[发明专利]实时自动聚焦扫描

说明书

本文涉及实时自动聚焦。在一个实施方案中，一种扫描设备包括成像传感器、聚焦传感器、物镜和被配置成分析由所述成像传感器和聚焦传感器捕获的图像数据并移动所述物镜的处理器。通过为样品上的点和样品上的多个区域中的每一个区域确定所述物镜的真Z值，来实现样品扫描期间的实时自动聚焦。所述真Z值和/或由此计算的表面用于确定所述样品的未扫描区域的预测Z值。在未扫描区域开始处，所述物镜被调整到所述预测Z值。在扫描所述区域之后，为所述区域确定真Z值，并将所述真Z值与所述预测Z值进行比较。如果比较结果超过预定阈值，则启动对所述区域的重新扫描。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年9月29日提交的美国临时专利申请号62/566,155的优先权，该申请通过引用结合于此，如同完整阐述一样。

本申请涉及2016年9月23日提交并作为国际专利公开号WO/2017/053891公开的国际专利申请号PCT/US2016/053581，其通过引用结合于此，如同完整阐述一样。

背景技术

技术领域

本公开总体上涉及数字病理学，并且更具体地涉及数字载片扫描设备的实时自动聚焦。

相关技术

数字病理学是通过计算机技术实现的基于图像的信息环境，所述计算机技术允许管理从物理载片生成的信息。数字病理学部分地通过虚拟显微术实现，虚拟显微术是扫描物理玻璃载片上的样本并产生可在计算机监测器上存储、查看、管理和分析的数字载片图像的实践。利用对整个玻璃载片成像的能力，数字病理学领域得到了飞速发展，并且目前被认为是诊断医学在实现更好、更快和更便宜的重大疾病(例如癌症)诊断、预后和预测方面最有希望的途径之一。

数字病理学行业的主要目标是减少扫描时间。通过在实际扫描期间切换到实时聚焦，可以实现减少的扫描时间。为了在实际扫描期间使用实时聚焦获得高质量的聚焦图像数据，扫描装置必须能够确定物镜的下一个Z值(例如，物镜与样本之间的距离)。因此，需要一种系统和方法来克服在上述常规系统中发现的这些重大问题。

发明内容

在一个实施方案中，扫描设备包括成像传感器、聚焦传感器、和被配置成分析由成像传感器和聚焦传感器捕获的图像数据的处理器。聚焦传感器的各个像素沿着光路的位置对于所捕获的每一行图像数据而言是变化的，并且成像传感器的各个像素沿着光路的位置对于所捕获的每一行图像数据而言都是相同的。

首先，处理器可以选择样品上的微距焦点，并通过改变物镜和样品之间的相对距离在多个图像平面处扫描包括微距焦点的单个视场。这可以通过在光路中上下移动物镜来实现。分析每个图像平面上的图像数据，以确定具有最高对比度的图像平面。使成像传感器的像素置于最高对比度图像平面处的物镜位置被称为“真Z”，并且也可以被称为物镜离样品的距离(例如，物镜的高度)，其中该距离与物镜沿着光路的可能位置范围有关。在确定了微距焦点的真Z值之后，确定样品表面上的最大距离，并且沿着横跨样品上的最大距离的线扫描一系列区域。

该系列区域中的每个区域优选地是成像传感器和聚焦传感器在样品上的一组连续的视场。在一个实施方案中，一组连续的视场可以包括1,000个视场，其中每个单独的视场表示一条扫描线，并且该组视场被称为“缓冲区”。术语“缓冲区”不与任何特定数量的扫描线或任何特定物理存储段相关联，因此，缓冲区的大小可以根据例如物理存储段或扫描设备的速度而变化，其中速度可以由载物台速度或图像数据捕获速度来限定。

在一个实施方案中，沿着表示样品上的最大距离的线扫描多个参考缓冲区，并且通过计算参考缓冲区中所有扫描线上的每个像素的来自聚焦传感器的对比度值和来自成像传感器的对比度值的比率，为每个参考缓冲区确定真Z值，以确定参考缓冲区的平均对比度比率向量。平均对比度比率向量包括参考缓冲区中每个像素列的平均对比度比率值。然后分析平均对比度比率向量，以确定所有像素列上的单个峰值对比度比率值，并且对应于单个峰值对比度比率值的像素位置被转换成参考缓冲区的真Z值。