CN103842793A - 样品施给器感测和放置 - Google Patents

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Abstract

相对于衬底放置样品施给器的系统和方法包括：（a）获取在衬底附近的样品施给器的图像，其中该图像包括与样品施给器相对应的直接图像区、和与从衬底的表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区；（b）确定直接图像区中样品施给器的边缘的位置；（c）确定第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；（d）确定样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的距离；以及（e）根据边缘之间的距离确定样品施给器相对于衬底的位置。

Description

样品施给器感测和放置
交叉引用相关申请
本申请要求2011年7月22日提交的美国临时专利申请第61/510,728号基于35U.S.C.§119(e)的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。
技术领域
本公开涉及放置样品施给器以将样品分配在衬底上的的方法和系统。
背景技术
用于分析像血液或体液那样的生物样品的传统方法通常包括两个步骤。首先，自动系统对处在液体状态下的样品进行样品特性的定性分析。例如，使用基于阻抗、荧光和/或散射光的测量的流式细胞仪处理悬浮在液流中的血液的样品以计算红血细胞、白血细胞、血小板，并导出总血细胞计数的其它参数。其次，只要流动系统检测到样品中的某种异常（例如，异常高白细胞计数），系统就对样品加以标志，实验室技术人员通过检查显微镜载玻片上干燥和染色制备的样品人工复查样品。
为了便于人工复查，技术人员通常制备血液样品的“楔形”涂片。涂片制备得出厚度和血液成分的分布高度可变的样品。楔形涂片往往只有具有适合检查和分析的细胞密度的单个窄带，这个带的地点和形状随载玻片而变。另外，由于缺乏均匀性，涂片制备往往对妨碍给定患者的样品性质的绝对定量。一般说来，在涂片本身内只能评估相对比例。
生产均匀、高质量标本的样品制备方法将使样品的可视评估既更容易又更精确。而且，对于以高度一致的方式使用已知体积的样品制备的标本，可以直接从标本中自动定量样品性质，取代传统上使用基于流动的系统进行的样品分析的第一步骤。
发明内容
本文公开的系统和方法在自动样品制备期间使用，其中将样品施给器用于将流体样品分配在像显微镜载玻片那样的衬底上。成功地分配流体以获得跨过衬底相对均匀分布的样品部分取决于控制样品施给器相对于接受样品的衬底的表面的位置。为了实现对样品施给器的精确控制，本文公开的方法和系统被配置成根据包括从衬底表面反射的图像的施给器的一个或多个图像，确定样品施给器相对于衬底表面的位置。该图像包括与衬底上方的样品施给器的直接（例如，非反射）图像相对应的直接图像区、和与从衬底表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区。
施给器相对于衬底表面的位置可以根据直接图像区和第一反射图像区中样品施给器的边缘之间的距离来确定。该方法和实现该方法的系统可以推广到确定处在多个横向地点上的样品施给器相对于衬底的位置。通过首先确定施给器相对于衬底表面的一组适当位置（例如，在衬底的角上），可以在衬底表面上的其它地点上内插产生所希望施给器位置的适当控制信号。这样，可以在将流体样品分配在衬底上期间实现对样品施给器相对于衬底表面的位置的精确控制。
一般说来，在第一方面，本公开的特征是相对于衬底放置样品施给器的方法，该方法包括：（a）获取在衬底附近的样品施给器的图像，该图像包括与样品施给器相对应的直接图像区、和与从衬底的表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区；（b）确定直接图像区中样品施给器的边缘的位置；（c）确定第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；（d）确定样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的距离；以及（e）根据边缘之间的距离确定样品施给器相对于衬底的位置。
该方法的实现可以包括如下特征的任何一种或多种。
获取在衬底附近的样品施给器的图像可以包括将检测器定向成相对于衬底的表面成一角度；以及使用该检测器记录图像。
样品施给器相对于衬底的位置可以包括样品施给器在衬底的表面上方的高度。确定样品施给器在衬底的表面上方的高度可以包括根据参考信息计算高度，该参考信息包括将样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的距离与高度相联系的关联信息。
该方法可以包括测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离，其中测量该组距离的每个成员包括：（a）将样品施给器平移到衬底的表面上方的新高度；（b）获取在衬底附近的处在新高度上的样品施给器的第二图像，该第二图像包括与样品施给器相对应的直接图像区和与从衬底的表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区；（c）确定第二图像的直接图像区中样品施给器的边缘的位置；（d）确定第二图像的第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；以及（e）确定第二图像的直接图像区中样品施给器的边缘与第一反射图像区中样品施给器的反射边缘之间的距离。
该方法可以包括通过在测量的该组距离中的距离之间内插，确定与样品施给器的目标位置有关的控制设置。该方法可以包括将该控制设置和有关样品施给器相对于衬底的地点的信息存储在存储单元中。该组距离可以包括至少两个距离（例如，至少十个距离）。
该方法可以包括：（a）沿着与样品施给器的中心轴垂直的方向将样品施给器平移到相对于衬底的新地点；（b）测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离；（c）确定与新地点上的样品施给器的目标位置有关的控制设置；以及（d）将控制设置和有关新地点的信息存储在存储单元中。该方法可以包括重复沿着与样品施给器的中心轴垂直的方向将样品施给器平移到相对于衬底的新地点、测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离、确定与新地点上的样品施给器的目标位置有关的控制设置、以及将控制设置和有关新地点的信息存储在存储单元中的步骤，直到存储其有关信息的地点的数量是三个或更多个（例如，六个或更多个）。
该方法可以包括确定衬底的表面的方程（equation）的系数。该方法可以包括确定衬底相对于与样品施给器的中心轴垂直的平面的取向。确定衬底的取向可以包括确定衬底表面相对于与样品施给器的中心轴垂直的平面的斜率。
确定直接图像区中样品施给器的边缘的位置可以包括：（a）选择直接图像区中沿着与样品施给器的中心轴平行的方向延伸的像素的列；（b）对于每个所选列，确定该列内最大强度变化的位置；以及（c）根据像素的每个所选列中最大强度变化的位置确定样品施给器的边缘的位置。确定每个所选列内最大强度变化的位置可以包括：（a）对于所选列中的每对相邻像素，确定强度的变化；（b）确定所选列中相邻像素对之间的最大强度变化；以及（c）用函数形式拟合相邻像素对之间的最大强度变化，以确定所选列内最大强度变化的位置。确定样品施给器的边缘的位置可以包括将每个所选列内最大强度变化的位置拟合成函数形式。确定样品施给器的边缘的位置可以包括根据拟合的函数形式确定样品施给器的顶点。
确定第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置可以包括：（a）选择第一反射图像区中沿着与样品施给器图像的伸长轴垂直的方向延伸的像素的行；（b）对于每个所选行，确定该行中的m个最高像素强度的平均值，以及确定该行中的k个最低像素强度的平均值；（c）确定与该行有关的对比度为m个最高像素强度的平均值与k个最低像素强度的平均值之间的差值；以及（d）根据每个所选行中的对比度确定样品施给器的反射边缘的位置。根据每个所选行中的对比度确定样品施给器的反射边缘的位置可以包括：（a）根据每个所选像素行中的对比度识别第一反射图像区的第一部分，其中该第一部分不包括样品施给器的图像；（b）根据每个所选像素行中的对比度识别第一反射图像区的第二部分，其中该第二部分包括样品施给器的图像；以及（c）根据第一反射图像区的第一和第二部分之间的对比度差值确定样品施给器的反射边缘的位置。数量m可以对应于每个所选行中的像素总数的至少五分之一，数量k可以对应于每个所选行中的像素总数的至少五分之一，并且在每个所选行中可以不存在为m个像素和k个像素所共有的像素。
衬底的表面是与样品施给器最接近的衬底的上表面。在衬底附近的样品施给器的图像可以包括与从衬底的下表面反射的样品施给器的图像相对应的第二反射图像区，以及该方法可以包括：（a）确定第二反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；（b）确定第一和第二反射图像区中样品施给器的反射边缘之间的距离；以及（c）根据第一和第二反射图像区中样品施给器的反射边缘之间的距离确定衬底的厚度。确定衬底的厚度可以包括根据参考信息计算厚度，该参考信息包括将样品施给器的反射边缘之间的距离与厚度相联系的关联信息。
确定第二反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置可以包括：（a）选择第二反射图像区中沿着与样品施给器图像的伸长轴垂直的方向延伸的像素的行；（b）对于每个所选行，确定该行中的p个最高像素强度的平均值，以及确定该行中的q个最低像素强度的平均值；（c）确定与该行有关的对比度为p个最高像素强度的平均值与q个最低像素强度的平均值之间的差值；以及（d）根据第二反射图像区中每个所选像素行的对比度与第一反射图像区中每个所选像素行的对比度之间的差值确定第二反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置。数量p可以对应于每个所选行中的像素总数的至少五分之一，数量q可以对应于每个所选行中的像素总数的至少五分之一，并且在每个所选行中没有像素可以为p个像素和q个像素所共有。
该方法可以包括校准关联信息，其中校准关联信息包括确定使样品施给器的致动器提供刚好被重力克服的向上力的偏移控制信号值，存储该偏移控制信号值，朝着衬底平移样品施给器，直到与致动器的平移误差有关的信号在误差阈值内，以及当与致动器的平移误差有关的信号在误差阈值内时，存储样品施给器的位置。校准关联信息可以包括在存储的位置上将样品施给器的高度设置成零。该方法可以包括校准关联信息，其中校准关联信息包括确定使样品施给器的致动器提供刚好被重力克服的向上力（例如，在一些实现中，比重力小约0.5，1，2，3，4或5%）的偏移控制信号值；存储该偏移控制信号值；缓慢降低样品施给器，直到致动器的控制信号在偏移控制信号的误差阈值内；以及当致动器的控制信号在偏移控制信号的误差阈值内时，存储样品施给器的位置。
该方法的各种实现和实施例还可以酌情地以任何组合包括本文公开的其它特征的任何一种或多种。
在另一个方面，本公开的特征是相对于衬底放置样品施给器的系统，该系统包括：样品施给器、配置成支承衬底的平台、检测器、和电子处理器，其中该系统被配置成当该平台支承着衬底时：（a）将该检测器配置成获取在衬底附近的样品施给器的图像，该图像包括与样品施给器相对应的直接图像区、和与从衬底的表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区；（b）将该电子处理器配置成：（i）确定直接图像区中样品施给器的边缘的位置；（ii）确定第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；（iii）确定样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的距离；以及（iv）根据边缘之间的距离确定样品施给器相对于衬底的位置。
该系统的各种实现和实施例可以包括如下特征的任何一种或多种。
样品施给器相对于衬底的位置可以包括样品施给器在衬底的表面上方的高度，以及可以将该电子处理器配置成根据参考信息确定样品施给器的高度，该参考信息包括将样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的距离与高度相联系的关联信息。
可以将该电子处理器配置成通过如下步骤测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离：（a）将样品施给器平移到衬底的表面上方的新高度；（b）获取在衬底附近的处在新高度上的样品施给器的第二图像，该第二图像包括与样品施给器相对应的直接图像区和与从衬底的表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区；（c）确定第二图像的直接图像区中样品施给器的边缘的位置；（d）确定第二图像的第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；以及（e）确定第二图像的直接图像区中样品施给器的边缘与第一反射图像区中样品施给器的反射边缘之间的距离。
可以将该电子处理器配置成通过在测量的该组距离中的距离之间内插，确定与样品施给器的目标位置有关的控制设置。该系统可以包括与该电子处理器连接的存储单元，其中该电子处理器被配置成将该控制设置和有关样品施给器相对于衬底的地点的信息存储在该存储单元中。
可以将该电子处理器配置成：（a）沿着与样品施给器的中心轴垂直的方向将样品施给器平移到相对于衬底的新地点；（b）测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离；（c）确定与新地点上的样品施给器的目标位置有关的控制设置；以及（d）将控制设置和有关新地点的信息存储在该存储单元中。可以将该电子处理器配置成根据存储的控制设置确定与衬底的表面相对应的平面的方程的系数。可以将该电子处理器配置成根据存储的控制设置确定衬底相对于与样品施给器的中心轴垂直的平面的取向。
该系统的各种实现和实施例还可以酌情地以任何组合包括本文公开的其它特征的任何一种或多种。
如本文所使用，术语“样品施给器”指的是将样品分配在衬底上的设备。通常，尽管不总是，但样品施给器包括分配流体样品的流体导管。样品施给器可以包括，例如，吸管、细针、管子。
“样品”是样品施给器分配在衬底的表面上的溶液、悬浮液、液体、或另一种类型的流体样品。样品可以是像，例如，血液那样的生物标本。
“衬底”是可以将样品分配在上面的构件。通常，但不总是，衬底具有样品施给器可以将样品分配在上面的平坦接受表面。一种示范性衬底是显微镜载玻片，或能够支承样品的任何其它反光材料。
衬底的“上表面”对应于与样品施给器最接近的衬底表面。衬底的“下表面”对应于与上表面相反的衬底表面。
“直接图像区”对应于图像中包括样品施给器的直接图像的区域。直接图像是不是从衬底的表面反射的图像。“第一反射图像区”是通常来自相同图像、包括从衬底的表面（上表面或下表面）反射的样品施给器的图像的区域。“第二反射图像区”是通常来自相同图像、包括也从衬底的表面反射的样品施给器的图像的区域。在一些实施例中，第一和第二反射图像区对应于从衬底的不同表面（例如，分别从上下表面）反射的样品施给器的图像。
“样品施给器的边缘”指的是直接图像区中将样品施给器与直接图像区中的其它特征分开的边界。“样品施给器的反射边缘”指的是第一反射图像区中将样品施给器的反射图像与第一反射图像区中的其它特征分开的边界。
当分别比较像素1和2的强度I(1)和I(2)时，在给定图像区中，“强度的变化”对应于I(2)-I(1)。通常，图像区中的样品施给器与较亮背景（例如，背景具有较高强度）相比表现为较暗特征。于是，当像素2是背景像素而像素1对应于样品施给器时，则强度的变化将是正的。
量值“对比度”是一组像素之间的强度变化性的度量。对比度可以按如下计算：首先，从像素集中选择该集合中的像素之间具有最高强度的像素的第一子集、和该集合中的像素之间具有最低强度的像素的第二子集；以及其次，计算两个子集的平均强度之间的差值。该子集可以是固定数量的像素或与像素集的大小成比例（例如，集合中的像素的1/5）。例如，具有最高强度的像素的子集的平均强度可以对应于图像中的特定行像素的n个最大像素强度的平均值。具有最低强度的像素的子集的平均强度可以对应于特定行的m个最小像素强度的平均值。n和m的数值可以不同或相同。例如，n可以具有10的数值，但它的范围可以从1到该行的像素总数。另外，m也可以具有10的数值，但它的范围也可以从1到该行的像素总数。通常，针对像素的集合选择n和m的数值，以便所选的像素没有一个为第一和第二子集两者所共有。
样品施给器的“高度”指的是衬底的上表面与样品施给器与上表面最接近的部分之间的最小距离。对于具有取向与衬底表面垂直的延伸中心轴（例如，吸管或管子）的施给器，沿着与中心轴平行的方向测量高度。对于没有延伸中心轴或具有取向不与衬底表面垂直的中心轴的施给器，沿着与衬底表面的表面法线平行的方向测量高度。
样品施给器相对于衬底的“地点”对应于与衬底的上表面平行的平面中，相对于衬底表面的参考位置的施给器的二维位移。
衬底的“厚度”对应于沿着与上表面的平面垂直的方向在上下表面之间测量的衬底的最大尺度。
除非另有定义，本文使用的所有科学和技术术语都具有与本发明所属的领域的普通技术人员通常所理解相同的含义。尽管与本文所述的那些相似或等效的方法和材料可以用在本发明的实践或测试中，但下面将描述适当方法和材料。本文提及的所有公告、专利申请、专利和其它参考文献通过引用全文并入。在发生冲突的情况下，将以本说明书为准，包括定义。另外，材料、方法和例子都只是例示性的而无意成为限制。
在附图和下面的描述中展示了一个或多个实施例的细节。其它特征和优点将从该描述、附图和权利要求书中明显看出。
附图说明
图1A是示出与衬底的表面垂直放置的样品施给器的侧视图的示意图；
图1B是示出相对于衬底的上表面成一角度放置的样品施给器的侧视图的示意图；
图2是示出相对于衬底放置的样品施给器和捕获样品施给器的直接和反射图像的检测器的侧视图的示意图；
图3是示出直接图像区内样品施给器的直接图像和反射图像区内样品施给器的两个反射图像的示意性代表性图像；
图4是包括确定样品施给器的直接图像的顶点位置的一系列步骤的流程图；
图5A是示出像素的每个列中最大强度变化的地点的样品施给器的示意性代表性直接图像；
图5B是示出针对图5A的图像中的像素的每个列作为位置的函数画出的强度变化的曲线图；
图6是包括确定样品施给器的反射图像的顶点位置的一系列步骤的流程图；
图7A是样品施给器的示意性代表性反射图像；
图7B是示出针对图7A的图像中的每个像素行作为行位置的函数画出的对比度的曲线图；
图7C是示出样品施给器的顶点位置的样品施给器的示意性代表性图像；
图8是示出作为操纵器控制设置的函数画出的图像分离的示意性曲线图；
图9是示出相对于衬底的上表面处在多个地点上的样品施给器相联系的控制设置的确定的示意图；以及
图10是自动样品处理系统的示意图。
在各种图形中的相同标号都指相同元件。
具体实施方式
为了精确量化直接来自衬底上的制备样品的结果，沉积样品的成分、配置、和高度或厚度跨过衬底表面都应该尽可能高度均匀，以便样品的每个分析分区也总体代表制备在衬底上的样品，以及提取样品的患者。另外，高度一致和均匀制备的样品提供了直接比较多个患者全体的样品和分析结果的基础。通过均匀地制备样品，可以将自动方法用于分析，从而显著提高了吞吐量。
可以将多种不同方法用于以自动方式制备样品供随后分析用。为了改善均匀性，可以以受控方式将已知量值的流体样品（例如，液体、悬浮液、溶液、和像人体或动物血液或带有或没有稀释剂的体液，例如，来自骨髓、尿、阴道组织、上皮组织、肿瘤、精液，痰、和其它体液的细胞那样的其它混合物）分配在衬底表面上，以保证流体不会在衬底表面上的特定地点上积聚或扩散得太薄（例如，在沉积在衬底上的样品中尽可能接近地达到均匀）。举例来说，如下讨论涉及显微镜载玻片上血液样品的扩散和分析。但是，本文公开的方法和系统可以应用于在多种多样衬底上的如上所述的多种多样流体样品的制备和分析。衬底可以包括，但不限于，玻璃或塑料显微镜载玻片、抛光或镜面陶瓷载玻片、抛光金属衬底、塑料或其它柔性标本膜、和/或能够支承样品的任何其它反光材料。
样品施给系统和方法
本文公开的方法和系统可以用在使用样品施给器将已知量值的血液分配在显微镜载玻片的表面上的自动样品制备系统上。通常，施给器相对于载玻片的表面移动，在相对于载玻片移动的同时连续地分配血液。可以按照样品施给器的移动以多种图案分配血液。在一些实施例中，例如，保持衬底的平台在样品施给器的下面以栅格图案移动载玻片，导致在衬底表面上连续“描绘”出血液行。在某些实施例中，施给器或平台可以以螺旋图案或跨过样品表面每个相继描绘行接在沿着相反方向描绘的前一行后面的牛耕式图案移动。举例来说，如下讨论涉及以牛耕式图案将血液分配在衬底表面上。但是，更一般来说，本文公开的方法和系统可以应用于在样品沉积过程中随着样品施给器或支承衬底的平台之一或两者移动以包括，但不限于，格栅图案和螺旋图案的多种多样图案分配流体。
在一些实施例中，当以牛耕式图案分配血液时，处在衬底表面上方某个高度上的样品施给器沿着相继行扫过样品表面，随着其移动分配成血液连续体。随着衬底表面上的血液行干燥，它们联成血液连续膜。薄膜的均匀性取决于将血液行分配在衬底上的方式。这样选择分配血液的速率和相继血液行之间的间隔或重叠，使得当它们横向扩散和合并时，相邻血液行形成跨过衬底的细胞分布尽可能均匀，例如，厚度一个细胞的薄膜。在理想情况下，在保持细胞之间的一致间隔以便使相邻细胞之间的重叠或接触最小（例如，每个细胞与相邻细胞相隔半个细胞厚度的跨过衬底的表面均匀分布的一层细胞）的同时，尽可能密集地以所希望厚度将薄膜内的细胞分配在衬底上。
影响整个薄膜的均匀性的重要因素是沉积在衬底上的各个血液行的宽度的均匀性。通常，每个行的宽度的均匀性越好，在衬底上形成的整个薄膜的均匀性就越好。由于与正在从施给器喷出的样品邻接的衬底上的样品内的毛细力，随着施给器被平移到相对于表面的新地点，分配血液的给定行的宽度与样品施给器在衬底上表面上方的高度有关。为了获得在衬底的表面上具有单层细胞的均匀薄膜，使样品内的毛细力与趋向于引起衬底表面上的分配行扩散的扩散力平衡。通过使这些力平衡，相邻行合并成样品表面上细胞和其它样品成分既不太薄也不太不规则扩散的均匀薄膜。
除了通过控制施给器在衬底上方的高度来控制分配血液行的宽度之外，流体样品的粘度和施给器与衬底相对移动的速度的速率也影响分配在衬底上的给定血液行的宽度。一般说来，施给器在表面上方的高度越大（例如，施给器与表面之间的间隙越大），分配行的宽度就越大。也就是说，将血液分配在载玻片的表面上的速率与样品施给器与衬底表面之间的区域的体积有关。因此，这个区域的体积的变化与样品施给器在衬底表面上方的高度的变化有关。因此，为了分配出在宽度、高度和细胞分布方面尽可能接近均匀的行，重要的是：（a）随着施给器相对于衬底表面从一个地点平移或移动到另一个地点，尽可能一致地保持施给器在衬底表面上方的高度；以及（b）以既不屈从于存在于沉积在衬底上和与施给器中的样品邻接的样品中的毛细力，也不超越这些毛细力的流速分配样品。另外，沉积成稍微重叠的行（例如，有样品施给器直径的1/8，1/4，1/2或1/3重叠）可以改善沉积在衬底上的样品的整体均匀性。
因为血液的粘度和表面张力两者都相对较高，所以分配行的横向扩散的数量小于像水或血液与稀释剂混合的样品那样，表面张力较小的流体的行。因此，可以确定和监视粘度和表面张力，以保证血液行之间的间隔适合实现所希望总体覆盖。
已经通过有用的实验确定，对于用于在玻璃衬底的表面上分配覆盖600平方毫米面积的血液行、具有大约1500到500微米的外径和大约500到100微米的内径的样品施给器（例如，外径为大约812微米和内径为大约431微米的样品施给器），施给器在衬底（例如，显微镜载玻片）的表面上方的合适高度是大约8到20微米（例如，10，12，14，16或18微米）。平均来说，例如，样品施给器在玻璃衬底的表面上方的高度可以保持在大约12微米上。在这个高度上，为了保证足够均匀地分配血液行，施给器在衬底表面上方的高度的变化量应该不超过2微米。
另外，已经观察到，普通显微镜载玻片在上下载玻片表面之间的厚度随着载玻片可以有多达25微米的变化。如果不顾及衬底的厚度地在实验室参考系中固定施给器的位置，则显微镜载玻片厚度的变化可以显著改变沉积在载玻片上的样品的一致性或均匀性。如果衬底的厚度发生变化，则随着施给器和衬底由于衬底的厚度变化而相对移动，沿着与衬底表面垂直的轴将施给器保持在固定位置上可能导致施给器在衬底表面上方的高度发生变化。并且，尽管像显微镜载玻片那样的衬底在取向上保持不变，使得载玻片的表面是平坦的，名义上与施给器的中心轴垂直，但实际上，衬底可能是这样取向的，它的上表面相对于施给器的中心轴有一点点角度，使保持施给器高度不变的任务进一步复杂化。
鉴于上述约束，可以确定样品施给器在衬底的上表面上方的高度的方法和系统对于保证可以将自动方法用于制备与扩散在跨过衬底的表面均匀分布的样品中的一致体积分析物（例如，1微升血液）相对应的血液样品来说是重要的。并且，由于对施给器高度的变化的相对较小容忍度，重要的是在样品沉积期间或在校准过程之外不允许施给器与衬底物理接触地确定施给器的高度。施给器与衬底之间的不可控或意外物理接触潜在地损害施给器的尖端或使衬底从它的原始位置移开，妨碍了施给器位置的精确确定。另外，如果施给器的尖端包括样品的液滴，以及该液滴在施给器将样品沉积在衬底上之前与衬底接触，则可能将另外的细胞沉积在衬底表面上，从而错误地影响预期体积的样品的定量结果。
本文公开的方法和系统可以用于确定样品施给器在衬底表面上方的高度和衬底的厚度两者。通常，在一个或多个衬底表面地点上进行高度测量。在每个地点上，通过相对于衬底表面的一系列位移扫描样品施给器，在每个位移值上，确定施给器在衬底表面上方的高度，并将其与控制施给器的位移的施给器操纵器的特定设置相关联。在每个地点上，确定与施给器在衬底表面上方的目标高度（例如，8，10，12，14，16，18或20微米）相对应的操纵器设置。这样，在衬底表面上的多个地点上确定施给器的适当位置。在每个地点上，还可以确定衬底的厚度，以便为施给器进一步细化位置高度数据。
在为施给器确定了这个信息之后，施给器可以不对施给器高度作任何进一步测量地分配血液行。实际上，用于确定施给器操纵器的适当设置的该组初始高度测量值起分配操作的校准数据的作用。通过在分配操作之前校准，可以在实现施给器的连续、受控高度调整的同时，不进行施给器高度测量地以连续（例如，按行）分配已知量值的血液，以保证规则地和均匀地分配血液，并使每个行可以在分配相邻行之前的相同时间量内干燥。这种规则、均匀行分配的模式有助于保证所得血液样品干燥以后尽可能均匀。
样品施给器高度确定系统和方法
图1A示出了以放置在衬底102的上表面上方的样品施给器100为特征的系统50的示意图。样品施给器100将流体样品104分配在衬底102上。衬底102具有厚度t，样品施给器100被放置在衬底102的上表面上方的高度h上。t和h两者沿着与样品施给器100的中心轴108平行的方向测量。将检测器106放置成检测来自样品施给器100和/或衬底102、以与样品施给器100的中心轴108成一角度传播的光线110。样品施给器100机械地与操纵器150连接，衬底102由平台152支撑。操纵器150和平台152与包括电子处理器162的控制单元160电连接（例如，有线或无线地）。
在图1A中，样品施给器100的中心轴108名义上与衬底102的平面垂直。在某些实施例中，样品施给器100的中心轴108可能不与衬底102的平面垂直。图1B示出了将流体104分配在衬底102的表面上的样品施给器100的示意图。在图1B中，衬底102相对于与样品施给器100的中心轴108垂直的平面成一角度θ取向。角度θ对应于像操纵器150的坐标系那样的外部坐标系中衬底102的倾斜角。在图1B中，轴112对应于操纵器150平移样品施给器150的方向。操纵器150也可以沿着与图1B的平面和与轴112垂直的第二轴平移样品施给器102；衬底102可以相对于第二轴不倾斜（例如，像图1A那样），或衬底102可以相对于第二轴倾斜。一般说来，相对于第二轴的倾斜角可以与相对于轴112的倾斜角相同或不同。
图2示出了图1A的实施例的放大图。在图中（与图1A一样），将样品施给器100放置在衬底102的上表面上方的高度h上。为了简洁起见，在图2中未示出施给器100分配的流体104。从样品施给器100上的多个点发出的光线被检测器106捕获。举例来说，一系列光线被显示成从样品施给器100的表面上点100a发出。光线110a，110b和110c都从点100a发出，直接被检测器106检测；这些光线形成点100a的直接（例如，非反射）图像。在检测器106上形成的图像中，光线110a-c形成与施给器100的直接图像相对应的直接图像区的一部分。
光线110d，110e和110f也从点100a发出。但是，光线100d-f最初朝着衬底102的上表面102a向下传播。一旦遇到上表面102a，光线100d-f每一条的一部分从上表面朝着检测器106反射。反射部分对应于光线110g，110h和110i。这些光线形成在检测器106上形成的图像的第一反射图像区中点100a的间接（例如，反射）图像。
图2中的光线110d-f的一部分在上表面102a上经历折射而不是反射。这些折射光线通过衬底102传播，从衬底102的下表面102b反射。一旦第二次遇到上表面102a，该光线在上表面上再次经历折射，从衬底102发出，像光线110j，110k和110l那样朝着检测器106传播。光线110j-l形成在检测器106上形成的图像的第二反射图像区中点100a的第二间接（例如，反射）图像。
图3示出了在检测器106上形成的示意性、示范性图像300。图像300包括样品施给器100的直接图像302、样品施给器100的第一反射图像304、和样品施给器100的第二反射图像306。第一反射图像304由从衬底102的上表面102a反射的光线（例如，光线110g-i）形成。第二反射图像306由从衬底102的下表面102b反射的光线（例如，光线110j-l）形成。
从图2和3中可明显看出，与光线110a-c相对应的直接图像在在检测器106上形成的图像的平面中相对于与线束110g-i相对应的反射图像横向位移了与样品施给器100在衬底102的表面102a上方的高度有关的数量μh。随着样品施给器100被移动成较接近上表面102a，样品施给器1的直接和间接图像之间的位移μh减小。相反，随着h增大，图像位移μh也增大。
类似地，与光线110g-i相对应的反射图像在检测器106上的图像面中相对于与光线110j-l相对应的反射图像横向位移了与衬底102的厚度有关的数量μt。对于较厚的衬底（例如，表面102a和102b之间的距离较大），位移μt也较大。对于较薄的衬底，μt减小。
于是，通过在检测器106捕获的一个或多个图像中确定样品施给器100的直接和反射图像之间的位移，可以估计样品施给器在衬底102上方的高度h和衬底102的厚度t。并且，通过用已知线性位移校准图像像素测量值，可以将高度和厚度的基于像素测量值转换成长度单位（例如，微米）。
为了确定样品施给器100相对于衬底102的高度（例如，样品施给器100在衬底102上方的高度），确定图3中的图像302和304之间的位移μh。测量这个距离的第一步骤是确定样品施给器100的直接图像302的顶点位置。图4是包括确定样品施给器的直接图像的顶点位置的一系列步骤的流程图400。在流程图400中的第一步骤402中，分析样品施给器100的直接图像，以选择用于沿着施给器的中心轴计算强度梯度的像素子集。图5A示出了样品施给器100的半个图像500。显示在半个图像中的施给器的中心轴108与图像500的最右边一致。在图5A中，像素列502，504，506，508，510和512与中心轴108平行地延伸。于是，在步骤402中选择这些像素列的每一个作进一步分析。
接着，在步骤404中，通过沿着列计算强度梯度分别分析在步骤402中识别的像素的每个子集（例如，列）。在某些实施例中，使用边缘检测核心（例如，[1，3，-3，-1]的四像素核心）沿着像素列计算梯度。在一些实施例中，可以通过确定列中的每个相邻像素之间的强度差计算梯度。任何两个相邻像素1和2之间的强度的变化ΔI像ΔI=I(2)-I(1)那样计算，其中I(1)和I(2)分别是像素1和2的测量强度。在图5B中针对像素列506例示了这个过程，其中随左边（垂直）轴上的列位置而变地沿着上（水平）轴画出强度的变化。例如，沿着垂直轴画在最上面的点514对应于列506中的第一像素516与第二像素518之间的强度变化。点514的垂直坐标对应于像素之间的分隔线；点514的水平坐标对应于像素之间的计算强度变化。由于列506中的第二像素518的强度大于第一像素516的强度（例如，第二像素表现得比第一像素亮），所以强度的变化是正的。从图5B中可明显看出，列506中的最大强度变化出现在第四像素520与第五像素522之间；这种强度变化在图5B中用点524表示。
返回到图4，在步骤406中，为每个像素列确定最大强度变化的位置。对于每个像素列，确定最大强度变化的位置的过程一般通过用函数形式拟合在步骤404中在列的相邻像素之间计算的强度变化值来完成。这个过程例示在图5B中，其中针对计算的一些强度变化值拟合了曲线526。一般说来，可以将多种不同函数形式用于确定最大强度变化的位置。在图5B中，用抛物线函数形式拟合相邻像素之间的最大强度变化（例如，点524）和在最大值两侧的计算强度变化值。如图5B所示，然后像拟合抛物线的峰，即，点528那样内插像素列506的最大强度变化的位置。在图5B的例子中，最大强度变化的位置，即，点528不精确对应于相邻像素之间的任何划分线的位置。而是，最大强度变化的位置落在像素520之内。
对图5A中的每个像素列重复这个过程，以便为每个列确定最大强度变化的位置。确定的最大位置在图5A中被显示成直线530，532，534，536，538和540。比较图5A和5B可以看出，列506中的最大位置534对应于图5B中的点528的位置。
返回到图4，在步骤406中确定了每个像素列的最大强度变化的位置之后，在步骤408中确定样品施给器的顶点位置。一般说来，样品施给器的顶点位置近似对应于离图5A中的图像500的像素列之间的暗边缘（即，显示在图5A中的像素的顶部水平行）最远的最大强度变化。参照图5A，样品施给器图像的这个暗边缘对应于样品施给器的主体，而亮边缘对应于施给器与衬底102最接近的末端。于是，样品施给器100的顶点位置—样品施给器的直接图像上与样品施给器的反射图像最接近的点—被近似识别为与直接图像的亮边缘最接近、从所有像素列之间选择的最大强度变化的位置。在图5A中，像素列512的最大强度变化的位置，即，位置540与图像500的亮边缘（即，显示在图5A中的像素的底部水平行）最接近。于是，在施给器的直接图像中样品施给器的顶点位置被近似识别成图5A中的点540。
在一些实施例中，可以通过用函数形式拟合每个像素列的最大强度变化的位置进一步细化样品施给器的顶点位置。例如，可以用函数形式（例如，抛物线函数形式）拟合位置530，532，534，536，538和540，可以将样品施给器的顶点确定成拟合抛物线形式的顶点。在图5A中，拟合位置530，532，534，536，538和540的抛物线具有近似与位置540一致的顶点。但是，更一般地说，由于，例如，成像假像和样品施给器100的形状的不规则，拟合函数形式可能不完全与像素列的最大强度变化的任何位置一致。
通过实验已经确定，抛物线函数形式通常产生样品施给器的精确顶点位置。如上所讨论，施给器100的顶点位置可以像与衬底最接近的拟合函数的最大点（例如，抛物线的顶点）那样从直接图像中确定。其它函数形式也可以用于确定样品施给器的顶点位置。例如，在一些实施例中，可以用椭圆函数形式拟合施给器边缘地点来确定样品施给器的顶点位置。通常，椭圆函数形式与施给器的边缘十分匹配，因为施给器的边缘轮廓在反射图像中是椭圆形的。
在使用上述方法的至少一种在直接图像中确定了样品施给器的顶点位置之后，在步骤410中终止显示在图4中的过程。
确定样品施给器100相对于衬底102的位置的下一个步骤是确定与来自衬底102的上表面102a的反射相对应的样品施给器100的图像的顶点位置。图6示出了包括确定样品施给器的反射图像的顶点位置的一系列步骤的流程图600。流程图600中的第一步骤602是识别与来自衬底102的上表面102a的反射相对应的样品施给器的图像。
在一些实施例中，前面结合图4公开的定位样品施给器的直接图像的顶点的过程可以用于确定样品施给器的反射图像的顶点位置。可替代地，尤其当样品施给器的反射图像未与直接图像一样地聚焦时，可以将其它过程用于确定顶点位置。图7A示出了检测器106捕获的典型图像的示意性表示。图像700的直接图像区702包括样品施给器100的直接图像704。第一反射图像区706包括样品施给器100的第一反射图像708。第二反射图像区707包括样品施给器100的第二反射图像710（与第一反射图像的一部分重叠）。如上所述，第一反射图像708对应于来自衬底102的上表面102a的反射。
返回到图6，流程图600中的第二步骤604是识别反射图像区中沿着与样品施给器100的中心轴108垂直的方向延伸的像素行。在图7A中，第一和第二反射图像区中的中心轴108沿着与图像700的左手或右手边缘平行的方向延伸。于是，适当像素行沿着与图像700的顶部和底部边缘平行的方向延伸。
要用在寻找样品施给器的反射图像的顶点位置中的适当像素行的识别也可能牵涉到对某些行不予考虑。例如，已经使用描述在流程图400中的过程确定了样品施给器的直接图像的顶点位置，即，位置712。于是，对于图像700，无需进一步考虑点712上面的像素行，因为样品施给器的反射图像不会出现在这些行中。
在某些实施例中，也可以缩短像素行以加速计算操作。例如，参照图7A，可以从图像704的分析中确定样品施给器的直接图像的边缘位置。可以假设样品施给器的反射图像708和710的边缘位置近似落在与直接图像704的边缘位置相同的地点上。于是，可以应用图7A中的边界714和176缩短用于寻找样品施给器的反射图像的顶点位置的像素行。并且，可以将边界选成将其它衬底特征（例如，所绘徽标、标本框架、基准标记）排除在第一反射图像区之外。边界714和716可以如图7A所示与中心轴108成一角度，或可以与中心轴108平行。边界相对于中心轴108的角度可以是5°或更大（例如，10°或更大，15°或更大，20°或更大，25°或更大，30°或更大，40°或更大，50°或更大）。
再次返回到图6，在步骤604中识别出适当像素行（可以包括缩短所识别行）之后，在步骤606中确定每个像素行的对比度。对比度可以以多种方式确定；如下讨论给出了进行这种计算的一系列具体步骤，但要明白的是，其它方法也可以用于测量每个像素行的强度变化性。
在某些实施例中，确定特定像素行的对比度的第一步骤包括确定给定行内最亮（例如，最高强度）像素的子集的平均强度。确定像素行内具有最高强度值的像素的子集的平均强度牵涉到确定该行中的像素的n个最大强度的平均值。n的数值可以是1或更大（例如，2或更大，3或更大，4或更大，5或更大，6或更大，8或更大，10或更大，15或更大，20或更大，30或更大），或可以将n表达成该行中的像素总数的分数（例如，1/4或更小，1/5或更小，1/6或更小，1/7或更小）。通常，这样选择n的数值，使最高强度像素的子集不包括与样品施给器的反射图像708相对应的像素。
确定像素行的对比度的下一个步骤是确定该行内最暗（例如，最低强度）像素的子集的平均强度。可以像该行中的像素的m个最小强度的平均值那样计算该行内的最暗像素的平均强度。m的数值可以是1或更大（例如，2或更大，3或更大，4或更大，5或更大，6或更大，8或更大，10或更大，15或更大，20或更大，30或更大），或可以将m表达成该行中的像素总数的分数（例如，1/4或更小，1/5或更小，1/6或更小，1/7或更小）。通常，这样选择m的数值，使最低强度像素的子集不包括与图像的背景部分相对应的像素（即，不包含样品施给器的反射图像708）。
最后，计算该像素行的对比度为该行的最高强度像素的子集的平均强度与该行的最低强度像素的子集的平均强度之间的差值。可以对在步骤604中识别每个像素行重复上述过程，以便每个像素行都具有相关对比度。
然后，在步骤608中，可以根据每个像素行之间的对比度值的变化确定样品施给器100的反射图像的顶点位置。图7B针对图7A中的图像700示出了作为像素行（在左手垂直轴上）的函数画出的对比度（在上水平轴上）。样品施给器的反射图像的顶点位置的确定基于如下观察：在不与样品施给器的图像相对应的像素行中，对比度相对较小，而在与样品施给器的图像相对应的像素行中，对比度要大得多。例如，在图7A中，像素行718不对应于样品施给器的第一反射图像708；其结果是，如图7B中的点722所指，行718中的对比度很小。相反，像素行720对应于第一反射图像708；于是，如图7B中的点724所指，行720中的对比度比行718中的大。
通过在图7B中作为像素行的函数画出对比度，可以根据像素行之间的对比度的变化识别不与反射图像相对应、与第一反射图像708相对应、和与第一和第二反射图像708的组合相对应的像素行。如图7A和7B所示，图7A中的第一反射图像区中的施给器尖端对应于如图7B中的点726所指，第一反射图像区706中的像素行之间的对比度的最大变化。随着在步骤608中确定了样品施给器的第一反射图像708的顶点位置，然后在步骤610中结束流程图600中的过程。如下面进一步所述，可以重复类似的过程，以确定如图7B中的点728所示，样品施给器的第二反射图像710的顶点位置。
确定施给器高度
在如上所述确定了直接图像704和来自衬底的上表面的第一反射图像708的顶点位置之后，可以通过计算顶点位置之间的间隔h确定样品施给器100相对于衬底102的高度。图7C示出了已经确定了直接图像的顶点位置，即，点712、和第一反射图像的顶点位置，即，点726的示意性代表性图像。可以直截了当地（以图像像素为单位）从顶点位置之间的差值中计算图像之间的间隔μh。如果需要的话，可以根据事先确定的校准信息将间隔μh转换成长度单位（例如，微米）。
校准—一般性考虑
通过将基于平台或施给器的已知位置的样品施给器与衬底的上表面之间的已知间隔（像微米那样以长度为单位）与反射图像区中施给器与衬底的上表面之间的像素间隔相关联可以确定校准信息。此后，可以将校准信息用于内插像素间隔和平台或施给器的位置，以找出提供所希望像素间隔的平台或施给器的所希望位置，并且可以根据校准的间隔偏移平台或施给器的位置，以达到施给器与载玻片的上表面之间的所希望间隔。可替代地，控制单元160可以（a）将操纵器150或平台152的位置与检测器106获取与衬底接触的样品施给器的图像时的情况相关联，以及（b）将相关操纵器或平台位置外推成样品施给器与衬底之间的所希望间隔。
表面触摸检测校准
可以将多种方法用于校准本文公开的系统，以便可以将样品施给器的直接和反射图像之间的间隔μh的测量值转换成样品施给器在衬底102的表面上方的高度的测量值。下面讨论一种这样的方法，但要明白的是，其它方法也可以用于校准。
在一些实施例中，用于控制样品施给器的位置的致动器（例如，存在于操纵器150和/或平台152之中和受控制单元160控制的致动器）可以包括像线性交叉滚子轴承那样的非螺杆驱动线性致动器或电机、轴承、和编码器不直接接触、像来自多佛（Dover）公司（Westborough,MA）的那些那样的空气轴承线性致动器。除了当输送适当控制信号时允许沿着轴移动之外，这样的致动器还可以允许沿着运动方向产生和测量力。当这样的致动器用在本文公开的系统中时，获取校准信息通常按照分解成第一“数字到模拟转换器（“DAC”）校准”步骤和第二“施给器位移”步骤的双步过程来进行。
在DAC校准步骤中，当样品施给器未与载玻片的表面接触时，终止通常驱动致动器的伺服环路，并利用固定的DAC偏移控制信号马上重新启用致动器的放大器。这个DAC偏移信号由操纵器150从控制单元160输送给致动器，以便启动致动器沿着“向上”方向（例如，与施给器的中心轴108平行并远离衬底102的表面）运动。其结果是，致动器和样品施给器一起被固定的DAC偏移控制信号向上驱动。在允许固定的DAC偏移控制信号移动致动器和样品施给器达设置的时段之后，测量致动器的位置。校准例程再次从较小的DAC偏移控制信号开始，一直重复到在设置的时段期间致动器的运动通过沿着向下方向的预定阈值条件。存储满足这个阈值的DAC偏移控制信号值。当没有主动伺服环路地被施加时，所存储DAC偏移控制信号的数值产生足够的向上力，使致动器刚好被重力克服。
一旦校准DAC偏移控制信号，致动器就将样品施给器移动到已知在衬底的表面上方的位置。建立致命随动误差阈值（例如，由系统操作人员输入、从存储介质中检索、或硬编码到软件或硬件中），以便当伺服环路随动误差超过致命随动误差时，终止伺服环路。在通过控制单元160测量伺服环路随动误差的同时，在伺服环路的控制下，使致动器和样品施给器缓慢地朝着衬底的表面位移。当样品施给器与衬底的表面物理接触并继续向下驱动时，伺服环路随动误差增大，迅速超过致命随动误差；然后终止伺服环路。控制单元160然后重新启用致动器的放大器，并激活校准的DAC偏移控制信号。
这个第二阶段校准的结果是样品施给器几乎无重量地静止在衬底的表面上。在等待了使致动器就位的时段之后，控制单元160读取致动器的位置，并可选地将该位置转换成其它位置单位（例如，微米）。存储这个数值作为衬底的表面的位置（例如，h=0位置）。然后可以将样品施给器平移到衬底的表面上文的位置，如上所公开，可以将该位置（例如，通过从致动器的编码器中读取测量的）与像素间隔相关联。
可以重复这样的测量如所希望的那么多次，以产生精确的校准信息。已经发现，这样产生的校准信息可好于500nm（纳米）地重复，样品施给器与衬底之间的接触将不超过1微米的偏差带入衬底中。将空气轴承致动器用于校准的另外特征和方面公开在，例如，标题为“Force Generation and Measure-ment”、由Kevin McCarthy发表在Drives&Controls（March2002）上、和可在“WhitePapersPage.aspx”下的“dovermotion.com”上从Dover Motion on theInternet中获得的文档中，在此通过引用并入其全部内容。并且，虽然伺服电机可以用在操纵器150或平台152上实现表面触摸检测校准技术，但其它类型的电机（例如，步进电机）也可以用于实现该技术。
举例来说，可以在初始化自动样品制备系统的时候，在这样系统的正常运行或维护期间的预定时间上，或一旦接收到与衬底上的制备样品的质量（例如，低放大率或高放大率成像站不能精确识别或计数样品内的一种或多种成分）有关的系统误差消息，执行前述表面触摸检测校准过程。
确定衬底厚度
本文公开的方法和系统也可以用于通过比较从透明衬底的上下表面反射的图像的顶点位置确定衬底，例如，显微镜载玻片的厚度。
上面公开在流程图600中的过程也可以用于确定从衬底102的下表面102b反射的样品施给器的图像（即，第二反射图像区707中的第二反射图像710）的顶点位置。例如，如图7B所示，就像在对应于非反射图像的像素行的对比度与对应于第一反射图像708的像素行的对比度之间存在明显差异一样，在对应于第一反射图像708和第二反射图像710的重叠部分的像素行的对比度与只对应于第一反射图像708的像素行的对比度之间通常也存在明显差异。第二反射图像710的顶点位置在图7B和7C中被指示成点728。
参考图7C，然后可以计算顶点位置726和728之间的间隔μt，以提供衬底102的厚度的指示。如上面结合间隔μh所公开，可以使用可以以与上面的过程类似的方式，或以多种其它方式获得的适当校准信息，包括利用已知厚度的衬底进行一系列校准试验以编制μt的测量值和相应已知厚度t的校准表，将以像素为单位从图7C中的图像确定的μt的数值转换成长度单位。在本文公开的系统的随后操作期间，可以从校准表中的数值中内插与μt的测量值相对应的厚度t。
选择适当施给器高度以分配所希望样品分布
在前面的描述中，在从像显示在图7C中的那个那样的图像中确定间隔μh的同时，将样品施给器100放置在衬底102的上表面102a上方的固定高度h上。样品施给器100可以机械地与在三个坐标维度控制样品施给器100的平移的操纵器连接。例如，在显示在图1A中的实施例中，样品施给器100与操纵器150连接。与操纵器150相联系的是与可以平移样品施给器100的轴相对应的坐标系。例如，可以沿着与样品施给器100的中心轴108平行地延伸的操纵器150的z坐标方向平移样品施给器100，以便改变样品施给器在衬底102的上表面102a上方的高度h。并且，可以沿着每一个都与z坐标方向垂直的x和y坐标方向平移样品施给器100。x和y坐标方向每一个都与与中心轴108垂直地取向的平面平行。当衬底102的倾斜角θ是零时，x和y坐标方向也与由衬底102形成的平面平行；因此，沿着x和y坐标方向之一或两者平移样品施给器100将样品施给器放置在相对于衬底102的新地点上，但不改变样品施给器100相对于衬底102的高度h。
可替代地，在一些实施例中，可以将平台152用于沿着x，y和z坐标方向相对于样品施给器102平移衬底102。并且，在某些实施例中，可以将平台152和操纵器150两者用于相对于衬底102平移样品施给器100，在平台152和操纵器150之间分配沿着x，y和z坐标方向的运动。在如下公开中，将讨论经由操纵器150对样品施给器高度的调整；但是，应该明白，公开的方法也可以只使用平台152，或与操纵器150组合地使用平台152调整样品施给器100的高度来实现。
在上面公开的确定间隔μh的方法中，样品施给器100相对于衬底102保持在固定高度和固定地点两者上。但是，如上所讨论，仔细的实验确定了将某些流体分配在某些衬底上的适当高度。尤其，已经确定，对于将血液分配在显微镜载玻片上形成近似一个细胞厚度的薄膜，样品施给器100应该保持在载玻片的表面上方大约12微米的高度上。这个高度值是针对特定样品分配速率（例如，样品施给器100相对于衬底102的平移速度）和针对特定样品粘度确定的。更一般地说，当将血液分配在显微镜载玻片上时，样品施给器100应该保持在载玻片的表面上方8微米到20微米之间的高度上（例如，在大约8微米，大约10微米，大约12微米，大约14微米，大约16微米，或大约18微米，或在10到14，16，或18微米的范围内的高度上）。
一般说来，如下因素影响将样品均匀分配在衬底上以达到均匀分布的能力，因此影响样品施给器在衬底的表面上方的适当高度：
（1）从施给器喷出的样品的流速应该相当于要在样品分配时段内分配的样品的所希望体积；
（2）随着样品施给器相对于衬底的平移速度增大，施给器在衬底上方的高度应该成比例地降低（尽管比例关系可能不是线性的，以及施给器高度不应该降低到对细胞选成损害的最小高度以下）；
（3）随着样品粘度相对于分配在衬底上的样品的表面张力增大，施给器在衬底的表面上方的高度应该降低，以防止沉积在衬底上时样品流中断或“撕裂”；
（4）随着衬底润湿性提高，样品施给器在衬底上方的高度应该降低，以便在施给器下面保持正分配在衬底上的样品的体积不变；以及
（5）随着样品施给器内径增大，施给器在衬底上方的高度应该降低（但不低于对细胞选成损害的最小高度），以便在施给器下面保持正分配在衬底上的样品的体积不变。
在一些实施例中，为了当以后将流体104分配在衬底上时保证样品施给器100被放置在衬底102上方的适当高度上，使样品施给器100保持在相对于衬底102的特定地点上（例如，在操纵器的坐标系中的特定x和y坐标位置上），并且改变样品施给器100在衬底102上方的高度（例如，在操纵器150的坐标系中沿着z坐标方向平移样品施给器100）。在操纵器的每个新高度设置上，重复上面公开在流程图600中的步骤来确定间隔μh。
然后，使用将测量的图像间隔μh与样品施给器100在衬底上方的实际高度和/或与操纵器150的具体控制设置相联系的校准信息，选择操纵器的实际控制设置以得出与样品施给器100相对于衬底102的特定地点上的所希望目标施给器高度相对应的样品施给器高度。
这个过程参考图8来举例说明，图8示出了将操纵器150（或平台152）的控制设置Vi与一系列测量图像间隔μh相联系的校准曲线800。为了生成显示在图8中的点，通过使用控制单元160将六个不同控制设置应用于操纵器150（或平台152）使样品施给器100处在衬底102的上表面102a上方的一系列六个不同高度上。样品施给器100在x-y平面中相对于衬底102的地点对于每个不同高度（沿着z轴）都是相同的。在每个不同高度上，由示出样品施给器100的直接图像和样品施给器100的反射图像两者的检测器106获取图像。确定直接和反射图像之间的间隔μh。作为施加于操纵器150（或平台152）的六个不同控制设置V1-V6的函数在图8的垂直轴上画出六个测量图像间隔μh1-μh6，以便将样品施给器100放置在六个不同高度上。
从前面确定的校准信息中知道，目标间隔μht对应于样品施给器100在衬底102上方的所希望目标高度ht。例如，为了将血液样品分配在显微镜载玻片上，以前的校准步骤确定样品施给器在衬底102的表面上方的高度ht（例如，12微米）对应于操纵器150（或平台152）的特定z坐标位置。如图8所示，目标间隔μht落在分别对应于操纵器（或平台）控制设置V3和V4的测量间隔μh3和μh4之间。
为了确定得出目标样品施给器高度ht（例如，12微米）的操纵器（或平台）控制设置，可以使用测量点（V，μh）之间的内插。尤其，可以将点（V3，μh3）和（V4，μh4）之间的内插用于确定得出目标间隔μht的控制设置Vt。因为目标间隔μht对应于目标施给器高度ht，所以将控制设置Vt应用于操纵器150（或平台152）得出所希望目标样品施给器高度ht。
尽管在图8中总共使用了六个不同操纵器（或平台）控制设置来确定目标控制设置Vt，但更一般地说，可以使用任何数量的操纵器（或平台）控制设置。例如，样品施给器高度设置的数量（与操纵器或平台控制设置的数量相同）可以是2个或更多个（例如，3个或更多个，4个或更多个，6个或更多个，8个或更多个，10个或更多个，15个或更多个，20个或更多个）。
对于样品施给器100相对于衬底102的特定地点，本文公开的过程得出保证在那个地点上将样品施给器100放置在衬底102的上表面102a上方的所希望高度上的操纵器（或平台）的控制设置Vt。如图9所示，可以针对样品施给器100相对于衬底102的多个不同地点902，904，906和908重复上面公开的过程。在每个地点上，可以通过将不同控制设置应用于操纵器（或平台）沿着操纵器的z坐标轴平移操纵器150（或平台152）来改变样品施给器在衬底100上方的高度。在不同高度上的测量图像间隔μh可以用于确定保证在那个地点上将样品施给器100放置在衬底102上方的所希望高度上的操纵器（或平台）的控制设置Vt。
可以在样品施给器100相对于衬底102的任何数量地点上确定适当控制设置。在图9中，在四个不同地点上确定适当控制设置。但是，更一般地说，地点的数量可以是一个或更多个（例如，两个或更多个，三个或更多个，四个或更多个，六个或更多个，八个或更多个，十个或更多个，15个或更多个，20个或更多个，或30个或更多个）。
在固定数量的地点上确定了适当控制设置之后，可以使用，例如，内插技术在其它地点上估计适当控制偏置。例如，参照图9，在地点902和904上确定适当控制设置Vt。通过在地点902和904上确定的控制设置之间的内插，可以在地点903上估计得出样品施给器在衬底102上方的高度，例如，10微米的适当控制设置Vt。
也可以使用上面结合流程图600公开的步骤在地点902，904，906和908的任何一个上测量衬底102的厚度。尤其，在每个地点上只需确定样品施给器100的两个反射图像之间的间隔μt一次；这个间隔不随沿着操纵器150（或平台152）的z坐标轴平移样品施给器100而变。于是，可以在单个高度上确定μt。如果需要的话，可以使用校准信息转换图像间隔μt，以得出以长度单位（例如，微米）度量的厚度t。
借助于在样品施给器100相对于衬底102的特定地点上确定的操纵器（或平台）的适当控制设置，可以控制操纵器150（或平台152）以便将样品施给器100放置在相对于衬底102的任何地点上，并且可以使样品施给器在衬底的上表面上方的高度保持在所希望数值上。因此，可以从衬底102上方几乎不变的高度分配流体104，以保证分配流体行尽可能接近均匀。这样制作的样品具有比使用，例如，人工方法制作的那些高的均匀性。
确定衬底取向
在一些实施例中，可以确定衬底102的取向。参考图1B，确定衬底102的取向可以包括确定衬底102所定义的平面和与样品施给器100的中心轴108垂直的平面之间的倾斜角θ。确定衬底102的取向还可以包括确定与作为操纵器150（或平台152）的（x，y）坐标平面中的位置的函数描述衬底102的上表面（102a的方程f(x,y)相联系的参数。一般说来，当已知平面上的三个点时，就可以确定平面的取向。于是，当所存储控制设置的数量（通常对应于确定控制设置的样品施给器100相对于衬底102的不同地点的数量）是三个或更多个时，可以直接从存储的控制设置中确定描述表面102a的平面的方程。在一些实施例中，首先使用校准信息将存储的控制设置转换成用长度单位（例如，微米）表达的位移值，然后将位移值用于确定表面102a的平面的方程的系数。已经观察到，作为平台152支承的衬底102的平面倾斜的结果，衬底的表面102a的垂直坐标（在操纵器150或平台152的坐标系中）在衬底的相对端的（x，y）坐标之间可以相差多达30微米。描述表面102a的平面的方程也可以用于，例如，确定表面102a的倾斜角。另外，对于四个或更多个存储的控制设置，可以通过用描述曲面的更复杂方程f(x,y)拟合控制设置的数值跟踪像稍弯衬底那样的表面非平坦衬底。确定描述或相对于表面的平面的方程的方法可以在2011年2月1日提交的同时待审美国专利申请第13/019,118号中找到，在此通过引用并入其全部内容。
系统组件
再次返回到图1A，操纵器150可以包括多种不同设备。一般说来，操纵器150起沿着三个不同、正交坐标方向平移样品施给器100的作用。适当的操纵器包括，例如，由步进电机激发的致动器、和压电致动器。
检测器106可以包括捕获样品施给器100的图像的多种设备。在一些实施例中，例如，检测器106可以包括CCD（电荷耦合器件）阵列检测器。在某些实施例中，检测器106可以包括基于CMOS（互补金属氧化物半导体）的陈列检测器。检测器106还可以包括像滤波器、透镜、分束器、和色散光学元件那样的其它光学成像元件。
平台152被配置成在分配流体104期间支承衬底102。在某些实施例中，平台152由像金属（例如，铝和/或不锈钢）和/或塑料材料（例如，基于
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的材料）那样的刚性材料形成。平台152还可以包括在施给器100保持静止的同时，沿着一个或多个坐标方向，例如，在x-y平面中平移衬底102（和部分或整个平台152）以便分配样品流体的致动器。在一些实施例中，平台152可以包括改变衬底102和部分或整个平台152的取向的致动器。控制单元160与平台152连接，可以将控制信号发送给平台152以启动衬底102的平移和/或重新定向。
在一些实施例中，系统50可以包括将入射光引到样品施给器100上的光源170。如图1A所示，光源170可以与控制单元160电连接。光源170可以包括，例如，一个或多个白炽、荧光、基于二极管、和/或激光光源。光源170产生的入射光可以包括在电磁谱的紫外、可见和红外区的一个或多个中的波长。
控制单元160包括电子处理器162，其可以配置成控制系统50中的各个组件和执行本文公开的任何方法步骤。例如，电子处理器162可以配置成指示检测器如本文所述捕获样品施给器100的一个或多个图像。并且，电子处理器162可以配置成指示光源170在图像捕获期间发出照射样品施给器的入射光。
电子处理器162可以进一步配置成将控制信号发送给操纵器150以便如本文所公开使操纵器150平移样品施给器100和/或平台152。尤其，来自电子处理器162的控制信号可以指示操纵器150沿着操纵器150的x和/或y坐标方向将样品施给器100平移到相对于衬底102的新地点。可替代地或另外，电子处理器162可以将控制信号发送给平台152，以便在施给器100保持静止的同时，沿着x和/或y方向平移衬底102。电子处理器162也可以发送指示操纵器150沿着操纵器150的z坐标方向将样品施给器100平移到衬底102上方的新高度的控制信号，以及可以将控制信号发送给平台152，以便平移衬底102（例如，在样品施给器100保持静止的同时）来改变施给器100在衬底102上方的高度。
在一些实施例中，控制单元160包括存储单元164。存储单元164可以包括，例如，光、电和/或磁地存储信息的多种不同设备的一种或多种。示范性设备包括，但不限于，像硬盘和软盘那样的磁存储设备、像CD和/或DVD驱动器以及它们的存储介质那样的光存储设备、和像闪速存储器设备和固态驱动器那样的电子设备。存储单元162可以配置成存储本文公开的任何数值或量值，包括样品施给器100相对于衬底102的地点、为样品施给器确定的保证施给器保持在衬底102的上表面102a上方的不变高度上的控制设置、样品施给器在衬底102上方的测量高度、图像之间的间隔μh和/或μt、衬底102的测量厚度、和包含当被执行时，使处理器162执行本文公开的任何一个或多个功能或步骤的指令的软件。
自动样品制备系统
本文公开的系统和方法可以用在多种不同自动样品制备系统上。例如，在2011年11月9日提交、现在作为美国专利申请公告第US2012/0149050号公布的美国专利申请第13/293,050号中公开了示范性系统，在此通过引用并入其全部内容。
图10示出了自动样品制备系统1000的一个实施例的示意图。系统1000包括储存衬底，将样品分配在衬底上，检查制备在衬底上的样品，以及储存制备好的样品的多个子系统。
衬底储存子系统1010被配置成储存样品沉积在上面之前的衬底。衬底可以包括，例如，显微镜载玻片、盖玻片、和类似平坦、光学透明衬底。衬底可以由包括各种类型的玻璃的多种不同非晶体或晶体材料形成。子系统1010可以包括从储存容器中选择单独衬底并将所选衬底传送到样品沉积子系统1020的操纵器。
样品沉积子系统1020将像血液样品那样的所选量值感兴趣样品沉积在衬底上。一般说来，子系统1020包括配置成沉积样品的多种流体传送组件（例如，液泵、流体管、阀门）。流体传送组件还可以配置成使衬底暴露在各种类型的溶液中，包括洗涤溶液、与样品结合的一种或多种染色液、固定溶液、和缓冲溶液。子系统1020还可以具有流体移除组件（例如，真空子系统）和干燥装置的特征，以保证样品被固定在衬底上。衬底操纵器可以将支承样品的衬底传送到成像子系统1030。
如上所讨论，本文公开的方法和系统允许根据从衬底的下表面102b反射的样品施给器的图像确定衬底102的厚度。样品沉积子系统1020可以使用这个厚度信息。例如，如美国专利申请第13/293,050号（上面通过引用并入）所述，衬底厚度信息可以用于确定如何在标本处理位置中定向衬底、以及在沉积过程中发生的扰动的程度。
检查子系统1030包括获取衬底上的样品的图像，并分析图像以确定有关样品的信息的各种组件。例如，检查子系统1030可以包括将入射光引向样品的一个或多个光源（例如，发光二极管、激光二极管、和/或激光器）。成像子系统1030还可以包括捕获来自样品的透射和/或反射光的光学装置（例如，显微镜物镜）。与光学装置耦合的检测器（例如，CCD检测器）可以配置成捕获样品的图像。可以将分析样品的图像得出的信息存储在多种光和/或电存储介质上供以后检索和/或进一步分析用。
在检查完之后，衬底操纵器可以将衬底传送到储存子系统1040。储存子系统1040可以将，例如，与施与衬底的样品的源有关的信息、分析时间、和/或在分析期间识别的任何不规则性标记在各个衬底上。储存子系统1040还可以将处理后的衬底储存在当被衬底充满时，可以从系统1000移走的多衬底架中。
如图10所示，系统100的各种子系统的每一个可以与公用电子处理器1050（可以与电子处理器162相同，或者是不同电子处理器）链接。处理器1050可以配置成利用来自系统操作人员的相应少量输入（或无需输入），以自动方式控制系统1000的每个子系统的操作。可以将来自样品分析的结果显示在系统显示器1060上供系统管理操作人员使用。接口1070使操作人员可以向系统100发命令和人工复查自动分析结果。
硬件和软件实现
本文所述的方法步骤和过程可以用硬件或软件，或两者的组合来实现。尤其，电子处理器（例如，电子处理器162）可以包括执行上述讨论的任何方法的软件和/或硬件指令。该方法可以用遵循本文公开的方法步骤和图形的使用标准编程技术的计算机程序实现，该计算机程序存储在像磁盘那样的多种非短暂介质、像致密盘和DVD那样的光存储介质、像闪速存储器那样的固态存储器件、和像硬盘那样的机械存储介质上。将程序代码应用于输入数据以执行本文所述的功能。将输出信息应用于像打印机或显示设备那样的一个或多个输出设备，或访问网站，例如，用于远程监视的计算机监视器上的网页。
每个程序优选地用高级过程或面向对象的编程语言来实现以便与处理器通信。但是，如果需要的话，程序也可以用汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言都可以是经过编译和翻译的语言。可以将每个计算机程序存储在处理器可读的存储介质或设备（例如，电子存储器）上，以便配置和操作处理器来执行本文所述的过程。
其它实施例
上面已经描述了若干实施例。不过，要明白的是，可以不偏离本公开的精神和范围地作出各种修改。于是，其它实施例也在所附权利要求书的范围之内。

Claims (35)

1.一种相对于衬底放置样品施给器的方法，该方法包含：
获取在衬底附近的样品施给器的图像，该图像包含与样品施给器相对应的直接图像区、和与从衬底的表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区；
确定直接图像区中样品施给器的边缘的位置；
确定第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；
确定样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的距离；以及
根据边缘之间的距离确定样品施给器相对于衬底的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中获取在衬底附近的样品施给器的图像包含：将检测器定向成相对于衬底的表面成一角度，以及使用该检测器记录图像。
3.如权利要求1所述的方法，其中样品施给器相对于衬底的位置包含样品施给器在衬底的表面上方的高度。
4.如权利要求3所述的方法，其中确定样品施给器在衬底的表面上方的高度包含：根据参考信息计算高度，该参考信息包含将样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的距离与高度相联系的关联信息。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包含测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离，其中测量该组距离的每个成员包含：
将样品施给器平移到衬底的表面上方的新高度；
获取在衬底附近的处在新高度上的样品施给器的第二图像，该第二图像包含与样品施给器相对应的直接图像区和与从衬底的表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区；
确定第二图像的直接图像区中样品施给器的边缘的位置；
确定第二图像的第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；以及
确定第二图像的直接图像区中样品施给器的边缘与第一反射图像区中样品施给器的反射边缘之间的距离。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包含通过在测量的该组距离中的距离之间内插，确定与样品施给器的目标位置有关的控制设置。
7.如权利要求6所述的方法，进一步包含将该控制设置和有关样品施给器相对于衬底的地点的信息存储在存储单元中。
8.如权利要求5所述的方法，其中该组距离包含至少两个距离。
9.如权利要求5所述的方法，其中该组距离包含至少十个距离。
10.如权利要求7所述的方法，进一步包含：
沿着与施给器的中心轴垂直的方向将样品施给器平移到相对于衬底的新地点；
测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离；
确定与新地点上的样品施给器的目标位置有关的控制设置；以及
将控制设置和有关新地点的信息存储在存储单元中。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包含重复沿着与样品施给器的中心轴垂直的方向将样品施给器平移到相对于衬底的新地点、测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离、确定与新地点上的样品施给器的目标位置有关的控制设置、以及将控制设置和有关新地点的信息存储在存储单元中的步骤，直到存储其信息的地点的数量是三个或更多个。
12.如权利要求11所述的方法，其中存储其信息的地点的数量是六个或更多个。
13.如权利要求11所述的方法，进一步包含确定衬底的表面的方程的系数。
14.如权利要求11所述的方法，进一步包含确定衬底相对于与样品施给器的中心轴垂直的平面的取向，其中确定衬底的取向包含确定衬底表面相对于与样品施给器的中心轴垂直的平面的斜率。
15.如权利要求1所述的方法，其中确定直接图像区中样品施给器的边缘的位置包含：
选择直接图像区中沿着与样品施给器的中心轴平行的方向延伸的像素的列；
对于每个所选列，确定该列内最大强度变化的位置；以及
根据像素的每个所选列中最大强度变化的位置确定样品施给器的边缘的位置。
16.如权利要求15所述的方法，其中确定每个所选列内最大强度变化的位置包含：
对于所选列中的每对相邻像素，确定强度的变化；
确定所选列中相邻像素对之间的最大强度变化；以及
用函数形式拟合相邻像素对之间的最大强度变化，以确定所选列内最大强度变化的位置。
17.如权利要求15所述的方法，其中确定样品施给器的边缘的位置包含将每个所选列内最大强度变化的位置拟合成函数形式。
18.如权利要求17所述的方法，其中确定样品施给器的边缘的位置包含根据拟合的函数形式确定样品施给器的顶点。
19.如权利要求1所述的方法，其中确定第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置包含：
选择第一反射图像区中沿着与样品施给器图像的伸长轴垂直的方向延伸的像素的行；
对于每个所选行，确定该行中的m个最高像素强度的平均值，以及确定该行中的k个最低像素强度的平均值；
确定与该行有关的对比度为m个最高像素强度的平均值与k个最低像素强度的平均值之间的差值；以及
根据每个所选行中的对比度确定样品施给器的反射边缘的位置。
20.如权利要求19所述的方法，其中根据每个所选行中的对比度确定样品施给器的反射边缘的位置包含：
根据每个所选像素行中的对比度识别第一反射图像区的第一部分，其中该第一部分不包含样品施给器的图像；
根据每个所选像素行中的对比度识别第一反射图像区的第二部分，其中该第二部分包含样品施给器的图像；以及
根据第一反射图像区的第一和第二部分之间的对比度差值确定样品施给器的反射边缘的位置。
21.如权利要求19所述的方法，其中m对应于每个所选行中的像素总数的至少五分之一，k对应于每个所选行中的像素总数的至少五分之一，以及其中在每个所选行中没有像素为m个像素和k个像素所共有。
22.如权利要求1所述的方法，其中衬底的表面是与样品施给器最接近的衬底的上表面。
23.如权利要求22所述的方法，其中在衬底附近的样品施给器的图像包含与从衬底的下表面反射的样品施给器的图像相对应的第二反射图像区，该方法进一步包含：
确定第二反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；
确定第一和第二反射图像区中样品施给器的反射边缘之间的距离；以及
根据第一和第二反射图像区中样品施给器的反射边缘之间的距离确定衬底的厚度。
24.如权利要求23所述的方法，其中确定衬底的厚度包含：根据参考信息计算厚度，该参考信息包含将样品施给器的反射边缘之间的距离与厚度相联系的关联信息。
25.如权利要求23所述的方法，其中确定第二反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置包含：
选择第二反射图像区中沿着与样品施给器图像的伸长轴垂直的方向延伸的像素的行；
对于每个所选行，确定该行中的p个最高像素强度的平均值，以及确定该行中的q个最低像素强度的平均值；
确定与该行有关的对比度为p个最高像素强度的平均值与q个最低像素强度的平均值之间的差值；以及
根据第二反射图像区中每个所选像素行的对比度与第一反射图像区中每个所选像素行的对比度之间的差值，确定第二反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置。
26.如权利要求25所述的方法，其中p对应于每个所选行中的像素总数的至少五分之一，q对应于每个所选行中的像素总数的至少五分之一，以及其中在每个所选行中没有像素为p个像素和q个像素所共有。
27.如权利要求4所述的方法，进一步包含校准关联信息，其中校准关联信息包含：
确定使样品施给器的致动器提供刚好被重力克服的向上力的偏移控制信号值；
存储该偏移控制信号值；
朝着衬底平移样品施给器，直到与致动器的平移误差有关的信号在误差阈值内；以及
当与致动器的平移误差有关的信号在误差阈值内时，存储样品施给器的位置。
28.如权利要求27所述的方法，其中校准关联信息包含在存储的位置上将样品施给器的高度设置成零。
29.一种系统，包含：
样品施给器；
配置成支承衬底的平台；
检测器；以及
电子处理器，其中该系统被配置成当该平台支承着衬底时：
将该检测器配置成获取在衬底附近的样品施给器的图像，该图像包含与样品施给器相对应的直接图像区、和与从衬底的表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区；以及
将该电子处理器配置成：
确定直接图像区中样品施给器的边缘的位置；
确定第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；
确定样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的距离；以及
根据边缘之间的距离确定样品施给器相对于衬底的位置。
30.如权利要求29所述的系统，其中样品施给器相对于衬底的位置包含样品施给器在衬底的表面上方的高度，以及其中将该电子处理器配置成根据参考信息确定样品施给器的高度，该参考信息包括将样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的距离与高度相联系的关联信息。
31.如权利要求30所述的系统，其中将该电子处理器配置成通过如下步骤测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离：
将样品施给器平移到衬底的表面上方的新高度；
获取在衬底附近的处在新高度上的样品施给器的第二图像，该第二图像包含与样品施给器相对应的直接图像区和与从衬底的表面反射的样品施给器的图像相对应的第一反射图像区；
确定第二图像的直接图像区中样品施给器的边缘的位置；
确定第二图像的第一反射图像区中样品施给器的反射边缘的位置；以及
确定第二图像的直接图像区中样品施给器的边缘与第一反射图像区中样品施给器的反射边缘之间的距离。
32.如权利要求31所述的系统，其中将该电子处理器配置成通过在测量的该组距离中的距离之间内插，确定与样品施给器的目标位置有关的控制设置。
33.如权利要求32所述的系统，进一步包含与该电子处理器连接的存储单元，其中将该电子处理器配置成将该控制设置和有关样品施给器相对于衬底的地点的信息存储在该存储单元中。
34.如权利要求33所述的系统，其中将该电子处理器进一步配置成：
沿着与样品施给器的中心轴垂直的方向将样品施给器平移到相对于衬底的新地点；
测量样品施给器的边缘与样品施给器的反射边缘之间的一组距离；
确定与新地点上的样品施给器的目标位置有关的控制设置；以及
将控制设置和有关新地点的信息存储在该存储单元中。
35.如权利要求34所述的系统，其中将该电子处理器配置成根据存储的控制设置确定与衬底的表面相对应的平面的方程的系数。
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