[发明专利]确定对生物样本成像的成像装置的焦点位置的方法和设备

说明书

本申请要求于2008年3月21日提交的美国临时专利申请序列号为61/038,572的优先权，其公开的主题以引文方式并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及对生物样本进行成像，具体地讲，涉及对生物样本图像的聚焦。

背景技术

对生物样本表面拍摄多个图像的自动显微镜检查系统通常需要成像系统针对每个成像视场重新聚焦。重新聚焦是必须的，因为在有效的放大倍率下，这种系统所需的聚焦精确度可以小到1微米，并且将样本保持器的机械公差保持为该尺寸实际上是不可能的。为了对静止地停留在诸如题为“Container for Holding Biologic Fluid forAnalysis”的美国专利No.6,723,290中公开的分析腔室内的即使很小的生物样本进行完整地成像，必须拍摄超过一百个单独的图像，并且必须在合理的时间内执行该操作，因此，必须尽可能快地对每个图像视场进行重新聚焦。

传统的自动聚焦技术通常使用图像本身的特征来获得适当的焦点，或者可以使用独立于图像捕获装置的装置(诸如干涉仪等)来测量并保持物镜与被摄对象之间的设定距离。在第一种情况下，通常需要使用图像捕获装置花费几个图像捕获周期来计算最佳的焦点位置。这种多次图像处理是耗时的并且因此是不期望的。在第二种情况下，独立的装置通常增加了成像系统的复杂度并且是相当昂贵的。与之相比，本发明提供了一种廉价的确保精度稳定的快速聚焦的装置，其可以用于各种成像系统结构中，并且其仅依赖于成像系统本身。

发明内容

根据本发明，提供一种用于对成像装置进行聚焦的方法和设备，该成像装置适于对生物样本进行成像，该样本具有折射率。

根据本发明的一方面，提供一种用于对成像装置进行聚焦的方法，该方法包括以下步骤：1)在生物样本的视场内布置小透镜，该小透镜具有高度并且具有折射率，该折射率不同于样本的折射率；2)其中成像装置和样本中的一个或两个是可相对定位的，以使得成像装置的焦点位置可以沿小透镜的高度而移动；3)以一个或多个预定波长的光通过使用透光度来对包括多个小透镜的样本的至少一部分进行成像；4)确定样本对这些波长的光的平均光透射强度；5)确定每个小透镜区域对这些波长的光的平均光透射强度；以及6)使用样本的平均光透射强度和小透镜区域的平均光透射强度来确定成像装置的焦点位置。

根据本发明的另一方面，提供一种用于对生物样本进行成像的设备。该设备包括腔室、多个小透镜、视场照明器、析像器、定位器、以及可编程分析器。所述腔室形成于第一平板和第二平板之间，所述平板是透明的。所述腔室可用于静止地保持样本。所述多个小透镜置于腔室内。每个小透镜具有高度和折射率，该折射率不同于样本的折射率。视场照明器可用于选择性地照射至少一个样本视场。析像器可用于将穿过样本视场和小透镜的光的图像转化为电子数据形式。定位器可用于选择性地改变包含小透镜的腔室、视场照明器、以及析像器中的一个或多个的相对位置，以沿小透镜的高度选择性地改变设备的焦点位置。可编程分析器适于与视场照明器和析像器相配合来以一个或多个预定波长的光通过使用透光度来至少对样本视场和多个小透镜进行成像。该分析器还适于：1)确定样本视场对这些波长的光的典型光透射强度；2)确定小透镜的至少一个区域对这些波长的光的典型光透射强度；以及3)使用样本视场的典型光透射强度和小透镜区域的典型光透射强度来确定设备的焦点位置。

本发明的方法和设备相对于现有生物样本成像和分析技术来说呈现出许多优点。例如，本发明提供了廉价的确保精度稳定的生物样本的快速聚焦的装置，其可以用于各种成像系统结构中，并且其仅依赖于成像系统本身。典型地，本发明还可以根据单个图像来确定成像系统是否完美曝光，如果不是，则本发明通常还可以确定要使样本图像完美聚焦所需的精确的移动量。本发明还提供了一种成像方法和设备，其对实际的曝光或图像光强度不敏感，从而提供了一种具有更强的鲁棒性的方法和设备。

根据以下所提供的详细描述(包括附图)，本发明的方法及其相关优点将变得更加显而易见。

附图说明

图1是可以与本发明的方法一起使用的分析装置的示意图。

图2是分析腔室实施例的示意性平面图。

图3是分析腔室的示意性截面图。

图4是分析腔室实施例的示意性平面图。

图5是置于图4所示容器的腔室内的生物流体样本的示意性放大图。

图6是小透镜光透射图案的图解示图。

图7是示出了小透镜光透射图案的分区的图解示图。

图8是提供了根据本发明的方法的步骤的方框图。