚焦载物台发送位置信息以便使物镜移动至第一聚焦位置。图像传感器在物镜移动至第一聚焦位置之后捕获样品的图像。可以包括XY移动载物台，样品被设置在XY移动载物台上，并且其中该电气组件控制XY移动载物台的移动。可以用抖动透镜的运动对XY移动载物台的移动进行锁相。抖动聚焦载物台可以包括以平移运动移动抖动透镜的音圈致动弯曲组件。可以使抖动透镜以至少60 Hz的谐振频率移动，并且其中，电气组件使用聚焦信息来每秒执行至少60次聚焦计算。可以将聚焦传感器和抖动聚焦载物台设置为双向地操作，其中，聚焦传感器产生关于谐振频率下的抖动透镜运动的正弦波形的上和下两部分的聚焦信息。度量可以包括对比度信息、锐度信息和/或色度信息。聚焦信息可以包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗ロ的多个区的信息。电气组件可以控制XY移动载物台的移动，并且其中，在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。可以使聚焦传感器的视场相对于图像传感器的视场傾斜。进ー步根据本文所述系统，提供了一种用于获得样品的聚焦图像的方法。该方法包括控制针对样品的检验设置的物镜的移动。控制抖动透镜的运动并依照经由抖动透镜透射的光来提供聚焦信息。该聚焦信息被用来确定度量并依照该度量来确定物镜的第一聚焦位置。发送被用来使物镜移动至第一聚焦位置的位置信息。可以将第一聚焦位置确定为最佳聚焦位置，并且该方法还可以包括在物镜移动至最佳聚焦位置之后捕获样品的图像。可以以至少60 Hz的谐振频率来移动抖动透镜，并且可以每秒执行至少60次聚焦计算。度量可以包括锐度信息、对比度信息和/或色度信息。聚焦信息可以包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗ロ的多个区的信息。可以控制样品被设置在其上面的XY移动载物台的移动，并且可以在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。可以控制XY移动载物台的移动以提供样品的向前和向后平移扫描。进ー步根据本文所述系统，一种用于获得样品的图像的方法包括建立标称聚焦面。将样品放置在具有关联的X和y坐标的起始位置处。在所述样品上的单次遍历中执行第一处理。第一处理包括针对多个点中的每ー个使用抖动透镜来确定聚焦位置并针对所述多个点中的每ー个依照所述聚焦位置来获取帧。进ー步根据本文所述系统，一种计算机可读介质，包括存储在其上面以便根据上述步骤中的任何一个来获得样品的聚焦图像的代码。此外，一种计算机可读介质可以包括存储在其上面以便执行下述过程中的任何ー个或多个的代码。进ー步根据本文所述系统，一种用于显微镜载物台的设备包括移动载物台块和引导移动载物台块的基座块。基座块包括基本上扁平的第一块和具有三角形状的第二块，其中，第一块和第二块沿着平移方向弓I导移动载物台块。可以将第一块和第二块支撑在底板上的提高凸台上。第一块和第二块可以由玻璃制成。可以在移动载物台块上设置接触第一块和第二块的多个按钮元件，并且该按钮元件可以允许移动载物台块仅沿着平移方向的运动。该按钮元件可以是球状的且由热塑塑料制成。可以将所述多个按钮元件中的至少两个布置为在第二块的三角形状的每ー侧彼此面对，并且其中，所述多个按钮元件的至少ー个按钮在其扁平面上接触第一块。移动载物台块上的所述多个按钮元件的位置可以形成三角形。所述多个按钮元件中的每ー个可以在载物台运动期间承载相等重量。可以将移动载物台块(block)成形为在由所述多个按钮元件的位置形成的三角形的质心处具有重心。可以提供悬臂组件且可以提供弯曲元件，其具有被刚性地耦合到悬臂组件的第一末端和被耦合到移动载物台块上的质心位置的第二末端。悬臂组件可以包括被耦合到经由导轨上的再循环承载设计行进的承载块的悬臂。导轨上的承载块的驱动可以促使弯曲元件向移动载物台块施加力。弯曲元件的弯曲劲度(bending stiffness)可以将移动载物台块从悬臂组件的上下运动隔离。基座块可以沿着与移动载物台块的平移方向垂直的方向形成另ー移动载物台。可以提供约150纳米的运动的可重复性。运动的可重复性可以与移动载物台和基座块平移方向正交。进ー步根据本文所述系统，一种用于载玻片高速缓冲的设备包括支架、缓冲器、将第一载玻片在支架与缓冲器之间移动的载玻片搬运器(handler)以及XY载物台。该XY载物台与第二载玻片的扫描相结合地移动第二载玻片，并且与对应于第二载玻片的XY载物台的至少ー个功能并行地执行对应于第一载玻片的载玻片搬运器的至少ー个功能。载玻片搬运器可以在支架、缓冲器与XY载物台之间移动第一载玻片和第二载玻片且可以以至少三个自由度移动。XY载物台可以包括将载玻片从缓冲器移动至XY载物台的载玻片拾取头。 成像设备可以对第一载玻片和第二载玻片进行成像，并且可以包括聚焦系统和照相机。聚焦系统可以包括动态聚焦系统。与XY载物台的功能并行地执行的载玻片搬运器的功能可以提供至少10%的时间增益。载玻片搬运器可以包括载玻片拾取头，其包括机械拾取设备和/或真空拾取设备。缓冲器可以包括接受多个载玻片的多个缓冲位置。缓冲器的至少ー个缓冲位置可以是用来捕获载玻片的缩略图像的位置。该支架可以包括至少ー个主托盘和旁路托盘，并且设置在旁路托盘中的载玻片在设置于主托盘中的任何载玻片之前被处理。进ー步根据本文所述系统，一种用于载玻片高速缓冲的方法包括提供支架和缓冲器。在支架与缓冲器之间移动第一载玻片。与第二载玻片的扫描相结合地将第二载玻片移入或移出缓冲器。可以与第二载玻片的扫描并行地执行在支架与缓冲器之间移动第一载玻片。第二载玻片的扫描可以包括聚焦操作和图像捕获操作。与第二载玻片的扫描并行的第一载玻片的移动可以提供至少10%的时间增益。第二载玻片的扫描可以包括动态聚焦操作。该缓冲器可以包括多个缓冲位置，其包括照相机缓冲位置和返回缓冲位置中的至少ー个。该方法还可以包括在第一载玻片和/或第二载玻片处于照相机缓冲位置时捕获第一载玻片和/或第二载玻片的缩略图像。进ー步根据本文所述系统，一种用于载玻片高速缓冲的设备包括第一支架、第二支架、第一 XY载物台和第二 XY载物台。第一 XY载物台与第一载玻片的扫描相结合地将第一载玻片移入或移出第一支架。第二XY载物台与第二载玻片的扫描相结合地将第二载玻片移入或移出第二支架。与对应于第二载玻片的第二 XY载物台的至少ー个功能并行地执行对应于第一载玻片的第一 XY载物台的至少ー个功能。第一支架和第二支架可以形成单个支架的部分。成像设备可以对第一载玻片和第二载玻片进行成像。第一XY载物台和第ニ XY载物台中的每ー个可以包括载玻片拾取头。进ー步根据本文所述系统，ー种用于载玻片扫描的设备包括可旋转托盘和设置在该可旋转托盘中的至少ー个凹进处。该凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且该凹进处作为可旋转托盘的旋转的结果而使载玻片稳定在扫描位置上。该凹进处可以包括使载玻片稳定的多个突出体且可以包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。可以包括成像系统，并且该成像系统的至少ー个组件沿着可旋转托盘的径向方向移动。成像系统的组件可以与可旋转托盘的一次完整旋转相对应地沿着所述径向方向逐渐移动。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且可以使载玻片的长度沿着可旋转托盘的径向方向定向。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且可以使载玻片的宽度沿着可旋转托盘的径向方向定向。进ー步根据本文所述系统，一种用于扫描载玻片的方法包括将载玻片设置在可旋
转托盘的至少ー个凹进处中并使可旋转托盘旋转。该凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且该凹进处作为可旋转托盘的旋转的结果而使载玻片稳定在扫描位置上。该凹进处可以包括使载玻片稳定的多个突出体且可以包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。该方法还可以包括提供成像系统并使成像系统的至少ー个组件沿着可旋转托盘的径向方向移动。可以对应于可旋转托盘的一次完整旋转地在径向方向上逐渐地移动成像系统的组件。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，可以使载玻片的长度沿着可旋转托盘的径向方向定向。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，可以使载玻片的宽度沿着可旋转托盘的径向方向定向。
在本文中将基于附图的图来更详细地解释本文所述系统的实施例，如下简要地描述附图。图I是根据本文所述系统的各种实施例的扫描显微镜和/或其它扫描设备的成像系统的示意图，其可以包括与数字病理学样本扫描和成像相结合地使用的各种组件设备。图2是示出根据本文所述系统的实施例的包括聚焦系统的成像设备的示意图。图3A和3B是示出控制系统可以包括适当电子装置的控制系统的实施例的示意图。图4是根据本文所述系统的实施例更详细地示出抖动聚焦载物台的示意图。图5A — 5E是示出根据本文所述系统的聚焦操作的迭代的示意图。图6A是示出根据本文所述系统的实施例的抖动聚焦光学装置的命令波形和锐度确定的图的示意图。图6B是示出用于抖动透镜的正弦波运动的一部分的计算锐度(Zs)值的图的示意图。图7A和7B是示出根据本文所述系统的实施例的样品(组织)的聚焦确定和调整的示意图。
图8是示出根据本文所述系统的实施例的包括用于在由抖动聚焦光学装置采样的多个点处的每个锐度响应的锐度曲线和对比率的锐度分布图的示例的示意图。图9示出举例说明用以产生控制信号以控制缓慢聚焦载物台的对比度功能的使用的功能控制环路方框图。图10是示出根据本文所述系统的实施例的与聚焦处理相结合地将聚焦窗ロ分成各区的示意图。图11示出依照本文的技术的实施例中的在各时间点可以获得的不同锐度值的图
/Jn ο图12是示出根据本文所述系统的实施例的检验中的样品的扫描期间的即时(on-the-fly)聚焦处理的流程图。 图13是示出根据本文所述系统的实施例的缓慢聚焦载物台的处理的流程图。图14是示出根据本文所述系统的实施例的图像捕获处理的流程图。图15是示出根据本文所述系统的实施例的用于聚焦处理的替换布置的示意图。图16是示出根据本文所述系统的另ー实施例的用于聚焦处理的替换布置的示意图。图17是示出根据本文所述系统的实施例的用以获取载玻片上的组织的马赛克图像的处理的流程图。图18是示出根据本文所述系统的实施例的XY载物台的精密载物台(例如Y载物台部分)的实施方式的示意图。图19A和19B是根据本文所述系统的实施例的精密载物台的移动载物台块的更详细视图。图20示出根据本文所述系统的实施例的根据本文所讨论的精密载物台特征且包括Y载物台、X载物台和底板的整个XY混合载物台的实施方式。图21是示出根据本文所述系统的实施例的载玻片高速缓冲设备的示意图。图22A是示出根据本文所述系统的实施例的与第一载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。图22B是示出根据本文所述系统的实施例的与第二载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。图23A和23B是使用根据本文所述系统的实施例的载玻片高速缓冲技术的时序图，并且举例说明根据本文所述系统的各种实施例的时间节省。图24是示出根据本文所述系统的另ー实施例的载玻片高速缓冲设备的示意图。图25A是示出根据针对具有用于载玻片处理的两个XY混合载物台的载玻片高速缓冲设备所述的系统的实施例的与第一载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。图25B是示出根据针对具有用于载玻片处理的两个XY混合载物台的载玻片高速缓冲设备所述的系统的实施例的与第二载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。图26是示出根据本文所述系统的另ー实施例的载玻片高速缓冲设备的示意图。图27是不出根据图26的载玻片闻速缓冲设备的另一视图的不意图。图28A — 28J是示出根据本文所述系统的实施例的图26和27的载玻片高速缓冲设备的载玻片高速缓冲操作的示意图。
图29是示出根据本文所述系统的实施例的用于使用发光二极管(LED)照明组件来照亮载玻片的照明系统的示意图。图30是示出根据本文所述系统的用于LED照明组件的实施例的更详细视图的示意图。图31是示出根据本文所述系统的实施例的LED照明组件的特定实施方式的分解 图的不意图。图32是示出根据本文所述系统的实施例的可以与数字病理成像相结合地使用的高速载玻片扫描设备的示意图。图33是更详细示出根据本文所述系统的实施例的高速载玻片扫描设备的托盘上的凹进处的示意图。图34是示出相对于载玻片而言起始于第一径向位置以便对凹进处中的载玻片上的样品进行成像的成像路径的示意图。图35A和35B是示出根据本文所述系统的另ー实施例的旋转载玻片保持器上的载玻片的替换布置的示意图。图36是示出根据本文所述系统的实施例的包括被设置为检验载玻片上的样品的物镜的成像系统的示意图。图37是示出根据本文所述系统的实施例的使用可旋转托盘的高速载玻片扫描的流程图。图38是示出根据本文所述系统的实施例的光学双重成像系统的示意图。图39A和39B是示出根据本文所述系统的实施例的在图像传感器前面的第一镜筒透镜和第二镜筒透镜的往复运动的光学双重成像系统的示意图。
具体实施例方式图I是根据本文所述的系统的各种实施例的扫描显微镜和/或其它扫描设备的成像系统5的示意图，其可以包括与数字病理学样本扫描和成像相结合地使用的各种组件设备。成像系统5可以包括具有聚焦系统10、载玻片载物台系统20、载玻片高速缓冲系统30和照明系统40以及其它组件系统50的成像设备，如在本文中的其它地方详细地进ー步讨论的。还应注意的是可以与如在授予Dietz等人的题为“Digital Microscope SlideScanning System and Methods”的美国专利申请公开号2008/0240613 Al (通过引用将其结合于此)中描述的用于图像捕获、拼接和放大的显微镜载玻片扫描仪器架构和技术相结合地使用本文所述的系统，其包括与在没有显著的准确度损失的情况下用放大倍率重组图像并显示或存储重组图像相结合的特征。图2是示出根据本文所述系统的光学扫描显微镜和/或其它适当成像系统的成像设备100的示意图，其包括用于拍摄被设置在载玻片上的组织样本101和/或其它对象的聚焦图像的聚焦系统的组件。本文所述的聚焦系统提供随着快照被捕获而针对每个快照确定最佳聚焦，可以将其称为“即时聚焦”。本文提供的设备和技术导致形成病理载玻片中的区域的数字图像所需的时间的显著減少。本文所述的系统将常规系统的两步方法的步骤集成并本质上消除了预聚焦所需的时间。本文所述的系统提供使用用于捕获快照的即时处理来产生显微镜载玻片上的样品的数字图像，其中，用于捕获所有快照的总时间小于在捕获快照之前对每个快照使用预定焦点的步骤的方法所需的时间。成像设备100可以包括成像传感器110，诸如电荷耦合器件(CXD)和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其可以是捕获数字病理图像的照相机111的一部分。成像传感器110可以从显微镜物镜120接收经由镜筒透镜112、射束分离器114以及包括诸如聚光器116和光源118和/或其它适当光学组件119的透射光显微镜的其它组件透射的透射光。可以对显微镜物镜120进行完全(infinity)修正。在一个实施例中，射束分离器114可以提供将光束源的约70%分配为指向图像传感器110并将约30%的其余部分分配为沿着到抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160的路径指向。可以将被成像的组织样本101设置在可以沿着X和Y方向移动且可以被如在本文中的其它地方进ー步地讨论的那样进行控制的XY移动载物台130上。缓慢聚焦载物台140可以控制显微镜物镜120沿Z方向的移动以使由图像传感器110捕获的组织101的图像聚焦。缓慢聚焦载物台140可以包括用于移动显微镜物镜120的电动机和/或其它适当设备。抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160被用来根据本文所述的系统提供用于即时聚焦的细聚焦控制。在各种实施例中，聚焦传 感器160可以是CXD和/或CMOS传感器。抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160根据在成像过程期间快速地计算的锐度值和/或其它度量来提供即时聚焦以随着每个图像快照被捕获而获得用于每个图像快照的最佳聚焦。如在本文中的其它地方进ー步详细地讨论的，可以使抖动聚焦载物台150以ー定的频率、例如以正弦运动来移动，其独立于且超过对于显微镜物镜120的更缓慢运动而言可行的移动频率。由聚焦传感器160获取用于在抖动聚焦载物台150的运动范围内的组织视野的聚焦信息的多个测量結果。聚焦电子装置和控制系统170可以包括用于控制聚焦传感器和抖动聚焦载物台150的电子装置、主时钟、用于控制缓慢聚焦载物台140 (Z方向)的电子装置、X-Y移动载物台130以及依照本文中的技术的系统的实施例的其它组件。聚焦电子装置和控制系统170可以用来使用来自抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160的信息来执行锐度计算。可以在由抖动移动定义的正弦曲线的至少一部分内计算锐度值。聚焦电子装置和控制系统170然后可以使用该信息来确定用于组织的最佳聚焦图像的位置并命令缓慢聚焦载物台140使显微镜物镜120移动至期望的位置(沿着Z轴，如所示)以便在成像过程期间获得最佳聚焦图像。控制系统170还可以使用该信息来控制XY移动载物台120的速度，例如，载物台130沿Y方向的移动速度。在一个实施例中，可以通过对相邻像素的对比度值进行差分化，对其求平方并将那些值加在一起以形成一个分数来计算锐度值。在本文中的其它地方进ー步讨论了用于确定锐度值的各种算法。在根据本文所述系统的各种实施例中，并且依照在本文中的其它地方所讨论的组件，一种用于产生显微镜载玻片上的样品的数字图像的设备包括被完全修正的显微镜物镜；射束分离器；照相机聚焦透镜；高分辨率照相机；传感器聚焦透镜组；抖动聚焦载物台；聚焦传感器；聚焦粗(缓慢)载物台；以及聚焦电子装置。该设备可以允许在不需要在捕获快照之前预先确定用于所有快照的焦点的情况下使物镜聚焦并通过照相机来捕获每个快照，并且其中，用于捕获所有快照的总时间小于要求在捕获快照之前预先确定用于每个快照的焦点的步骤的系统所需的时间。该系统可以包括计算机控制机构，用干i)确定组织上的第一焦点以通过使粗聚焦载物台移动通过整个z范围并监视锐度值来建立标称聚焦面；ii)以从感兴趣区域的一角处开始的X和y来对组织进行定位；iii)将抖动细聚焦载物台设置为移动，其中，抖动聚焦载物台被同步至主时钟，该主时钟也控制xy载物台的速度；iv)命令载物台从帧移动至相邻帧，和/或V)产生触发信号以获取图像传感器上的帧并触发光源以产生光的脉冲。此外,根据另ー实施例,本文所述的系统可以提供用于产生显微镜载玻片上的样品的数字图像的计算机实现方法。该方法可以包括确定包括显微镜载玻片的ー个区(该区包括样品的至少一部分)的扫描区域。可以将该扫描区域划分成多个快照。可以使用显微镜物镜和照相机来捕获快照，其中，可以在不需要在捕获快照之前预先确定用于所有快照的焦点的情况下针对每个快照执行使物镜和显微镜聚焦并通过照相机来捕获每个快照。用于捕获所有快照的总时间可以小于要求在捕获快照之前预先确定用于每个快照的焦点的步骤的方法所需的时间。图3A是包括聚焦电子装置161、主时钟163和载物台控制电子装置165的控制系统170和聚焦电子装置的实施例的示意图。图3B是聚焦电子装置161的实施例的示意图。在所示的实施例中，聚焦电子装置161可以包括诸如适当快速的A/D转换器171和具有可以用来进行锐度计算的微处理器173的现场可编程门阵列(FPGA)172的适当电子装置。A/D转换器171可以从被耦合到FPGA 172和微处理器173并被用来输出锐度信息的聚焦传感器160接收信息。包括在170中的主时钟可以向聚焦电子装置161、载物台控制电子装置165以及系统的其它组件供应主时钟信号。载物台控制电子装置165可以生成被用来控制缓慢聚焦载物台140、X-Y移动载物台130、抖动聚焦载物台150的控制信号和/或其它控制信号和信息，如在本文中的其它地方进ー步讨论的。除其它信息之外，FPGA 172可以向聚焦传感器160供应时钟信号。实验室中的測量结果显示可以在18微秒内进行640x32像素帧上的锐度计算，容易地快到足以用于本文所述系统的适当操作。在一个实施例中，聚焦传感器160可以包括被窗ロ化成640x32条的单色(XD照相机，如在本文中的其它地方进ー步讨论的。扫描显微镜可以获取包括对比度信息和/或RGB或某个其它色彩空间中的強度信息的ID或2D像素阵列，如在本文中的其它地方进ー步讨论的。系统在例如玻璃载玻片25mm X 50 mm上的大视野内找到最佳焦点。许多商用系统对由具有CXD阵列的20x、0. 75 NA显微镜物镜产生的场景进行米样。给定物镜和聚光器的O. 75的NA和500 nm的波长,光学系统的横向分辨率为约5微米。为了以尼奎斯特频率对此分辨元件进行采样，对象处的像素尺寸为约O. 25微米。对于具有7. 4微米的像素尺寸、以30 fps运行的4M像素照相机(例如Dalsa Falcon 4M30/60)而言，从对象至成像照相机的放大倍率是I. 4/0. 25 = 30x。因此，2352x1728下的一个帧可以覆盖对象处的O. 588mm x O. 432mm的区域，其对于在面积上被定义为15 mm xl5 mm的典型组织切片而言等同于约910个帧。期望地在焦点尺度的组织空间变化比对象处的帧尺寸更低得多的情况下使用本文所述的系统。实际上，焦点的变化可以在更大的距离内发生且进行大部分聚焦调整以对倾斜进行修正。这些倾斜在对象处一般地在每帧尺寸O. 5-1微米的范围内。对于当前扫描系统(例如BioImagene iScan Coreo系统)而言得出结果的时间对于20x 15 mm X 15 mm视野的预扫描和扫描而言为约3· 5分钟且对于15 mm χ 15 mm视野上的40x扫描而言为约15分钟。通过以26遍行进35个巾贞来扫描15 mm χ 15 mm视野。可以用I秒的回描时间单向地完成扫描。使用根据本文所述的系统的技术来进行扫描的时间、可以为约5秒以找到标称聚焦面，每遍I. 17秒(25遍)，总共5 + 25x (1.17 + 1)= 59.25秒(约I分钟)。相比于常规方法而言存在相当大的时间节省。本文所述的系统的其它实施例可以允许甚至更快的聚焦时间，但是可能发生关于用以避免连续扫描时的运动模糊的短照明时间所需的光量的限制。使光源118发送脉冲或频闪以允许高峰值照明能够缓解此问题，光源118可以是如在本文中的其它地方进ー步讨论的LED光源。在一个实施例中，可以由聚焦电子装置和控制系统170来控制光源118的脉冲发送。另外，双向地运行系统将消除用于20x扫描的约25秒的回描时间节省，导致35秒的扫描时间。应注意的是与聚焦电子装置和控制系统170相结合地使用的组件还可以更一般地称为用来与本文所述技术的实施例相结合地执行多种不同功能的电气组件。
图4是根据本文所述的系统的实施例更详细地示出抖动聚焦载物台150的示意图。抖动聚焦载物台150可以包括可以被诸如音圈致动器的一个或多个致动器152a、b移动且可以被安装到刚性外壳153的抖动聚焦透镜151。在一个实施例中，透镜可以是如市售的具有50mm焦距的消色差透镜，參见例如Edmund Scientif ic, NT32 一 323。替换地，抖动聚焦透镜151可以是由塑料构成的，非球面且被成形为使得透镜的重量被减小(极其低质量)。可以将弯曲结构154附着于刚性外壳153并附着于刚性接地点且其可以仅允许抖动聚焦透镜151的例如约600-1000微米的小距离的平移运动。在一个实施例中，弯曲结构154可以由沿弯曲方向约O. 010〃厚的适当不锈钢片构成并形成四连杆机构。弯曲部分154可以由处于远离其疲劳极限(5倍以下(factor of below))的工作应カ下以运行许多个循环的适当弹簧钢设计而成。可以将抖动聚焦透镜151和弯曲部分154的移动质量设计为提供约60 Hz或以上的第一机械谐振。可以用诸如电容传感器或涡流传感器的适当高带宽(例如，>1 kHz)位置传感器155来监视移动质量，以向控制系统170提供反馈(參见图2)。例如KLA Tencor的ADE部门制造了具有I kHz带宽、I mm测量范围和适合于此应用的77纳米分辨率的电容传感器5 mm 2805探针。诸如由包括在元件170中的功能表示的抖动聚焦和控制系统可以将抖动聚焦透镜151的振幅保持在指定聚焦范围内。抖动聚焦和控制系统可以依赖于众所周知的增益控制振荡器电路。当谐振地操作时，可以以低电流来驱动抖动聚焦透镜151，在音圈绕组中耗散低功率。例如，使用BEI Kimco LA08-10 (绕组A)致动器，平均电流可以小于180mA且耗散的功率可以小于O. I W。应注意的是可以与本文所述的系统的各种实施例相结合地使用抖动透镜的其它类型的运动及其它类型的致动器152a、b。例如，可以使用压电致动器作为致动器152a、b。此外，抖动透镜的运动可以是处于除保持独立于显微镜物镜120的运动的谐振频率之外的频率下的运动。在依照本文中的技术的实施例中可以包括诸如上述电容传感器的传感器155，其可以提供关于抖动聚焦透镜位于何处的反馈(例如相对于对应于透镜移动的正弦波或循环)。如在本文中的其它地方将描述的，可以进行关于使用聚焦传感器获得的哪个图像帧产生最佳锐度值的确定。对于此帧而言，可以相对于由传感器155指示的正弦波位置来确定抖动聚焦透镜的位置。如传感器155所指示的位置可以被控制电子装置170用来确定用于缓慢聚焦载物台140的适当调整。例如，在一个实施例中，可以由缓慢聚焦载物台140的缓慢步进电动机来控制显微镜物镜120的移动。由传感器155所指示的位置可以用来确定相应的移动量(及相应的(ー个或多个)控制信号)以将显微镜物镜120沿Z方向定位于最佳聚焦位置处。可以将(ー个或多个)控制信号传送至缓慢聚焦载物台140的步进电动机以引起显微镜物镜120在最佳聚焦位置处的任何必要的重新定位。图5A — 5E是示出根据本文所述的系统的聚焦操作的迭代的示意图。该图示出图像传感器110、聚焦传感器160、具有抖动透镜的抖动聚焦载物台150和显微镜物镜120。举例说明了沿着y轴、即在XY移动载物台130上移动的组织101，同时在执行聚焦操作。在一个示例中，抖动聚焦载物台150可以以期望的频率移动抖动透镜,诸如60 Hz或以上(例如80Hz、100Hz)，虽然应注意的是在其它实施例中，本文所述的系统还可以根据可适用的状况在抖动透镜在较低频率(例如50 Hz)下移动的情况下进行操作。可以命令XY移动载物台130例如沿Y方向从帧移动至相邻帧。例如，可以命令载物台130以13mm/sec的恒量移动，其对于20x物镜而言对应于约30帧/秒的获取速率。由于抖动聚焦载物台150和XY移动载物台130可以被锁相，所以抖动聚焦载物台150和传感器160可以每秒进行60次聚焦计算，或者毎秒120个焦点或每帧4个焦点地双向地运行(关于正弦波的上下运动进行读取)。对于1728像素的帧高度而言，这相当于每432个像素ー个焦点或者对于20x物镜而言为每108微米ー个焦点。由于XY移动载物台130正在移动，所以应在非常短的时间段内捕获焦 点，例如330 μ sec (或更少)，以将场景中的变化保持在最小值。在各种实施例中，如在本文中的其它地方进ー步讨论的，可以存储此数据并将其用来对下ー个帧的聚焦位置进行外推，或者替换地可以不使用外推并将最后ー个焦点用于活动帧的聚焦位置。用60 Hz的抖动频率和每秒30帧的帧速率，在与被快拍的帧的中心相距不超过帧的1/4的位置处取焦点。一般地，组织高度不会在帧的1/4中改变至足以使得此焦点不准确。可以在组织上找到第一焦点以建立标称聚焦面或基准面101’。例如，可以通过最初使用缓慢聚焦载物台140移动显微镜物镜120通过整个Z范围(例如+1/-1 mm)并监视锐度值来确定基准面101’。一旦找到的基准面101’，则可以以在感兴趣区域的一角和/或其它特定位置处开始的X和Y将组织101定位，并且将抖动聚焦载物台150设置为移动，和/或否则继续监视抖动聚焦载物台150的移动，在图5A中开始。可以使抖动聚焦载物台150同步至控制系统170中的主时钟(參见图2)，其还可以与控制XY移动载物台130的速度相结合地使用。例如，如果抖动聚焦载物台150将在60赫兹下通过O. 6毫米p-v (峰值至谷值)正弦运动移动，采用32%的占空因数以使用正弦波的更多线性范围，则可以在2. 7兆秒时段内通过聚焦范围收集8个点。在图5B — 中，抖动聚焦载物台150以正弦运动来移动抖动透镜，并且携帯焦点样本通过正弦曲线的至少一部分。因此将每330 μ sec或以3 kHz的速率来获取焦点样本。用对象与聚焦传感器160之间的5. 5x的放大倍率,O. 6 mm p-v的抖动透镜处的运动相当于物镜处的20微米p_v运动。此信息被用来将计算最高锐度处的位置、即最佳聚焦传送至缓慢聚焦载物台140的较慢步进电动机。如图5E所示，缓慢聚焦载物台140被命令使显微镜物镜120及时地移动至最佳聚焦位置(用运动范围120’举例说明)以便图像传感器110捕获组织101的感兴趣区域的最佳聚焦图像110’。在一个实施例中，可以例如由控制系统170来触发图像传感器110以在抖动透镜运动的特定循环数之后拍摄图像的快照。XY移动载物台130移动至下ー帧，抖动聚焦载物台150中的抖动透镜的循环运动继续，并且重复图5A — 5E的聚焦操作。可以以不妨碍过程的速率、例如3 kHz来计算锐度值。图6A是示出根据本文所述的系统的实施例的抖动聚焦光学装置的命令波形和锐度确定的图200的示意图。在基于结合图5A — 5E的示例讨论的时间的实施例中
T = 16. 67 msec, /*透镜在60 Hz下谐振的情况下的抖动透镜正弦波的周期*/
F = 300 ym, /*聚焦值的正范围*/
N = 8，/*在周期E中获得的焦点的数目*/
At = 330 μ sec, /*姆330 μ sec获得的焦点样本*/
E = 2. 67 msec, /*其间获得N个焦点的时段*/ Δ f= I. 06 μ m在焦点行程的中心处。/*焦点弯曲的步长*/
因此，用32%的此占空因数，通过焦点处理对8.48 μ m (8 x I. 06 μ m = 8. 48 μ m)进行采样。图6B是示出用于图210所示的抖动透镜的正弦波运动的一部分的计算锐度(Zs)值的图210的示意图。由等式I给出作为每个点i的函数来采样的用于每个聚焦面的位置
(Z)
z = Fcos 2π ^At · I -等式 ι
将CCD照相机向下窗ロ化可以提供适合于本文所述系统的高帧速率。例如，加拿大安大略市沃特卢的公司Dalsa生产了 Genie M640-1/3 640 x480黑白照相机。Genie M640-1/3将以640x32的帧尺寸在3，000帧/秒下操作。CXD阵列上的像素尺寸是7. 4微米。在对象与聚焦面之间的5. 5x放大倍率下，一个聚焦像素等价于对象处的约I. 3微米。虽然可能发生每个聚焦像素的约16个对象像素(4x4)的某些平均，但保留了足够高的空间频率对比度变化以获得良好的聚焦信息。在一个实施例中，可以根据锐度计算图210的峰值来确定最佳聚焦位置。在附加实施例中，应注意的是可以使用其它聚焦计算和技术根据其它度量来确定最佳聚焦位置，包括对比度度量的使用，如在本文中的其它地方进ー步讨论的。图7A和7B是示出根据本文所述的系统的实施例的样品(组织)的聚焦确定和调整的示意图。在图7A中，图示250是根据本文所讨论的XY移动载物台130的移动与样品沿着Y轴的移动相结合的近似图像帧中所示的样品的视图。在250中举例说明了与样品沿着Y轴的移动(例如，根据XY载物台的移动)相结合的在样品上的一次遍历或通过。图示250’是图示250的ー个部分的放大型式。图示250’的一个帧被指定为dtp，參考样品的明确组织点。在图示250’的示例中，示出了样品边界，并且在其上面的扫描期间，依照本文所述的系统来执行多次聚焦计算。在帧251中，并且举例来说，举例说明了在与对样品进行成像相结合地执行4次聚焦计算(被示为聚焦位置1、2、3和O*)之后进行最佳聚焦确定，虽然可以与本文所述的系统相结合地执行更多的聚焦计算。图7B示出了示出显微镜物镜的Z轴位置相对于正在被检验的样品的Y轴位置的图的示意图260。举例说明的位置261示出根据本文所述的系统的实施例的用于调整显微镜物镜120以实现最佳聚焦的沿着Z轴确定的位置。应注意的是本文所述的系统相比于常规系统而言提供了显著的优点，所述常规系统诸如在被通过引用结合到本文中的美国专利号7，576，307和7，518，642中描述的那些，其中，整个显微镜物镜以正弦或三角形图案移动通过焦点。本文提供的系统的有利之处在于其适合干与显微镜物镜和沉重且不能在使用抖动光学装置所述的较高频率下移动的随附载物台一起使用(尤其是在经由转动架来添加其它物镜的情况下)。本文所述的抖动透镜可以具有已调整质量(例如，变得更轻、较少玻璃)且聚焦传感器上的成像需求比由显微镜物镜施加的更小。如本文所述的，可以以高速率来获取聚焦数据以使计算锐度时的场景变化最小化。通过使场景变化最小化，本文所述的系统减少了系统在组织在显微镜物镜下移动的同时移动聚焦和散焦时的锐度度量的不连续性。在常规系统中，此类不连续性向最佳聚焦计算增加噪声。 图8是示出根据本文所述的系统的实施例的包括用于在由抖动聚焦光学装置采样的多个点处的每个锐度响应的锐度曲线和对比率的由移动通过聚焦位置所产生的锐度分布图的示例的示意图300。图310示出χ轴中的以微米为单位的抖动透镜振幅和沿着y轴的锐度単位。如所示，可以使抖动透镜运动以代表性点A、B、C、D和E为中心；然而，应注意的是本文所述的计算可以应用于锐度曲线上的每个点。在图310a — e中分别示出了当抖动透镜的运动以点A、B、C、D和E中的每ー个为中心时针对抖动透镜正弦波的半周期从聚焦传感器160产生的锐度响应。基于此,根据对比度函数=(max-min)/ (max+min)来计算用于具有点A — E中的相应的ー个的每个锐度响应的对比率。与针对点A-E中的ー个和锐度响应曲线310a — e中的相应的ー个确定的对比度函数相结合,max表示从锐度响应曲线获得的最大锐度值且min表示从锐度响应曲线获得的最小锐度值。在锐度曲线图310下面示出了结果得到的对比度函数图320且其对与抖动透镜根据抖动透镜振幅的移动相对应的对比率值进行绘图。图320中的对比度函数的最小值是最佳聚焦位置。基于对比度函数和最佳聚焦位置确定，可以生成控制信号，该控制信号被用来控制缓慢聚焦载物台140以在图像传感器110捕获图像110’之前使显微镜物镜120移动至最佳聚焦位置。图9示出举例说明用以产生控制信号以控制缓慢聚焦载物台140的对比度功能的使用的功能控制环路方框图350。例如，可以将Ud视为对聚焦控制环路的干扰且其可以表示载玻片倾斜或改变组织表面高度。功能块352示出可以由聚焦传感器160生成且被传送至聚焦电子装置和控制系统170的锐度矢量信息的生成。功能块354示出抖动透镜正在对焦点进行采样的点处的对比度数(例如对比度函数的值)的生成。将此对比度数与在其中先前建立最佳聚焦的初始步骤处产生的设定点或基准值(Ref)相比较。从与适当施加的増益K1的此比较(在功能块356处)产生的错误信号对做出动作(在功能块358处)以保持场景聚焦的缓慢聚焦电动机进行修正。应注意的是实施例可以依照最小值或阈值移动量来调整显微镜物镜120的位置。因此，此类实施例可以避免进行小于阈值的调整。图10是示出根据本文所述的系统的实施例的与聚焦处理相结合地将聚焦窗ロ402分成各区的示意图。在所示的实施例中，聚焦窗ロ被再分成8个区(402’ );然而，可以与本文所述系统相结合地使用少于或多于8个区。该区的第一子集可以在快照η内且该区的第二子集在快照η+1内。例如，区2、3、4、5在已在时间tl处快拍的图像帧404内。区6和7可以完全在随着XY移动载物台130在图中自下而上横过时要快拍的下ー个图像帧内和/或区O和I可以完全在随着载物台130在图中自上而下横过时要快拍的下ー个图像帧内。可以使用聚焦位置0、1、2和3来对用于位置O*处的下一个快拍帧的最佳聚焦位置进行外推。可以例如通过执行螺旋形图案横过整个感兴趣区域来建立组织的覆盖范围。可以使图像传感器的矩形窗ロ 404沿着载物台130的行进方向定向，诸如使在成像期间获取的帧的列与矩形聚焦窗ロ 402对准。使用30x放大倍率的镜筒透镜，使用例如Dalsa 4M30/60 (XD照相机的图像帧406中的对象的尺寸是O. 588 mmxO. 432 mm。阵列尺寸可以是(2352x7. 4微米/30) χ (1720χ· 7. 4微米/30)。图像帧406的较宽维度(O. 588mm)可以与聚焦窗ロ 402垂直地定向并允许在组织的切片上横过的最小列数。在焦点分支(leg) 406中，使用5x放大倍率,聚焦传感器是O. 05 mm χ O. 94 mm。矩形窗ロ 402可以是(32x7. 4微米/5. 0)x (640x7. 4微米/5. O)。因此，聚焦传感器的帧402可以比图像传感器的帧404高约2. 2x，并且可以有利地与涉及多个区的先行聚焦技术相结合地使用，如在本 文中的其它地方进ー步讨论的。根据本文所述的系统的实施例，可以每秒进行120次最佳聚焦确定，其中每333 μ sec进行锐度计算，得到在2. 67 msec内计算的8个锐度，所述2. 67msec等于用于抖动透镜运动的8. 3 msec半抖动周期的约32%的占空因数。可以计算并存储用于每个区的锐度度量。当使用多个区来计算用于单个焦点的锐度度量时，可以针对每个区确定锐度度量并将其组合，例如，诸如通过针对在此类单个点处考虑的所有区将所有锐度度量相加。在等式2中示出了每个区的锐度计算的示例(例如，基于被窗ロ化为640x32条的照相机的使用)。对于第i行、达到32的维度η以及第j列、达到640/z的维度m而言，其中，z是区的数目，可以用等式2来表示用于区的锐度
权利要求
1.一种用于获得样品的聚焦图像的设备，包括 物镜，其被设置用于样品的检验； 缓慢聚焦载物台，其被耦合到所述物镜，其中，所述缓慢聚焦载物台控制所述物镜的移动； 抖动聚焦载物台，其包括抖动透镜，其中，所述抖动聚焦载物台移动所述抖动透镜； 聚焦传感器，其依照经由所述抖动透镜透射的光来提供聚焦信息； 至少一个电气组件，其使用所述聚焦信息来确定度量并依照该度量来确定物镜的第一聚焦位置，其中，所述至少一个电气组件向所述缓慢聚焦载物台发送位置信息以便使物镜移动至第一聚焦位置；以及 图像传感器，其在物镜被移动至第一聚焦位置之后捕获所述样品的图像。
2.根据权利要求I所述的设备，还包括 XY移动载物台，其中，所述样品被设置在XY移动载物台上，并且其中所述至少一个电气组件控制XY移动载物台的移动。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述XY移动载物台的移动被与抖动透镜的运动锁相。
4.根据权利要求I所述的设备，其中，所述抖动聚焦载物台包括使抖动透镜以平移运动移动的音圈致动弯曲组件。
5.根据权利要求I所述的设备，其中，所述抖动透镜以至少60Hz的谐振频率移动，并且其中，至少一个电气组件使用聚焦信息来每秒执行至少60次聚焦计算。
6.根据权利要求I所述的设备，其中，所述聚焦传感器和所述抖动聚焦载物台被设置为双向地操作，其中，所述聚焦传感器产生关于谐振频率下的抖动透镜的运动的正弦波形的上和下部分两者的聚焦信息。
7.根据权利要求I所述的设备，其中，所述度量包括以下各项中的至少一个对比度信息、锐度信息以及色度信息。
8.根据权利要求I所述的设备，其中，所述聚焦信息包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗口的多个区的信息。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括 XY移动载物台，其中，所述样品被设置在XY移动载物台上，其中，所述至少一个电气组件控制XY移动载物台的移动，并且其中，在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述聚焦传感器的视场相对于图像传感器的视场是倾斜的。
11.一种用于获得样品的聚焦图像的方法，包括 控制被设置用于样品的检验的物镜的移动； 控制抖动透镜的运动； 依照经由抖动透镜透射的光来提供聚焦信息； 使用所述聚焦信息来确定度量并依照该度量来确定物镜的第一聚焦位置；以及 发送用来将物镜移动至第一聚焦位置的位置信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一聚焦位置被确定为最佳聚焦位置，并且所述方法还包括 在物镜被移动至最佳聚焦位置之后捕获样品的图像。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括 控制样品被设置在其上面的XY移动载物台的移动。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述抖动透镜以至少60Hz的谐振频率移动，并且其中，每秒执行至少60次聚焦计算。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述度量包括以下各项中的至少一个锐度信息、对比度信息和色度信息。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述聚焦信息包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗口的多个区的信息。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括 控制样品被设置在其上面的XY移动载物台的移动，其中，在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，控制XY移动载物台的移动以提供样品的向前和向后平移扫描。
19.一种用于获得样品的图像的方法，包括 建立标称聚焦面； 将样品定位于具有关联的X和y坐标的起始位置处；以及 在所述样品上的单次横过中执行第一处理，所述第一处理包括使用抖动透镜来针对多个点中的每一个确定聚焦位置；以及依照所述聚焦位置针对所述多个点中的每一个来获取帧。
20.一种包括存储在其上以便根据权利要求11至19中的任一项获得样品的聚焦图像的代码的计算机可读介质。
21.—种用于显微镜载物台的设备,包括 移动载物台块；以及 基座块，其引导所述移动载物台块，其中，所述基座块包括 基本上扁平的第一块；以及第二块，其具有三角形状，其中，所述第一块和所述第二块沿着平移方向引导所述移动载物台块。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述第一块和所述第二块被支撑在底板上的提闻凸台上。
23.根据权利要求21所述的设备，其中，所述第一块和所述第二块由玻璃制成。
24.根据权利要求21所述的设备，还包括 多个按钮元件，其被设置在所述移动载物台块上并接触所述第一块和所述第二块，其中，所述按钮元件允许仅沿平移方向的移动载物台块的运动。
25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述按钮元件是球状的且由热塑塑料制成。
26.根据权利要求24所述的设备，其中，所述多个按钮元件中的至少两个被布置为在第二块的三角形状的每侧上彼此面对，以及其中，所述多个按钮元件中的至少一个按钮在其平面上接触第一块。
27.根据权利要求24所述的设备，其中，所述移动载物台块上的所述多个按钮元件的位置形成三角形。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述多个按钮元件中的每一个在载物台运动期间承载相等重量。
29.根据权利要求27所述的设备，其中，所述移动载物台块被成形为在由所述多个按钮元件的位置形成的三角形的质心处具有重心。
30.根据权利要求21所述的设备，还包括 悬臂组件；以及 弯曲元件，其具有被刚性地耦合到所述悬臂组件的第一末端和被耦合到所述移动载物台块上的质量中心位置的第二末端。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述悬臂组件包括被耦合到在导轨上经由再循环承载设计行进的承载块的悬臂。
32.根据权利要求31所述的设备，其中，所述导轨上的承载块的驱动促使弯曲元件向移动载物台块施加力。
33.根据权利要求32所述的设备，其中，所述弯曲元件的弯曲劲度将移动载物台块从悬臂组件的上下运动隔离。
34.根据权利要求21所述的设备，其中，所述基座块沿垂直于所述移动载物台块的平移方向的方向形成另一移动载物台。
35.根据权利要求21所述的设备，其中，提供约150纳米的运动可重复性。
36.一种用于载玻片高速缓冲的设备，包括 支架； 缓冲器； 载玻片搬运器，其使第一载玻片在支架与缓冲器之间移动； XY载物台，其与第二载玻片的扫描相结合地移动所述第二载玻片，其中，与对应于第二载玻片的XY载物台的至少一个功能并行地执行对应于第一载玻片的载玻片搬运器的至少一个功能。
37.根据权利要求36所述的设备，其中，所述载玻片搬运器使第一载玻片和第二载玻片在支架、缓冲器和XY载物台之间移动。
38.根据权利要求36所述的设备，其中，所述载玻片搬运器以至少三个自由度移动。
39.根据权利要求36所述的设备，其中，所述XY载物台包括使载玻片从缓冲器移动至XY载物台的载玻片拾取头。
40.根据权利要求36所述的设备，还包括 成像设备，其对第一载玻片和第二载玻片进行成像。
41.根据权利要求40所述的设备，其中，所述成像设备包括聚焦系统和照相机。
42.根据权利要求40所述的设备，其中，所述聚焦系统包括动态聚焦系统。
43.根据权利要求36所述的设备，其中，与XY载物台的至少一个功能并行地执行的所述载玻片搬运器的至少一个功能提供至少10%的时间增益。
44.根据权利要求36所述的设备，其中，所述载玻片搬运器包括载玻片拾取头，所述载玻片拾取头包括以下各项中的至少一个机械拾取设备和真空拾取设备。
45.根据权利要求36所述的设备，其中，所述缓冲器包括接受多个载玻片的多个缓冲位置。
46.根据权利要求45所述的设备，其中，所述缓冲器的至少一个缓冲位置是用来捕获载玻片的缩略图像的位置。
47.根据权利要求36所述的设备，其中，所述支架包括至少一个主托盘和旁路托盘，其中，在被设置在至少一个主托盘中的任何载玻片之前处理被设置在旁路托盘中的载玻片。
48.一种用于载玻片高速缓冲的方法，包括 提供支架和缓冲器； 使第一载玻片在支架与缓冲器之间移动； 与第二载玻片的扫描相结合地使所述第二载玻片移动至缓冲器中或从缓冲器移动出来，其中，与所述第二载玻片的扫描并行地执行使所述第一载玻片在支架与缓冲器之间移动。
49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述第二载玻片的扫描包括聚焦操作和图像捕获操作。
50.根据权利要求48所述的方法，其中，与所述第二载玻片的扫描并行的所述第一载玻片的移动提供至少10%的时间增益。
51.根据权利要求48所述的方法，其中，所述第二载玻片的扫描包括动态聚焦操作。
52.根据权利要求48所述的方法，其中，所述缓冲器包括多个缓冲位置，所述多个缓冲位置包括以下各项中的至少一个照相机缓冲位置和返回缓冲位置。
53.根据权利要求52所述的方法，还包括 在第一载玻片和第二载玻片中的至少一个处于照相机缓冲位置时捕获第一载玻片和第二载玻片中的至少一个的缩略图像。
54.一种用于载玻片高速缓冲的设备，包括 第一支架； 第二支架； 第一 XY载物台，其与第一载玻片的扫描相结合地使所述第一载玻片移动至第一支架中或从第一支架移动出来；以及 第二 XY载物台，其与第二载玻片的扫描相结合地使所述第二载玻片移动至第二支架中或从第二支架移动出来，其中，与对应于所述第二载玻片的第二 XY载物台的至少一个功能并行地执行对应于所述第一载玻片的第一 XY载物台的至少一个功能。
55.根据权利要求54所述的设备，其中，所述第一支架和所述第二支架形成单个支架的各部分。
56.根据权利要求54所述的设备，还包括 成像设备，其对所述第一载玻片和第二载玻片进行成像。
57.根据权利要求54所述的设备，其中，所述第一XY载物台和所述第二XY载物台中的每一个包括载玻片拾取头。
58.—种用于载玻片扫描的设备,包括 可旋转托盘； 设置在所述可旋转托盘中的至少一个凹进处，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且其中，作为可旋转托盘的旋转的结果所述至少一个凹进处使所述载玻片稳定在扫描位置上。
59.根据权利要求58所述的设备，其中，所述至少一个凹进处包括使所述载玻片稳定的多个突出体。
60.根据权利要求58所述的设备，其中，所述至少一个凹进处包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。
61.根据权利要求58所述的设备，还包括 成像系统，其中，所述成像系统的至少一个组件沿着可旋转托盘的径向方向移动。
62.根据权利要求61所述的设备，其中，所述成像系统的至少一个组件与可旋转托盘的一个完整旋转相对应地沿着径向方向逐渐地移动。
63.根据权利要求58所述的设备，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，所述载玻片的长度被定向于可旋转托盘的径向方向上。
64.根据权利要求58所述的设备，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，所述载玻片的宽度被定向于可旋转托盘的径向方向上。
65.—种用于扫描载玻片的方法,包括 将所述载玻片设置在可旋转托盘的至少一个凹进处中； 使可旋转托盘旋转，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且其中，作为可旋转托盘的旋转的结果所述至少一个凹进处使载玻片稳定在扫描位置上。
66.根据权利要求65所述的方法，其中，所述至少一个凹进处包括使所述载玻片稳定的多个突出体。
67.根据权利要求65所述的方法，其中，所述至少一个凹进处包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。
68.根据权利要求65所述的方法，还包括 提供成像系统；以及 使成像系统的至少一个组件沿可旋转托盘的径向方向移动。
69.根据权利要求68所述的方法，其中，所述成像系统的至少一个组件与可旋转托盘的一个完整旋转相对应地沿着径向方向逐渐地移动。
70.根据权利要求65所述的方法，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，所述载玻片的长度被定向于可旋转托盘的径向方向上。
71.根据权利要求65所述的方法，其中，所述至少一个凹进处的尺寸被确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，所述载玻片的宽度被定向于可旋转托盘的径向方向上。
全文摘要
用于光学扫描显微镜和/或其它适当成像系统的系统和技术包括用于扫描并收集设置在载玻片上的组织样本和/或其它对象的聚焦图像的组件。本文所述调焦系统提供了在捕获快照时确定用于每个快照的最佳焦点，可以将其称为“即时调焦”。本文提供的设备和技术导致形成病理载玻片中的区域的数字图像所需的时间的显著减少并以高吞吐量提供样品的高质量数字图像的产生。
文档编号G02B27/02GK102687061SQ201080047161
公开日2012年9月19日 申请日期2010年10月18日 优先权日2009年10月19日
发明者B.萨巴塔, C.托德, G.C.洛尼, G.斯塔克 申请人:文塔纳医疗系统公司
最新回复(0)