BRPI0717385A2

BRPI0717385A2 - Dispositivo, aparelho e método para formar imagem de um objeto

Info

Publication number: BRPI0717385A2
Application number: BRPI0717385-7A
Authority: BR
Inventors: Sjoerd Stallinga; Dirk Leo Joep Vossen; Augustinus Braun; Bernardus Hendrikus Wilhelmus Hendriks
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2013-10-15
Also published as: RU2009119425A; JP2010507828A; EP2076809A1; US20110001036A1; WO2008050254A1; CN101529304A

Description

"DISPOSITIVO, APARELHO E MÉTODO PARA FORMAR IMAGEM DE UM OBJETO"

A invenção relaciona-se a um dispositivo para formar imagem

de um objeto.

A invenção ademais relaciona-se a um aparelho para formar imagem de um objeto.

Além disto, a invenção relaciona-se a um método para formar imagem de um objeto.

Sistemas de formação de imagem óptica podem ser usados em muitos campos técnicos diferentes, por exemplo no campo de dispositivos médicos.

US 2004/0223226 expõe um sistema de formação de imagem de múltiplos eixos tendo elementos ópticos individualmente ajustáveis. O sistema inclui uma pluralidade de elementos ópticos tendo eixos ópticos respectivos e estando individualmente dispostos um com relação ao outro para formar imagem de seções respectivas de um objeto, e uma pluralidade de dispositivos de posicionamento individualmente operáveis correspondendo a elementos ópticos respectivos para posicionar os elementos ópticos com respeito aos seus eixos ópticos respectivos. Os dispositivos de posicionamento são adaptados especificamente para ajustar a posição axial, posição lateral e orientação angular dos elementos ópticos com respeito aos seus eixos ópticos respectivos. O sistema é adaptado particularmente para uso como um arranjo de microscópio, e os dispositivos de posicionamento podem ser micro- atuadores.

Pode acontecer com estes sistemas de formação de imagem convencionais que a operação é complicada demais, desde que o mecanismo de movimento envolvido é complexo.

É um objetivo da invenção prover um sistema de formação de imagem permitindo uma operação simples. A fim de alcançar o objetivo definido acima, um dispositivo para formar imagem de um objeto, um aparelho para formar imagem de um objeto, e um método para formar imagem de um objeto de acordo com as reivindicações independentes são providos.

De acordo com uma concretização exemplar da invenção, um

dispositivo para formar imagem de um objeto é provido, em que o dispositivo inclui uma lente objetiva adaptada para manipular um feixe de radiação eletromagnética depois de interação, particularmente transmitido (alternativamente refletido a) pelo objeto, uma lente de colimador adaptada para manipular o feixe de radiação eletromagnética transmitido pela lente objetiva, e um atuador adaptado para deslocar a lente objetiva em uma direção essencialmente paralela e em pelo menos uma direção (quer dizer, em uma direção ou em duas direções que podem ser perpendiculares entre si) essencialmente perpendicular a uma direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética entre a lente objetiva e a lente de colimador, em que a lente objetiva e a lente de colimador são arranjadas de forma que o feixe de radiação eletromagnética entre a lente objetiva e a lente de colimador seja essencialmente paralelo.

De acordo com outra concretização exemplar da invenção, um aparelho para formar imagem de um objeto é provido, em que o aparelho inclui um arranjo formado por uma pluralidade de dispositivos tendo as características supracitadas.

De acordo com ainda outra concretização exemplar da invenção, um método de formação de imagem de um objeto é provido, em que o método inclui manipular, por uma lente objetiva, um feixe de radiação eletromagnética depois de interação, particularmente transmitido (alternativamente refletido a) pelo objeto, manipular, por uma lente de colimador, o feixe de radiação eletromagnética transmitido pela lente objetiva, deslocar a lente objetiva em uma direção essencialmente paralela a uma direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética entre a lente objetiva e a lente de colimador por esse meio ajustando uma colocação de foco, adquirir uma imagem, deslocar subseqüentemente a lente objetiva em uma direção essencialmente perpendicular a uma direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética entre a lente objetiva e a lente de colimador, manter ou reajustar a colocação de foco, adquirir outra imagem, repetir estas etapas assim para coletar uma multiplicidade de imagens, processar a coleção de imagens para formar uma imagem global, e arranjar a lente objetiva e a lente de colimador de forma que o feixe de radiação eletromagnética entre a lente objetiva e a lente de colimador seja essencialmente paralelo.

De acordo com ainda outra concretização exemplar da invenção, um meio legível por computador é provido no qual um programa de computação de formar imagem de um objeto é armazenado que, ao ser executado por um processador, é adaptado para controlar ou executar um método tendo as características supracitadas.

De acordo com ainda outra concretização exemplar da invenção, um elemento de programa de formação de imagem de um objeto é provido, qual elemento de programa, ao ser executado por um processador, é adaptado para controlar ou executar um método tendo as características supracitadas. O termo "elemento de programa" pode particularmente denotar qualquer componente de software que seja capaz de controlar a varredura, detecção de sinal e/ou esquema de processamento de sinal para formar imagem de um objeto sob investigação.

Processamento de sinal e controle de componente para melhorar qualidade de imagem e/ou velocidade de operação que pode ser executada de acordo com concretizações da invenção podem ser realizados por um programa de computação, isto é através de software, ou usando um ou mais circuitos de otimização eletrônicos especiais, que estão em forma de hardware ou em forma híbrida, isto é por meio de componentes de software e componentes de hardware.

De acordo com uma concretização exemplar da invenção, um microscópio é provido tendo uma lente objetiva e uma lente de colimador, a lente objetiva sendo atuável em uma direção paralela a um trajeto de feixe e em uma ou ambas direções perpendiculares a isso, de forma que um objeto a ser convertido em imagem (por exemplo uma amostra de tecido) possa ser varrido até mesmo com uma única lente objetiva e um único atuador. Projetando o sistema óptico de uma maneira que o feixe de radiação eletromagnética entre a lente objetiva e a lente de colimador seja essencialmente paralelo, um detector e também a lente de colimador não tem que ser movidos, de forma que alguns elementos e conseqüentemente só um baixo peso tem que ser movido, permitindo um movimento mais rápido, mais simples e mais preciso. Mais precisamente, a lente objetiva e a lente de colimador podem ser arranjadas de forma que sub-feixes do feixe de radiação eletromagnética se originando da mesma porção do objeto e sendo dirigido para a mesma porção de um detector seja essencialmente paralelo pelo menos entre a lente objetiva e a lente de colimador. Assim, o projeto do arranjo óptico pode ser tal que todos os feixes relacionados a um ponto de objeto e convertidos em imagem a um ponto de imagem no detector sejam paralelos entre a lente objetiva e a lente de colimador.

De acordo com uma concretização exemplar da invenção, pode ser feito possível aumentar o campo de um sistema de formação de imagem, em particular um microscópio, adquirindo uma multiplicidade de imagens e unir estas imagens juntas para formar uma única imagem global de um campo maior do que o campo do sistema de formação de imagem. Adquirir a multiplicidade de imagens pode ser feito colocando o objeto ou o sistema de formação de imagem inteiro sobre uma mesa de translação, de forma que o objeto e sistema de formação de imagem possam ser deslocados um com relação ao outro nas duas direções perpendiculares ao eixo óptico. Um assunto com um tal método é que as partes móveis são volumosas, e de acordo com uma concretização exemplar da invenção só uma parte do sistema de formação de imagem é deslocada, isto é a lente objetiva. Isto permite maior velocidade de deslocamento. Uma medida técnica que permite a um tal sistema trabalhar é que o feixe diretamente a jusante da lente objetiva é essencialmente paralelo.

O atuador para deslocar a lente objetiva na direção perpendicular à direção de propagação do feixe pode ser adaptado para deslocar a lente objetiva para varrer e formar imagem de uma porção correspondente do objeto. Assim, em cada posição de espaço da lente objetiva, uma parte da imagem é convertida em imagem, e as partes de imagem podem ser então reunidas para formar uma imagem inteira.

De acordo com outra concretização exemplar, um arranjo de microscópio formado por uma pluralidade de tais microscópios pode ser provido. Então, cada um dos microscópios pode varrer uma porção nomeada de um objeto. Também é possível que uma pluralidade de objetos seja varrida simultaneamente.

De acordo com uma concretização exemplar, um dispositivo de formação de imagem de objeto, particularmente um microscópio, pode ser equipado com um sistema de varredura que é semelhante a sistemas de leitura de armazenamento óptico (por exemplo DVD) (veja por exemplo J. Schleipen, B.H.W. Hendriks, S. Stallinga, "Optical Heads", Capítulo "Encyclopedia of Optical Engineering", páginas 1667 a 1693, Mareei Dekker, Nova Iorque, 2003).

Um campo exemplar de aplicação de concretizações exemplares da invenção é citometria de DNA. Usando um microscópio ou um arranjo de microscópio de acordo com concretizações da invenção em citometria de DNA, é possível adquirir uma imagem de uma maneira rápida, e com um processamento alto (quer dizer com um valor alto de área varrida por unidade de tempo). Ademais, a massa a ser movida por um mecanismo de movimento para varrer um objeto pode ser mantida pequena, como os trajetos de feixe paralelo entre a lente objetiva e a lente de colimador torna possível mover só uma porção pequena do dispositivo, enquanto a massa principal pode ser mantida fixa. Além disso, como a maior parte do sistema de formação de imagem óptica pode ser mantida espacialmente fixa, distorções ao longo do trajeto óptico podem ser prevenidas.

De acordo com uma concretização exemplar, um arranjo de microscópios é provido (por exemplo um arranjo de 10x10=100 microscópios pequenos, que podem ser arranjados de uma maneira como matriz, por exemplo). Atuadores podem mover lentes objetivas de cada um dos microscópios a fim de varrer uma porção correspondente de um objeto. Os atuadores usados podem ser sistemas de bobina de ímã. Ativando a bobina por um sinal de corrente ou tensão pode gerar uma força eletromagnética entre o ímã e a bobina que pode, através de transmissão de força (por exemplo usando fios minúsculos), mover as lentes objetivas igualmente. Porém, atuadores piezelétricos ou outros tipos de atuadores são igualmente possíveis.

Pode ser vantajoso agrupar lentes para formar grupos, como pares, arranjos de três lentes, arranjos de quatro lentes, etc. Tal agrupamento pode ademais melhorar a eficiência do procedimento de varredura. Porém, também é possível ter lentes objetivas individuais, que é exatamente uma lente objetiva por microscópio.

De acordo com uma concretização exemplar, um microscópio de arranjo para citometria de DNA é provido, para visualização de DNA nos núcleos (célula) para detecção de câncer ou outras doenças.

Particularmente, um microscópio de arranjo pode ser provido em que cada microscópio inclui pelo menos dois elementos de lente (isto é uma lente objetiva e uma lente de colimador). Sistemas para deslocar a pelo menos uma lente objetiva ao longo da direção de foco (quer dizer ao longo de uma direção de propagação do feixe eletromagnético) e ao longo de pelo menos uma das direções ortogonais restantes à direção de foco podem ser providos. Particularmente, um tal microscópio de arranjo pode ser usado em citometria de DNA.

Mais particularmente, uma configuração óptica como telescópio pode ser provida na qual o feixe entre a lente objetiva e a lente de colimador em frente a um detector (por exemplo um CCD, dispositivo acoplado por carga) é substancialmente paralelo. Isto pode permitir um modo de aquisição de imagem no qual a lente objetiva é deslocada na direção ortogonal ao eixo óptico. Se o feixe intermediário não for substancialmente paralelo, a imagem poderia se deslocar sobre o detector. Assim, este princípio pode ser aplicado a um microscópio de arranjo (incluindo uma pluralidade de microscópios), mas também para um único microscópio no qual o deslocamento lateral da lente objetiva pode ser usado para alargar o campo tomando múltiplas imagens e as unindo juntas.

Em outras palavras, um microscópio pode ser provido incluindo pelo menos dois elementos de lente (isto é uma lente objetiva e uma lente de colimador), contendo meio para deslocar pelo menos a lente objetiva na direção de foco e em pelo menos uma das duas direções ortogonais à direção de foco, em que o feixe entre os pelo menos dois elementos de lente podem ser substancialmente paralelo. Particularmente, um arranjo de microscópios pode ser provido em que cada microscópio é projetado de uma tal maneira.

Além disso, um método de adquirir uma imagem de um campo maior do que o campo do microscópio pode ser provido tomando múltiplas imagens, cada imagem sendo deslocada lateralmente com respeito às outras deslocando o elemento de lente removível de acordo com o microscópio acima descrito (arranjo) na direção lateral, e subseqüentemente unindo as múltiplas imagens juntas para formar uma imagem global. Este método pode ser aplicado particularmente vantajosamente em citometria de DNA.

A seguir, alguns aspectos relativos a sistemas para citometria de DNA serão explicados. Baseado nestes considerações e reconhecimentos, concretizações exemplares da invenção foram desenvolvidas.

Convencionalmente, câncer pode ser diagnosticado histologicamente em seções de tecido de biópsias obtidas de superfícies macroscopicamente suspeitas. A técnica de citometria de DNA está baseada na presença de aberrações numéricas e/ou estruturais nos cromossomos no núcleo da célula ('aneuploidia'). Estas aberrações só são achadas em tecido de tumor. Detecção de 'aneuploidia' de DNA permite diagnóstico muito precoce de câncer, freqüentemente anos à frente dos diagnósticos histológicos em biópsias. A fase de 'aneuploidia' (ou a quantidade de material de DNA de "excesso") é uma medida para quão distante o câncer se desenvolveu. Para o método de citometria de DNA, dados clínicos (laboratório) estão disponíveis para cânceres de cavidade oral, pulmões, laringe, tiróide e colo de útero.

G. Haroske, F. Giroud, A. Reith e A. Bocking, "1997 ESACP consensus report on diagnostic DNA image cytometry", Analytical Cellular Pathology 17 (1998) 189 - 200, dá um panorama através de métodos de citometria de DNA convencionais.

Em citometria de DNA, uma escova ou uma biópsia de agulha fina pode ser levada e subseqüentemente colorida com mancha de Fuelgen. Esta mancha se liga ao DNA de células e permite a determinação da quantidade de DNA presente no núcleo de célula. Isto pode ser feito por uma medição da densidade óptica integrada (IOD). De um histograma de IODs de todas as células na amostra, as células cancerosas (possíveis existindo) podem ser determinadas. Tanto uma pré-seleção de células suspeitas é medida (denominado primeiro protocolo) ou, alternativamente, todas as células na amostra são medidas (denominado segundo protocolo). O primeiro protocolo precisa de um patologista treinado para fazer a pré-seleção (laboriosa) e é portanto caro. No segundo protocolo, todas as células são medidas e só as células mais suspeitas são vistas por um patologista. Conseqüentemente, para cada célula, o IOD e uma imagem da célula é medida e armazenada. Isto faz o método muito menos laborioso, mas como todas as células têm que ser medidas a várias alturas na amostra a fim de obter a imagem convertida em imagem certa da célula, a técnica é bastante demorada. Desde que para cada cursor o sistema e software de microscópio completo é precisado, este baixo processamento de cursores faz a medição novamente cara.

Baseado nas considerações anteriores, concretizações exemplares da invenção provêem um sistema capaz de medir o IOD dos núcleos de todas as células na amostra a uma velocidade alta e focalizar as células e seus núcleos ao mesmo tempo a fim de permitir inspeção visual final das células suspeitas para controle. Mais particularmente, a amostra pode ser convertida em imagem com um arranjo de microscópios compactos, baratos e simples.

Campos exemplares de aplicação de concretizações da invenção são triagem de câncer e detecção de câncer precoce baseado em citometria de DNA in vitro rápida.

A seguir, concretizações exemplares adicionais do dispositivo serão explicadas. Porém, estas concretizações também se aplicam ao aparelho e ao método.

O dispositivo pode incluir uma ou mais lentes objetivas adicionais, em que a lente objetiva e as lentes objetivas adicionais podem ser agrupadas para formar um par/grupo de lentes objetivas. Tais lentes objetivas agrupadas (também é possível agrupar três ou mais lentes objetivas) podem ser movidas cooperativamente assim para aumentar a eficiência do sistema, e mantém o esforço para o mecanismo móvel tão pequeno quanto possível. Além disso, agrupando tais lentes, uma pluralidade de lentes pode ser usada simultaneamente para transmitir radiação eletromagnética. Isto mantém tempos de medição curtos.

O par de lentes objetivas pode ser arranjado para ser removível em comum pelos atuadores respectivos. Em outras palavras, só um único mecanismo de movimento e um controle de movimento simples podem ser suficientes, por esse meio reduzindo os esforços e tamanho ao projetar o dispositivo.

O dispositivo pode incluir uma placa de fase arranjada, em uma direção de propagação de radiação eletromagnética, a jusante da lente objetiva. Por exemplo, uma tal placa de fase pode ser arranjada entre a lente objetiva e a lente de colimador. Tal placa de fase pode ser colocada no plano focai traseiro da lente objetiva quando o microscópio é usado para aplicações de contraste de fase.

Adicionalmente ou alternativamente, um filtro de comprimento de onda, particularmente um filtro de comprimento de onda passa-alta, pode ser arranjado em uma direção de propagação de radiação eletromagnética, a jusante da lente objetiva. Tal filtro de comprimento de onda pode ser arranjado entre a lente objetiva e a lente de colimador. Tal filtro de comprimento de onda (passa-alta) pode ser implementado quando o microscópio é usado para aplicações de contraste de fluorescência.

O dispositivo pode ser adaptado como um microscópio. Um microscópio pode ser denotado como um dispositivo de formação de imagem que forma uma imagem aumentada de um objeto.

No seguinte, concretizações exemplares adicionais do aparelho serão explicadas. Porém, estas concretizações também se aplicam ao dispositivo e ao método.

As lentes objetivas dos dispositivos podem ser escalonadas uma com relação a outra. Mais particularmente, os pares de lentes objetivas dos dispositivos podem ser escalonados um com relação ao outro. Em outras palavras, pares de lente objetiva adjacentes (com lentes individuais tendo uma distância de 12 mm entre si) podem ser deslocados por uma distância específica, por exemplo por 1 mm. Portanto, é possível usar a pluralidade de lentes objetivas escalonadas/pares de lente/grupos de lente para varrer porções do objeto, por esse meio fazendo a análise mais eficientemente e permitindo uma análise de processamento alta.

Os pares/grupos de lentes objetivas dos dispositivos podem ser escalonados um com relação ao outro ao longo da direção essencialmente perpendicular à direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética ao longo de qual direção os pares das lentes objetivas dos dispositivos são deslocáveis pelos atuadores. Portanto, a direção escalonada e a direção de movimento lateral das lentes de colimador podem ser idênticas. A distância escalonada pode então ser selecionada de forma que oscilação lateral de lentes escalonadas adjacentes (ou grupos de lentes) permita varrer o objeto sem porções invisíveis. Uma leve sobreposição das porções varridas é possível e pode simplificar unir juntas as porções de imagem individuais.

O aparelho pode incluir um mecanismo de movimento adaptado para deslocar as lentes objetivas da pluralidade de dispositivos relativo ao objeto em uma direção essencialmente perpendicular à direção essencialmente paralela e à direção essencialmente perpendicular à direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética. Tal mecanismo de movimento, por exemplo um motor de passo linear, pode mover o objeto (que pode ser montado sobre um suporte de amostra) e pode manter as lentes objetivas espacialmente fixas. Isto pode ser vantajoso, como um movimento das lentes objetivas relativamente pesadas pode ser evitado e estes elementos ópticos podem ser mantidos fixos. Porém, alternativamente é possível que as lentes objetivas sejam movidas e que o objeto (montado sobre um suporte de amostra) permaneça fixo. Movendo objetos ou lentes objetivas perpendiculares ao deslocamento lateral, uma varredura simultânea de uma pluralidade de objetos é possível. Portanto, lotes de objetos podem ser investigados.

O aparelho pode incluir um suporte de amostra adaptado para conter um ou uma pluralidade de objetos a serem convertidos em imagem. Isto pode permitir executar uma análise de alto rendimento.

Particularmente, o mecanismo de movimento pode ser adaptado para deslocar o suporte de amostra para focalizar a pluralidade de objetos usando a pluralidade de dispositivos. Para este propósito, o mecanismo de movimento pode deslocar as lentes objetivas da pluralidade de dispositivos relativo ao objeto usando um deslocamento linear ou uma rotação relativa. Uma rotação relativa (veja Figura 3) pode ser preferida desde que isto pode permitir evitar ou reduzir tempo morto. De acordo com uma concretização, as várias amostras podem ser montadas sobre uma roda rotativa, e as lentes podem ser espacialmente fixas. De acordo com outra concretização, as amostras ou objetos podem ser espacialmente fixos, e as lentes objetivas podem ser montadas em uma roda rotativa.

O aparelho pode incluir uma fonte de radiação eletromagnética adaptada para gerar o feixe de radiação eletromagnética a ser dirigido ao objeto. Tal fonte de radiação eletromagnética pode ser qualquer tipo de lâmpada, ou um laser, etc.

A fonte de radiação eletromagnética pode ser adaptada particularmente para gerar um feixe essencialmente monocromático de radiação eletromagnética. O termo "essencialmente monocromático" pode denotar que Δλ « λ, em que λ é o comprimento de onda (médio) da fonte de radiação eletromagnética e Δλ é a largura da banda espectral da fonte de radiação eletromagnética. Através de uma iluminação essencialmente monocromática, a precisão do procedimento de formação de imagem pode ser melhorada. A fonte de radiação eletromagnética pode ser adaptada para gerar um feixe essencialmente paralelo de radiação eletromagnética. Pode não ser ou não só a ótica de iluminação ser uma chave para ter feixes paralelos entre objetiva e colimador. Na realidade, um feixe de iluminação precisamente paralelo pode ser obtido para uma fonte pontual ideal (por exemplo um laser). Na prática, uma fonte espacialmente estendida tal como um LED ou vários tipos de lâmpadas, pode ser usada. A iluminação vem então de número (infinitamente grande) de fontes pontuais, cada fonte pontual dando um feixe de iluminação paralelo ao objeto, o feixe paralelo fazendo um ângulo com o eixo óptico proporcional à distância entre a fonte pontual e o eixo óptico. Adicionando todos os feixes paralelos então segue que um campo inteiro de pontos de objeto é iluminado, cada ponto de objeto no campo sendo iluminado por um cone convergente de luz, o ângulo de topo do cone sendo determinado pela ótica de iluminação e pela extensão lateral da fonte luminosa. Este tipo de iluminação pode ser chamado iluminação de Kõhler e um tipo de iluminação em microscópios (veja M. Born e E. Wolf, "Principies of Optics", 6a edição, páginas 522-526, Cambridge University Press, 1980, ISBN 0521639212). Assim, nesta consideração, a fonte luminosa na Figura 1 é meramente esquemática.

A fonte de radiação eletromagnética pode ser adaptada para gerar o feixe de radiação eletromagnética de pelo menos um do grupo consistindo em luz óptica, radiação infravermelha, radiação ultravioleta, e raios X. O domínio de luz óptico pode incluir a região de comprimento de onda entre 400 nm e 800 nm. A radiação infravermelha pode incluir a região de comprimento de onda com comprimentos de onda mais altos que aqueles de luz óptica, e radiação ultravioleta tem comprimentos de onda mais curtos que aqueles de luz óptica. Raios X podem ter energias na ordem de magnitude de quilo elétron-volts (keV). Porém, o uso de luz óptica pode ser preferido para aplicações específicas, como citometria de DNA. O aparelho pode incluir uma unidade de detector incluindo um arranjo de elementos de detector arranjado para detectar o feixe de radiação eletromagnética transmitido pela lente de colimador. Exemplos para uma tal unidade de detector são um CCD (dispositivo acoplado por carga) ou uma arranjo de sensor de CMOS.

A unidade de detector pode ser adaptada para detectar a imagem do objeto e pode ser adaptada para detectar uma densidade óptica integrada (IOD). Particularmente, o aparelho pode ser adaptado para formar imagem do objeto para uma pluralidade de posições focais. Tomando esta medida, por exemplo permitindo ao objeto de lentes ser movido ao longo do trajeto de feixe, faz o aparelho destinar para aplicações de citometria de DNA.

O dispositivo pode ser adaptado para formar imagem de tecido de um objeto fisiológico. O termo "objeto fisiológico" pode denotar um ser humano, um animal ou uma planta. Portanto, informação biológica pode ser derivada com o dispositivo, por exemplo com investigações in vivo ou in vitro.

O dispositivo pode ser usado em muitos campos técnicos diferentes, por exemplo como um microscópio, como um dispositivo de citometria (particularmente como um dispositivo de citometria de DNA), tal como um dispositivo de detecção de câncer, como um dispositivo de triagem de câncer, ou como um dispositivo de triagem de alto rendimento (por exemplo para aplicações biológicas, genéticas ou farmacêuticas). Outras aplicações exemplares são um dispositivo de triagem de malária, um dispositivo de formação de imagem de célula, formação de imagem de arranjo, ou um dispositivo de varredura de placa de múltiplas cavidades.

No seguinte, concretizações exemplares adicionais do método serão explicadas. Porém, estas concretizações também se aplicam ao dispositivo e ao aparelho.

O método pode ademais incluir ajustar uma colocação de foco deslocando a lente objetiva na direção essencialmente paralela à direção de propagação (entre a lente objetiva e a lente de colimador) do feixe de radiação eletromagnética, adquirir dados relacionados a uma imagem de pelo menos uma porção do objeto, subseqüentemente deslocar a lente objetiva na direção essencialmente perpendicular à direção de propagação (entre a lente objetiva e a lente de colimador) do feixe de radiação eletromagnética, adquirir dados relacionados a outra imagem de pelo menos outra porção do objeto, e processar os dados relacionados à imagem da porção do objeto e os dados relacionados à outra imagem da outra porção do objeto para formar uma imagem global do objeto. Em outras palavras, múltiplas imagens de porções diferentes do objeto podem ser tomadas movendo a lente objetiva, e podem então ser unidas juntas para reconstruir uma imagem completa do objeto.

O método pode ademais incluir reajustar a colocação de foco (por exemplo deslocando a lente objetiva na direção essencialmente paralela à direção de propagação) antes de adquirir os dados relacionados à outra imagem da outra porção do objeto. Alternativamente, é possível manter a colocação de foco.

Os aspectos definidos acima e aspectos adicionais da invenção são aparentes dos exemplos de concretização a serem descritos em seguida e são explicados com referência a estes exemplos de concretização.

A invenção será descrita em mais detalhe em seguida com referência a exemplos de concretização, mas para quais a invenção não está limitada.

Figura 1 ilustra um dispositivo para formar imagem de um objeto de acordo com uma concretização exemplar da invenção.

Figura 2 ilustra uma arranjo de lente objetiva de um dispositivo para formar imagem de um objeto de acordo com uma concretização exemplar da invenção.

Figura 3 ilustra um arranjo de lente objetiva de um dispositivo para formar imagem de um objeto de acordo com uma concretização exemplar da invenção.

A ilustração no desenho é esquemática. Em desenhos diferentes, elementos semelhantes ou idênticos são providos com os mesmos sinais de referência.

No seguinte, se referindo à Figura 1, um microscópio 100 de acordo com uma concretização exemplar da invenção será explicado.

O dispositivo 100 está adaptado para formar imagem de um objeto 101, isto é uma amostra de tecido. O dispositivo 100 inclui uma lente objetiva 102 adaptada para manipular um feixe de radiação eletromagnética 103 transmitido pelo objeto 101. Ademais, uma lente de colimador 104 é provida para manipular o feixe de radiação eletromagnética 103 transmitido pela lente objetiva 102. Um atuador 105 é provido para deslocar a lente objetiva 102 em uma direção essencialmente paralela e em pelo menos uma direção essencialmente perpendicular a uma direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética 103 (de acordo com a Figura 1, da esquerda à direita) entre a lente objetiva 102 e a lente de colimador 104.

Como pode ser tomado da Figura 1, o arranjo óptico 100, e particularmente a lente objetiva 102 e a lente de colimador 104, estão posicionados e projetados (relativo a propriedades de material, geométricas e ópticas) de forma que o feixe de radiação eletromagnética 103 entre a lente objetiva 102 e a lente de colimador 104 seja essencialmente paralelo. Mais precisamente, cada ponto de objeto 106a, 106b gera porções de feixe (veja linhas pontilhadas e linhas sólidas do feixe 103) que são manipuladas pelos elementos ópticos 102, 104 de tal maneira que pontos de imagem correspondentes 107a, 107b sejam convertidos em imagem em um detector 108. Particularmente, o ponto de objeto 106a é convertido em imagem no ponto de imagem 107a. O ponto de objeto 106b é convertido em imagem no ponto de imagem 107b. No trajeto entre a lente objetiva 102 e a lente de colimador 104, os sub-feixes 103 relacionados ao ponto de objeto 106a e ao ponto de imagem 107a são essencialmente paralelos um ao outro, e os sub- feixes 103 relacionados ao ponto de objeto 106b e ao ponto de imagem 107b são essencialmente paralelos um ao outro.

Uma placa de fase 109 pode ser arranjada opcionalmente na

direção de propagação de radiação eletromagnética, a jusante da lente objetiva 102, particularmente entre a lente objetiva 102 e a lente de colimador 104. Alternativamente, a placa de fase 109 pode ser substituída por um filtro de comprimento de onda, particularmente um filtro de comprimento de onda passa-alta, arranjado em uma direção de propagação de radiação eletromagnética, a jusante da lente objetiva 102, particularmente entre a lente objetiva 102 a lente de colimador 104.

Mais particularmente, Figura 1 é uma vista esquemática de um elemento de microscópio individual 100. Luz é emitida por uma fonte luminosa 110. Também é possível que uma pluralidade de fontes luminosas 110 seja provida. O feixe emitido de luz 103 é feito essencialmente paralelo por uma lente colimadora 111, passa por um primeiro substrato 112 de um suporte de amostra e por esse meio ilumina a camada de objeto 101. A luz modificada pela camada de objeto 101 passa por um segundo substrato 113 do suporte de amostra, a lente objetiva 102 colocada no atuador 105, opcionalmente a placa 109, a lente de colimador 104, e é incidente no detector de CCD 108, por exemplo um detector de pixel tal como um CCD. De acordo com uma concretização exemplar, um ou ambos dos substratos 112, 113 podem ser omitidos. Em um tal cenário, a amostra 101 pode ser fixada a um único substrato ou ser colocada simplesmente no trajeto de feixe.

O plano de objeto 106a, 106b e plano de imagem 107a, 107b são conjugados opticamente, significando que luz 103 emanando de ponto de objeto 106a é coletada a ponto de imagem 107a, e luz 103 emanando de ponto de objeto 106b é coletada a ponto de imagem 107b. O atuador 105 pode ajustar a posição focai no objeto 101 com respeito ao microscópio 100 e pode deslocar a lente 102 entre uma das direções perpendiculares à direção de foco (qual direção de foco é uma direção do lado esquerdo da Figura 1 para o lado direito da Figura 1). A placa 109 pode ser omitida quando o microscópio 100 é usado para contraste de absorção padrão. A placa 109 pode ser um placa de fase colocada no plano focai traseiro da lente objetiva 102 quando o microscópio 100 é usado para contraste de fase. A placa 109 pode ser um filtro de comprimento de onda (passa-alta) quando o microscópio 100 é usado para contraste de fluorescência.

Figura 1 mostra a instalação óptica de um elemento de microscópio individual 100 incluindo a lente objetiva 102 colocada no atuador 105 e o sensor de imagem 108 (CCD ou um sensor de CMOS).

A lente objetiva 102 pode ser uma lente objetiva de plástico barato (por exemplo tendo um valor NA=O,65) por exemplo de um tipo que pode ser usado convencionalmente para leitura de DVD. O atuador 105 (que pode mover a lente 102 ao longo da direção de foco e ao longo de uma das direções perpendiculares à direção de foco, por exemplo perpendicular ao plano de papel da Figura 1) pode ser um atuador como implementado no campo de armazenamento de dados ópticos.

O sensor de imagem 108 pode ter uma resolução relativamente baixa (por exemplo 0,25 Megapixel).

A amostra 101 pode ser iluminada com um feixe monocromático paralelo largo 103. A lente objetiva 102 pode ser usada para luz vermelha (655 nm), mas também pode funcionar com qualidade suficiente a um comprimento de onda difícil, como luz verde (cerca de 500 a 600 nm). Porém, desde que a lente objetiva 102 não pode trabalhar simultaneamente para estes comprimentos de onda com a precisão mais alta, pode ser vantajoso que a iluminação seja essencialmente monocromática.

Um processamento de um microscópio de arranjo 100 por exemplo o mostrado na Figura 2, pode ser estimado como segue:

O campo de uma lente objetiva pode ter um diâmetro (negligenciando curvatura de campo) de 50 μπι, assim cada imagem pode ter uma área (^2χ50 μιη)2) = 0,005 mm2, usando N lentes em paralelo a área é N χ 0,005 mm2. Com uma taxa de quadro de 50 Hz da câmera 108, o processamento é 50 Hz χ N χ 0,005 mm2 = Nx 0,25 mm2/s. Por exemplo, tomando N=24 dá uma área de 2 cm χ 2 cm para sete alturas de foco diferentes é convertida em imagem em cerca

de 7 χ (20 mm) /(24 χ 0,25 mm /s) = 8 minutos. Conseqüentemente, a operação do dispositivo pode ser acelerada significativamente comparada a abordagens convencionais.

Figura 2 mostra uma vista de cima de uma parte de um aparelho 200 para formar imagem do objeto 101. O aparelho 200 inclui uma pluralidade de dispositivos 100 de acordo com Figura 1 a descrita acima.

Figura 2 mostra um sistema de coordenadas com eixos x, y e z, em que χ é uma direção ao longo de qual as lentes de colimador 102 são deslocáveis. A direção y indica uma direção ao longo de qual, como será descrito abaixo em mais detalhe, amostras 105 podem ser deslocadas, usando um motor de passo por exemplo. A direção ζ corresponde à direção horizontal da Figura 1, quer dizer a direção de propagação geral do feixe 103. Em outras palavras, o feixe 103 se propaga fora do plano de papel da Figura 2. Acima do plano de papel da Figura 2, o detector 108 está posicionado.

Mais particularmente, Figura 2 mostra uma pluralidade de amostras 101. Todas estas amostras podem ser varridas em um procedimento comum.

O círculo ao redor de numerai de referência 102 denota uma lente, e o retângulo circundante 201 denota uma montagem de lente. Molas (fios minúsculos) 202 conectam as lentes 102 com ímãs de atuador 203. Os ímãs 203 cooperam com bobinas (não mostradas) para gerar forças eletromagnéticas que podem ter um impacto nas molas 202 para mover a lente 102 na direção χ e/ou na direção z.

Como pode ser tomado da Figura 2, para cada uma das unidades de microscópio 100, duas lentes de colimador 102 são agrupadas para formar um grupo de um par de lentes objetivas 102, 102.

Os grupos respectivos de lentes objetivas 102, 102 são

deslocáveis em comum/de uma maneira correlacionada pelo atuador 203.

Particularmente, se referindo à primeira unidade de microscópio 210 mostrada no topo da Figura 2, uma primeira amostra 211 passa por um primeiro par de lentes 102, 102. Como pode ser mostrado na segunda unidade de microscópio

de fila 220 na Figura 2, uma segunda amostra 221 passa pelo segundo par de lentes 102, 102. Este par 102, 102 está escalonado por cerca de d = 1 mm com respeito ao primeiro par 102, 102.

Uma terceira amostra 231 passa por uma terceira unidade de microscópio 230 incluindo um terceiro par de lentes 102, 102. Este par 102, 102 está escalonado por cerca de 1 mm com respeito ao segundo par de lentes 102, 102, e assim por diante.

Finalmente, uma décima segunda amostra 241 passa por uma décima segunda unidade de microscópio 240 incluindo um décimo segundo par de lentes 102, 102 mostrado a uma parte de fundo da Figura 2. Estas lentes 102, 102 finalizam o sistema, de forma que a área inteira da amostra 101 tenha sido convertida em imagem.

Portanto, Figura 2 mostra um exemplo de um microscópio de arranjo 200 usando 24 atuadores 203 e usando 24 lentes objetivas 102. As lentes objetivas 102 estão colocadas em doze pares. As lentes 102 em cada par estão separadas por cerca de 1 = 12 mm. O atuador 203 pode mover a lente objetiva 102 no plano perpendicular ao eixo óptico ζ através de uma distância de cerca de d = 1 mm (pico a pico). Cerca de 14 a 15 imagens de 70 μιη χ 70 μιη pode ser tomadas assim deslocando lateralmente a lente 102. O segundo par de lentes 102, 102 está escalonado com respeito ao primeiro par 102, 102 por cerca de 1 mm, o terceiro par 102, 102 por cerca de 2 mm, etc., até o décimo segundo par 102, 102.

Combinando o deslocamento lateral das lentes objetivas 102 (direção x) com um deslocamento na direção y executado por um motor de passo linear (não mostrado na Figura 2), a área inteira de um lote de doze amostras (tendo uma dimensão de 2 cm χ 2 cm) pode ser convertida em imagem.

Como uma alternativa para a concretização da Figura 2, também é possível que só uma única amostra 101 seja varrida (ou menos de doze amostras).

A fim de ademais reduzir um tempo morto, as doze amostras 211, 221, 231, ..., 241 podem ser colocadas sobre um estágio giratório 301, como mostrado no aparelho 300 mostrado na Figura 3. Uma direção de rotação é indicada por uma seta curvada 302.

Portanto, Figura 3 mostra um microscópio de arranjo 300 usando 24 atuadores 203. É possível girar as amostras 101 e manter o arranjo óptico 100 fixo. Alternativamente, é possível girar os arranjos ópticos 100 e manter as amostras 101 fixas.

No seguinte, um método de usar os arranjos de microscópio 200, 300 para citometria de DNA será explicado. As etapas seguintes podem ser executadas.

1. Coloração das células com mancha de Fuelgen.

2. Formar imagem da área de amostra inteira 101 com o arranjo de microscópios 200, 300 para M alturas de foco diferentes (por exemplo M = 7). Os núcleos de célula têm que estar em foco para ser capaz de determinar uma IOD correta de forma que a amostra 101 seja convertida em imagem a várias alturas para cada posição.

3. Criar M imagens da amostra 101 completa. 4. Detectar para cada célula em uma amostra IOla posição do núcleo e a altura para qual o núcleo está em foco.

5. Determinar a transmissão da IOD para cada núcleo.

6. Selecionar as células com a IOD mais alta na amostra para processamento adicional por um patologista.

Em uma concretização alternativa, o microscópio funciona com um mecanismo de contraste diferente (veja Figura 1). Por exemplo, colocando um filtro de comprimento de onda passa-alta no trajeto de luz, o microscópio pode ser adaptado facilmente para um contraste de fluorescência. Semelhantemente, colocando um placa de fase no trajeto de luz, o microscópio pode ser adaptado facilmente para contraste de fase. Imagens da amostra podem ser feitas com um método de contraste de absorção, com contraste de fluorescência e/ou com contraste de fase a fim de melhorar a precisão da análise de imagem processada que determina as IODs para os núcleos das células.

Nas concretizações descritas, o sistema de formação de imagem é operado em um modo de transmissão. Alternativamente, um sistema de formação de imagem de acordo com uma concretização exemplar pode ser operado em um modo de reflexão ou em um modo de fluorescência (por exemplo usando iluminação de epi).

Deveria ser notado que o termo "incluindo" não exclui outros elementos ou características e o "um" não exclui uma pluralidade. Também elementos descritos em associação com concretizações diferentes podem ser combinados. Também deveria ser notado que sinais de referência nas reivindicações não deverão ser interpretados como limitando a extensão das reivindicações.

Claims

1. Dispositivo (100) para formar imagem de um objeto (101), caracterizado pelo fato de que o dispositivo (100) compreende: uma lente objetiva (102) adaptada para manipular um feixe de radiação eletromagnética (103) depois de interação, particularmente transmitido pelo objeto (101); uma lente de colimador (104) adaptada para manipular o feixe de radiação eletromagnética (103) transmitido pela lente objetiva (102); um atuador (105) adaptado para deslocar a lente objetiva (102) em uma direção essencialmente paralela e em pelo menos uma direção essencialmente perpendicular a uma direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética (103) entre a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104); e que a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104) são arranjadas de forma que o feixe de radiação eletromagnética (103) entre a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104) seja essencialmente paralelo.

2. Dispositivo (100) de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma lente objetiva adicional (102), e que a lente objetiva (102) e a lente objetiva adicional (102) são agrupadas para formar um grupo de lentes objetivas (102).

3. Dispositivo (100) de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104) são arranjadas de forma que sub-feixes do feixe de radiação eletromagnética (103) se originando da mesma porção (106a, 106b) do objeto (101) e sendo dirigidos para a mesma porção (107a, 107b) de um detector (108) sejam essencialmente paralelos entre a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104).

4. Dispositivo (100) de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma placa de fase (109) arranjada, em uma direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética (103), a jusante da lente objetiva (102).

5. Dispositivo (100) de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um filtro de comprimento de onda (109), particularmente um filtro de comprimento de onda passa-alta, arranjado, em uma direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética (103), a jusante da lente objetiva (102).

6. Dispositivo (100) de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser adaptado como um microscópio.

7. Aparelho (200) para formar imagem de um objeto (101), caracterizado pelo fato de que o aparelho (200) compreende: uma arranjo formado por uma pluralidade de dispositivos (100) como definidos na reivindicação 1.

8. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as lentes objetivas (102) da pluralidade de dispositivos (100) são escalonadas espacialmente uma com relação a outra.

9. Aparelho (200) de acordo com reivindicações 2 a 7, caracterizado pelo fato de que os grupos de lentes objetivas (102) dos dispositivos (100) são escalonados espacialmente um com relação ao outro.

10. Aparelho (200) de acordo com reivindicações 2 e 7, caracterizado pelo fato de que os grupos de lentes objetivas (102) dos dispositivos (100) são escalonados espacialmente um com relação ao outro ao longo da direção essencialmente perpendicular à direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética (103) ao longo de qual direção os grupos de lentes objetivas (102) dos dispositivos (100) são deslocáveis pelos atuadores (105).

11. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender um mecanismo de movimento adaptado para deslocar as lentes objetivas (102) da pluralidade de dispositivos (100) relativo ao objeto (101) em uma direção essencialmente perpendicular à direção essencialmente paralela e à direção essencialmente perpendicular à direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética (103).

12. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender um suporte de amostra (104, 106) adaptado por conter uma pluralidade de objetos (101) a serem convertidos em imagem.

13. Aparelho (200) de acordo com reivindicações 11 e 12, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de movimento é adaptado para deslocar o suporte de amostra (104, 106) para focalizar a pluralidade de objetos (101) usando a pluralidade de dispositivos (100).

14. Aparelho (200, 300) de acordo com reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de movimento é adaptado para deslocar as lentes objetivas (102) da pluralidade de dispositivos (100) relativo ao objeto (101) por pelo menos um do grupo consistindo em um deslocamento linear relativo e uma rotação relativa.

15. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma fonte de radiação eletromagnética (110) adaptada para gerar o feixe de radiação eletromagnética (103) a ser dirigido ao objeto (101).

16. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a fonte de radiação eletromagnética (110) é adaptada para gerar um feixe essencialmente monocromático de radiação eletromagnética (103).

17. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a fonte de radiação eletromagnética (110) é adaptada para gerar o feixe de radiação eletromagnética (103) de pelo menos um do grupo consistindo em luz óptica, radiação infravermelha, radiação ultravioleta e raios X.

18. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender uma unidade de detector (108) incluindo um arranjo de elementos de detector arranjados para detectar o feixe de radiação eletromagnética (103) transmitido pelas lentes de colimador (104) da pluralidade de dispositivos (100).

19. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a unidade de detector (108) é adaptada para detectar a imagem do objeto (101) e é adaptada para detectar uma densidade óptica integrada.

20. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo fato de ser adaptado para formar imagem do objeto (101) para uma pluralidade de posições focais.

21. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo fato de ser adaptado para formar imagem de tecido de um objeto fisiológico.

22. Aparelho (200) de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo fato de ser adaptado como pelo menos um do grupo consistindo em uma arranjo de microscópio, um dispositivo de citometria, um dispositivo de citometria de DNA, um dispositivo de detecção de câncer, um dispositivo de triagem de câncer, um dispositivo de triagem de alto rendimento, um dispositivo de triagem de malária, um dispositivo de formação de imagem de célula, formação de imagem de arranjo, e um dispositivo de varredura de placa de múltiplas cavidades.

23. Método para formar imagem de um objeto (101), caracterizado pelo fato de que compreende: manipular, por uma lente objetiva (102), um feixe de radiação eletromagnética (103) depois de interação, particularmente depois de transmissão pelo objeto (101); manipular, por uma lente de colimador (104), o feixe de radiação eletromagnética (103) transmitido pela lente objetiva (102); deslocar a lente objetiva (102) em uma direção essencialmente paralela e em uma direção essencialmente perpendicular a uma direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética (103) entre a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104); arranjar a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104) de forma que o feixe de radiação eletromagnética (103) entre a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104) seja essencialmente paralelo.

24. Método de acordo com reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender formar imagem do objeto (101) para pelo menos uma aplicação do grupo consistindo em microscopia, citometria, citometria de DNA, detecção de câncer, triagem de câncer, triagem de alto rendimento, triagem de malária, formação de imagem de célula, formação de imagem de arranjo, e citometria de DNA de dispositivo de varredura de placa de múltiplas cavidades.

25. Método de acordo com reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: ajustar uma colocação de foco deslocando a lente objetiva (102) na direção essencialmente paralela à direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética (103) entre a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104); adquirir dados relacionados a uma imagem de pelo menos uma porção do objeto (101); subseqüentemente deslocar a lente objetiva (102) na direção essencialmente perpendicular à direção de propagação do feixe de radiação eletromagnética (103) entre a lente objetiva (102) e a lente de colimador (104); adquirir dados relacionados à outra imagem de pelo menos outra porção do objeto (101); processar os dados relacionados à imagem da porção do objeto (101) e os dados relacionados à outra imagem da outra porção do objeto (101) para formar uma imagem global do objeto (101).

26. Método de acordo com reivindicação 25, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente reajustar a colocação de foco antes de adquirir os dados relacionados à outra imagem da outra porção do objeto (101).