用于获得样品的光学切片图像的方法和适用于这种方法的装置与流程

本说明书涉及光学成像。

背景技术：

1、生物样品的光学显微分析受限于离焦光，该离焦光降低图像质量和光学对比度。共焦显微分析通过在光路中使用针孔拒绝来自样品的离焦区域的光以提供光学切片来解决离焦光的这个问题。在共焦显微分析中，针孔尺寸的选择对于实现良好的光学切片而不过度减少从聚聚焦平面收集的光的量是至关重要的。对于传统的共焦显微镜，针孔的固定尺寸导致固定的光学切片级别并限制了这些显微镜的通用性。例如，针孔的最佳尺寸取决于生物样品的各个方面。因此，固定的针孔尺寸和对应的固定程度的光学切片级别一直是共焦显微分析的限制之一。

2、为了克服物理针孔的限制，neil等人(optics letters，1997，第22卷，第24期，第1905–1907页)提出了基于结构化照明和记录图像的后处理的组合的可替代的切片方法。在该方法中，使用单空间频率网格图案来对样品进行照明。拍摄三个图像，网格在图像之间的预定距离移位，该距离由网格图案的空间频率决定，这三个图像随后用于计算光学切片图像。然而，在这种情况下，光学切片不可避免地受到网格特性的限制，空间频率不仅决定了进行成像的方式，而且决定了所实现的光学切片的级别。因此，与共焦显微分析的切片是由针孔的选择决定的方式相同，根据neil等人的方法的切片是由网格图案的选择决定的。

3、鉴于上述情况，仍然需要改进的方法来产生光学切片图像。

技术实现思路

1、根据本发明的一方面，提供了一种用于获得样品的光学切片图像的方法。该方法包括：通过成像透镜提供照明光束，使得照明光束聚焦在成像透镜的聚焦平面处；获得样品的多个图像。该获得包括：在聚焦平面上的多个横向位置处提供照明光束，并在照明光束的每个横向位置处获得每个图像，使得聚焦平面处的样品的部分上的照明光束的强度针对多个横向位置中的每个横向位置变化。该方法还包括：使用检测器检测经由成像透镜收集的信号；以及基于多个图像构造光学切片图像。该构造包括：从多个图像获得来自样品的所述部分的多个信号值；评估所述部分的阈值；以及通过基于阈值对多个信号值的一部分进行积分来评估像素值。

2、有利地，与neil等人教导的方法(其中切片由结构化照明的空间特性决定)不同，该方法允许将可变级别的切片应用于同一组图像后处理。换言之，从相同的多个图像开始，可以通过改变阈值来改变切片的程度。基本上，通过改变阈值，可以调谐对最终切片图像有贡献的聚焦信号的量。

3、此外，与neil等人的方法(其中成像分析方法再次由结构化照明的空间特性决定)相比，本发明的方法对成像步骤的要求不那么严格。例如，与neil等人的方法相比，本方法对照明的性质相对不敏感，并且对成像系统精确地改变图像之间的照明光束和样品的相对位置的能力没有那么严格的要求。

4、在一些实施方式中，该构造还包括：提供用于确定光学切片图像的切片程度的切片因子。通过从多个信号值中的每个信号值减去阈值的值或通过将多个信号值中的每个信号值除以阈值的值来评估该部分。

5、在一些实施方式中，阈值的值是阈值和切片因子的函数。

6、在一些实施方式中，阈值的值是阈值和切片因子的乘积。

7、在一些实施方式中，照明光束聚焦在聚焦平面处，并且照明光束包括具有在聚焦平面内的至少一个方向上限定的空间周期的周期性图案。

8、在一些实施方式中，照明光束包括聚焦在聚焦平面处的线状焦点的周期性阵列。

9、在一些实施方式中，照明光束包括聚焦在聚焦平面处的聚焦光斑阵列。

10、在一些实施方式中，照明光束包括聚焦在聚焦平面处的线状焦点和聚焦光斑的组合。

11、在一些实施方式中，评估阈值包括：提供统计函数；以及通过对多个信号值执行统计函数来评估阈值。统计函数接收多个数据值，并基于所述多个数据值的偏斜度输出值。

12、在一些实施方式中，统计函数输出所接收的多个数据值的中值，使得阈值是多个信号值的中值。

13、根据本发明的另一方面，提供了一种用于获得样品的光学切片图像的装置，该装置包括：成像透镜；照明源，被配置为通过成像透镜提供照明光束，使得照明光束聚焦在成像透镜的聚焦平面处；检测器，被配置为检测经由成像透镜从样品收集的信号；控制单元，被配置为：通过在聚焦平面上的多个横向位置处提供照明光束来获得样品的多个图像，使得聚焦平面处的样品的部分上的照明光束的强度针对多个横向位置中的每个横向位置变化；通过以下步骤基于多个图像构造光学切片图像：从多个图像获得来自样品的所述部分的多个信号值；评估所述部分的阈值；以及通过基于阈值对多个信号值的一部分进行积分来评估像素值。

14、在一些实施方式中，控制单元还被配置为：接收用于确定光学切片图像的切片程度的切片因子；以及通过从多个信号值中的每个信号值减去阈值的值或通过将多个信号值中的每个信号值除以阈值的值来评估多个信号值的一部分。

15、在一些实施方式中，阈值的值是阈值和切片因子的函数。

16、在一些实施方式中，阈值的值是阈值和切片因子的乘积。

17、在一些实施方式中，该装置还包括空间调制器，该空间调制器被配置为提供聚焦在聚焦平面处的照明光束。照明光束包括具有在聚焦平面内的至少一个方向上限定的空间周期的周期性图案。

18、在一些实施方式中，照明光束包括聚焦在聚焦平面处的线状焦点的周期性阵列。

19、在一些实施方式中，照明光束包括聚焦在聚焦平面处的聚焦光斑阵列。

20、在一些实施方式中，照明光束包括聚焦在聚焦平面处的线状焦点和聚焦光斑的组合。

21、在一些实施方式中，控制单元还被配置为：通过对多个信号值执行统计函数来评估阈值。统计函数接收多个数据值，并基于多个数据值的偏斜度输出值。

22、在一些实施方式中，统计函数输出所接收的多个数据值的中值，使得阈值是多个信号值的中值。

23、根据本发明的另一方面，提供了一种用于基于样品的多个图像获得样品的光学切片图像的方法，该方法包括：从多个图像获得来自样品的部分的多个信号值；评估所述部分的阈值；以及通过基于阈值对多个信号值的一部分进行积分来评估像素值。多个图像包括通过利用聚焦平面处的多个横向位置处的聚焦照明光束对样品进行照明而获得的样品的光学图像，每个光学图像在每个横向位置处获得，使得聚焦平面处的样品的所述部分上的照明光束的强度针对多个横向位置中的每个横向位置变化。

24、在一些实施方式中，该方法还包括：提供用于确定光学切片图像的切片程度的切片因子。通过从多个信号值中的每个信号值减去阈值的值或通过将多个信号值中的每个信号值除以阈值的值来评估多个信号值的一部分。

25、在一些实施方式中，阈值的值是阈值和切片因子的函数。

26、在一些实施方式中，阈值的值是阈值和切片因子的乘积。

27、在一些实施方式中，评估阈值包括：提供统计函数；以及通过对多个信号值执行统计函数来评估阈值。统计函数接收多个数据值，并基于多个数据值的偏斜度输出值。

28、在一些实施方式中，统计函数输出所接收的多个数据值的中值，使得阈值是多个信号值的中值。