CN101900669A - 用于光学扫描对象的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于光学扫描对象的方法和设备。一种光学扫描对象的方法包括步骤：通过使探测设备和对象彼此相对地移位至连续的扫描位置处来用探测设备对对象的扫描区域进行光学扫描，所述扫描位置在对象平面内沿着扫描方向间隔扫描步长，在扫描位置处通过用光学成像设备将局部扫描区域从对象平面成像到成像平面内的探测表面上而生成多个扫描图像，通过图像处理将所述多个扫描图像分解为每个情况下的扫描部分图像，通过组合多个每个情况下的扫描部分图像生成组合结果图像，以及依照一个或多个预定的选择标准从组合结果图像中选择至少一个对象测量图像。本发明还涉及一种用于光学扫描对象的设备。

Description

用于光学扫描对象的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于光学扫描对象(特别是体液的测试成分)的方法以及用于执行该方法的设备和计算机程序产品。

背景技术

使用该类方法以便借助于光学分析研究被置于对象容器上的对象。该情况下的光学扫描通常包括多个扫描步骤，在所述多个扫描步骤中用于光学分析的探测设备和对象彼此相对地移位至多个扫描位置，以便以这种方式来捕捉能被评估的一系列光学扫描图像。例如，使用该类光学扫描方法以便光学地分析体液的测试或样本成分。分析体液的测试或样本成分是分析探测方法的事情，在该方法中通过对荧光和/或吸收标记或分子的光学探测来进行对一个或多个体液的识别，其中在基片上的分析学上特定的结构处限定、创造或摧毁所述荧光和/或吸收标记或分子。对体液例如血液的探测发生在测试成分上的一个或多个探测地带的区域内。例如所述探测区域在样本或测试成分上具有带状或环形的延度。

在借助于扫描对该类型的测试成分进行光学分析的情况中，通常将测试或激励光发射到测试成分上。在光学成像设备的帮助下，位于光平面内的探测地带的区域因此被成像在光敏探测表面上的成像平面中。例如，通过光电二极管或光电倍增管来提供该类型的探测表面。已知的还包括二维行传感器和三维图像传感器，利用它们能够光学地探测所接收的测量光的强度分布。

在传统的光学扫描中，在对象和探测设备之间的相对运动期间沿着位移方向生成多个连续的对象图像或扫描图像，随后可以将它们组合以形成总体图像。这发生是因为边对边地将相邻的扫描图像排成行，其导致产生待研究对象的光学总体图像。用于各个扫描图像的该类组合过程在调节光学测量或分析设备的情况下需要高花费。如果在对象容器的区域内一个接一个地布置和扫描多个对象的话(在每个情况下都需要测量或分析设备的单独调整)，则这些问题会进一步加剧。不满意的调整随后在扫描时对光学成像的景深具有特别不利的影响。因此存在对于改进的扫描技术的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于光学扫描对象(尤其是体液的测试成分)的改进的方法，以及用于执行该方法的设备，在这种情况下，测量结果的不确定性能够被更好地克服。特别地，应当会减少用户的调整花费。

通过根据独立权利要求1的用于光学扫描对象(尤其是体液的测试成分)的方法以及根据权利要求11的用于执行该方法的设备来实现根据本发明的目的。本发明的主题进一步为根据独立权利要求12的计算机程序产品。在从属权利要求中详细地说明了本发明的有利的变形。

根据一个方面，本发明包括一种用于光学扫描对象(尤其是体液的测试成分)的方法，其中该方法包括如下步骤：

-通过使探测设备和对象相互相对地移位至连续的扫描位置中来借助于探测设备对对象的扫描区域进行光学扫描，所述连续的扫描位置在对象平面内沿着扫描方向间隔开扫描步长，

-通过在扫描位置处借助于光学成像设备将局部扫描区域从对象平面成像到成像平面中的探测表面上，来生成多个扫描图像，其中所述局部扫描区域在对象平面内在扫描方向上具有比所述扫描步长更大的延度，

-通过图像处理，将所述多个扫描图像分解为每个情况下的扫描部分图像，通过组合多个每个情况下的扫描部分图像而生成组合结果图像，以及

-根据一个或多个预定的选择标准，从组合结果图像中选择至少一个对象测量图像。

根据本发明的另一目的，创造一种用于光学扫描对象、尤其是体液的测试成分的设备，其具有：对象容器；光学探测设备；位移设备，所述位移设备被配置为在光学扫描布置在对象容器上的对象期间将对象容器和探测设备彼此相对地移位到连续的扫描位置处；以及控制设备，其被配置为依照前述方法控制光学扫描。

在用于光学扫描对象的该方法中，在各个扫描位置处光学捕捉局部扫描区域，其中，在待扫描对象被布置在其内的对象平面内，被成像的局部扫描区域横向地交叠，这是因为所述扫描步长小于对象平面内扫描方向上的所述局部扫描区域的延度。所述扫描方向在此处优选地被定向为基本上平行于样本平面。可以以数字化的形式提供扫描图像。

与一个接一个地生成扫描图像(随后依照方法将它们“边对边”地组合)的传统扫描相反，在相邻的扫描位置被记录的扫描图像包括局部扫描区域的根据所提议的方法被两次或多次记录的部分。这意味着这些扫描区域部分被捕捉在扫描图像中两次或多次。借助于随后的对扫描图像的图像分解以及到多个组合结果图像的组合，使得这种交叠在某种程度上至少再次“无效(anulled)”，以便以这种方式随后最终选择对象测量图像，该对象测量图像然后能够被进一步评估以用于例如识别体液。该识别已知与对测试或样本成分的光学分析有关。

在一变形中，可以选择多个结果图像作为对象测量图像，如果它们具有例如同样的良好质量的话。然后，例如借助于平均值的形成，可从中选择或得出一个对象测量图像。

对在扫描方向上具有比扫描步长更大的延度的局部扫描区域的成像支持对感兴趣的对象或其区域(例如测试或样本成分上的探测地带)的成像，甚至在对探测设备的调整相对于对象并不最优、从而导致产生例如光学图像在图像平面中的横向偏移的情况下也是如此。对于用于光学扫描的设备的使用者而言，通过使得例如在样本容器上的样本改变之后“最优调整”并不总是必须的方式，该测量过程是有利的。最终，这也使得在分析多个样本时节约了时间。

本发明的一个优选发展规定将组合结果图像的各自的总体亮度用作选择标准。优选地，选择具有最大的总体亮度的组合结果图像(对于该组合结果图像可以预期最佳的信噪比)，以便随后例如借助于图像评估软件进一步分析该选择的测量图像。

在本发明的有利的变形中，可以规定生成包含来自每个扫描图像的至少一个扫描部分图像的组合结果图像。在一变形中，规定组合结果图像正好包括来自每个扫描图像的一个扫描部分图像。

本发明的有利实施例规定，在分解期间将所述多个扫描图像分解为每个情况下的带状扫描部分图像，其中所述带状扫描部分图像具有以下带宽：该带宽对应于从对象平面成像到图像平面内的扫描步长的整数倍数。在最简化的情况下，带状扫描图像的带宽因此对应于在采用探测设备的光学成像系统将扫描步长的长度从对象平面成像到图像平面内的情况下所产生的宽度。

优选地，本发明的发展规定，将扫描步长设置为使得从对象平面成像到图像平面内的扫描步长对应于在扫描方向上探测表面内的探测元素的宽度的整数倍数。探测元素的该宽度对应于例如形成探测表面的图像元素的像素宽度。在带状扫描部分图像的情况下，其也可能称为所谓的行宽度。

在本发明的有利的变形的情况下，可以规定，扫描图像总是成像到探测表面的一个相同的探测表面区域上。在该变形中，在每个扫描位置扫描图像都成像到探测表面的相同的探测元素组上。在该实施例和其它实施例中，这可能涉及到探测元素的行排列。然而，也可规定成像到探测元素的二维地形成的布置上。

本发明进一步的优选发展规定，基本上按照沙伊姆弗勒(Scheimpflug)原理来执行光学扫描。沙伊姆弗勒原理或沙伊姆弗勒条件声明：在光学或照相成像的情况下，图像平面、对象平面和锐度平面或者相互平行或者相互相交在公共的相交线处。

本发明的发展可规定，在光学扫描期间，对象平面和图像平面基本上相互平行地布置。那么扫描方向基本上平行于这两个平面。

在本发明的有利的变形中可规定，在对所述多个扫描图像的分解期间，将至少一部分扫描部分图像生成为在扫描图像中交叠的扫描部分图像。在该实施例中，在对扫描图像的分解期间所产生的两个相邻的扫描部分图像共同地包括至少一个可视为公共图像区域的扫描图像区域。可在一个或多个分解的扫描图像中提供该类型的公共图像区域。

本发明的有利的实施例规定，在对所述多个扫描图像的分解期间将至少一部分扫描部分图像生成为在扫描图像中不交叠的扫描部分图像。

下面将基于数学考虑来解释前述方法的一个变形。将“块”定义为B个连接行(B＝块尺寸)，其中B与几何扫描步长相关联。例如，如果提供B＝2的N个块，则与在每一扫描步骤中所保存的、图像平面内的探测表面的图像部分相对应的扫描图像具有如下结构：

用于扫描的已知方法总是以N＝1为特征。

对于扫描，现在假设在确定的、所保存的图像部分(其中生成了扫描图像)中，探测表面内的探测元素的行数可以被B除而没有余数，也就是说，满足如下条件：

row_number_in_image section mod B＝0              式1

M是扫描图像中块的数目。第m个扫描图像中的第n个块为：

Ω_n，m，n＝1，2，...，N m＝1，2，..，M            式2

通过将块连接在一起而生成扫描图像O_i(i＝1，2，...，M)如下：

O₁＝Ω_1，1⊕Ω_1，2⊕....Ω_1，n⊕....⊕Ω_1，N      式3

O_i＝Ω_i，1⊕Ω_i，2⊕....Ω_i，n⊕....⊕Ω_i，N      式4

O_M＝Ω_M，1⊕Ω_M，2⊕....Ω_M，n⊕....⊕Ω_M，N      式5

其中⊕为“加法算符”，在该情况下，通过将第二个块的第一行接在第一个块的最后一行之后来连接两个块。

利用“合计加法算符”

可以将M个扫描图像的产生大体上描述如下：

$O_i=\underset{n=1}{\overset{n=N}{\∪}}{\mathrm{\Ω}}_{i,n},i=\mathrm{1,2},...,M$ 式6

由于实际原因，将各个扫描图像S_j(j＝1，2，...，M)彼此连接在单个大图像Γ_i(i＝1，2，...，M*N*B)中进行传输是有利的。在该情况下，在可以执行对扫描图像的分解之前，必须将该大元素再次分割为原始的扫描图像。

利用“切割算符”

，将各个结果图像S_j恢复如下：

$S_j=\underset{i=(j-1)\·B\·N+1}{\overset{i=j\·B\·N}{\∩{\mathrm{\Γ}}_i}},j=\mathrm{1,2},...,M$ 式7

附图说明

下面参考附图在示例性实施例的基础上更详细地解释本发明。在附图中：

图1示出用于光学扫描布置在对象平面内的对象(特别是样本或测试成分)的测量设备的示意表示，

图2示出通过光学扫描捕捉的5个扫描图像的示意表示，

图3示出通过分解来自图2的扫描图像而形成的6个扫描部分图像的示意表示，

图4示出通过光学扫描捕捉的3个扫描图像的示意表示，

图5示出通过分解来自图4的扫描图像而生成的5个扫描部分图像的示意表示，

图6示出边对边地布置成行的扫描图像，

图7示出由图6的扫描图像通过分解和组合而获得的多个组合结果图像，

图8示出来自图7的组合结果图像的各自的总体亮度的图形表示，

图9示出边对边地布置成行的扫描图像，

图10示出由图9的扫描图像通过分解和组合而获得的多个组合结果图像，以及

图11是来自图10的组合结果图像的各自的总体亮度的图形表示，

具体实施方式

图1示出用于光学扫描对象(特别是体液的样本或测试成分)的测量系统的示意表示。将通过光学扫描来分析的对象2布置在对象容器1上。在图释的实施例中，来自测量光源4的测试或激励光线3照射到对象2上，所述测量光源4与探测器5一起由探测器设备组成。借助于具有成像系统以及探测表面的扫描器5，以来自样本2的荧光、反射和/或吸收光的形式捕捉测量光，从而使得可以生成光学图像，即特别地也能被捕捉为数字图像数据的扫描图像。借助于图像评估或图像处理软件，随后可评估捕捉到的图像数据，以便例如用于识别体液。

在光学扫描期间，具有布置于其上的样本2的样本容器1和探测设备沿着在图1中用箭头A示出的扫描方向彼此相对地进行移位。在优选地可被指定为扫描位置的各个相对位置处，在探测器5上生成相应的扫描图像。

图2示出通过光学扫描在图像平面内生成的5个扫描图像20，......，24的示意表示，这些图像通过光学扫描一个接一个地被生成。在图2中箭头A示意性地示出扫描方向。相邻扫描位置之间的位移以一个扫描步长来进行，一个扫描步长在该实施例中在图像平面内对应于所示出的扫描图像的部分条带的宽度。图2所示的图像平面内的扫描步长在该实施例中对应于探测设备的探测表面上的像素行的宽度。而且在图2中示意性地表示了在该示例性实施例中在对象平面内所扫描的总扫描区域25。

在图2中，参考标记1-1，1-2，......指定了扫描图像20，......，24的各带状部分，其对应于图像平面内所使用的探测表面上的给定带，也就是说，例如对应于像素的行排列的行宽度。在所示的示例性实施例中，该带宽随后还在对扫描图像20，......，24的分解期间使用，如下面将参考图3更详细地描述的。

随后在5个扫描位置记录图2所示的扫描图像20，......，24，其中在每个情况下的扫描图像对应于对总扫描区域25的局部扫描区域的成像并且彼此紧挨着地被示出，且沿着扫描方向A偏移扫描步长的距离。从图2可以得出，在每个情况下至少相邻的扫描图像具有交叠区域26。在此，它是样本的总扫描区域25的局部区域，该局部区域在相邻的两个扫描图像中都被示出。

在依照图2记录了扫描图像后，将这些扫描图像分解为带状扫描部分图像并组合成为如图3所示的各个组合结果图像30，......，35。这里，图3中的每个组合结果图像30，......，35包含来自图2的5个扫描图像20，......，24的正好1个带状扫描部分图像。因此，每个情况下的组合结果图像30包括来自扫描图像20，......，24的每个情况下的第一带状部分，即带状部分1-1，2-1，3-1，4-1和5-1。随后可针对一个或多个选择标准分析图3中的组合结果图像30，......，35(特别是借助于图像评估软件)，以便根据一个或多个对象测量图像选择选择标准/条件。特别地，可从图3中的6个组合结果图像30，......，35中过滤出具有的最大的总体亮度的组合结果图像。

图4和5针对另一示例性实施例解释前述的光学扫描方法。根据图4，在该示例性实施例中，在连续的扫描位置处捕捉3个扫描图像40，41，42。图4所示的图像平面内的扫描步长在该示例性实施例中对应于探测设备的探测表面上的两个像素行的宽度。图4中也示出了总扫描区域43。

图5随后示出了从图4中的扫描图像40，41，42获得的带状扫描部分图像到多个组合结果图像50，......，54的组合，随后可以按照一个或多个选择条件从中依次选择一个对象测量图像。

随后在如下的示例性实施例中使用前述的方法。

图6示出了边对边地布置成行的扫描图像。按照传统的“边对边”方法将通过扫描记录的163个扫描图像布置成行，其中每个情况下的扫描图像占用探测表面的区域内的12行探测元素。结果是，相应于已知的布置成行的方式的对扫描图像的该处理不能以多产的方式被评估。

图7当前示出根据上述方法由扫描图像通过生成带状扫描部分图像并将它们连接以形成组合结果图像(即示出的12个图像)而获得的12个结果图像。图8示出来自图7的组合结果图像的各自的总体亮度的图形表示。该结果是，组合结果图像中具有相对值22.3和22.1的两个具有最高的图像亮度值。

图9示出以与图6中的表示类似的方式而边对边地布置成行的扫描图像。81个扫描图像被布置成行，其中每个情况下的扫描图像再次占用探测表面的区域内的12行探测元素。图10和11随后以与图7和8中类似的方式示出组合结果图像以及它们的给定的总体亮度。

Claims (11)

1.一种用于光学扫描对象、尤其是体液的测试成分的方法，其中该方法包括如下步骤：

-通过使探测设备(4，5)和对象(2)彼此相对地移位至连续的扫描位置处来借助于探测设备(4，5)对对象(2)的扫描区域进行光学扫描，所述扫描位置在对象平面内沿着扫描方向间隔开扫描步长的距离，

-在所述扫描位置处通过借助于光学成像设备将局部扫描区域从对象平面成像到成像平面内的探测表面上而生成多个扫描图像，其中所述局部扫描区域在所述对象平面内在扫描方向上具有比所述扫描步长更大的延度，

-通过图像处理将所述多个扫描图像分解为每个情况下的扫描部分图像，

-通过组合多个所述每个情况下的扫描部分图像而生成组合结果图像，以及

-依照一个或多个预定的选择标准从所述组合结果图像中选择至少一个对象测量图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述组合结果图像的各自的总体亮度用作所述选择标准。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，生成包括来自每个扫描图像的至少一个扫描部分图像的所述组合结果图像。

4.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，在分解期间将所述多个扫描图像分解为每个情况下的带状扫描部分图像，所述带状扫描部分图像具有以下带宽：该带宽对应于从对象平面成像到图像平面内的扫描步长的整数倍数。

5.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述扫描步长被设置为使得从对象平面成像到图像平面成像内的所述扫描步长对应于在扫描方向上所述探测表面内的探测元素的宽度的整数倍数。

6.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述扫描图像总是成像到所述探测表面的一个相同的探测表面区域上。

7.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述光学扫描基本上上按照Scheimpflug原理来执行。

8.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，在光学扫描期间所述对象平面和所述图像平面被布置为基本上相互平行。

9.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，在对所述多个扫描图像的分解期间将至少一部分所述扫描部分图像生成为扫描图像中交叠的扫描部分图像。

10.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，在对所述多个扫描图像的分解期间将至少一部分所述扫描部分图像生成为扫描图像中不交叠的扫描部分图像。

11.一种用于光学扫描对象、尤其是体液的测试成分的设备，其具有：对象容器(1)；光学探测设备(4，5)；位移设备，其被配置为在对布置在对象容器(1)上的对象(2)进行光学扫描期间将对象容器(1)和探测设备(4，5)彼此相对地移位到连续的扫描位置处；以及控制设备，其被配置为依照根据前述权利要求中的至少一项所述的方法来控制所述光学扫描。

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