利用时间延时和积分成像的微小移动物体光学层析成像制造技术

三维重建以恒定速度移动的感兴趣物体（１）。感兴趣物体（１）被居中。用围绕感兴趣物体（１）以多个投影角度定位的光学点光源（２７）、协同离感兴趣物体（１）一定距离的对面时间延时和积分图像传感器成像感兴趣物体（１），使得在成像过程中，在感兴趣物体（１）内没有焦平面。每个ＴＤＩ传感器（２５）具有与感兴趣物体（１）恒定速度同步的线移动速度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及光学层析成像成像系统，尤其涉及利用光学层析成像和时间延时和积分使物体成像的光学层析成像。
技术介绍
Alan Nelson在2002年4月19日提交的题为“微小物体的可变动作光学层析成像(Variable-Motion Optical Tomography of SmallObjects)”的美国申请10/126,026在此并入作为参考。在Nelson的申请中，通过传统的CCD或CMOS图像检测器数字地捕获影像的投影图像。在成像移动物体时，这种图像传感器要求短的曝光来“停止动作”，以便降低动作模糊，但短暂的曝光限制成像移动物体时所获的信噪比。光学层析成像(OT)对成像移动物体例如用于高通过量分析的流体或在刚性介质中传输是有优越性的。另外，在刚性介质中传输的物体的情况下，就显示或样品定位器的设计来说，恒速运动比迅速停停走走运动要简单些。而且，在此系统中，恒速运动要比停停走走运动产生更少振动。总而言之，时间延迟和积分(TDI)成像是基于这样的理念累积同一运动物体的多次曝光，因而有效地增加可利用的聚集入射光的积分时间。物体的运动必须与曝光同步以确保得到一个清晰的图像。一般，TDI检测器包括排列成行和列的像素。电信号与投影到装置上的移动图像同步一行行地移动。同步的信号导致积分时间延长，而且没有模糊。于2001年6月19日出版、授予Basiji等人的美国专利6,249,341，题为“诸如细胞之类的微小可移动物体的成像与分析参数(Imaging andAnalyzing Parameters of Small Moving Objects Such as Cells)”公开了这样一种仪器聚集和扩散来自物体例如移过成像系统的细胞的光，使它能成像到时间延时和积分(TDI)检测器。Basiji等人将TDI检测器定义为这样的像素化装置其中响应对准该装置的辐射所产生的信号能以控制方式引起移动。Basiji等人未致力于光学层析成像，一个本专利技术所克服的缺陷。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于三维(3D)重建恒速移动的感兴趣物体的装置和方法。感兴趣物体被居中。用围绕感兴趣物体以多个投影角度定位的光学点光源、协同离感兴趣物体一定距离的对面时间延时和积分(TDI)图像传感器来成像感兴趣物体，使得在成像过程中，在感兴趣物体内没有焦平面。每个TDI传感器具有与感兴趣物体恒定速度同步的线移动速度。一方面，本专利技术提供用于三维重建在层流中的感兴趣物体。感兴趣物体注入层流中，使得物体在层流内居中并以恒速移动。感兴趣物体用至少一个围绕层流定位的光学点光源、协同至少一个位于至少一个光学点光源对面且离层流一定距离的对面时间延迟和积分(TDI)图像传感器来取样感兴趣物体，使得在取样过程中，在感兴趣物体内没有焦平面。当感兴趣物体流过至少一个光学点光源和至少一个对面TDI图像传感器之间时，通过感兴趣物体的多个投影角度被取样。用TDI图像传感器形成至少一个投影图像，TDI图像传感器的线移动速度与感兴趣物体的流动速度同步。另一方面，本专利技术通过提供利用光学点光源或平行光束投影和时间延时与积分(TDI)图像传感器用于三维光学层析成像的方法和系统来克服现有技术的不足。更具体地说，提供利用光学层析成像来成像在流体或在刚性介质上传输的微小物体(包括生物细胞)的系统。本专利技术的动机是利用TDI图像传感器追踪移动物体的能力，提高在动态光学层析成像系统中的投影图像信噪比。另一方面，本专利技术利用TDI图像传感器追踪在传感器的电荷转移方向移动的物体和与图像传感器的线移动速度同步的能力。在一个实施例中，本专利技术提供在具有时间延时和积分(TDI)图像传感器的光学层析成像仪器中获取或数字化投影图像或影像的方法，当细胞在计算机控制下通过层流或机械传输显示到重建柱体时，图像传感器定向成线移动矢量平行于细胞的移动矢量。附图说明图1示意性地示出由本专利技术实施例构建的流体光学层析成像(FOT)系统的实例图。图2示意性地示出本专利技术实施例构建的可变运动光学层析成像(VOT)系统的实例图。图3示意性地示出本专利技术实施例构建的重建柱体的实例图。图4示意性地示出另一重建柱体的实例的局部顶视图的实例图。图5示意性地示出在不同平面上具有点光源和TDI图像传感器的重建柱体的实例图。图6示意性地示出说明TDI成像传感器操作的流程图实例。具体实施例方式本专利技术在此描述涉及生物学细胞特定实例，但是，应该理解，这些实例是为了解释本专利技术的原理，而并不限制本专利技术。在一个实例中，在显微镜下的空间中构建光密度的三维分布能够量化和确定感兴趣的结构、分子或分子探针的所在位置。通过使用作标记的分子探针，可以测定在显微镜下物体中附于特定结构上的探针数量。出于说明的目的，诸如生物细胞的物体可以用至少一个斑点或作标记的分子探针进行标记，对这些探针的数量和位置进行测量可以获得有关细胞疾病状态的重要信息。包括各种癌症，例如肺癌、乳腺癌、前列腺癌、宫颈癌和卵巢癌，但不限于此。参照图1，图1示意性地示出本专利技术实施例构建的流式光学层析成像(Flow Optical Tomography，FOT)系统的实例图。本专利技术提供一种装置和方法，其利用光学点光源或平行光束投影、时间延时和积分(TDI)图像传感器以及断层图像重建来成像在流体中或在刚性介质中传输的的微小物体。在一个典型的实施例中，光学层析成像(OT)系统包括流式细胞仪，其包括围绕毛细管2的重建柱体12。该系统参照一个有x、y和z方向坐标的坐标系40定位。操作时，细胞1注入到注射管3。毛细管在注射端5较宽，并包括一个压力帽6。鞘液7进入管8中，在毛细管2中形成层流。第一光学源9a和第一光检测器10a与脉冲高度分析器11一起工作，以作为触发装置操作。当它移过管子时，脉冲高度分析器11工作以提供用于细胞开始的第一信号30a，和用于细胞结束的第二信号30b。信号30a、30b、31a和31b代表光强，在脉冲高度分析器11中“I”比“TIME”的函数。在相对移动物体的速度和光检测器与重建柱体12之间的距离延时后，在脉冲高度分析器11中产生多个信号14，其被送入计算机13中，计算机13将触发信号15传送到重建柱体12，以开始和结束用于具体细胞的数据采集。另外，第二光学源9b和第二光检测器10b有利地位于离第一组已知距离的下游，使得发出第三信号31a的细胞和发出第四个信号31b的细胞之间的间隔可以有利地用于计算细胞的速度，并作为定时信号来同步TDI图像传感器的线移动速度。定时信号以多个信号14传输到计算机13。计算机13可以是任何有用的个人电脑或等同物，其依次把同步信号16传送到重建柱体12。这样，细胞沿流体轴20的移动与电荷从TDI传感器的一个步骤到下一个步骤的移动速度相匹配。下面参照图6更详细地描述和图示。现在参照图2，示意性地示出本专利技术可替换实施例构建的可变动作光学层析成像(VOT)系统的实例图。VOT系统100利用机械定位器一次一个地显示在管中的刚性介质中传送的细胞。与参考图1所描述的FOT系统相比，在VOT系统100中仅需要一个包括光学源9和光检测器10的触发机构，因为细胞速度被精确地控制以与重建柱体12中的TDI传感器同步。触发器在此被脉冲高度分析器11和计算机13所操控，用于启动和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三维重建感兴趣物体（１）的方法，包括以下步骤：（ａ）将感兴趣物体注入层流中，使得物体居中在层流中并以恒速移动；（ｂ）用至少一个围绕层流定位的光学点光源（２７），协同至少一个位于该光学点光源（２７）对面、离层流一定距离 的对面时间延时和积分（ＴＤＩ）图像传感器（２５）来取样感兴趣物体（１），使得在取样过程中在感兴趣物体（１）内没有焦平面，其中当它们在至少一个光学点光源（２７）和至少一个对面光学传感器（２５）之间流动时，通过感兴趣物体（１）的多个投影角度被取样；和（ｃ）用至少一个ＴＤＩ图像传感器（２５）形成至少一个投影图像（５１），ＴＤＩ图像传感器（２５）的线移动速度与感兴趣物体（１）的流速同步。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：周志伟，AC纳尔逊，
申请(专利权)人：维森盖特有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]