确定对生物样本成像的成像装置的焦点位置的方法和设备的制作方法

专利名称：确定对生物样本成像的成像装置的焦点位置的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及对生物样本进行成像，具体地讲，涉及对生物样本图像的聚
焦o
背景技术：
对生物样本表面拍摄多个图像的自动显微镜检查系统通常需要成像系统针对每 个成像视场重新聚焦。重新聚焦是必须的，因为在有效的放大倍率下，这种系统所需的 聚焦精确度可以小到1微米，并且将样本保持器的机械公差保持为该尺寸实际上是不可 能的。为了对静止地停留在诸如题为 “Container for Holding Biologic Fluid forAnalysis” 的美国专利No.6,723,290中公开的分析腔室内的即使很小的生物样本进行完整地成像，必 须拍摄超过一百个单独的图像，并且必须在合理的时间内执行该操作，因此，必须尽可 能快地对每个图像视场进行重新聚焦。传统的自动聚焦技术通常使用图像本身的特征来获得适当的焦点，或者可以使 用独立于图像捕获装置的装置(诸如干涉仪等)来测量并保持物镜与被摄对象之间的设定 距离。在第一种情况下，通常需要使用图像捕获装置花费几个图像捕获周期来计算最佳 的焦点位置。这种多次图像处理是耗时的并且因此是不期望的。在第二种情况下，独立 的装置通常增加了成像系统的复杂度并且是相当昂贵的。与之相比，本发明提供了一种 廉价的确保精度稳定的快速聚焦的装置，其可以用于各种成像系统结构中，并且其仅依 赖于成像系统本身。

发明内容
根据本发明，提供一种用于对成像装置进行聚焦的方法和设备，该成像装置适 于对生物样本进行成像，该样本具有折射率。根据本发明的一方面，提供一种用于对成像装置进行聚焦的方法，该方法包括 以下步骤1)在生物样本的视场内布置小透镜，该小透镜具有高度并且具有折射率，该 折射率不同于样本的折射率；2)其中成像装置和样本中的一个或两个是可相对定位的， 以使得成像装置的焦点位置可以沿小透镜的高度而移动；3)以一个或多个预定波长的光 通过使用透光度来对包括多个小透镜的样本的至少一部分进行成像；4)确定样本对这些 波长的光的平均光透射强度；5)确定每个小透镜区域对这些波长的光的平均光透射强 度；以及6)使用样本的平均光透射强度和小透镜区域的平均光透射强度来确定成像装置 的焦点位置。根据本发明的另一方面，提供一种用于对生物样本进行成像的设备。该设备包 括腔室、多个小透镜、视场照明器、析像器、定位器、以及可编程分析器。所述腔室形成于第一平板和第二平板之间，所述平板是透明的。所述腔室可用于静止地保持样本。 所述多个小透镜置于腔室内。每个小透镜具有高度和折射率，该折射率不同于样本的折 射率。视场照明器可用于选择性地照射至少一个样本视场。析像器可用于将穿过样本视 场和小透镜的光的图像转化为电子数据形式。定位器可用于选择性地改变包含小透镜的 腔室、视场照明器、以及析像器中的一个或多个的相对位置，以沿小透镜的高度选择性 地改变设备的焦点位置。可编程分析器适于与视场照明器和析像器相配合来以一个或多 个预定波长的光通过使用透光度来至少对样本视场和多个小透镜进行成像。该分析器还 适于1)确定样本视场对这些波长的光的典型光透射强度；2)确定小透镜的至少一个区 域对这些波长的光的典型光透射强度；以及3)使用样本视场的典型光透射强度和小透镜 区域的典型光透射强度来确定设备的焦点位置。本发明的方法和设备相对于现有生物样本成像和分析技术来说呈现出许多优 点。例如，本发明提供了廉价的确保精度稳定的生物样本的快速聚焦的装置，其可以用 于各种成像系统结构中，并且其仅依赖于成像系统本身。典型地，本发明还可以根据单 个图像来确定成像系统是否完美曝光，如果不是，则本发明通常还可以确定要使样本图 像完美聚焦所需的精确的移动量。本发明还提供了一种成像方法和设备，其对实际的曝 光或图像光强度不敏感，从而提供了一种具有更强的鲁棒性的方法和设备。根据以下所提供的详细描述(包括附图)，本发明的方法及其相关优点将变得更 加显而易见。


图1是可以与本发明的方法一起使用的分析装置的示意图。图2是分析腔室实施例的示意性平面图。图3是分析腔室的示意性截面图。图4是分析腔室实施例的示意性平面图。图5是置于图4所示容器的腔室内的生物流体样本的示意性放大图。图6是小透镜光透射图案的图解示图。图7是示出了小透镜光透射图案的分区的图解示图。图8是提供了根据本发明的方法的步骤的方框图。
具体实施例方式现在，参考图1至图5，本发明提供了一种用于对分析装置进行聚焦的方法和设 备，该装置可用于对生物样本进行成像。下文将分析装置称为“成像装置”。本发明可 用于对成像装置进行聚焦，所述成像装置可用于分析各种不同类型的生物样本，包括液 体样本、组织样本、涂片等。本发明对可用于分析液体生物样本(例如，基本上未稀释 的抗凝全血样本)的成像装置进行聚焦尤其有用，但不限于此。在此使用的术语“基本 上未稀释的”表示根本未被稀释的样本或者未被故意稀释的样本，但是为了进行分析， 可以对样本添加一些试剂，例如抗凝血剂、染色剂等。由于生物样本(诸如全血)的图像属性是非常可变的，因此，没有可用于能够确 定成像装置是否是焦点对准的单个图像的单独的度量(metric)。为了克服该问题，现有成像装置通常利用迭代的聚焦处理，其需要多个图像(至少两个，通常更多)来确定相对 于样本的最佳焦点位置；例如，该装置将寻找提供最高对比度、最锐利边缘等的聚焦深 度。与之相比，本发明可以根据单个图像来确定成像系统是否完美曝光，如果不是，则 本发明通常可以确定要使样本图像完美聚焦所需的精确的移动量。根据本发明的一方面，所述方法包括以下步骤1)相对于生物样本11的视场定 位小透镜10，其中成像装置12和样本11中的一个或多个是可相对定位的，以使得成像装 置12的焦点位置可以沿小透镜10的高度14而移动；2)以一个或多个预定波长的光通过 使用透光度来对生物样本11的包含多个小透镜10的至少一部分进行成像；3)确定样本 11对这些波长的光的平均光透射强度；4)确定小透镜10的区域对这些波长的光的平均光 透射强度；以及5)使用样本11的平均光透射强度和小透镜10的区域的平均光透射强度 来确定成像装置12的焦点位置。小透镜10具有高度14、折射率、规则形状、以及特征光透射图案。小透镜10 的高度14平行于调节焦点位置所沿的轴，例如通常被称为成像装置12的“Z”轴。小 透镜10的折射率不同于样本11的折射率。每个小透镜10具有相同的规则形状，该形状 通常为对称的(例如，球状的)。小透镜10的特征光透射图案为几个因素的函数，这些因素包括小透镜10的折射 率。小透镜10用来使透过样本11的光弯曲，远离图像路径，从而使得小透镜10的至少 一些部分看起来比背景暗。透过小透镜10的每个部分的光的相对强度(即，光透射强 度)还为小透镜10的形状和成像装置12的焦点位置的函数。如果所有的小透镜10均具 有规则的并且优选地为对称的形状，则光透射强度关于小透镜10的几何形状的可变性则 可以基本消除，并且相对光透射强度和焦点位置之间的关系可用来确定成像装置12的精 确的焦点位置。小透镜10的特征光透射图案在相同类型的小透镜10中是可重复并且一致的，并 且可以被描述为参考。光透射图案可以通过使用一个或多个不同波长的光来产生，只要 这些波长的光不被小透镜10明显地吸收。光透射图案可以按照通过小透镜10的相对光透 射强度来描述，所述的相对光透射强度为沿小透镜10的高度14的焦点位置的函数。术 语“相对”被用来描述小透镜10的不同区域相对于彼此(例如，中心区域相对于外部区 域)的光透射强度、以及相对于与小透镜10 —起布置的样本11的平均光透射强度的光透 射强度。图6和图7示出了特征光透射图案的图示的一个示例。该图示为所述图案的一 个示例，但是本发明不限于此。所述图案可以采取描述相对光透射曲线的数学表达式的 形式，或者可以以数据表的形式等。小透镜10的可接受类型的示例是球状珠，其可以与样本11密切地混合。如下 文所详述，当与使用薄分析腔室17布置的生物流体样本11 (例如，基本未稀释的抗凝全 血)混合时，由聚合物材料制成的球状珠很好地起到小透镜10的作用，其中，用于进行 研究的光(investigating light)可以透过薄分析腔室17。这种球体可以由聚苯乙烯制成， 并且在商业上可以从 Thermo Scientific of Fremont, California, U.S.A.目录编号为 4204A 获得4微米(4 μ m)直径的这种球体。小透镜10不限于球形或者任意特定材料或大小， 只要可透过的光量足以用于进行本发明的聚焦处理。成像装置12包括物镜18、腔室保持装置20、样本照明器22、析像器24、以及可编程分析器26。物镜18和腔室保持装置20中的一个或两个是可朝向彼此移动并且可 远离彼此移动的，以改变相对焦点位置。样本照明器22被定位成通过使一个或多个预定 波长的光透过样本11来照射样本11。透过腔室17的光被析像器24捕获并且被处理为图 像。以容许基于基本单位来确定图像内捕获的光透射强度的方式产生该图像。术语“基 本单位”是指能够分辨样本11的图像的增量单位；例如，“像素”通常被定义为在特 定成像系统内能够单独处理的最小图元。但是，本发明不限于使用任意特定的成像装置 12。在可替换实施例中，成像装置12可以包括与装置12相关的旨在多次使用的腔室， 而不是通过腔室保持装置位于成像装置12内的一次性的、独立的腔室。图1示出了可适用于与本发明的方法一起使用的生物样本成像装置12的示例， 该装置12包括样本照明器22、析像器24、以及可编程分析器26。样本照明器22包括光 源，其选择性地产生不被布置在静止地保持样本11以进行测试的腔室17内的样本11或 小透镜10明显地吸收的一个或多个波长的光。成像装置12通常包括用于控制(例如， 放大、滤波等)光的光学器件。样本照明器22产生透过样本11的预定波长(或者随后 限于预定波长的波长光谱)的光。例如通过将光源定位在腔室17的一侧、引导光通过腔 室17、然后使用析像器24捕获光来测量小透镜10和样本11的光透射强度。可接受的 析像器24的示例是电耦合器件(CCD)类型的图像传感器，其将穿过样本11的光的图像 转换成为电子数据形式。互补金属氧化物半导体(“CMOS”)类型的图像传感器是另 一种可以使用的图像传感器的示例。本发明不限于这些示例中的任意一个。可编程分析 器26包括中央处理单元(CPU)并且连接至样本照明器22和析像器26。CPU适于(即， 被编程为)选择性地执行进行本发明方法所必需的功能。应当注意，可以使用硬件、软 件、固件或者其结合来实现可编程分析器26的功能。所属领域的技术人员将能够对处 理单元进行编程以执行在此所述的功能，而不需要进行过度的实验。题目为“Apparatus forAnalyzing Biologic Fluids"且于 2005 年 3 月 15 日发布的美国专利 No.6,866,823 公开了 这种成像装置12，该美国专利内容以引文方式整体并入本文。可用于分析装置内的分析腔室17由彼此相互隔开的第一平板28和第二平板30 限定。平板28、30均足够透明，以允许预定波长的光有足以对样本11执行包括如下所 述的聚焦方法的分析的光量通过。本发明的方法可以利用具有上述特征的各种不同类型 的分析腔室，因此不限于任意特定类型的分析腔室17。图2和图3示出了一个可接受的腔室17的示例，该腔室17包括第一平板28、 第二平板30、以及至少三个布置在平板28和平板30之间的隔离物32。隔离物32使平 板28、30彼此间隔开。在平板之间延伸的隔离物32的尺寸在此被称为隔离物32的高 度34。隔离物32的高度34通常不精确地彼此相等(例如，存在制造公差)，但是处于 商业上可接受的用于类似分析设备中的分隔装置的公差内。球状珠是可接受隔离物32 的一个示例。这个可接受的分析腔室17的示例在美国专利申请公开No.2007/0243117、 2007/0087442、以及2008年4月2日提交的美国临时专利申请No.61/041,783和2008年 10月31日提交的美国临时专利申请No.61/110,341中详细地进行了描述，这些文献在此 以引用方式整体并入本文。在一些实施例中，隔离物32和小透镜10是同一个；例如，球状珠具有分隔腔室 17的平板所能接受的大小，并且具有使其作为小透镜10所能接受的光学属性。在一些应用中，将球状珠既用作隔离物32又用作小透镜10是有利的。由于在一些实施例中球状 珠用作隔离物(例如，与内表面接触或紧邻)，因此在球体与平板的任一内表面之间布置 任意可观量的样本11的材料是不可能的。由于不存在任意可观量的样本11的材料，从 而减小或消除了样本材料对球体的任意光透射分析的干扰的可能性。但是，隔离物32或 小透镜10中的任意一个不必须用作另一个；例如，隔离物32可以独立于小透镜10并与 小透镜10—起使用。另一个可接受的腔室17的示例布置在如图4所示的一次性容器中。腔室17形成 在第一平板和第二平板之间。第一平板和第二平板都是透明的，以允许光穿过腔室17。 该腔室17的实施例在美国专利No.6,723,290中更详地进行了描述，该专利以引用方式整 体并入本文。图2至图4所示的分析腔室17表示可接受的用于本发明方法的腔室。在两个实 例中，腔室17的典型大小为保持约0.2至1.0 μ 1的样本11，但是腔室17不限于任何特定 的体积容量，并且该容量可以适应分析应用而改变。这些腔室17可用于将样本11静止 地保持在腔室17内。术语“静止”用来描述样本11被滴落在腔室17内以进行分析， 并且在分析过程中该样本11不会故意移动。就血液样本内存在运动的程度来说，血液样 本的组成成分的布朗运动占主导，该运动不会破坏本发明的设备的使用。但是，本发明 的方法不限于这些特定的腔室17的实施例。示例以下是根据本发明方法的对成像装置12进行聚焦的说明性示例。图8提供了根 据本发明的方法方面的方框图。但是，本发明不限于该示例。生物流体样本11 (例如，基本上未稀释的抗凝全血)被滴落在腔室17内。多个 小透镜10以使得他们与样本11中的分析期间所需的最佳焦点的点保持固定距离的方式相 对于样本11定位。小透镜10的数量可以根据应用而改变，但是应该足够，以使得在每 个视场中都具有足够数量的小透镜10来准确地实现本发明的方法(例如，小透镜10的数 量大到足以使得可以计算出统计上可接受的平均光透射强度值，等等)。小透镜10可以 任意地分布或者以一种图案分布。如果小透镜10布置在样本11的焦平面内(包括紧密 地置于样本11本身内，诸如在上述及图2-5中所示的腔室17中的情况下)，则所述方法 变得容易。但是，所述方法不要求小透镜10置于样本的焦平面内。小透镜10的焦平面 与样本11的焦平面之间可以有偏移；例如，小透镜10与样本11的焦平面可以不同，其 中每个焦平面使用不同波长的光来照射。如果小透镜10与感兴趣的样本部分物理上不是 共平面的，则两个焦平面之间也可以有偏移。在焦平面位置偏移的情况下，一旦确定了 小透镜10的焦点调节距离，则将其与小透镜10和样本11之间的焦平面偏移(其为已知 或者是可确定的)相加，以获得适当的焦点位置。以不被小透镜10或样本11明显吸收的一个或多个波长的光照射小透镜10和样 本11。作为示例，在约620nm或更大的波长产生的光将不会被基本上未稀释的全血样本 11或由聚苯乙烯组成的4微米(4 μ m)的球面小透镜10明显地吸收。可以使用其他波长 的光来进行可替换的分析，并且本发明不限于使用任意特定波长的光。使用诸如CCD或 CMOS摄像机之类的数字析像器24来捕获光透射强度的图像。基于基本单位来为被成像 样本11确定样本11的光透射强度，并且确定样本11的平均光透射强度值。尽管不需要为样本11的整个面积确定光透射强度值，但是这是优选的，因为这么做通常会提供对样 本的更全面的分析并且伴随着准确性的提高。使用传统的图像处理技术来分析数字图像 以定位小透镜10，小透镜10在图像内呈现为暗物体(darkobject)。根据成像装置12的焦 平面最初被定位的位置，小透镜10的中心相对于小透镜10的其他部分可能看起来较亮。 图5示出了呈现圆形的球面小透镜10，其中心区域颜色较亮。为了便于进行图像分析，可以对图像进行分割，并且然后，仅选择其相对平均 光透射值低于预定截断值(例如，0.90)的那些目标进行分析。例如，图7示出了被分 割以限定具有不同区域特征的不同强度象限(例如，非峰值的低(off-peak low)、目标范 围、非峰值的高(off-peakhigh))的特征光透射强度图案。也可以使用可替换的和/或另 外的截断准则(cutoffcriteria)来减小所需的分析量；例如，与小透镜10的面积大致对应 的面积。可以通过试错法(trial and error)来选择这些截断值，以增大分析的准确性和速 度。然后，进一步对所选目标进行集中分析，以确定目标上特定点的光透射强度值，所 述目标为小透镜10。如上所示，光透射强度是在图像内基于基本单元(例如，每个像素) 确定的。因此，小透镜10的图像由某一数量的像素表示，这取决于小透镜10的大小以 及成像装置12的放大因子(例如，使用每像素0.5微米的放大倍率成像的直径为4微米 (4ym)的球面小透镜10将具有约由8个像素表示的直径)。对每个点处的光透射强度值 取平均。小透镜10的物理一致性以及对光透射强度值取平均增大了光透射强度值的可靠 性。现有的成像装置12的焦点位置可以使用小透镜10的预定的特征光透射图案、小 透镜10的图像内至少一个区域的平均光透射强度值、以及样本11的平均光透射强度值来确定。小透镜10的预定的特征光透射强度图案对于给定类型的小透镜10而言是可重复 并且一致的。存储在成像装置12内的图案是小透镜10的不同区域相互之间以及相对于 样本11的平均光透射强度的相对光透射强度值的函数。例如，图6和图7所示的图案是 4微米(4μιη)直径小透镜的图案的图示。每幅图的纵轴表示小透镜10内感兴趣区域相 对于样本11的平均光透射强度的平均强度。每幅图的横轴表示相对焦点位置。图6和图7所示的特征光透射强度图案包括表示具有高强度值的小透镜区域的平 均值的第一数据线36、表示具有低强度值的小透镜区域的平均值的第二数据线38、表示 小透镜10的所有区域的平均强度值的第三数据线40、表示与小透镜10相邻但是处于小透 镜10外部的区域的平均值的第四数据线42、以及表示小透镜的中心区域的平均强度值的 第五数据线44，所有的线都被表示为焦点位置的函数。这些数据线彼此之间相对的位置 是小透镜的可重复、一致的特征。由于这些数据线是作为相对光透射强度(例如，相对 于彼此以及相对于样本11的平均强度)的函数而创建的，因此本发明的方法对实际曝光 或者图像光强度不敏感，并且只要能够获得足够信号来进行分析即可。特别注意的是小透镜中心处的光透射强度值，其循环往复地从最大变为最小； 即，“S”型曲线。对于球面小透镜10的中心区域来说，最大到最小的强度值发生在对 应于两个小透镜直径的焦点距离内；例如，对于4微米(4 μ m)直径的小透镜来说，从波 峰到波谷的强度范围约为8微米(8 μ m)。该曲线是高度可再现的，并且该曲线中点的相 对光透射强度被用作最佳焦点位置的目标值。对于中心区域来说，“S”型曲线的中点被用作目标值，这是因为其处于曲线的相对线性、斜率恒定的部分，这提供了期望的焦点 位置灵敏度。为小透镜10的中心区域收集的数据还比其他区域具有更高的可靠度。在 图6和图7所示的图案中，中心区域的“S”型曲线的中点与Y轴上约0.75的值对准； 即，相对而言，中心区域的平均光透射强度值约为样本11的平均光透射强度值的四分之 三(.75)的位置。与“S”曲线的中点相关(即，在.75的交点处)的焦点位置值表示已 经确定了的提供成像装置12相对于小透镜10的期望焦点的目标焦点位置。对成像装置12的现有焦点位置的确定是通过以下方式进行的，S卩，在特征图案 内的曲线(例如，中心区域曲线等)上对相对于样本11的平均强度值的小透镜10内的至 少一个区域的平均强度值(即，Y轴的值)进行定位并且找到对应的现有焦点位置的值。 现有焦点位置与目标焦点位置(即，最佳焦点的位置)的偏移表示使成像装置12处于最 佳焦点位置所必需的调节。在小透镜特征图案的某些部分，曲线可以在多于一个点处与从y轴延伸的水平 线相交。在这种情况下，可能有多于一个现有焦点位置与相对强度值相关。为了确定正 确的现有焦点位置，确定来自特征图案的另一数据点。该数据可以从现有图像或随后的 图像中采集。例如，来自小透镜10的高值区域(high value region)的平均强度值除以平 均样本强度值(即，y轴值)可以被标绘在图案内的高值曲线(highvaluecurve)上。一旦 确定了高值曲线上的位置，则可以根据χ轴来确定相关的现有焦点位置值。从该高值曲 线确定的现有焦点位置值与从中心区域曲线确定的焦点位置之一一致，从而将焦点位置 之一确认为正确的现有焦点位置。根据需要，可以相对于图案内的另一曲线执行相同的 处理以提供另一确认数据。一旦确认了现有焦点位置，则可以确定现有焦点位置与目标 焦点位置之间的偏移，该偏移表示使成像装置12处于目标焦点位置所必需的调节。应该注意，可以使用特征图案内绘制的任意曲线来确定正确的现有焦点位置 (从而确定与最佳焦点的偏移)。但是，如上所述，对于灵敏度和可靠性来说，使用中心 区域曲线更有利。因此，通过对用来确定现有焦点位置的数据点中的至少一个使用中心 区域曲线可以增强处理的准确性。在一些实例中，为特征图案确定的相对强度值可能与y轴上多个焦点位置相关 的曲线部分(例如，基本上水平的段)对准。在这种情况下，执行上述方法并选择可能 的现有焦点位置之一。然后，使用新的图像以及到焦点位置所进行的调节(如果需要) 重复该方法。如果分析装置的成像部分的原始焦点位置还很远，使得根据该位置确定的强度 值产生位于小透镜特征图案外部的数据，则可以首先通过诸如最大对比度之类的传统技 术使分析装置的成像部分处于焦点附近。尽管已经关于详细实施例描述并示出了本发明，但是，本领域技术人员可以理 解的是，在不脱离本发明的思想和范围的情况下，可以进行各种形式和细节的改变。例 如，上述在详细描述部分内以图示形式描述了小透镜10的特征光透射强度图案。该图案 不限于图示表示，而可以采用描述相对光透射曲线的数学表达式的形式，或者可以以数 据表的形式等。作为另一示例，以上详细描述的实施例是按照置于独立腔室17内的生物 样本11来讨论本发明的。在替换实施例中，成像装置12可以包含样本处理硬件。作为 另一示例，特征光透射图案按照平均光透射值来描述。在替换实施例中，可以使用来自单个小透镜10的数据或者可以通过平均值以外的统计信息来获得有用信息。
权利要求
1.一种用于确定适于对具有折射率的生物样本进行成像的成像装置的焦点位置的方 法，该方法包括以下步骤相对于生物样本的视场来布置小透镜，以使得小透镜相对于样本的位置实质上是固 定的，小透镜具有高度并且具有不同于样本折射率的折射率；其中成像装置和小透镜中的一个或两个是可相对定位的，以使得成像装置的焦点位 置能够沿小透镜的高度移动；以一个或多个预定波长的光通过使用透光度来至少对样本视场和多个小透镜进行成像；确定样本视场对这些波长的光的典型光透射强度； 确定小透镜的至少一个区域对这些波长的光的典型光透射强度；以及 使用样本视场的典型光透射强度和小透镜区域的典型光透射强度来确定成像装置的 焦点位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定焦点位置的步骤还包括使用小透镜的特征光 透射强度图案。
3.根据权利要求2所述的方法，其中小透镜的特征光透射强度图案是通过图示的方法 表示的。
4.根据权利要求2所述的方法，其中小透镜的特征光透射强度图案是通过数学的方法 表示的。
5.根据权利要求2所述的方法，其中小透镜的特征光透射强度图案置于查找表内。
6.根据权利要求2所述的方法，其中样本视场的典型光透射强度是平均光透射强度， 并且小透镜的至少一个区域的典型光透射强度是小透镜的至少一个区域的平均光透射强度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中小透镜被布置在生物样本的视场内。
8.根据权利要求7所述的方法，其中小透镜被布置在样本内。
9.根据权利要求2所述的方法，其中小透镜的特征光透射强度图案表示作为成像装置 相对于小透镜的焦点位置的函数的相对于样本的光透射强度值的小透镜的至少一个区域 的光透射强度值。
10.根据权利要求2所述的方法，其中小透镜的特征光透射强度图案表示作为成像装 置相对于小透镜的焦点位置的函数的相对于样本的平均光透射强度值的小透镜的至少一 个区域的平均光透射强度值。
11.根据权利要求2所述的方法，还包括确定所确定的成像装置的焦点位置与成像装 置的目标焦点位置之间的偏移的步骤。
12.根据权利要求2所述的方法，其中所有小透镜实质上为相同的形状。
13.根据权利要求12所述的方法，其中小透镜为球面的。
14.根据权利要求13所述的方法，其中小透镜的至少一个区域为小透镜的中心区域。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括步骤使用所确定的小透镜的中心区域的光透射强度来确定目标焦点位置；以及 确定所确定的成像装置的焦点位置与成像装置的目标焦点位置之间的偏移。
16.根据权利要求2所述的方法，其中确定小透镜的至少一个区域的典型光透射强度的步骤包括确定小透镜的第一区域和小透镜的第二区域对所述波长的光的典型光透射强 度；以及其中确定成像装置的焦点位置的步骤使用样本视场的典型光透射强度以及小透镜的 第一区域和小透镜的第二区域的典型光透射强度。
17.根据权利要求2所述的方法，其中使用一个或多个预定波长的光来执行成像步 骤，所述一个或多个预定波长的光基本上不被样本和小透镜吸收。
18.根据权利要求2所述的方法，其中在成像步骤中基本上对整个视场进行成像，并 且样本视场的典型光透射强度是基本上整个样本对这些波长的光的平均光透射强度。
19.根据权利要求2所述的方法，其中小透镜和样本置于相同的焦平面中。
20.根据权利要求2所述的方法，其中小透镜在第一焦平面中，而样本在不同于第 一焦平面的第二焦平面中，该方法还包括确定第一焦平面和第二焦平面之间的偏移的步 马聚ο
21.一种用于对具有折射率的生物样本进行成像的设备，包括腔室，形成在第一平板和第二平板之间，这两个平板是透明的，并且该腔室用于静 止地保持样本；多个小透镜，置于腔室内，这些小透镜具有高度并且具有不同于样本折射率的折射率；视场照明器，用于选择性地至少对样本视场和小透镜进行照射；析像器，用于将穿过样本视场和小透镜的光的图像转化成电子数据形式；定位器，用于选择性地改变包含小透镜的腔室、视场照明器、以及析像器中的一个 或多个的相对位置，以沿小透镜的高度选择性地改变设备的焦点位置；以及可编程分析器，适于与视场照明器和析像器相配合来以一个或多个预定波长的光通 过使用透光度来至少对样本视场和多个小透镜进行成像，并且确定样本视场对这些波长 的光的典型光透射强度，确定小透镜的至少一个区域对这些波长的光的典型透射强度， 以及使用样本视场的典型光透射强度和小透镜区域的典型光透射强度来确定设备的焦点 位置。
22.根据权利要求21所述的设备，其中小透镜的特征光透射强度图案存储于可编程分 析器内。
23.根据权利要求22所述的设备，其中小透镜的特征光透射强度图案被存储为数学表 达式。
24.根据权利要求21所述的设备，其中所有小透镜实质上为相同的形状。
25.根据权利要求24所述的设备，其中小透镜为球面的。
26.根据权利要求24所述的设备，其中第一平板具有内表面，并且第二平板具有内表 面，并且基本上所有的小透镜都与两个内表面接触。
27.根据权利要求21所述的设备，其中视场照明器用于以基本上不被样本和小透镜吸 收的一个或多个波长的光照射样本和小透镜。
28.根据权利要求21所述的设备，其中小透镜和样本置于同一焦平面内。
29.一种用于静止地保持具有折射率的生物样本的腔室，包括第一平板；第二平板，两个平板都是透明的；以及多个小透镜，置于腔室内，这些小透镜具有高度并且具有不同于样本折射率的折射率。
全文摘要
提供一种用于聚焦对生物样本进行成像的装置的方法和设备。公开的方法方面包括步骤1)在生物样本的视场内布置小透镜，该小透镜具有高度并且具有折射率，该折射率不同于样本的折射率，其中成像装置和样本中的一个或两个是可相对定位的，以使得成像装置的焦点位置可以沿小透镜的高度移动；2)以一个或多个预定波长的光通过使用透光度来对包括多个小透镜的样本的至少一部分进行成像；3)确定样本对这些波长的光的平均光透射强度；4)确定每个小透镜区域对这些波长的光的平均光透射强度；以及5)使用样本的平均光透射强度和小透镜区域的平均光透射强度来确定成像装置的焦点位置。
文档编号G02B21/24GK102016686SQ200980116148
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月20日 优先权日2008年3月21日
发明者尼滕·V·拉尔普里亚, 斯蒂芬·C·沃德洛, 达瑞恩·W·温弗里希特 申请人:艾博特健康公司