用于获取样本中所存在的粒子的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及样本(12)中所存在的粒子(11a～11f)的获取装置(10)，该获取装置包括空间相干光源(15)、光学系统、被放置在光学系统的焦平面中并且被配置为拍摄强度图像的图像传感器(16)、以及被配置为进行以下操作的计算单元：构建针对相对于光学器件的聚焦面的多个散焦偏移所获得的电磁传播矩阵的序列；根据电磁矩阵的序列来确定针对粒子的第一平均聚焦电磁矩阵；识别第一电磁矩阵中的粒子中的至少一个粒子，并存储该粒子的坐标；以及确定针对从电磁矩阵的序列中具有所存储的坐标的分量中识别出的粒子的焦距处的第二电磁矩阵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于获取样本中所存在的粒子的装置和方法
本专利技术涉及生物粒子的光学获取领域。例如，生物粒子可以是诸如细菌、真菌或酵母等的微生物。生物粒子也可以是细胞、多细胞生物、污染粒子类型的任何其它粒子、或者灰尘。本专利技术特别有利地应用于分析生物粒子的状态，以例如在应用抗生素之后知道细菌的代谢状态。本专利技术例如能够形成细菌的抗菌谱。
技术介绍
抗菌谱是一种实验室技术，其旨在测试细菌菌株针对一种或多种抗生素的表型。传统地通过培养包含细菌和抗生素的样本来形成抗菌谱。欧洲专利申请号2603601描述了一种通过在存在抗生素的情况下在潜伏期之后使细菌的状态可视化来形成抗菌谱的方法。为了使细菌可视化，利用两种荧光标记物来标记细菌，从而使得能够显示细菌的结构。然后测量标记物的荧光以使得能够判断抗生素对细菌是否具有有效作用。然而，标记过程特别长并且实施起来很复杂，并且这种化学标记物对细菌具有细胞毒性效应。作为结果，这种可视化模式不能在细菌培养中的多个时间处观察细菌。因此，需要使用足够长的培养时间(约24～72小时)，以保证测量的可靠性。生物粒子可视化的其它方法使用显微术，从而允许对样本的非破坏性测量。数字全息显微术或DHM是一种成像技术，其能够摆脱对传统光学显微术的景深的约束。示意性地，数字全息显微术包括记录由被观察物体衍射的光波与具有空间相干性的参考波之间的干涉所形成的全息图。在MyungK.Kim发表的标题为“Principlesandtechniquesofdigitalholographicmicroscopy”(SPIEReviews，2010年1月，第1卷，第1期)的文章中描述了这样的技术。最近的建议是使用全息数字显微术以自动化的方式来识别微生物。因此，N.Wu等人在标题为“Three-dimensionalidentificationofmicroorganismsusingadigitalholographicmicroscope”(ComputationalandMathematicalMethodsinMedicine，第2013卷，ID号为162105)的文章中描述了一种用于由于朝向粒子的聚焦面的数字传播来识别待分析体积中的不同类型的细菌的方法。聚焦在不同深度的图像用于重建微生物的三维表示。然后通过3D非线性滤光对微生物的三维表示进行分类。同样，在AhmedElMallahi发表的、标题为“Automatedthree-dimensionaldetectionandclassificationoflivingorganismsusingdigitalholographymicroscopywithpartialspatialcoherentsource:applicationtomonitoringofdrinkingwaterresources”(AppliedOptics，2013年1月，第52卷，第1期)的文章中描述了如下的方法，所述方法包括：检测细菌在所要分析的体积中的位置的第一步骤、通过数字传播来在该体积中的不同深度处聚焦的步骤、然后是基于细菌形态特征的细菌的分类。然而，上述识别方法是复杂的，这是因为这些识别方法需要在连续的聚焦面中聚焦。相反，聚焦在单个聚焦面中(换句话说，聚焦在单个分析深度处)通常不足以以低误检率识别微生物的类型。因此，本专利技术的所要解决的技术问题相应地是，在限制获取时间的情况下，即在不进行标记以及不进行光学系统的精确聚焦的情况下，观察生物粒子。
技术实现思路
为了解决技术问题，本专利技术提供了一种用于获取粒子的装置，所述用于获取粒子的装置集成了简单的获取而无需进行与聚焦数字重建相关联的聚焦，其包括：第一平均聚焦，其旨在检测至少一个粒子；以及第二特定聚焦，用于对包含所述粒子的感兴趣区域进行聚焦。为此，根据第一方面，本专利技术涉及一种针对样本中所存在的多个粒子的获取装置，所述获取装置包括：-空间相干或伪相干的光源，其指向所述样本的第一表面；-光学系统，其具有光轴并且实现聚焦面(planeoffocus)和焦平面(focalplane)之间的共轭，所述光学系统指向所述样本的在所述第一表面的背面的第二表面、并且相对于所述样本被放置成使得所述粒子不在所述聚焦面中；-图像传感器，其被放置在所述光学系统的焦平面中、并且被配置为获取由所述光源和所述样本之间的干涉所形成的强度图像；以及计算处理单元，其包括：用于数字化构建电磁矩阵的序列的单元，所述电磁矩阵根据所获取的图像、对在平行于所述聚焦面并且包括在所述样本中的相对于所述聚焦面的多个偏移处的平面内的电磁波进行建模；用于根据所述电磁矩阵的序列来确定针对所述粒子的平均焦距处的第一电磁矩阵的单元；用于识别所述第一电磁矩阵中的粒子中的至少一个粒子、并且存储所述粒子的坐标的单元；以及用于确定针对从所述电磁矩阵的序列的具有所存储的坐标的分量中识别出的粒子焦距处的第二电磁矩阵的单元。因此，本专利技术使得能够在不利用化学标记的情况下观察到与现有技术所述类似的现象。根据与聚焦的数字重建相关联的离焦图像以数字的方式执行聚焦，包括：第一平均聚焦，其旨在检测至少一个粒子；以及第二特定聚焦，用于对包含所述粒子的感兴趣区域进行聚焦。作为结果，由于无需使用能够对几纳米的图像进行聚焦的高度精确聚焦装置，因此简化了测量仪器。由于不再需要聚焦或标记，因此也减少了获取时间。此外，传统地以手动方式执行标记和聚焦操作。本专利技术还使得能够在获取期间限制这种手动交互，并因此使粒子获取过程自动化。作为结果，样本中所存在的粒子的获取装置可被定位在最靠近患者的位置处以提高患者治疗的快速性。用以确定对细菌菌株有效的抗生素的传统方法包括(例如针对患者、动物，食品批次...)收集包含菌株的样本，然后将样本传送到分析中心。在分析中心接收到样本的情况下，分析中心首先培养细菌菌株以获得其至少一个菌落，该培养持续24小时～72小时。然后，分析中心从菌落制备包含不同抗生素和/或不同浓度的抗生素的多个样本，然后使样本再次孵育。在新的也是24～72小时的范围的培养时间之后，手动分析各样本以判断抗生素是否具有有效作用。然后将结果传回给执业医师以应用最有效的抗生素和/或抗生素浓度。因为不再需要操作者的微妙操作来进行聚焦或标记，本专利技术使得能够通过将分析装置移位到执业医师附近来完全重塑该处理。通常，与前述的花费若干天的过程相反，本专利技术使得能够在仅孵育约10分钟后检测存在抗生素的情况下细菌的结构改变、并且在2小时后检测其反应性(检测分裂或者对分裂进行编码的模式的存在或不存在)。实际上，测量是非破坏性的，可以在培养过程中很快地进行分析而不会冒着破坏样本的风险，从而延长分析时间。根据实施例，所述图像传感器被配置为获取图像流，以及所述处理单元被配置为跟踪第一电磁矩阵的流中的粒子。该实施例使得能够在多个连续图像上跟踪粒子以形成示出粒子随时间的行为的影片。传统的化学标记方法不能示出粒子随时间的行为，因为这些粒子在第一次分析后被改变。使用传统(非全息)显微术来使生物粒子可视化的传统方法使得能够随时间显示粒子，但是需要对各个图像进行手动聚焦。实际上，粒子在样本中不固定，并且它可以在支撑平面中或者跨样本深度移位。即使粒子仅在其支撑平面中移位，但由于载体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对样本(12)中所存在的多个粒子(11a～11f)的获取装置(10)，所述获取装置(10)包括：空间相干或伪相干的光源(15)，其指向所述样本(12)的第一表面(13)；光学系统(23)，其具有光轴并且实现聚焦面和焦平面之间的共轭，所述光学系统(23)指向所述样本(12)的在所述第一表面(13)的背面的第二表面(14)、并且相对于所述样本被放置成使得所述粒子不在所述聚焦面中；图像传感器(16)，其被放置在所述光学系统的焦平面中、并且被配置为获取由所述光源(15)和所述样本(12)之间的干涉所形成的强度图像(Ih)；以及计算处理单元(20)，其包括：用于数字化构建电磁矩阵(I1～IN)的序列的单元(51)，所述电磁矩阵根据所获取的图像(Ih)，对在平行于所述聚焦面并且包括在所述样本中的相对于所述聚焦面的多个偏移处的平面内的电磁波进行建模；用于根据所述电磁矩阵(I1～IN)的序列来确定针对所述粒子(11a～11f)的平均焦距处的第一电磁矩阵(Ifmoy)的单元(52)；用于识别所述第一电磁矩阵(Ifmoy)中的粒子(11a～11f)中的至少一个粒子、并且存储所述粒子的坐标的单元(53)；以及用于确定针对从所述电磁矩阵(I1～IN)的序列的具有所存储的坐标的分量中识别出的粒子(11a～11f)的焦距处的第二电磁矩阵(Ifp)的单元(54)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.30 EP 16305625.21.一种针对样本(12)中所存在的多个粒子(11a～11f)的获取装置(10)，所述获取装置(10)包括：空间相干或伪相干的光源(15)，其指向所述样本(12)的第一表面(13)；光学系统(23)，其具有光轴并且实现聚焦面和焦平面之间的共轭，所述光学系统(23)指向所述样本(12)的在所述第一表面(13)的背面的第二表面(14)、并且相对于所述样本被放置成使得所述粒子不在所述聚焦面中；图像传感器(16)，其被放置在所述光学系统的焦平面中、并且被配置为获取由所述光源(15)和所述样本(12)之间的干涉所形成的强度图像(Ih)；以及计算处理单元(20)，其包括：用于数字化构建电磁矩阵(I1～IN)的序列的单元(51)，所述电磁矩阵根据所获取的图像(Ih)，对在平行于所述聚焦面并且包括在所述样本中的相对于所述聚焦面的多个偏移处的平面内的电磁波进行建模；用于根据所述电磁矩阵(I1～IN)的序列来确定针对所述粒子(11a～11f)的平均焦距处的第一电磁矩阵(Ifmoy)的单元(52)；用于识别所述第一电磁矩阵(Ifmoy)中的粒子(11a～11f)中的至少一个粒子、并且存储所述粒子的坐标的单元(53)；以及用于确定针对从所述电磁矩阵(I1～IN)的序列的具有所存储的坐标的分量中识别出的粒子(11a～11f)的焦距处的第二电磁矩阵(Ifp)的单元(54)。2.根据权利要求1所述的获取装置，其中，所述图像传感器(16)被配置为获取图像流(Ih)，以及所述处理单元被配置为跟踪所述第一电磁矩阵(Ifmoy)的流中的粒子。3.根据权利要求2所述的获取装置，其中，所述粒子是微生物，以及源自所述图像传感器(16)的两个所获取的图像(Ih)之间的持续时间短于或等于1分钟。4.根据权利要求1至3中任一项所述的获取装置，其中，利用经过所述样本(12)的光的数字传播模型来获得所述电磁矩阵(I1～IN)的序列，所述电磁矩阵(I1～IN)通过对距所述传播模型的光轴的距离(z)进行调制而变化。5.根据权利要求4所述的获取装置，其中，所述处理单元包括用于利用从复空间向实空间的满射应用来对源自所述传播模型的电磁矩阵进行变换的单元。6.根据权利要求4或5所述的获取装置，其中，通过针对各坐标根据距所述光轴的距离(z)来表示所述电磁矩阵(I1～IN)在所述坐标处的分量、并且通过搜索所有表示的最大值的平均值，来获得所述第一电磁矩阵(Ifmoy)。7.根据权利要求6或5所述的获取装置，其中，通过针对所识别出的粒子的各坐标根据距所述光轴的距离(z)来表示所述电磁矩阵(I1～IN)在所述坐标处的分量、并且通过搜索所有表示的最大值的平均值，来获得所述第二电磁矩阵。8.根据前述权利要求中任一项所述的获取装置，其中，根据所述距离来对所述电磁矩阵(I1～IN)的序列中的用于确定所述第一电磁矩阵(Ifmoy)和/或用于确定所述第二电磁矩阵的矩阵进行二次采样。9.根据前述权利要求中任一项所述的获取装置，其中，所述获取装置包括多个获取单元，各获取单元包括图像传感器和特定聚焦部件，所述获取装置被配置为表示各样本中的粒子的图像。10.一种针对样本(12)中所存在的至少一个粒子(11a～11f)的分析方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·杜埃，Q·乔索，
申请(专利权)人：生物梅里埃有限公司，生物星体有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR