图像扫描设备和方法技术

图像扫描设备包括用于生成图像数据的多个成像传感器；聚焦系统和扫描系统。聚焦系统限定光轴并将从目标接收的光引导到成像传感器上。每个成像传感器相对于聚焦系统定位使得引导到成像传感器的光相对于目标具有不同于每个其他成像传感器的光学聚焦水平并从目标上相对于光轴的一位置接收光，该位置不同于每个其他成像传感器的相应位置。聚焦系统包括光路调节器以产生在光路调节器和多个成像传感器中至少一个之间的第一光路以及在光路调节器和成像传感器中至少一个之间的第二光路，其中第一光路不同于第二光路。扫描系统被布置成在使用中使目标相对于光轴移动，使得使用来自多个成像传感器的图像数据能生成目标的图像。还公开了使用设备的方法。还公开了使用设备的方法。还公开了使用设备的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像扫描设备和方法


[0001]本专利技术涉及图像扫描设备以及使用这种设备的方法。

技术介绍

[0002]全玻片虚拟显微镜扫描仪(whole slide virtual microscopescanner)被设计为以高的放大倍数扫描显微镜玻片(诸如病理玻片)的整体。在高的放大倍数下，扫描仪成像传感器的像素宽度可以对应于安装到显微镜玻片的目标样本的约0.25μm线性尺寸。这与光学系统中的高数值孔径(诸如，约0.75)相结合，导致小的景深，诸如约1μm。由于典型病理玻片的表面高度的变化超过1μm，因此必须改变扫描仪的焦点以使目标的组织维持合焦(in focus)。存在描述了这种焦点控制的几种方案，诸如在我们的早期专利US9638573、US7485834和US9116035中。
[0003]存在一些组织类型，例如单细胞或细胞学(cytology)，它们具有比在1μm焦深的单个图像中可得到的焦点范围大的焦点范围。在这些条件下，通常通过执行“Z层叠(Z stack)”或体积扫描来增加虚像的表观焦深(apparent depth of focus)。利用这种技术，对玻片上的目标的相同区域进行扫描，但是以不同的聚焦位置(“聚焦水平(focus level)”)进行扫描。然后，图像查看应用程序可以选择查看哪个焦平面。这种Z层叠扫描可以利用对于每个层叠来说恒定的聚焦水平来执行，诸如参考我们的早期专利US7702181中的图2所述，或者利用追踪整体焦点的可变焦点来执行，诸如参考US7702181中的图13所述。
[0004]如现有技术中所述，存在多种方式来执行这种Z层叠扫描。这些方式包括使用如US20090295963中所述的倾斜台和2D传感器，或者如US8059336中所述的倾斜的2D传感器，其中2D传感器上的每个线条处于稍微不同的聚焦水平，并且通过从2D传感器的特定区域或传感器的单个线条获得数据，可以构建Z层叠。执行Z层叠扫描的另一种方法是使用诸如光纤阵列之类的装置来产生不同的聚焦水平，如EP0834758中所描述的。
[0005]作为替代方案，可以构建多个传感器并使用分束器在相应的不同焦点处产生图像，如US6839469中所描述的。使用多个分束器的问题在于，每个分束器以一系数减少了每个传感器的光量，该系数取决于传感器的数量。
[0006]鉴于上面讨论的问题，存在改进图像扫描中使用的技术的持续需要，以允许快速获得组织和其他生物目标的高质量图像，不管这样的目标的固有表面形貌如何都能如此。

技术实现思路

[0007]根据本专利技术的第一方面，提供一种图像扫描设备，该设备包括：
[0008]多个成像传感器，该多个成像传感器用于生成图像数据；
[0009]聚焦系统，该聚焦系统限定光轴并且适于在使用中将从目标接收的光引导到多个成像传感器上；
[0010]其中，每个成像传感器相对于聚焦系统被定位，使得被引导到成像传感器的光相对于目标具有不同于每个其他成像传感器的光学聚焦水平，并且光是从目标上的相对于光
轴的一位置接收的，该位置不同于针对每个其他成像传感器而言的相应位置；
[0011]其中，聚焦系统包括光路调节器(optical path modifier)，该光路调节器适于产生在光路调节器与多个成像传感器中的至少一个之间的第一光路、和在光路调节器与成像传感器中的至少一个之间的第二光路，其中，第一光路不同于第二光路；以及
[0012]扫描系统，该扫描系统被布置成在使用中使目标相对于光轴移动，使得使用来自多个成像传感器的图像数据能生成目标的图像。
[0013]因此，本专利技术对现有技术进行了改进。通过使用处于“离轴”布置的多个成像传感器，可以在使接收到的光的强度的任何不希望的减小最小化的同时，从目标上的不同位置同时地获得图像。与仅在轴上的系统相比，这提供了对从样本接收的光的更高效的使用。多个成像传感器的使用有利地允许同时在多个聚焦水平处获取图像。在每种情况下，同时获取图像的能力可以包括同时或至少基本上同时的获取。此外，在一些实例中，光强度的不降低使得分束器能够被用作光路调节器，以便将光的一部分以如下方式转向：使得由于传输光的相应路径的不同尺寸长度，允许在更多的聚焦水平处生成图像。因此，第一光路的光学路径长度可以不同于第二光路的光学路径长度。这可以通过使用物理尺寸不同的路径长度或者通过使用具有不同折射率的传输介质来实现，或者通过这两者来实现。每条光路的光学路径长度是光路的几何长度与传播光的每个不同光学介质的相应光学介质的相应折射率的乘积的总和。第一和第二光路的光学路径长度之间的差导致光路之间的非零光学差。
[0014]目标上的接收光的特定位置和传输光的特定路径的组合导致了不同于每个其他聚焦水平的聚焦水平。这允许以如下方式对多个聚焦水平进行成像：该方式允许使用“单程”扫描并且在所得的Z层叠图像中具有大量聚焦水平。
[0015]在大多数情况下，光沿着在目标和相应成像传感器之间的路径传播通过空气或玻璃的各个区域，玻璃以透镜和其他光学装置为代表。光学透明的聚合物材料是可以替代地代替玻璃使用的光学透射介质的实例。为了使用光学透射介质的折射率来修改光学路径长度，设备可以进一步包括被放置在所述第一或第二光路中的一个中的延迟元件(retarding element)，该延迟元件具有被设置成修改放置有该延迟元件的所述光路的光学路径长度的折射率。通常延迟元件的折射率超过1.5，并且材料的厚度可以超过30mm。例如，为了获得50mm的焦点偏移，利用折射率为1.5的玻璃需要150mm的厚度，而为了产生相同的50mm偏移，利用折射率为1.9的火石玻璃(Flint Glass)只需要105mm的厚度。如果使用折射率为2.15的立方氧化锆，则所需的厚度更小，为94mm。
[0016]可以使用单个分束器作为光路调节器来产生第一和第二光路，在这种情况下，与沿着第二光路传输的光相比，可以提供不同的成像传感器来接收沿着第一光路传输的光。如将理解的，成像传感器是昂贵的装置，并且在一些实例中，光路调节器是第一分束器，并且该设备进一步包括第二分束器，第二分束器被布置成将第一和第二光路在空间上组合回到一起，诸如将第二分束器下游的光束布置成共线。使用两个分束器提供了将成像传感器布置成接收来自第一和第二光路中的每一个的光的能力。分束器通常被布置成提供入射光50％的透射和50％的反射，但如果需要的话可以使用其他比率。分束器可以是非偏振的，但使用偏振分束器有一些优点，在成像传感器处进行检测之前将两条光路重新组合时提高了接收到的光的强度。
[0017]设备进一步包括切换机构，该切换机构被配置成在光沿着相应光路传输的第一模
式和光不沿着相应光路传输的第二模式之间进行切换。在第一模式中，光可以沿着第一光路传输而不是沿着第二光路传输，并且在第二模式中光可以沿着第二光路传输而不是沿着第一光路传输。
[0018]设备可以进一步包括：
[0019]在第一光路中的第一光学快门；以及
[0020]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种图像扫描设备，包括：多个成像传感器，所述多个成像传感器用于生成图像数据；聚焦系统，所述聚焦系统限定光轴并且适于在使用中将从目标接收的光引导到所述多个成像传感器上；其中，每个成像传感器相对于所述聚焦系统被定位，使得被引导到所述成像传感器的光相对于所述目标具有不同于每个其他成像传感器的光学聚焦水平，并且所述光是从所述目标上的相对于所述光轴的一位置接收的，该位置不同于针对每个其他成像传感器而言的相应位置；其中，所述聚焦系统包括光路调节器，所述光路调节器适于产生在所述光路调节器与所述多个成像传感器中的至少一个之间的第一光路、和在所述光路调节器与所述成像传感器中的至少一个之间的第二光路，其中，所述第一光路不同于所述第二光路；以及扫描系统，所述扫描系统被布置成在使用中使所述目标相对于所述光轴移动，使得使用来自所述多个成像传感器的所述图像数据能生成所述目标的图像；其中，所述设备进一步包括切换机构，所述切换机构被配置成在所述光沿着相应光路传输的第一模式和所述光不沿着相应光路传输的第二模式之间进行切换。2.根据权利要求1的图像扫描设备，其中，在所述第一模式中所述光沿着所述第一光路传输而不是沿着所述第二光路传输，并且在所述第二模式中所述光沿着第二光路传输而不是沿着所述第一光路传输。3.根据权利要求1或2所述的图像扫描设备，其中，所述第一光路的光学路径长度不同于所述第二光路的光学路径长度。4.根据权利要求3所述的图像扫描设备，其中，所述目标上的特定位置和特定光路的组合导致不同于每个其他聚焦水平的聚焦水平。5.根据权利要求3或4的图像扫描设备，进一步包括被放置在所述第一光路或所述第二光路中的一个中的延迟元件，所述延迟元件具有被设置成修改放置有所述延迟元件的所述光路的光学路径长度的折射率。6.根据权利要求3至5中任一项所述的图像扫描设备，其中，所述光路调节器是第一分束器，并且其中，所述设备进一步包括第二分束器，所述第二分束器被布置成将所述第一光路和所述第二光路组合回到一起。7.根据权利要求6所述的图像扫描设备，其中，所述成像传感器被布置成接收来自所述第一光路和所述第二光路中的每一个的光，并且其中，所述切换机构包括：在所述第一光路中的第一光学快门；以及在所述第二光路中的第二光学快门，其中，所述第一光学快门和所述第二光学快门中的每一个都适于在所述第一模式和所述第二模式之间切换。8.根据权利要求7所述的图像扫描设备，其中，所述第二光路的在所述第一分束器和所述第二分束器之间的部分包括所述第二光学快门和至少一个反射镜。9.根据权利要求6所述的图像扫描设备，其中，所述成像传感器被布置成接收来自所述第一光路和所述第二光路中的每一个的光，其中，每个分束器是偏振分束器，并且其中，所述切换机构包括适于在所述第一模式和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，
申请(专利权)人：FFEI公司，
类型：发明
国别省市：