用于对物体成像的系统的制作方法

专利名称：用于对物体成像的系统的制作方法
用于对物体成像的系统
本发明涉及用于对物体成像的器件。 本发明还涉及用于对物体成像的设备. 除此之外，本发明还涉及对物体成像的方法。
光学成像系统可以用于许多不同的技术领域，例如用于医疗器件 领域。
US2004/0223226公开了 一种具有单独可调的光学元件的多轴成像 系统。该系统包括多个光学元件，其具有各自的光轴并且相对于彼 此单独地设置以便对物体的对应部分成像；以及多个单独可调的定位 器件，其相应于各光学元件，用于相对于光学元件的各自的光轴而定 位这些光学元件。这些定位器件特别适于调节光学元件相对于其各自 的光轴的轴向位置、横向位置以及角度取向。该系统特别适于用作显 微镜阵列，并且所述定位器件可以是微型致动器。
对于这些常规的成像系统，可能发生的是操作过于复杂，因为涉 及的运动机制是复杂的。
本发明的目的是提供允许进行简单操作的成像系统。
为了实现上述目的，提供了依照独立权利要求的用于对物体成像 的器件、用于对物体成像的设备以及对物体成像的方法。
依照本发明的一个示例性实施例，提供一种用于对物体成像的器 件，其中该器件包括物镜，其适于操纵与物体相互作用之后、特别 是透过物体(可替换地，在物体处反射)之后的电磁辐射束；准直透 镜，其适于操纵透过物镜的电磁辐射束；以及致动器，其适于使物镜 在基本上平行于物镜与准直透镜之间的电磁辐射束的传播方向的方向 以及在基本上垂直于该传播方向的至少一个方向(换言之，在一个方 向或者在两个可能彼此垂直的方向)移位，其中物镜和准直透镜被设 置成使得物镜与准直透镜之间的电磁辐射束基本上平行。
依照本发明的另一个示例性实施例，提供了用于对物体成像的设 备，其中该设备包括由多个具有上述特征的器件形成的阵列。依照本发明的再一个示例性实施例，提供了对物体成像的方法，
其中该方法包括由物镜操纵与物体相互作用之后、特别是透过物体 (可替换地，在物体处反射)之后的电磁辐射束；由准直透镜操纵透 过物镜的电磁辐射束；使物镜在基本上平行于物镜与准直透镜之间的 电磁辐射束的传播方向的方向上移位，从而调节聚焦设置；获取图像； 随后使物镜在基本上垂直于物镜与准直透镜之间的电磁辐射束的传播 方向的方向上移位；维持或者重新调节所述聚焦设置；获取另一图像； 重复这些步骤以便收集多种图像；处理这些图像集合以便形成总体图 像；以及设置物镜和准直透镜使得物镜与准直透镜之间的电磁辐射束 基本上平行。
依照本发明的又一个示例性实施例，提供了计算机可读介质，其 中存储了对物体成像的计算机程序，该计算机程序在由处理器执行时 适于控制或者执行具有上述特征的方法。
依照本发明的再一个示例性实施例，提供了对物体成像的程序单 元，所述程序单元在由处理器执行时适于控制或者执行具有上述特征 的方法。术语"程序单元，，可以特别表示能够控制用于对所研究的物体 成像的扫描、信号检测和/或信号处理方案的任何软件部件。
可以依照本发明实施例执行的用于改善图像质量和/或提高操作速 度的信号处理和部件控制可以通过计算机程序(即通过软件)来实现， 或者可以通过使用一个或多个专用电子优化电路(即以硬件)来实现， 或者可以以混合的形式(即通过软件部件和硬件部件)实现。
依照本发明的一个示例性实施例，提供了具有物镜和准直透镜的 显微镜，所述物镜在平行于辐射束路径的方向上以及在一个或两个与 其垂直的方向上是可致动的，从而即使利用单个物镜和单个致动器也 可以对待成像的物体(例如组织样本)进行扫描。通过以物镜与准直
检测器还有准直透镜，从而只须移动少量元件以及因而低的重量，允 许实现更快速、更简单和更准确的运动。更精确地说，可以设置物镜 和准直透镜，使得起源于物体的相同部分并且被导向检测器的相同部 分的电磁辐射束的子辐射束至少在物镜与准直透镜之间是基本上平行 的。因此，该光学装置的设计可以使得与一个物点有关并且聚焦到检 测器上的一个像点的所有辐射束在物镜与准直透镜之间都是平行的。依照本发明的 一个示例性实施例，可以通过获取多种图像并且将 这些图像缝合在一起以便形成比成像系统的场更大的场的单幅总体图 像来使得成像系统(特别是显微镜)的场扩大成为可能。获取所述多 种图像可以通过将物体或整个成像系统置于平移工作台上，使得物体
成。这种方法的一个问题在于，可移动部件是体积大的，并且依照本 发明的一个示例性实施例，仅移位了成像系统的一部分，即物镜。这 允许实现更大速度的移位。允许这种系统工作的一种技术措施是，正 好位于物镜下游的辐射束基本上平行。
用于使物镜在垂直于辐射束的传播方向的方向上移位的致动器可 以适于使物镜移位以便对物体的相应部分进行扫描和成像。因此，在 物镜的每个空间位置，对图像的一部分成像，然后可以将这些图像部 分合在一起以便形成完整的图像。
依照另一个示例性实施例，可以提供由多个这样的显微镜形成的 显微镜阵列。于是，其中每个显微镜可以扫描物体的指定部分。还可 能的是，同时扫描多个物体。
依照一个示例性实施例，可以为物体成像器件，特别是显微镜，
配备类似于光学存储器(例如DVD)读取系统的扫描系统(参见例如 J. Schleipen， B.H.W. Hendriks， S. StalHnga， "Optical Heads", Chapter "Encyclopedia of Optical Engineering", pp. 1667 to 1693, Marcel Dekker， New York, 2003 )。
本发明的示例性实施例的一个示例性应用领域是DNA细胞计量术 (cytometry )。通过在DNA细胞计量术中使用依照本发明实施例的显微 镜或显微镜阵列，可以以快速的方式并且以高通量(即以每时间单位 的扫描区域的高值)获取图像。此外，可以保持将要由运动机构移动 以便扫描物体的质量很小，因为物镜与准直透镜之间的平行辐射束路 径使得仅使所述器件的小部分运动成为可能，而主要质量可以保持固 定。而且，由于光学成像系统的最大部分在空间上可以保持固定，因 而可以防止沿着光路的失真。
依照一个示例性实施例，提供了显微镜阵列(例如10"0=100小显 微镜阵列，其可以例如以类似于矩阵的方式来设置)。致动器可以使每
个显微镜的物镜运动以便扫描物体的相应部分。使用的致动器可以是磁体线圏系统。通过电流或电压信号激励线圏可以在磁体和线圏之间 产生电磁力，其通过力传递(例如使用细金属线)也可以使物镜运动。 然而，也可以使用压电致动器或者其他种类的致动器。
可能有利的是对透镜分组以形成组，比如成对、三透镜的布置、 四透镜的布置等等。这样的分组可以进一步提高扫描过程的效率。然 而，也可以具有单独的透镜，即每个显微镜刚好一个物镜。
依照一个示例性实施例，提供了用于DNA细胞计量术的阵列显微 镜，以用于(细胞)核中的DNA的可视化，以便检测癌症或者其他疾 病。
特别地，可以提供阵列显微镜，其中每个显微镜包括至少两个透 镜元件(即物镜和准直透镜)。可以提供用于使所述至少一个物镜沿聚 焦方向(即沿电磁束的传播方向)以及沿与聚焦方向正交的其余方向 中的至少一个方向移位的系统。特别地，这种阵列显微镜可以用于DNA 细胞计量术中。
更特别地，可以提供类似于望远镜的光学配置，其中检测器(例 如CCD，即电荷耦合器件)之前的物镜与准直透镜之间的辐射束基本 上平行。这可以允许实现图像获取模式，其中物镜在与光轴正交的方 向上移位。如果该中间辐射束不是基本上平行的，那么图像可能在检 测器上移动。因此，这个原理可以应用到阵列显微镜(包括多个显微 镜)，但是也可以应用到单个显微镜，其中物镜的横向移位可以用来通 过获取多幅图像并且将它们缝合在一起而使得所述场变宽。
换言之，可以提供包括至少两个透镜元件(即物镜和准直透镜)、 包含用于使至少所述物镜在聚焦方向上以及在与聚焦方向正交的两个 方向中的至少一个方向上移位的装置，其中所述至少两个透镜元件之 间的辐射束可以是基本上平行的。特别地，可以提供显微镜阵列，其 中每个显微镜以这种方式来设计。
此外，可以通过以下方式提供获取比显微镜的场更大的场的图像 的方法获取多幅图像，每幅图像通过使依照上述显微镜(阵列)的 可移位透镜元件在横向方向上移位而相对于其他图像横向移位；以及 随后将所述多幅图像缝合在一起，以便形成完整的图像。这种方法可 以特别有利地应用到DNA细胞计量术中。
接下来，将解释有关用于DNA细胞计量术的系统的一些方面。基于这些考虑和认识，已经开发了本发明的示例性实施例。
常规上，可以从组织学上对来自从宏观可疑表面获得活组织检查
的组织切片(tissue section )来诊断癌症。DNA细胞计量术这一技术基 于细胞(异倍体)的核中的染色体中数值和/或结构异常的存在。这些 异常仅在肿瘤组织中发现。DNA异倍体的检测允许非常早期地诊断癌 症，通常比关于活组织检查的组织学诊断早若干年。异倍体阶段(或 者"过量，，DNA材料的数量)是癌症已经发展到什么程度的度量。对 于DNA细胞计量术方法而言，临床(实验)数据可用于口腔、肺、喉、 甲状腺以及子宫癌。
G Haroske， F. Giroud， A. Reith and A. Bocking， "1997 ESACP consensus report on diagnostic DNA image cytometry", Analytical Cellular Pathology 17 (1998) 189-200给出了常规DNA细胞计量术方法的综述。
在DNA细胞计量术中，可以采用刷或者细针活组织检查并且随后 用Fuelgen染色进行着色。这种染色与细胞的DNA结合并且允许确定细 胞核中存在的DNA的数量。这可以通过测量积分光密度(IOD)来完 成。根据样本中所有细胞的IOD的直方图，可以确定(可能存在的)癌 细胞。或者测量预先选择的可疑细胞(所谓的第一协议)，或者可替换 地，测量样本中的所有细胞(所谓的第二协议)。
第一协议需要经过训练的病理学家进行所述预先选择(劳动强度 大)并且因而是昂贵的。在第二协议中，测量所有的细胞，并且病理 学家仅观察最可疑的细胞。因此，对于每个细胞，测量并且存储该细 胞的IOD和图像。这使得该方法劳动强度小得多，但是由于必须在样本
中的若干高度处测量所有细胞以便获得细胞的正确聚焦的成像，因而 该技术相当费时。由于对于每个载波片，需要整个显微镜系统和软件， 因而载波片的这种低通量使得测量同样昂贵。
基于以上考虑，本发明的示例性实施例提供了能够以高速度测量
对可疑细胞进行最终的视觉检查以进行控制的系统。更特别地，可以 利用紧凑的、廉价的且简单的显微镜的阵列对样本成像。
本发明实施例的示例性应用领域是基于快速体外DNA细胞计量术
的癌症筛查以及早期癌症检测。
接下来，将解释所述器件的另外的示例性实施例。然而，这些实施例同样适用于所述设备和所述方法。
所述器件可以包括一个或多个另外的物镜，其中可以对所述物镜 和所述另外的物镜分组以便形成成对/成组的物镜。可以使这样的分组 的物镜(也可以对三个或更多物镜分组)协同运动以便提高系统的效 率，并且使得运动机构的努力尽可能小。此外，通过对这样的透镜分 组，可以同时将多个透镜用于传输电磁辐射。这使得测量时间短。
所述成对的物镜可以被设置成可由对应的致动器共同地移位。换 言之，仅仅单个运动机构和简单的运动控制可能就足够了，从而降低 了设计所述器件时的努力和尺寸。
所述器件可以包括相位板，其在电磁辐射传播方向上设置在物镜 的下游。例如，这种相位板可以设置在物镜和准直透镜之间。当显微 镜用于相位对比应用时，这种相位板可以置于物镜的后方焦平面上。
附加地或者可替换地，波长滤波器，特别是高通波长滤波器可以 设置在电磁辐射传播方向上物镜的下游。这种波长滤波器可以设置在 物镜和准直透镜之间。当显微镜用于荧光对比应用时，可以实现这种 (高通)波长滤波器。
所述器件可以适于用作显微镜。可以将显微镜表示为产生物体的 放大图像的成像器件。
在下文中，将解释所述设备的另外的示例性实施例。然而，这些 实施例也可以应用于所述器件和所述方法。
所述器件的物镜可以相对于彼此交错排列。更特别地，所述器件 的所述成对的物镜可以相对于彼此交错排列。换言之，相邻的物镜对
(其中单独的透镜彼此具有12mm的距离)可以移位特定的距离，例如 移位lmm。因此，可以使用所述多个交错排列的物镜/透镜对/透镜组来 扫描物体的部分，从而使得分析更加有效并且允许实现高通量分析。
所述器件的所述成对/成组的物镜可以沿着与电磁辐射束的传播方 向基本上垂直的方向相对于彼此交错排列，所述器件的所述成对的物 镜可以沿着所述方向由致动器移位。因此，所述交错的方向与准直透 镜的横向运动方向可以是相同的。于是，可以选择交错的距离，使得 相邻交错的透镜(或透镜组)的横向振荡允许实现扫描物体而没有不 可见的部分。被扫描部分的少量重叠是可能的，并且可以使将单独的 图像部分缝合在一起简化。所述设备可以包括运动机构，其适于使所述多个器件的物镜在与 基本上平行于电磁辐射束的传播方向以及基本上垂直于该传播方向的 方向基本上垂直的方向相对于物体移位。这种运动机构(例如直线步 进电机)可以移动物体(其可以安装在样本保持器上)并且可以使物 镜在空间上保持固定。这可以是有利的，因为可以避免相对重的物镜 的运动并且这些光学元件可以保持固定。然而，可替换地，可能的是 物镜被移动并且物体(安装在样本保持器上)保持固定。通过使物体 或物镜与横向移位垂直地运动，同时扫描多个物体是可能的。因此， 可以研究成批的物体。
所述设备可以包括样本保持器，其适于保持一个或多个待成像的 物体。这可以允许进行高通量分析。
特别地，所述运动机构可以适于使该样本保持器移位以便使用所 述多个器件对所述多个物体成像。为此目的，该运动机构可以使用直 线移位或者相对旋转使所述多个器件的物镜相对于物体移位。相对旋
转(参见图3)可以是优选的，因为这可以允许避免或者减少死时间 (dead time )。依照一个实施例，可以将各种样本安装在可旋转轮上， 并且透镜可以是空间固定的。依照另一个实施例，样本或物体可以是 空间固定的，并且可以将物镜安装在可旋转轮上。
所述设备可以包括电磁辐射源，其适于产生要被引导到物体上的 电磁辐射束。这种电磁辐射源可以是任何种类的灯或激光器等等。
措辞"基本上单色的，，可以表示/^<<^，其中X为电磁辐射源的(平均) 波长并且A人为电磁辐射源的频谱带宽。通过基本上单色的照明，可以 提高成像过程的精度。
所述电磁辐射源可以适于产生基本上平行的电磁辐射束。在物镜 与准直器之间具有平行辐射束的关键可能并不是或者并不仅仅是所述 照明光学器件。事实上，对于理想的点源(例如激光器)，可以获得完 全平行的照明光束。在实践中，可以使用空间上扩展的辐射源，例如 LED或者若干类型的灯。然后照明来自一定数量的(无限大数量的) 点源，每个点源在物体处给出平行的照明束，该平行束与光轴成一定 角度，所述角度与点源和光轴之间的距离成比例。添加所有的平行束， 接着物点的整个场都被照明，在该场中的每个物点由会聚的光锥照明，该锥形的顶角由所述照明光学器件以及光源的横向伸展决定。这种类
型的照明可以称为K能ler照明以及显微镜中的一种类型的照明(参见 M. Born and E. Wolf, "Principles of Optics", 6th edition, p. 522-526， Cambridge University Press, 1980， ISBN 0521639212 )。因此，在这个方 面，图l中的光源仅仅是示意性的。
所述电磁辐射源可以适于产生包括可见光(optcial light )、红外辐 射、紫外辐射和X射线的组中的至少一种的电磁辐射束。可见光范围可 以包括400nm与800nm之间的波长区域。红外辐射可以包括波长高于可 见光波长的波长区域，并且紫外辐射具有比可见光波长短的波长。X射 线可以具有千电子伏特(keV)的数量级的能量。然而，对于特定的应 用，比如DNA细胞计量术，可见光的使用可以是优选的。
所述设备可以包括检测器单元，该检测器单元包括检测器元件阵 列，其被设置成检测透过准直透镜的电磁辐射束。这种检测器单元的 实例是CCD (电荷耦合器件)或者CMOS传感器阵列。
所述检测器单元可以适于检测物体的图像并且可以适于检测积分 光密度(IOD)。特别地，所述设备可以适于针对多个焦点位置对物体 成像。采取这种措施，例如通过允许使物体或透镜沿着辐射束路径运 动，使得所述设备适用于DNA细胞计量术应用。
所述器件可以适于对生理学对象的组织成像。术语"生理学对象" 可以代表人类、动物或植物。因此，可以利用所述器件例如利用活体 内或者活体外研究而导出生物信息。
所述器件可以用于许多不同的技术领域，例如作为显微镜、作为 细胞计量术器件(特别地，作为DNA细胞计量术器件)、作为癌症检测 器件、作为癌症筛查器件、或者作为高通量筛查器件(例如用于生物 学、基因、或者药物学应用)。其他示例性应用是疟疾筛查器件、细胞 成像器件、阵列成像或者多井板扫描仪。
在下文中，将解释所述方法的另外的示例性实施例。然而，这些 实施例也应用于所述器件和所述设备。
所述方法还可以包括通过使物镜在基本上平行于电磁辐射束的 (物镜与准直透镜之间的)传播方向的方向上移位来调节聚焦设置； 获取与物体的至少一部分的图像有关的数据；随后使物镜在基本上垂
直于电磁辐射束的(物镜与准直透镜之间的)传播方向的方向上移位；获取与物体的至少另一部分的另一图像有关的数据；以及处理与物体 的所述部分的图像有关的数据以及与物体的其他部分的其他图像有关 的数据以便形成物体的总体图像。换言之，可以通过使物镜运动来获 取物体的不同部分的多幅图像，然后可以将其缝合在一起以便重构物
体的完整图像。
所述方法还可以包括在获取与物体的所述其他部分的其他图像有 关的数据之前重新调节聚焦设置(例如通过使物镜在基本上平行于所 述传播方向的方向上移位)。可替换地，可以保持所述聚焦设置。
下面，将参照实施例的实例更加详细地描述本发明，但是本发明 并不限于这些实施例的实例。
图l示出了依照本发明的一个示例性实施例的用于对物体成像的 器件。
图2示出了依照本发明的一个示例性实施例的用于对物体成像的
器件的物镜阵列。
图3示出了依照本发明的一个示例性实施例的用于对物体成像的 器件的物镜阵列。
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件 被提供具有相同的附图标记。
在下文中，参照图l，将说明依照本发明的一个示例性实施例的显 微镜IOO。
器件IOO适于对物体IOI (即组织样本)成像。所述器件100包括适 于操纵透过物体101的电磁辐射束103的物镜102。此外，准直透镜104 被提供来操纵透过物镜102的电磁辐射束103。致动器105被提供用于使 物镜102在基本上平行于物镜102与准直透镜104之间的电磁辐射束103 的传播方向(依照图l，从左至右)的方向上以及在基本上垂直于所述 传播方向的至少一个方向上移位。
由

图1可知，光学装置100以及特别是物镜102和准直透镜104^皮放 置和设计成(关于材料、几何以及光学特性)使得物镜102与准直透镜104之间的电磁辐射束103基本上平行。更精确地说，每个物点106a、 106b产生辐射束部分(参见辐射束103的虚线和实线)，这些辐射束部 分被光学元件102、 104以这样的方式操纵使得相应的像点107a、 107b 被聚焦到检测器108上。特别地，物点106a聚焦到像点107a上。物点106b 聚焦到像点107b上。在物镜102与准直透镜104之间的路径中，与物点 106a以及与像点107a有关的子辐射束103基本上彼此平行，并且与物点 106b以及与像点107b有关的子辐射束103基本上彼此平行。
任选地，可以在电磁辐射传播方向上将相位板109设置在物镜102 的下游，特别是设置在物镜102与准直透镜104之间。可替换地，可以 用波长滤波器代替相位板109，所述波长滤波器特别是高通波长滤波 器，其设置在电磁辐射传播方向上在物镜102的下游，特别是设置在物 镜102与准直透镜104之间。
更特别地，图1为单独的显微镜元件100的示意图。光由光源110发 射。也可以提供多个光源IIO。准直透镜111使得发射的光束103基本上 平行，该光束103穿过样本保持器的第一基底112并且从而照射物体层, 101。由物体层101修改的光穿过样本保持器的第二基底113、置于致动 器105上的物镜102、任选地所述板109、准直透镜104，并且入射到CCD 检测器108上，所述CCD检测器例如诸如CCD之类的像素检测器。依照 一个示例性实施例，可以省略基底U2、 113中的一个或两个。在这种 方案中，样本101可以固定在单个基底处，或者可以简单地置于辐射束 路径中。
物平面106a、 106b以及像平面107a、 107b任选地是共扼的，这意 味着从物点106a发出的光103在像点107a处被收集，并且从物点106b发 出的光103在像点107b处被收集。致动器105可以调节相对于显微镜100 的物体101上的焦点位置并且可以使透镜102在垂直于聚焦方向(所述 聚焦方向为从图l的左侧到图l的右侧的方向)的方向之一上移位。当 显微镜100用于标准吸收对比时，可以省略板109。当显微镜100用于相 位对比时，板109可以是置于物镜102的后焦平面上的相位板。当显微 镜100用于荧光对比时，板109可以是波长滤波器(高通)。
图l示出了单独的显微镜元件100的光学设置，其包括置于致动器 105上的物镜102以及图像传感器108 (CCD或者CMOS传感器)。
物镜102可以是某种类型的廉价塑料物镜(例如具有值NA-0.65)，该类型例如常规上可以用于DVD读取。致动器105 (其可以使透镜102 沿着聚焦方向以及沿着垂直于聚焦方向(例如垂直于图l的纸平面)的 方向之一运动)可以是在光学数据存储领域中实现的致动器。
图像传感器108可以具有相对低的分辨率(例如0.25兆像素 (Megapixel))。
样本101可以利用宽平行单色辐射束103来照射。物镜102可以用于 红色光(655nm),但是也可以在费力的(difficult)波长下以足够的 质量起作用，例如在绿色光(大约500-600nm)下起作用。然而，由于 物镜102不可能同时对于这些波长以最高的精度起作用，所以可能有利 的是，所述照明基本上是单色的。
可以如下估计阵列显微镜IOO (例如图2中示出的显微镜)的通量
物镜的场可以具有50^im的直径(忽略场曲)，因此每幅图像可以 具有面积(^x50，)^0.005mm2，使用N个平行的透镜，面积为N x 0.005mm2。相机108的帧速率为50Hz时，通量为50Hz x N x 0.005mm2= N x 0.25mm2/s。例如，取N-24给出针对七个不同的聚焦高度的2cm x 2cm面积在大约7 x (20mm)2 / (24 x 0.25mm2/s) =8分钟内被成像。因此，
所述器件的操作相比于常规的方法可以得到显著的加速。
图2示出了用于对物体101成像的设备200的一部分的平面图。设备 200包括依照上面描述的图1的多个器件100。
图2示出了具有轴x、 y和z的坐标系统，其中x为准直透镜102可沿着 其移位的方向。y方向表示样本105可以例如通过使用步进电机沿着其 移动的方向，这将在下面更加详细地进行描述。方向z相应于图l的水 平方向，即辐射束103的一般传播方向。换言之，辐射束103向图2的纸 平面外传播。在图2的纸平面的上方，放置了检测器108。
更特别地，图2示出了多个样本IOI。所有这些样本可以以共同的 程序^t扫描。
围绕附图标记102的圆表示透镜，并且周围的矩形201表示透镜支 座。弹簧(细金属线)202将透镜102与致动器磁体203连接。磁体203 与线圏(未示出)协作以产生电磁力，所述电磁力可以对弹簧202产生 影响以侵/f吏透镜102在x方向上和/或在z方向上运动。
由图2可知，对于其中每个显微镜单元IOO，两个准直透镜102被聚 集成组以形成物镜102、 102对或组。各物镜102、 102组可以由致动器203共同地/以相关的方式移位。
特别地，参照在图2顶部示出的第一显微镜单元210，第一样本211 通过第一对透镜102、 102。
如可以在图2中的第二行显微镜单元220中示出的，第二样本221通 过第二对透镜102、 102。该对102、 102相对于第一对102、 102错开大约 d=lmm。
第三样本231通过包括第三对透镜102、 102的第三显微镜单元230。 该对102、 102相对于第二对透镜102、 102错开大约lmm，等等。
最后，笫十二样本241通过包括示于图2的底部的第十二对透镜 102、 102的第十二显微镜单元240。这些透镜102、 102结束系统，从而 使样本IOI的整个区域被成像。
因此，图2示出了使用24个致动器203并且使用24个物镜102的阵列 显微镜200的实例。物镜102被放置成十二对。在每对中的透镜102分隔 大约l-12mm。致动器203可以使物镜102在垂直于光轴z的平面内在大约 d-lmni的距离(峰-峰(peek to peek))上运动。因此，可以通过使透 镜102横向移位而获取大约14-15幅7(Hmi x 70pm的图像。第二对透镜 102、 102相对于第一对透镜102、 102错开大约lmm，第三对102、 102 错开大约2mm，等等，直到第十二对102、 102。
通过将物镜102的横向移位(x方向)与直线步进电机(图2中未示 出)进行的y方向上的移位结合，可以对成批的十二个样本的整个区域 (具有2cm x 2cm的尺寸)成4象。
作为图2的实施例的可替换方案，也可能的是，仅仅单个样本IOI 被扫描(或者少于十二个样本)。
为了进一步减小死时间，可以将十二个样本211、 221、 231、…、 241置于旋转台301上，如图3中示出的设备300中所示。旋转方向由弯 曲箭头302指示。
因此，图3示出了使用24个致动器203的阵列显微镜300。可以旋转 样本101并且保持光学装置100固定。可替换地，可以旋转光学装置IOO 并且保持样本101固定。
在下文中，将解释使用显微镜阵列200、 300用于DNA细胞计量术 的方法。可以执行以下步骤。
1.利用Fuelgen染色对细胞染色。2. 利用显微镜阵列200、 300针对M个不同的聚焦高度(例如M-7) 对整个样本区域101成像。细胞核必须对准焦点以便能够确定正确的 IOD，从而对于每个位置在若干高度处对样本101成像。
3. 创建整个样本101的M幅图像。
4. 针对样本101中的每个细胞检测核的位置以及该核对准焦点所 对应的高度。
5. 针对每个核确定IOD的透射(transmission)。
6. 选择样本中具有最高IOD的细胞以供病理学家的进一步处理。 在一个可替换的实施例中，显微镜以不同的对比机制(参见图l)
起作用。例如，将高通波长滤波器置于光路中，显微镜可以容易地适 于荧光对比。类似地，通过将相位板置于光路中，显微镜可以容易地 适于相位对比。可以利用吸收对比方法、焚光对比和/或相位对比得到 样本的图像，以便提高针对细胞核确定IOD的处理的图像分析的精度。
在所描述的实施例中，成像系统工作于透射模式下。可替换地， 依照一个示例性实施例的成像系统可以工作于反射模式下或者工作于 荧光模式(例如使用计划免疫照明(epi Ulumination ))下。
应当指出的是，措词"包括，，并没有排除其他的元件或特征，并 且"一，，或"一个，，并没有排除多个。此外，可以对结合不同实施例 描述的元件进行组合。还应当指出的是，权利要求中的附图标记不应 当被视为对权利要求的范围的限制。
权利要求
1.一种用于对物体(101)成像的器件(100)，其中该器件(100)包括物镜(102)，其适于操纵与物体(101)相互作用之后、特别是传输通过物体(101)之后的电磁辐射束(103)；准直透镜(104)，其适于操纵传输通过物镜(102)的电磁辐射束(103)；致动器(105)，其适于使物镜(102)在基本上平行于物镜(102)与准直透镜(104)之间的电磁辐射束(103)的传播方向的方向上以及在基本上垂直于该传播方向的至少一个方向上移位；其中物镜(102)和准直透镜(104)被设置成使得物镜(102)与准直透镜(104)之间的电磁辐射束(103)基本上平行。
2. 依照权利要求l的器件(100)，包括另外的物镜(102),其中所述物镜(102)和所述另外的物镜 (102)被分组以形成物镜(102)组。
3. 依照权利要求l的器件(100)，其中物镜(102 )和准直透镜(104)被设置成使得起源于物体(101 ) 的相同部分(106a， 106b)并且被导向检测器(108)的相同部分(1(T7a， 107b )的电磁辐射束(103 )的子辐射束在物镜(102 )与准直透镜(104 )之间是基本上平行的。
4. 依照权利要求l的器件(100)，包括相位板(109)，其设置在电磁辐射束(103)的传播方向上物 镜(102)的下游。
5. 依照权利要求l的器件(100)，包括波长滤波器(109)，特别是高通波长滤波器，其设置在电磁 辐射束(103)的传播方向上物镜(102)的下游。
6. 依照权利要求l的器件(100)， 适于用作显微镜。
7. —种用于对物体(101 )成像的设备(200 )，其中该设备(200 )包括由多个依照权利要求l的器件(100)形成的阵列。
8. 依照权利要求7的设备(200)，其中所述多个器件(100)的物镜(102)相对于彼此在空间上交错。
9. 依照权利要求2和7的设备(200)，其中所述器件(100)的物镜(102)组相对于彼此在空间上交错。
10. 依照权利要求2和7的设备(200)，其中所述器件(100)的物镜(102)组沿着与电磁辐射束(103) 的传播方向基本上垂直的方向相对于彼此在空间上交错，所述器件 (100)的物镜(102)组沿着所述方向由致动器(105)可移位。
11. 依照权利要求7的设备(200)，包括运动机构，其适于使所述多个器件(100)的物镜(102)在 与基本上平行于电磁辐射束(103)的传播方向以及基本上垂直于该传 播方向的方向基本上垂直的方向相对于物体(101)移位。
12. 依照权利要求7的设备(200)，包括样本保持器(104， 106 )，其适于保持多个待成像的物体(101 )。
13. 依照权利要求11和12的设备(200)，其中所述运动机构适于使样本保持器(104, 106)移位以便使用 所述多个器件(100)对所述多个物体(101)成像。
14. 依照权利要求ll的设备(200， 300)，的至少一种使所述多个器件(100)的物镜(102)相对于物体(101 )移位。
15. 依照权利要求l的设备(200)，包括电磁辐射源(110)，其适于产生要被引导到物体(101 )上的 电磁辐射束(103)。
16. 依照权利要求15的设备(200)，其中所述电磁辐射源(110)适于产生基本上单色的电磁辐射束 (103)。
17. 依照权利要求15的设备(200)，其中所述电磁辐射源(110)适于产生包括可见光、红外辐射、紫 外辐射、和X射线的组中的至少一种的电磁辐射束(103)。
18. 依照权利要求7的设备(200)，包括检测器单元(108)，该检测器单元包括检测器元件阵列，其被设置成检测传输通过所述多个器件(100)的准直透镜(104)的电 磁辐射束(103)。
19. 依照权利要求18的设备(200)，其中所述检测器单元(108)适于检测物体(101)的图像并且适 于检测积分光密度。
20. 依照权利要求7的设备(200), 适于针对多个焦点位置对物体(101)成像。
21. 依照权利要求7的设备(200)， 适于对生理学对象的组织成像。
22. 依照权利要求7的设备(200)，适于用作包括显微镜阵列、细胞计量术器件、DNA细胞计量术器 件、癌症检测器件、癌症筛查器件、高通量筛查器件、疟疾筛查器件、 细胞成像器件、阵列成像以及多井板扫描仪的组中的至少一种。
23. —种对物体(101)成像的方法，其中该方法包括由物镜(102)操纵与物体(101)相互作用之后、特别是传输通 过物体(101)之后的电磁辐射束(103);由准直透镜(104 )操纵传输通过物镜(102 )的电磁辐射束(103 );使物镜(102)在基本上平行于物镜(102)与准直透镜(104)之 间的电磁辐射束(103)的传播方向的方向上移位；设置物镜(102)和准直透镜(104)使得物镜(102)与准直透镜 (104)之间的电磁辐射束(103)基本上平行。
24. 权利要求23的方法，包括针对包含显孩i术、细胞计量术、DNA细胞计量术、癌症检测、 癌症筛查、高通量筛查、疟疾筛查、细胞成像、阵列成像以及多井板 扫描仪DNA细胞计量术的组中的至少一种应用对物体(101)成像。
25. 权利要求23的方法，还包括通过使物镜(102)在基本上平行于物镜(102)与准直透镜(104) 之间的电磁辐射束(103)的传播方向的方向上移位来调节聚焦设置；获取与物体(101)的至少一部分的图像有关的数据，随后使物镜(102 )在基本上垂直于物镜(102 )与准直透镜(104 ) 之间的电磁辐射束(103)的传播方向的方向上移位，获取与物体(101)的至少另一部分的另一图像有关的数据，处理与物体(101 )的所述部分的图像有关的数据以及与物体(101 ) 的其他部分的其他图像有关的数据以形成物体(101)的总体图像。
26.权利要求25的方法，还包括在获取与物体(101)的所述其他部分的其他图像有关的数 据之前重新调节所述聚焦设置。
全文摘要
一种用于对物体(101)成像的器件(100)，其中该器件(100)包括物镜(102)，其适于操纵透过物体(101)的电磁辐射束(103)；准直透镜(104)，其适于操纵透过物镜(102)的电磁辐射束(103)；以及致动器(105)，其适于使物镜(102)在基本上平行于物镜(102)与准直透镜(104)之间的电磁辐射束(103)的传播方向的方向上以及在基本上垂直于该传播方向的方向上移位；其中物镜(102)和准直透镜(104)被设置成使得物镜(102)与准直透镜(104)之间的电磁辐射束(103)基本上平行。
文档编号G02B21/00GK101529304SQ200780039733
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月15日 优先权日2006年10月24日
发明者A·布劳恩, B·H·W·亨德里克斯, D·L·J·沃森, S·斯塔林加 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司