CN102272652A - 用于生物标本的光学分析的分析器 - Google Patents

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Abstract

用于生物标本的光学分析的分析器(1)，包括光学器件(6)，该光学器件(6)包括照相机(7)、中间光学器件(8)和前光学器件(9)。分析器(1)的特征在于：中间光学器件(8)被可移动地布置且前光学器件(9)被固定地布置。用于生物标本的光学分析的分析器(1)包括用于传递待分析的载玻片的机器人(3)。分析器(1)的特征在于：机器人(3)由至少三个电机(12)、(13)、(14)控制以允许机器人(3)在三维内移动。机器人(3)包括被配置成夹持载玻片的操纵装置。

Description

用于生物标本的光学分析的分析器
技术领域
本发明涉及用于生物标本的光学分析的分析器，其包括用于传送带有待分析的样品的载玻片的机器人。本发明还涉及包括光学器件的用于生物标本的光学分析的分析器，该光学器件包括照相机、中间光学器件和前光学器件。应当注意，描述的分析器的机器人和光学器件可在一个分析器中一起使用，但是分析器的机器人和光学器件还可彼此独立地使用。
背景技术
生物材料的电脑辅助影像分析在近几年中已经变得越来越普遍。例如，用来计数和分类血涂片和体液中的白血球细胞的电脑辅助过程已经发展。这些类型的分析在诊断感染、过敏或血癌中构成重要的步骤。
在各种医疗制剂的显微镜分析中，例如血液样品、细胞样品或病理样品的分析中，可能的是使用自动扫描的显微镜系统。该显微镜系统的一个示例是来自CellaVision AB的CellaVision DM 96，其被用于在周围的血涂片中的各种类型的白血球细胞的定位和预分类。这种系统还是红细胞形态学(red morphology)的预特征部分且提供了用于血小板估计的功能。系统扫描在显微镜载玻片上涂片的血液样品。在扫描期间，显微镜系统形成了显微镜载玻片在两个方向上的可控的定位移动，该两个方向可被认为是x、y平面中的方向。显微镜载玻片被放置在凭借每个方向上的两个轨和滚珠螺杆在两个方向上移动的工作台上。
该系统的关键部分是具有样品的可控的操纵。被放置在显微镜载玻片上的样品从盒被传送到显微镜，其中进行聚焦的粗调节连同精调节以实现血液样品的满意的成像。用来从盒将载玻片装载到显微镜的平台上的一些装置是已知的。
US-6,847,481公开了用于显微镜的自动的载玻片装载器盒。自动的载玻片装载器包括用于容纳多个显微镜载玻片的载玻片盒指示器，用于夹持指示器内的显微镜载玻片且用于将载玻片传送到显微镜来观测并随后返回到指示器的载玻片交换臂，和用于在指示器和显微镜之间移动载玻片交换臂且定位载玻片以进行分析的x、y平台。
存在与确保两个轨完美地平行相关联的问题，且如果两个轨不是完美地平行，则工作台将不能适当地移动。
发明概述
本发明的目的是提供上述技术和现有技术的改进。
更具体地，本发明的目的是提供具有用于传送带有待分析的样品的载玻片的机器人的分析器，该机器人可在三维中移动且可被用来获得样品的聚焦而无需移动分析器中的光学器件。
本发明的另外的目的是提供包括光学器件的分析器，该光学器件包括照相机、中间光学器件和前光学器件，其中，中间光学器件被可移动地布置且前光学器件被固定地布置。
这些和其它目的，连同从本发明的下列描述中明显的优势凭借根据独立权利要求1的包括光学器件的分析器和根据独立权利要求11的包括机器人的分析器实现。
分析器因此包括光学器件，该光学器件包括照相机、中间光学器件和前光学器件，其中，中间光学器件被可移动地布置且前光学器件被固定地布置。这是有优势的，因为许多不同的放大系数可被实现。另外，用物镜的一些选择，与前光学器件相比，中间光学器件对于定位中的缺陷更不敏感，由此，使其有优势以将前光学器件布置成固定的。
光学器件可包括一个或多个可移动地布置的光源。因为光源是可移动的，所以当载玻片从显微镜被移除时，光源可被移动，由此，使得有可能将载玻片远离前光学器件移动足够远以从前光学器件释放放置在载玻片上的光学用油。否则，存在来自载玻片的光学用油弄脏光源的风险。
光源可为LED。LED比常规的灯泡需要更少的能源且还实现了光的脉冲，因此进一步减小了能源消耗。
照相机可被可移动地布置，其优势在于，相同的照相机可与所有可能的光学配置一起使用。这使得制造更便宜。
中间光学器件可包括至少两个中间物镜。
中间物镜可具有从包括0.33、0.5、0.66和1的组中选择的放大系数。
前光学器件可包括至少两个端部物镜。
端部物镜可具有从包括10、20、40、50、63和100的组中选择的放大系数。
用中间物镜和端部物镜的适当的选择，适当数量的不同的放大系数可被实现以用于分析器将被使用的操作任务。中间物镜和端部物镜的组合使使用广泛使用的物镜变成可能，因此，使制造更便宜。
分析器可包括用于聚焦来自光源的光的聚焦透镜。
聚焦透镜可具有折射光的两个端部部分和在两个端部部分之间的提供光的全反射的中间部分。用该聚焦透镜，充足的照明和适当的数值孔径可以非常经济的方式实现。充足的照明和适当的数值孔径对于实现好的分辨率和高的快门速度是重要的。
聚焦透镜实质上可为圆体形的且端部部分实质上可具有球截形的形状。
机器人的移动可被配置成凭借线性致动器执行。
光学器件的可移动的部分的移动优选地被配置成凭借线性致动器执行。
线性致动器提供了实现所期望的移动的实用的方法。
提供了用于生物标本的光学分析的分析器，该分析器包括用于传送带有待分析的样品的载玻片的机器人。分析器的特征在于：机器人由至少三个电机控制，以允许机器人在三维内移动，其中，机器人包括被配置成夹持载玻片的操纵装置。这是有优势的，因为机器人可在三维内移动载玻片，例如从片盒(magazine)移动到显微镜。
所述电机中的至少两个被布置成沿各自的螺杆移动。用电机和螺杆的适当的选择，机器人本身能够执行例如用于聚焦的粗调节和精调节以实现样品的满意的成像。
螺杆可为静止的，其优势在于获得旋转的临界值的风险被消除。并且，转动惯量径向地减小。
螺杆可在其一端部被固定地布置且在其另一端部被自由地布置，其优势在于：螺杆在x、y平面中的定向的可能的缺陷以最小限度影响z平面中的移动。由于螺杆的一端的非固定的布置，螺杆将不与引导机器人的移动的导轨对抗，且因此，当制造分析器时，不需要实现螺杆和导轨之间的绝对的平行。
螺杆的自由地布置的端部可为最接近于光学分析被实施的地点的端部。这是有优势的，因为最重要的是在光学分析被实施的地点具有适当的精细运动能力。
操纵装置可被配置成凭借电机打开且凭借弹簧关闭。这是有优势的，因为在动力中断的情况下，操纵装置将不会使载玻片掉落，因为弹簧将载玻片保持在适当位置。并且，操纵装置可处理载玻片的玻璃的厚度中的变化。
操纵装置可包括传感器，该传感器被布置成如果操纵装置被完全地关闭则报警。这是有优势的，因为如果操纵装置被完全地闭合且相应地不携带载玻片，则传感器将给操作员报警。
附图说明
本发明的上述的连同附加的目的、特征和优势通过本发明的实施方案的下列阐述性且非限制性的详细描述，参照附图将被更好的理解。
图1是用于生物标本的光学分析的分析器的透视图。
图2是盖子被移除的分析器的透视前视图。
图3是分析器的透视后视图，显示了传送带有待分析的涂片的载玻片的机器人。
图4是用于保持载玻片的片盒的透视图。
发明的实施方案详述
用于生物标本的光学分析的分析器1在图1中被图示。分析器1具有腔2，其中，包括载玻片的片盒可被放置在腔2中。每个片盒包括多个载玻片。分析器1可具有多个腔2以在分析器1中同时放置多于一个片盒。在图1中图示的实施方案中，分析器具有八个腔2。
在图2中，分析器1被图示成具有机器人3。机器人3被可移动地布置以使机器人3可沿x轴、y轴和z轴移动。机器人包括操纵装置4以夹持待分析的载玻片5。操纵装置4凭借电机打开且凭借弹簧关闭。并且，操纵装置4装备有传感器，如果操纵装置4被完全地关闭则该传感器报警。
分析器1中的光学器件6包括照相机7、中间光学器件8和前光学器件9。照相机7被可移动地布置以使其能凭借沿螺杆19移动的电机18(见图3)而沿x轴移动(图2中的双箭头X)。中间光学器件8被可移动地布置以使其可沿x轴移动。照相机7连同中间光学器件8的移动凭借线性致动器被执行。中间光学器件8包括两个物镜10。在所示的示例中，中间物镜分别具有0.5和1的放大系数。前光学器件9被固定地布置。在图2中图示的实施方案中，前光学器件具有分别带放大系数10、40和100的三个物镜11。物镜的这种组合使其可能分别实现5、10、20、40、50和100倍的放大。
与每个端部物镜11相关，存在用于照亮正被分析的涂片的LED(未示出)。LED是沿z轴可移动的，从而当已经分析过的载玻片5将被从光学器件6移除时能够将LED移开。以这种方式可能的是，避免载玻片上的任何油洒到LED上。
聚焦透镜25被布置成将来自LED的光聚焦到载玻片上，从而实现满意的照明和适当的数值孔径。聚焦透镜25具有实质上圆柱形的中间部分26。在中间部分26的每个端部处存在端部部分27，该端部部分27具有球截形的形状。来自LED的光进入聚焦透镜25且被第一端部部分27a折射。在中间部分26中，光全部在外表面中被反射。在光离开聚焦透镜之前，光再次被第二端部部分27b折射。
图3图示了由三个电机12、13、14控制的机器人3，三个电机12、13、14中的两个电机12、13沿螺杆15、16移动且第三个电机14凭借螺杆17移动载玻片5以实现在三维内的移动。为了实现沿x轴的移动，机器人具有沿螺杆15移动的电机12。为了实现沿y轴的移动，机器人具有沿螺杆16移动的电机13(在图3中指示，但是在电机14后面是模糊的)。为了实现载玻片5沿z轴的移动，机器人具有沿螺杆17移动载玻片5的电机14。每个螺杆15、16、17在一端被固定地布置且在另一端被自由地布置。每个螺杆15、16、17的自由布置的端是最靠近光学分析被实施的地方的端，即最靠近光学器件6。螺杆是静止的，其意味着螺杆不旋转。
沿每个螺杆15、16、17的长度的中间存在用于探知机器人3的位置的位置传感器(未示出)。类似地，在螺杆的中心处存在位置传感器，照相机7和中间光学器件沿该螺杆移动。传感器在中间的这种放置与在每个螺杆的每个端部处布置一个传感器相比减少了需要的传感器的数量。
在分析器1上，布置了包含光学用油的一次性的油袋或油包22。当油包22是空的时，其可容易地被移除且用新的、满的油包更换。为了确保每个载玻片被提供油的油滴且确保油包不是空的，分岔(fork)被布置成感测从油包传到载玻片的油滴。刮板23或海绵可被布置成一旦载玻片在其回到片盒前已被分析，则从载玻片移除油。
在图4中用于在分析器1中使用的片盒20被显示。片盒具有用于将12个载玻片堆叠布置的插槽21。在每个插槽21中，存在将载玻片保持在位置中的弹簧。因此，可确定的是，载玻片不会掉出片盒20，该载玻片本应该意外地翻倒或掉落。载玻片在片盒中的正确的定位还可使机器人3更容易夹持载玻片。
当使用分析器1分析以在载玻片5上的涂片为形式的样品时，储存在片盒20中的载玻片5首先被操纵装置4夹持并从片盒20拉出一点儿。布置在分析器的主结构梁28上的条形码读取器24读取载玻片5上的条形码(未示出)以获取关于载玻片5的信息。如果载玻片5将被分析，则操纵装置4采用载玻片5的更好的夹持且机器人3将载玻片5传送到光学器件6以进行分析。通过使用中间光学器件8中的物镜10与前光学器件9中的物镜11结合，一些不同的放大系数可被使用以产生用于操作者的满意的照片。载玻片5的移动的粗调节连同精调节，包括聚焦，凭借机器人3被执行。照相机7可给在载玻片5上的涂片照相且将该照片发送到操作者能够看到载玻片5上的涂片的影像的电脑(未示出)。在分析之后，机器人3将载玻片5降低，从而释放放置在载玻片上的来自端部物镜11的光学用油，从而避免洒油。LED也被降低，从而避免与载玻片5的向下的移动干涉。机器人3随后将载玻片5传送回片盒20且将载玻片放回与该载玻片被拉出的同一插槽21。
分析器1可被用来分析血液样品，但是还可用于其它样品。通常，分析器1适于生物标本的所有类型的扫描，包括但不限于血液和骨髓涂片，细胞样品，例如(Pap smear)半流质涂片，以及组织生理学的组织切片。
技术人员认识到，在此描述的实施方案的许多修改是可能的而不背离本发明的范围，本发明的范围在所附权利要求中被界定。
例如，中间光学器件还可具有除了上文描述的放大系数的其它放大系数。通常，放大系数将从包括0.33、0.5、0.66和1的组中选择，但是其它放大系数也是可能的。
类似地，前光学器件可具有其它放大系数。前光学器件在大多数情况中将具有至少两个物镜11，且放大系数从包括10、20、40、50、63和100的组中选择。其它放大系数也是可能的。在所示的实施方案中，前光学器件具有三个物镜，但是其可例如仅具有两个物镜。这在该情况中可分别具有20和100的放大系数。
在上文描述的实施方案中，样品的照明凭借LED实现。与上文描述的聚焦透镜25相关，LED是优选的光源。但是，通常，其它光源也可被使用，例如灯泡。
除了在分析器的前部上的插槽2，附加的插槽(未示出)可被用作用于接纳不放置在片盒中的单个载玻片的备用插槽。如果应急样品需要被分析，则这是方便的。如果机器人被用来将来自例如涂片装置的载玻片传送到分析器，则该备用插槽还实现了连续的流而无需使用片盒。此外，备用插槽可被用作在动力中断的情况下的卸料口。如果动力中断已重新设定分析器1且机器人3保持载玻片5，则机器人3将不知道片盒20中的哪个插槽21用来返回载玻片5且可改为通过备用插槽卸下载玻片5。
当存在动力中断时，解决操纵由机器人保持的载玻片5的问题的另一种方法是对分析器1编程，以使机器人3记住随载玻片5前进的地点，且以使当动力恢复时，机器人3在其中断的地点重新开始机器人3的工作。
在所示的实施方案中，电机沿其移动的螺杆被固定地布置在离光学器件最远的端部中且自由地布置在最靠近光学器件的端部中。实现接近分析的点，即接近光学器件的移动的自由度的另一种方法可使用在两端处被固定的更长的螺杆，且将其布置成以使光学器件被放置成靠近螺杆的中心。
在仅带一个用于片盒20的插槽2的分析器1的情况下，条形码读取器24可被固定地布置在分析器1的主结构梁28上。在带多于一个用于片盒的插槽2的分析器1的情况下，例如上文描述的实施方案，机器人3可被布置成抓取条形码读取器24，以使当机器人3移动到当前片盒24时，条形码读取器24伴随机器人3沿主结构梁28滑动。当机器人3将载玻片移动到分析的区域内，光学器件6下方时，条形码读取器24在第一片盒插槽2的左方。
应当注意，描述的分析器的机器人和光学器件可在一个分析器中一起使用，但是光学器件的机器人和分析器还可彼此独立地使用。

Claims (30)

1.用于生物标本的光学分析的分析器(1)，包括：
光学器件(6)，其包括照相机(7)、中间光学器件(8)和前光学器件(9)，其特征在于：所述中间光学器件(8)被可移动地布置且所述前光学器件(9)被固定地布置。
2.根据权利要求1所述的分析器，其中，所述照相机(7)被可移动地布置。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的分析器，其中，所述中间光学器件(8)包括至少两个中间物镜(10)。
4.根据权利要求3所述的分析器，其中，所述中间光学器件具有从包括0.33、0.5、0.66和1的组中选择的放大系数。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的分析器，其中，所述前光学器件(9)包括至少两个端部物镜(11)。
6.根据权利要求5所述的分析器，其中，所述端部物镜具有从包括10、20、40、50、63和100的组中选择的放大系数。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的分析器，还包括：光源和用于聚焦来自所述光源的光的聚焦透镜(25)。
8.根据权利要求7所述的分析器，其中，所述光源是发光二极管，且其中，所述聚焦透镜(25)具有折射光的两个端部部分(27)和在所述两个端部部分(27)之间的提供光的全反射的中间部分(26)。
9.根据权利要求8所述的分析器，其中，所述聚焦透镜(25)实质上是圆柱形的，且其中，所述端部部分(27)实质上具有球截形的形状。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的分析器，其中，所述光学器件(6)的移动被配置成凭借线性致动器执行。
11.用于生物标本的光学分析的分析器(1)，包括：
机器人(3)，所述机器人(3)用于传送在载玻片(5)上的待分析的样品，其特征在于：所述机器人(3)由至少三个电机(12、13、14)控制以允许所述机器人(3)三维移动，其中，所述机器人(3)包括被配置成夹持所述载玻片(5)的操纵装置(4)。
12.根据权利要求11所述的分析器(1)，其中，所述电机中的至少两个电机(12、13)被布置成沿各自的螺杆(15、16)移动。
13.根据权利要求11或12所述的分析器(1)，其中，至少一个螺杆(15、16、17)是静止的。
14.根据权利要求11-13中的任一项所述的分析器(1)，其中，至少一个螺杆(15、16、17)在其一端部被固定地布置且在其另一端部被自由地布置。
15.根据权利要求14所述的分析器(1)，其中，所述螺杆(15、16、17)的自由地布置的端部是最靠近光学分析被实施的地点的端部。
16.根据权利要求11-15中的任一项所述的分析器(1)，其中，所述操纵装置(4)被配置成凭借电机打开且凭借弹簧关闭。
17.根据权利要求11-16中的任一项所述的分析器(1)，其中，所述操纵装置(4)包括传感器，所述传感器被布置成如果所述操纵装置(4)被完全地关闭则报警。
18.根据权利要求11-17中的任一项所述的分析器(1)，还包括光学器件(6)，所述光学器件(6)包括照相机(7)、中间光学器件(8)和前光学器件(9)，其中，所述中间光学器件(8)被可移动地布置且所述前光学器件(9)被固定地布置。
19.根据权利要求18所述的分析器(1)，其中，所述光学器件(6)包括至少一个光源。
20.根据权利要求19所述的分析器(1)，其中，所述至少一个光源是发光二极管。
21.根据权利要求18-20中的任一项所述的分析器(1)，其中，所述照相机(7)被可移动地布置。
22.根据权利要求18-21中的任一项所述的分析器(1)，其中，所述中间光学器件(8)包括至少两个中间物镜(10)。
23.根据权利要求22所述的分析器(1)，其中，所述中间物镜具有从包括0.33、0.5、0.66和1的组中选择的放大系数。
24.根据权利要求18-23中的任一项所述的分析器(1)，其中，所述前光学器件(9)包括至少两个端部物镜(11)。
25.根据权利要求24所述的分析器(1)，其中，所述端部物镜具有从包括10、20、40、50、63和100的组中选择的放大系数。
26.根据权利要求20-25中的任一项所述的分析器(1)，还包括：用于聚焦来自所述光源的光的聚焦透镜(25)。
27.根据权利要求26所述的分析器(1)，其中，所述聚焦透镜(25)具有折射光的两个端部部分(27)和在所述两个端部部分(27)之间的提供光的全反射的中间部分(26)。
28.根据权利要求27所述的分析器(1)，其中，所述聚焦透镜(25)实质上是圆柱形的，且其中，所述端部部分(27)实质上具有球截形的形状。
29.根据权利要求11-28中的任一项所述的分析器(1)，其中，所述机器人(3)在至少一个维度中的移动被配置成凭借线性致动器执行。
30.根据权利要求18-28中的任一项所述的分析器(1)，其中，所述光学器件(6)的可移动的部件的移动被配置成凭借线性致动器执行。
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