线扫描成像中的实时聚焦制造技术

一种用于采集显微镜载片上的样品的数字图像的系统。在一个实施方案中，所述系统包括载物台，所述载物台被构造来支撑样品；物镜，所述物镜具有与所述载物台正交的单个光轴；成像传感器；以及聚焦传感器。所述系统还包括至少一个光束分离器，所述至少一个光束分离器光学地耦合到所述物镜并且被构造来接收对应于所述物镜的所述光轴的视野，并且同时地向所述成像传感器提供所述视野的至少第一部分并向所述聚焦传感器提供所述视野的至少第二部分。所述聚焦传感器可在多个不同焦距处同时采集图像和/或同时采集一对镜像，所述图像各自包括在多个不同焦距处采集的像素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】线扫描成像中的实时聚焦相关申请的交叉引用本申请要求2015年9月24日提交且标题“Real-TimeFocusinginLineScanImaging”的美国临时专利申请号62/232,229的优先权，所述申请的全部内容特此以引用方式并入本文。本申请与2014年10月31日提交的美国专利申请号14/398,443相关，所述申请要求2013年3月13日提交的国际专利申请号PCT/US2013/031045和2012年5月2日提交的美国临时申请号61/641,788的优先权，所有申请的全部内容特此以引用方式并入本文。背景专利
本专利技术总体上涉及数字病理学，并且更具体地，涉及一种用于执行线扫描成像中的实时聚焦的多个独立线性传感器设备。相关技术显微镜成像系统中的大多数自动聚焦方法可分为两种：用于感测载片位置的基于激光的干涉仪和图像内容分析。在基于激光的干涉仪方法的情况下，测量离开载片表面的激光束的反射仅可提供载片位置或盖玻片位置的全局聚焦信息。它缺乏针对高度大幅变化的组织样品的聚焦精度。另外，图像内容分析方法需要不同聚焦深度的多个图像采集，并且使用算法来比较这些图像以便确定最佳焦点。然而，在不同聚焦深度采集多个图像可在聚焦与成像之间产生时间延迟。因此，所需要的是克服以上所述的常规方法中存在的这些显著问题的系统和方法。概述在一个实施方案中，公开了一种用于扫描样品以采集所述样品的数字图像的系统。所述系统可包括：载物台，所述载物台被构造来支撑样品；物镜，所述物镜具有与所述载物台正交的单个光轴；成像传感器；聚焦传感器；以及至少一个光束分离器，所述至少一个光束分离器光学地耦合到所述物镜并且被构造来接收对应于所述物镜的所述光轴的视野，并且同时地向所述成像传感器提供所述视野的至少第一部分并向所述聚焦传感器提供所述视野的至少第二部分。所述聚焦传感器可沿着光路接收所述视野的所述第二部分，其中所述聚焦传感器相对于所述光路成角度倾斜，这样使得由所述聚焦传感器采集所述视野的所述第二部分作为包括表示不同焦距的像素的图像。此外，所述聚焦传感器可包括多个区域，其中所述聚焦传感器的每个区域沿着单独光路接收所述视野的所述第二部分，并且其中所述聚焦传感器相对于所述单独光路中的每一个成角度倾斜，这样使得由聚焦传感器的每个区域以不同于聚焦传感器的所述其他区域的焦距采集所述视野的所述第二部分。可替代地，所述聚焦传感器可包括多个区域，其中所述聚焦传感器的每个区域沿着单独光路接收所述视野的所述第二部分，其中所述聚焦传感器相对于所述单独光路中的每一个正交，并且其中所述单独光路中的每一个具有不同焦距，这样使得由聚焦传感器的每个区域以不同于聚焦传感器的所述其他区域的焦距采集所述视野的所述第二部分。可替代地，所述聚焦传感器可包括第一部分和第二部分，其中所述聚焦传感器的所述第一部分沿着第一光路接收所述视野的所述第二部分并且相对于所述第一光路以第一角度倾斜，并且其中所述聚焦传感器的所述第二部分沿着第二光路接收所述视野的所述第二部分，也就是与所述第一光路分离，并且相对于所述第二光路以第二角度倾斜，也就是与所述第一角度反向。可替代地，所述聚焦传感器可包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域沿着第一光路接收所述视野的所述第二部分，其中所述第二区域沿着第二光路接收所述视野的镜像第二部分，并且其中所述聚焦传感器相对于所述第一光路和所述第二光路中的每一个成角度倾斜。可替代地，可利用非倾斜传感器和放置在所述非倾斜传感器前方的楔形棱镜来替代所述倾斜传感器。所述倾斜的角度可具有负值、零值或正值。可替代地，所述聚焦传感器可以是在其前方具有楔形光学器件的传感器的一段，以便形成沿着所述传感器轴线覆盖所述传感器的这个聚焦区段的焦点变化，而所述传感器的其他区段作用为成像传感器。另外，所述系统可包括处理器，所述处理器被配置来针对待扫描的所述样品的每个部分：从所述聚焦传感器采集所述样品的所述部分的聚焦图像；针对所述聚焦传感器上的多个位置中的每一个，为所述聚焦图像的对应于所述聚焦传感器上的那个位置的区域计算对比度测量值；为所述对比度测量值确定峰值；以及为所述物镜确定在所述聚焦传感器上的所述一个齐焦点处提供所述对比度测量的所述峰值的位置。在另一个实施方案中，公开了一种用于自动实时聚焦的方法。所述方法可包括在载片扫描器中使用处理器来针对待扫描的样品的每个部分：在所述样品的所述部分由成像传感器感测之前、同时或之后从聚焦传感器采集所述样品的所述部分的聚焦图像，其中视野的由所述聚焦传感器感测的一部分从所述视野的由所述成像传感器感测的一部分偏移，这样使得在扫描方向上，所述聚焦传感器在所述成像传感器感测所述视野的一部分之前、当时或之后感测所述视野的按个相同部分，并且其中所述聚焦传感器上的一个点与所述成像传感器齐焦；针对所述聚焦传感器上的多个位置中的每一个，为所述聚焦图像的对应于所述聚焦传感器上的那个位置的区域计算对比度测量值，为所述对比度测量值确定峰值，为物镜确定在所述聚焦传感器上的所述齐焦点处为所述对比度测量值提供所述峰值的位置，以及将所述物镜移动到所述所确定位置；以及当所述物镜处于所述所确定位置时，从所述成像传感器采集所述样品的所述部分的图像。在另一个实施方案中，公开了一种上面存储有指令的非易失性计算机可读介质。所述指令在由处理器执行时使所述处理器针对待扫描的样品的每个部分：在所述样品的所述部分由成像传感器感测之前、同时或之后从聚焦传感器采集所述样品的所述部分的聚焦图像，其中视野的由所述聚焦传感器感测的一部分从所述视野的由所述成像传感器感测的一部分偏移，这样使得在扫描方向上，所述聚焦传感器在所述成像传感器感测所述视野的一部分之前、当时或之后感测所述视野的那个相同部分，并且其中所述聚焦传感器上的一个点与所述成像传感器齐焦；针对所述聚焦传感器上的多个位置中的每一个，为所述聚焦图像的对应于所述聚焦传感器上的那个位置的区域计算对比度测量值，为所述对比度测量值确定峰值，为物镜确定在所述聚焦传感器上的所述齐焦点处为所述对比度测量值提供所述峰值的位置，以及将所述物镜移动到所述所确定位置；以及当所述物镜处于所述所确定位置时，从所述成像传感器采集所述样品的所述部分的图像。在另一个实施方案中，定义来自所述聚焦图像的所述对比度测量值与来自所述主图像的所述对比度测量值之间的关系(例如，差或比率)，并且确定这个关系的峰值，以便从而确定所述物镜相对于所述齐焦点的位置。在阅读以下详细说明和附图后，本领域的普通技术人员将更清楚地了解所公开实施方案的其他特征和优点。附图简述将通过阅读以下详细描述和附图理解实施方案的结构和操作，在附图中相似参考号指相似部分，在附图中：图1是示出根据一个实施方案的扫描系统的示例性侧视图构造的框图；图2是示出根据一个实施方案的聚焦传感器和成像传感器相对于照明半径和圆形光学视野的示例性构造的框图；图3A是示出根据一个实施方案的成像传感器的示例性俯视图构造的框图；图3B是示出根据一个实施方案的倾斜聚焦传感器的示例性俯视图构造的框图；图3C是示出根据一个实施方案的传感器的实例的框图，其中传感器的一半用于产生标准图像，并且另一半用于产生它的各种聚焦深度处的图像；图4是示出根据一个实施方案的倾斜聚焦传感器的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于扫描样品以采集所述样品的数字图像的系统，所述系统包括：载物台，所述载物台被构造来支撑样品；物镜，所述物镜具有与所述载物台正交的单个光轴；成像传感器；聚焦传感器；以及至少一个第一光束分离器，所述至少一个第一光束分离器光学地耦合到所述物镜并且被构造来接收对应于所述物镜的所述光轴的视野，并且同时地向所述成像传感器提供所述视野的至少第一部分并向所述聚焦传感器提供所述视野的至少第二部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.24 US 62/232,2291.一种用于扫描样品以采集所述样品的数字图像的系统，所述系统包括：载物台，所述载物台被构造来支撑样品；物镜，所述物镜具有与所述载物台正交的单个光轴；成像传感器；聚焦传感器；以及至少一个第一光束分离器，所述至少一个第一光束分离器光学地耦合到所述物镜并且被构造来接收对应于所述物镜的所述光轴的视野，并且同时地向所述成像传感器提供所述视野的至少第一部分并向所述聚焦传感器提供所述视野的至少第二部分。2.如权利要求1所述的系统，其中所述视野的所述第一部分是所述视野的第一区域，并且其中所述视野的所述第二部分是所述视野的从所述视野的所述第一区域偏移的第二区域。3.如权利要求2所述的系统，其中所述第一区域是所述视野的中心区域。4.如权利要求3所述的系统，其中所述视野的所述第二区域在扫描方向上在所述视野的所述第一区域之前。5.如权利要求3所述的系统，其中所述视野的所述第二区域在扫描方向上在所述视野的所述第一区域之后。6.如权利要求1所述的系统，其中所述视野的所述第一部分与所述视野的所述第二部分相同。7.如以上权利要求中任一项所述的系统，其中所述样品是组织样品，并且所述载物台被构造来支撑衬底，所述衬底支撑所述组织样品。8.如权利要求7所述的系统，其中所述衬底是载片。9.如以上权利要求中任一项所述的系统，其中所述载物台是使所述样品相对于所述物镜的所述光轴移动的机动载物台。10.如以上权利要求中任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器沿着光路接收所述视野的所述第二部分，并且其中所述聚焦传感器相对于所述光路成角度倾斜，这样使得由所述聚焦传感器采集所述视野的所述第二部分作为包括表示不同焦距的像素的图像。11.如权利要求10所述的系统，其中所述聚焦传感器上的至少一个点与所述成像传感器齐焦。12.如以上权利要求中任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器包括多个区域，其中所述聚焦传感器的每个区域沿着单独光路接收所述视野的所述第二部分，并且其中所述聚焦传感器相对于所述单独光路中的每一个成角度倾斜，这样使得由聚焦传感器的每个区域以不同于聚焦传感器的所述其他区域的不同焦距采集所述视野的所述第二部分。13.如权利要求12所述的系统，其中所述多个区域中的一个上的至少一个点与所述成像传感器齐焦。14.如权利要求12或13中任一项所述的系统，其还包括聚焦光学器件，其中所述聚焦光学器件包括至少一个第二光束分离器，所述至少一个第二光束分离器光学地耦合到所述至少一个第一光束分离器并将传送所述视野的所述第二部分的光束分到所述单独光路中。15.如权利要求14所述的系统，其中所述至少一个第二光束分离器包括多个第二光束分离器，并且其中所述多个第二光束分离器中的每一个在距所述聚焦传感器相同距离处定位。16.如权利要求14或15中任一项所述的系统，其中所述聚焦光学器件还包括至少一个反射镜，所述至少一个反射镜将所述分离光束反射到所述单独光路中的一个中。17.如权利要求15所述的系统，其中所述聚焦光学器件还包括至少一个反射镜，所述至少一个反射镜将所述分离光束反射到所述单独光路中的一个中，并且其中所述至少一个反射镜在距所述聚焦传感器与所述多个第二光束分离器所述相同距离处定位。18.如权利要求12到17中的任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器的所有区域在单个线传感器内。19.如权利要求12到17中的任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器的每个区域包括单独线传感器。20.如权利要求1到9中任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器包括多个区域，其中所述聚焦传感器的每个区域沿着单独光路接收所述视野的所述第二部分，其中所述聚焦传感器相对于所述单独光路中的每一个正交，并且其中所述单独光路中的每一个具有不同焦距，这样使得由聚焦传感器的每个区域以不同于聚焦传感器的所述其他区域的焦距采集所述视野的所述第二部分。21.如权利要求20所述的系统，其中所述多个区域中的一个上的至少一个点与所述成像传感器齐焦。22.如权利要求20或21中任一项所述的系统，其还包括聚焦光学器件，其中所述聚焦光学器件包括至少一个第二光束分离器，所述至少一个第二光束分离器光学地耦合到所述至少一个第一光束分离器并将传送所述视野的所述第二部分的光束分到所述单独光路中。23.如权利要求22所述的系统，其中所述至少一个第二光束分离器包括多个第二光束分离器，并且其中所述多个第二光束分离器中的每一个在距所述聚焦传感器与所述其他多个第二光束分离器中的每一个不同距离处定位。24.如权利要求22或23中任一项所述的系统，其中所述聚焦光学器件还包括至少一个反射镜，所述至少一个反射镜将所述分离光束反射到所述单独光路中的一个中。25.如权利要求24所述的系统，其中所述至少一个反射镜包括多个反射镜，并且其中所述多个反射镜中的每一个在距所述聚焦传感器与所述其他多个反射镜中的每一个不同距离处定位。26.如权利要求25所述的系统，其中所述聚焦光学器件还包括多个玻璃块，并且其中所述多个玻璃块中的每一个定位在所述多个反射镜中的一个与所述聚焦传感器的所述多个区域中的一个之间。27.如权利要求20到26中任一项所述的系统，其中所述聚焦光学器件还包括至少两个镜筒透镜，其中所述至少两个镜筒透镜中的每一个在至少一个第二光束分离器与所述聚焦传感器的所述多个区域中的一个之间定位在所述单独光路中的另一个上并将所述分离光束聚焦到所述一个区域上。28.如权利要求20到27中的任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器的所有区域在单个线传感器内。29.如权利要求20到27中的任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器的每个区域包括单独线传感器。30.如权利要求29所述的系统，其中所述单独线扫描器中的至少一个与所述单独线扫描器中的至少另一个在单独平面中。31.如权利要求1到9中任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器包括第一部分和第二部分，其中所述聚焦传感器的所述第一部分沿着第一光路接收所述视野的所述第二部分并且相对于所述第一光路以第一角度倾斜，并且其中所述聚焦传感器的所述第二部分沿着第二光路接收所述视野的所述第二部分，也就是与所述第一光路分离，并且相对于所述第二光路以第二角度倾斜，也就是与所述第一角度反向。32.如权利要求31所述的系统，其中所述聚焦传感器的所述第一部分和所述聚焦传感器的所述第二部分两者上的至少一个点与所述成像传感器齐焦。33.如权利要求31或32中任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器的所述第一部分采集第一图像，其中所述聚焦传感器的所述第二部分采集第二图像，其中所述第一图像包括在所述第一图像的第一侧到所述第一图像的第二侧的方向上以减小的焦距采集的像素，并且其中所述第二图像包括在所述第二图像的所述第一侧到所述第二图像的所述第二侧的方向上以增加的焦距采集的像素。34.如权利要求1到9中任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器包括第一区域和第二区域，其中所述第一区域沿着第一光路接收所述视野的所述第二部分，其中所述第二区域沿着第二光路接收所述视野的镜像第二部分，并且其中所述聚焦传感器相对于所述第一光路和所述第二光路中的每一个成角度倾斜。35.如权利要求34所述的系统，其中所述聚焦传感器的所述第一区域和所述聚焦传感器的所述第二区域两者上的至少一个点与所述成像传感器齐焦。36.如权利要求34或35中任一项所述的系统，其中所述视野的所述第二部分由所述聚焦传感器的所述第一区域在焦距处接收，并且所述视野的所述镜像第二部分由所述聚焦传感器的所述第二区域在所述相同焦距处接收。37.如权利要求34到36中任一项所述的系统，其中所述聚焦传感器的所述第一区域采集所述视野的所述第二部分的第一图像，其中所述聚焦传感器的所述第二区域采集所述视野的所述镜像第二部分的第二图像，其中所述第一图像包括在所述第一图像的第一侧到所述第一图像的第二侧的方向上以减小的焦距采集的像素，并且其中所述第二图像包括在与所述第一图像相同的方向上以减小的焦距采集的像素。38.如权利要求34到37中任一项所述的系统，其还包括聚焦光学器件，其中所述聚焦光学器件包括至少一个第二光束分离器，所述至少一个第二光束分离器光学地耦合到所述至少一个第一光束分离器并将传送所述视野的所述第二部分的光束分到所述第一光路和所述第二光路中。39.如权利要求38所述的系统，其中所述聚焦光学器件还包括至少一个反射镜，所述至少一个反射镜将所述分离光束反射在所述第一光路和所述第二光路中的一个中。40.如权利要求38或39中任一项所述的系统，其中所述聚焦光学器件在所述第二光路...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹云陆，艾伦·欧森，卡伦·萨利格玛，陈露比，陪门·拿玛巴帝，魁格·卡达，
申请(专利权)人：徕卡生物系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US