CN104020556B - 成像系统和技术 - Google Patents

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Abstract

用于光学扫描显微镜和/或其它适当成像系统的系统和技术包括用于扫描并收集设置在载玻片上的组织样本和/或其它对象的聚焦图像的组件。本文所述调焦系统提供了在捕获快照时确定用于每个快照的最佳焦点，可以将其称为“即时调焦”。本文提供的设备和技术导致形成病理载玻片中的区域的数字图像所需的时间的显著减少并以高吞吐量提供样品的高质量数字图像的产生。

Description

成像系统和技术
本申请是于2012年4月19日进入中国国家阶段的申请号为201080047161.6且发明名称为“成像系统和技术”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请
本申请要求2010年7月23日提交的题为“On - the - Fly Focusing Sensor”的美国临时申请号61/367,341；2010年1月28日提交的题为“Slide Caching in a SlideScanning Microscope”的美国临时申请号61/299,231；2009年11月13日提交的题为“Scanning Microscope Slide Stage”的美国临时申请号61/261,251；2009年10月29日提交的题为“High Speed Slide Scanning System for Digital Pathology”的美国临时申请号61/256,228；以及2009年10月19日提交的题为“On - the - Fly Focusing Systemsand Techniques for Scanning Microscopes”的美国临时申请号61/252,995的优先权，其全部被通过引用结合到本文中。
技术领域
本申请涉及成像领域且更特别地涉及用于获得和捕获图像的系统和技术。
背景技术
指示疾病的细胞结构中的变化的分子成像标识仍是医疗科学中的更好地理解的关键。显微术应用适用于微生物学（例如革兰氏染色法等）、植物组织培养、动物细胞培养（例如相差显微术等）、分子生物学、免疫学（例如ELISA等）、细胞生物学（例如免疫荧光、染色体分析等）、共焦显微术、时移和活体细胞成像、连续和三维成像。
在共焦显微术方面已经有进步，其已解开在细胞内发生的许多秘密，并且能够使用荧光标记来检测转录和转译水平变化。共焦方法的优点起因于通过样品依次地以高分辨率对各个光学部分进行成像的能力。然而，仍存在对用于病理组织的图像的数字处理的系统和方法（其以相对低的成本提供病理组织的准确分析）的需要。
数字病理学中期望的目标是获得用于在短时间段内观看的高分辨率数字图像。病理学家用来通过显微镜的目镜观看载玻片的当前手动方法允许在检验染色细胞对比不染色细胞的细胞特性或计数时进行诊断。自动化方法是期望的，由此收集数字图像，在高分辨率监视器上观察且可以共享并存档以用于稍后使用。有利的是可以以高吞吐量并用高分辨率和高质量图像来高效地实现数字化过程。
在常规虚拟显微镜系统中，成像技术可能产生在大部分图像上明显散焦的各个图像。常规成像系统对于由照相机拍摄的每个单独快照而言被局限于单焦距，因此，这些“视场”中的每一个在被扫描的对象样品不具有均匀表面时具有散焦的区域。在已在虚拟显微镜中采用的高放大倍率水平下，具有均匀表面的样品是极其稀少的。
常规系统使用基于两步过程的预聚焦（focus）技术来解决高比例的散焦图像，该两步过程包括：1）在第一遍中确定布置在二维网格上的由n个图像帧分离的点阵列处的最佳焦点，所述二维网格被放置在组织切片的顶部上；以及2）在另一遍中，移动至每个焦点并获取图像帧。对于这些最佳焦点之间的点而言，焦点被内插。虽然此两步过程可以减少或者甚至消除散焦图像，但该过程导致获取拼接图像的速度的显著损失。
因此，提供一种克服常规成像系统中固有的显著问题并以高吞吐量高效地提供聚焦的高质量图像的系统将是期望的。
发明内容
根据本文所述系统，一种用于获得样品的聚焦图像的设备包括被设置用于样品的检验的物镜。缓慢聚焦载物台（stage）被耦合到物镜，并且该缓慢聚焦载物台控制物镜的移动。抖动（dither）聚焦载物台包括抖动透镜，并且该抖动聚焦载物台使抖动透镜移动。聚焦传感器依照经由抖动透镜透射的光来提供聚焦信息。至少一个电气组件使用聚焦信息来确定度量和依照该度量的物镜的第一聚焦位置，其中，该电气组件向缓慢聚焦载物台发送位置信息以便使物镜移动至第一聚焦位置。图像传感器在物镜移动至第一聚焦位置之后捕获样品的图像。可以包括XY移动载物台，样品被设置在XY移动载物台上，并且其中该电气组件控制XY移动载物台的移动。可以用抖动透镜的运动对XY移动载物台的移动进行锁相。抖动聚焦载物台可以包括以平移运动移动抖动透镜的音圈致动弯曲组件。可以使抖动透镜以至少60 Hz的谐振频率移动，并且其中，电气组件使用聚焦信息来每秒执行至少60次聚焦计算。可以将聚焦传感器和抖动聚焦载物台设置为双向地操作，其中，聚焦传感器产生关于谐振频率下的抖动透镜运动的正弦波形的上和下两部分的聚焦信息。度量可以包括对比度信息、锐度信息和/或色度信息。聚焦信息可以包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗口的多个区的信息。电气组件可以控制XY移动载物台的移动，并且其中，在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。可以使聚焦传感器的视场相对于图像传感器的视场倾斜。
进一步根据本文所述系统，提供了一种用于获得样品的聚焦图像的方法。该方法包括控制针对样品的检验设置的物镜的移动。控制抖动透镜的运动并依照经由抖动透镜透射的光来提供聚焦信息。该聚焦信息被用来确定度量并依照该度量来确定物镜的第一聚焦位置。发送被用来使物镜移动至第一聚焦位置的位置信息。可以将第一聚焦位置确定为最佳聚焦位置，并且该方法还可以包括在物镜移动至最佳聚焦位置之后捕获样品的图像。可以以至少60 Hz的谐振频率来移动抖动透镜，并且可以每秒执行至少60次聚焦计算。度量可以包括锐度信息、对比度信息和/或色度信息。聚焦信息可以包括用于在样品的聚焦扫描期间使用的聚焦窗口的多个区的信息。可以控制样品被设置在其上面的XY移动载物台的移动，并且可以在确定XY移动载物台的速度时使用来自所述多个区的至少一部分的信息。可以控制XY移动载物台的移动以提供样品的向前和向后平移扫描。
进一步根据本文所述系统，一种用于获得样品的图像的方法包括建立标称聚焦面。将样品放置在具有关联的x和y坐标的起始位置处。在所述样品上的单次遍历中执行第一处理。第一处理包括针对多个点中的每一个使用抖动透镜来确定聚焦位置并针对所述多个点中的每一个依照所述聚焦位置来获取帧。
进一步根据本文所述系统，一种计算机可读介质，包括存储在其上面以便根据上述步骤中的任何一个来获得样品的聚焦图像的代码。此外，一种计算机可读介质可以包括存储在其上面以便执行下述过程中的任何一个或多个的代码。
进一步根据本文所述系统，一种用于显微镜载物台的设备包括移动载物台块和引导移动载物台块的基座块。基座块包括基本上扁平的第一块和具有三角形状的第二块，其中，第一块和第二块沿着平移方向引导移动载物台块。可以将第一块和第二块支撑在底板上的提高凸台上。第一块和第二块可以由玻璃制成。可以在移动载物台块上设置接触第一块和第二块的多个按钮元件，并且该按钮元件可以允许移动载物台块仅沿着平移方向的运动。该按钮元件可以是球状的且由热塑塑料制成。可以将所述多个按钮元件中的至少两个布置为在第二块的三角形状的每一侧彼此面对，并且其中，所述多个按钮元件的至少一个按钮在其扁平面上接触第一块。移动载物台块上的所述多个按钮元件的位置可以形成三角形。所述多个按钮元件中的每一个可以在载物台运动期间承载相等重量。可以将移动载物台块（block）成形为在由所述多个按钮元件的位置形成的三角形的质心处具有重心。可以提供悬臂组件且可以提供弯曲元件，其具有被刚性地耦合到悬臂组件的第一末端和被耦合到移动载物台块上的质心位置的第二末端。悬臂组件可以包括被耦合到经由导轨上的再循环承载设计行进的承载块的悬臂。导轨上的承载块的驱动可以促使弯曲元件向移动载物台块施加力。弯曲元件的弯曲劲度（bending stiffness）可以将移动载物台块从悬臂组件的上下运动隔离。基座块可以沿着与移动载物台块的平移方向垂直的方向形成另一移动载物台。可以提供约150纳米的运动的可重复性。运动的可重复性可以与移动载物台和基座块平移方向正交。
进一步根据本文所述系统，一种用于载玻片高速缓冲的设备包括支架、缓冲器、将第一载玻片在支架与缓冲器之间移动的载玻片搬运器（handler）以及XY载物台。该XY载物台与第二载玻片的扫描相结合地移动第二载玻片，并且与对应于第二载玻片的XY载物台的至少一个功能并行地执行对应于第一载玻片的载玻片搬运器的至少一个功能。载玻片搬运器可以在支架、缓冲器与XY载物台之间移动第一载玻片和第二载玻片且可以以至少三个自由度移动。XY载物台可以包括将载玻片从缓冲器移动至XY载物台的载玻片拾取头。成像设备可以对第一载玻片和第二载玻片进行成像，并且可以包括聚焦系统和照相机。聚焦系统可以包括动态聚焦系统。与XY载物台的功能并行地执行的载玻片搬运器的功能可以提供至少10%的时间增益。载玻片搬运器可以包括载玻片拾取头，其包括机械拾取设备和/或真空拾取设备。缓冲器可以包括接受多个载玻片的多个缓冲位置。缓冲器的至少一个缓冲位置可以是用来捕获载玻片的缩略图像的位置。该支架可以包括至少一个主托盘和旁路托盘，并且设置在旁路托盘中的载玻片在设置于主托盘中的任何载玻片之前被处理。
进一步根据本文所述系统，一种用于载玻片高速缓冲的方法包括提供支架和缓冲器。在支架与缓冲器之间移动第一载玻片。与第二载玻片的扫描相结合地将第二载玻片移入或移出缓冲器。可以与第二载玻片的扫描并行地执行在支架与缓冲器之间移动第一载玻片。第二载玻片的扫描可以包括聚焦操作和图像捕获操作。与第二载玻片的扫描并行的第一载玻片的移动可以提供至少10%的时间增益。第二载玻片的扫描可以包括动态聚焦操作。该缓冲器可以包括多个缓冲位置，其包括：照相机缓冲位置和返回缓冲位置中的至少一个。该方法还可以包括在第一载玻片和/或第二载玻片处于照相机缓冲位置时捕获第一载玻片和/或第二载玻片的缩略图像。
进一步根据本文所述系统，一种用于载玻片高速缓冲的设备包括第一支架、第二支架、第一XY载物台和第二XY载物台。第一XY载物台与第一载玻片的扫描相结合地将第一载玻片移入或移出第一支架。第二XY载物台与第二载玻片的扫描相结合地将第二载玻片移入或移出第二支架。与对应于第二载玻片的第二XY载物台的至少一个功能并行地执行对应于第一载玻片的第一XY载物台的至少一个功能。第一支架和第二支架可以形成单个支架的部分。成像设备可以对第一载玻片和第二载玻片进行成像。第一XY载物台和第二XY载物台中的每一个可以包括载玻片拾取头。
进一步根据本文所述系统，一种用于载玻片扫描的设备包括可旋转托盘和设置在该可旋转托盘中的至少一个凹进处。该凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且该凹进处作为可旋转托盘的旋转的结果而使载玻片稳定在扫描位置上。该凹进处可以包括使载玻片稳定的多个突出体且可以包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。可以包括成像系统，并且该成像系统的至少一个组件沿着可旋转托盘的径向方向移动。成像系统的组件可以与可旋转托盘的一次完整旋转相对应地沿着所述径向方向逐渐移动。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且可以使载玻片的长度沿着可旋转托盘的径向方向定向。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且可以使载玻片的宽度沿着可旋转托盘的径向方向定向。
进一步根据本文所述系统，一种用于扫描载玻片的方法包括将载玻片设置在可旋转托盘的至少一个凹进处中并使可旋转托盘旋转。该凹进处的尺寸被确定为容纳载玻片，并且该凹进处作为可旋转托盘的旋转的结果而使载玻片稳定在扫描位置上。该凹进处可以包括使载玻片稳定的多个突出体且可以包括设置在可旋转托盘的圆周环上的多个凹进处。该方法还可以包括提供成像系统并使成像系统的至少一个组件沿着可旋转托盘的径向方向移动。可以对应于可旋转托盘的一次完整旋转地在径向方向上逐渐地移动成像系统的组件。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，可以使载玻片的长度沿着可旋转托盘的径向方向定向。可以将凹进处的尺寸确定为容纳具有比载玻片的宽度更大的长度的载玻片，并且其中，可以使载玻片的宽度沿着可旋转托盘的径向方向定向。
附图说明
在本文中将基于附图的图来更详细地解释本文所述系统的实施例，如下简要地描述附图。
图1是根据本文所述系统的各种实施例的扫描显微镜和/或其它扫描设备的成像系统的示意图，其可以包括与数字病理学样本扫描和成像相结合地使用的各种组件设备。
图2是示出根据本文所述系统的实施例的包括聚焦系统的成像设备的示意图。
图3A和3B是示出控制系统可以包括适当电子装置的控制系统的实施例的示意图。
图4是根据本文所述系统的实施例更详细地示出抖动聚焦载物台的示意图。
图5A－5E是示出根据本文所述系统的聚焦操作的迭代的示意图。
图6A是示出根据本文所述系统的实施例的抖动聚焦光学装置的命令波形和锐度确定的图的示意图。
图6B是示出用于抖动透镜的正弦波运动的一部分的计算锐度（Zs）值的图的示意图。
图7A和7B是示出根据本文所述系统的实施例的样品（组织）的聚焦确定和调整的示意图。
图8是示出根据本文所述系统的实施例的包括用于在由抖动聚焦光学装置采样的多个点处的每个锐度响应的锐度曲线和对比率的锐度分布图的示例的示意图。
图9示出举例说明用以产生控制信号以控制缓慢聚焦载物台的对比度功能的使用的功能控制环路方框图。
图10是示出根据本文所述系统的实施例的与聚焦处理相结合地将聚焦窗口分成各区的示意图。
图11示出依照本文的技术的实施例中的在各时间点可以获得的不同锐度值的图示。
图12是示出根据本文所述系统的实施例的检验中的样品的扫描期间的即时（on-the-fly）聚焦处理的流程图。
图13是示出根据本文所述系统的实施例的缓慢聚焦载物台的处理的流程图。
图14是示出根据本文所述系统的实施例的图像捕获处理的流程图。
图15是示出根据本文所述系统的实施例的用于聚焦处理的替换布置的示意图。
图16是示出根据本文所述系统的另一实施例的用于聚焦处理的替换布置的示意图。
图17是示出根据本文所述系统的实施例的用以获取载玻片上的组织的马赛克图像的处理的流程图。
图18是示出根据本文所述系统的实施例的XY载物台的精密载物台（例如Y载物台部分）的实施方式的示意图。
图19A和19B是根据本文所述系统的实施例的精密载物台的移动载物台块的更详细视图。
图20示出根据本文所述系统的实施例的根据本文所讨论的精密载物台特征且包括Y载物台、X载物台和底板的整个XY混合载物台的实施方式。
图21是示出根据本文所述系统的实施例的载玻片高速缓冲设备的示意图。
图22A是示出根据本文所述系统的实施例的与第一载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。
图22B是示出根据本文所述系统的实施例的与第二载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。
图23A和23B是使用根据本文所述系统的实施例的载玻片高速缓冲技术的时序图，并且举例说明根据本文所述系统的各种实施例的时间节省。
图24是示出根据本文所述系统的另一实施例的载玻片高速缓冲设备的示意图。
图25A是示出根据针对具有用于载玻片处理的两个XY混合载物台的载玻片高速缓冲设备所述的系统的实施例的与第一载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。
图25B是示出根据针对具有用于载玻片处理的两个XY混合载物台的载玻片高速缓冲设备所述的系统的实施例的与第二载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图。
图26是示出根据本文所述系统的另一实施例的载玻片高速缓冲设备的示意图。
图27是示出根据图26的载玻片高速缓冲设备的另一视图的示意图。
图28A－28J是示出根据本文所述系统的实施例的图26和27的载玻片高速缓冲设备的载玻片高速缓冲操作的示意图。
图29是示出根据本文所述系统的实施例的用于使用发光二极管（LED）照明组件来照亮载玻片的照明系统的示意图。
图30是示出根据本文所述系统的用于LED照明组件的实施例的更详细视图的示意图。
图31是示出根据本文所述系统的实施例的LED照明组件的特定实施方式的分解图的示意图。
图32是示出根据本文所述系统的实施例的可以与数字病理成像相结合地使用的高速载玻片扫描设备的示意图。
图33是更详细示出根据本文所述系统的实施例的高速载玻片扫描设备的托盘上的凹进处的示意图。
图34是示出相对于载玻片而言起始于第一径向位置以便对凹进处中的载玻片上的样品进行成像的成像路径的示意图。
图35A和35B是示出根据本文所述系统的另一实施例的旋转载玻片保持器上的载玻片的替换布置的示意图。
图36是示出根据本文所述系统的实施例的包括被设置为检验载玻片上的样品的物镜的成像系统的示意图。
图37是示出根据本文所述系统的实施例的使用可旋转托盘的高速载玻片扫描的流程图。
图38是示出根据本文所述系统的实施例的光学双重成像系统的示意图。
图39A和39B是示出根据本文所述系统的实施例的在图像传感器前面的第一镜筒透镜和第二镜筒透镜的往复运动的光学双重成像系统的示意图。
具体实施方式
图1是根据本文所述的系统的各种实施例的扫描显微镜和/或其它扫描设备的成像系统5的示意图，其可以包括与数字病理学样本扫描和成像相结合地使用的各种组件设备。成像系统5可以包括具有聚焦系统10、载玻片载物台系统20、载玻片高速缓冲系统30和照明系统40以及其它组件系统50的成像设备，如在本文中的其它地方详细地进一步讨论的。还应注意的是可以与如在授予Dietz等人的题为“Digital Microscope SlideScanning System and Methods”的美国专利申请公开号2008/0240613 A1（通过引用将其结合于此）中描述的用于图像捕获、拼接和放大的显微镜载玻片扫描仪器架构和技术相结合地使用本文所述的系统，其包括与在没有显著的准确度损失的情况下用放大倍率重组图像并显示或存储重组图像相结合的特征。
图2是示出根据本文所述系统的光学扫描显微镜和/或其它适当成像系统的成像设备100的示意图，其包括用于拍摄被设置在载玻片上的组织样本101和/或其它对象的聚焦图像的聚焦系统的组件。本文所述的聚焦系统提供随着快照被捕获而针对每个快照确定最佳聚焦，可以将其称为“即时聚焦”。本文提供的设备和技术导致形成病理载玻片中的区域的数字图像所需的时间的显著减少。本文所述的系统将常规系统的两步方法的步骤集成并本质上消除了预聚焦所需的时间。本文所述的系统提供使用用于捕获快照的即时处理来产生显微镜载玻片上的样品的数字图像，其中，用于捕获所有快照的总时间小于在捕获快照之前对每个快照使用预定焦点的步骤的方法所需的时间。
成像设备100可以包括成像传感器110，诸如电荷耦合器件（CCD）和/或互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器，其可以是捕获数字病理图像的照相机111的一部分。成像传感器110可以从显微镜物镜120接收经由镜筒透镜112、射束分离器114以及包括诸如聚光器116和光源118和/或其它适当光学组件119的透射光显微镜的其它组件透射的透射光。可以对显微镜物镜120进行完全（infinity）修正。在一个实施例中，射束分离器114可以提供将光束源的约70%分配为指向图像传感器110并将约30%的其余部分分配为沿着到抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160的路径指向。可以将被成像的组织样本101设置在可以沿着X和Y方向移动且可以被如在本文中的其它地方进一步地讨论的那样进行控制的XY移动载物台130上。缓慢聚焦载物台140可以控制显微镜物镜120沿Z方向的移动以使由图像传感器110捕获的组织101的图像聚焦。缓慢聚焦载物台140可以包括用于移动显微镜物镜120的电动机和/或其它适当设备。抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160被用来根据本文所述的系统提供用于即时聚焦的细聚焦控制。在各种实施例中，聚焦传感器160可以是CCD和/或CMOS传感器。
抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160根据在成像过程期间快速地计算的锐度值和/或其它度量来提供即时聚焦以随着每个图像快照被捕获而获得用于每个图像快照的最佳聚焦。如在本文中的其它地方进一步详细地讨论的，可以使抖动聚焦载物台150以一定的频率、例如以正弦运动来移动，其独立于且超过对于显微镜物镜120的更缓慢运动而言可行的移动频率。由聚焦传感器160获取用于在抖动聚焦载物台150的运动范围内的组织视野的聚焦信息的多个测量结果。聚焦电子装置和控制系统170可以包括用于控制聚焦传感器和抖动聚焦载物台150的电子装置、主时钟、用于控制缓慢聚焦载物台140（Z方向）的电子装置、X-Y移动载物台130以及依照本文中的技术的系统的实施例的其它组件。聚焦电子装置和控制系统170可以用来使用来自抖动聚焦载物台150和聚焦传感器160的信息来执行锐度计算。可以在由抖动移动定义的正弦曲线的至少一部分内计算锐度值。聚焦电子装置和控制系统170然后可以使用该信息来确定用于组织的最佳聚焦图像的位置并命令缓慢聚焦载物台140使显微镜物镜120移动至期望的位置（沿着Z轴，如所示）以便在成像过程期间获得最佳聚焦图像。控制系统170还可以使用该信息来控制XY移动载物台120的速度，例如，载物台130沿Y方向的移动速度。在一个实施例中，可以通过对相邻像素的对比度值进行差分化，对其求平方并将那些值加在一起以形成一个分数来计算锐度值。在本文中的其它地方进一步讨论了用于确定锐度值的各种算法。
在根据本文所述系统的各种实施例中，并且依照在本文中的其它地方所讨论的组件，一种用于产生显微镜载玻片上的样品的数字图像的设备包括：被完全修正的显微镜物镜；射束分离器；照相机聚焦透镜；高分辨率照相机；传感器聚焦透镜组；抖动聚焦载物台；聚焦传感器；聚焦粗（缓慢）载物台；以及聚焦电子装置。该设备可以允许在不需要在捕获快照之前预先确定用于所有快照的焦点的情况下使物镜聚焦并通过照相机来捕获每个快照，并且其中，用于捕获所有快照的总时间小于要求在捕获快照之前预先确定用于每个快照的焦点的步骤的系统所需的时间。该系统可以包括计算机控制机构，用于：i）确定组织上的第一焦点以通过使粗聚焦载物台移动通过整个z范围并监视锐度值来建立标称聚焦面；ii）以从感兴趣区域的一角处开始的x和y来对组织进行定位；iii）将抖动细聚焦载物台设置为移动，其中，抖动聚焦载物台被同步至主时钟，该主时钟也控制xy载物台的速度；iv）命令载物台从帧移动至相邻帧，和/或v）产生触发信号以获取图像传感器上的帧并触发光源以产生光的脉冲。
此外，根据另一实施例，本文所述的系统可以提供用于产生显微镜载玻片上的样品的数字图像的计算机实现方法。该方法可以包括确定包括显微镜载玻片的一个区（该区包括样品的至少一部分）的扫描区域。可以将该扫描区域划分成多个快照。可以使用显微镜物镜和照相机来捕获快照，其中，可以在不需要在捕获快照之前预先确定用于所有快照的焦点的情况下针对每个快照执行使物镜和显微镜聚焦并通过照相机来捕获每个快照。用于捕获所有快照的总时间可以小于要求在捕获快照之前预先确定用于每个快照的焦点的步骤的方法所需的时间。
图3A是包括聚焦电子装置161、主时钟163和载物台控制电子装置165的控制系统170和聚焦电子装置的实施例的示意图。图3B是聚焦电子装置161的实施例的示意图。在所示的实施例中，聚焦电子装置161可以包括诸如适当快速的A/D转换器171和具有可以用来进行锐度计算的微处理器173的现场可编程门阵列（FPGA）172的适当电子装置。A/D转换器171可以从被耦合到FPGA 172和微处理器173并被用来输出锐度信息的聚焦传感器160接收信息。包括在170中的主时钟可以向聚焦电子装置161、载物台控制电子装置165以及系统的其它组件供应主时钟信号。载物台控制电子装置165可以生成被用来控制缓慢聚焦载物台140、X-Y移动载物台130、抖动聚焦载物台150的控制信号和/或其它控制信号和信息，如在本文中的其它地方进一步讨论的。除其它信息之外，FPGA 172可以向聚焦传感器160供应时钟信号。实验室中的测量结果显示可以在18微秒内进行640x32像素帧上的锐度计算，容易地快到足以用于本文所述系统的适当操作。在一个实施例中，聚焦传感器160可以包括被窗口化成640x32条的单色CCD照相机，如在本文中的其它地方进一步讨论的。
扫描显微镜可以获取包括对比度信息和/或RGB或某个其它色彩空间中的强度信息的1D或2D像素阵列，如在本文中的其它地方进一步讨论的。系统在例如玻璃载玻片25 mmx 50 mm上的大视野内找到最佳焦点。许多商用系统对由具有CCD阵列的20x、0.75 NA显微镜物镜产生的场景进行采样。给定物镜和聚光器的0.75的NA和500 nm的波长，光学系统的横向分辨率为约5微米。为了以尼奎斯特频率对此分辨元件进行采样，对象处的像素尺寸为约0.25微米。对于具有7.4微米的像素尺寸、以30 fps运行的4M像素照相机（例如DalsaFalcon 4M30/60）而言，从对象至成像照相机的放大倍率是7.4/0.25＝30x。因此，2352x1728下的一个帧可以覆盖对象处的0.588mm x 0.432mm的区域，其对于在面积上被定义为15 mm x15 mm的典型组织切片而言等同于约910个帧。期望地在焦点尺度的组织空间变化比对象处的帧尺寸更低得多的情况下使用本文所述的系统。实际上，焦点的变化可以在更大的距离内发生且进行大部分聚焦调整以对倾斜进行修正。这些倾斜在对象处一般地在每帧尺寸0.5-1微米的范围内。
对于当前扫描系统（例如BioImagene iScan Coreo系统）而言得出结果的时间对于20x 15 mm x 15 mm视野的预扫描和扫描而言为约3.5分钟且对于15 mm x 15 mm视野上的40x扫描而言为约15分钟。通过以26遍行进35个帧来扫描15 mm x 15 mm视野。可以用1秒的回描时间单向地完成扫描。使用根据本文所述的系统的技术来进行扫描的时间可以为约5秒以找到标称聚焦面，每遍1.17秒（25遍），总共5 + 25x（1.17 + 1）＝59.25秒（约1分钟）。相比于常规方法而言存在相当大的时间节省。本文所述的系统的其它实施例可以允许甚至更快的聚焦时间，但是可能发生关于用以避免连续扫描时的运动模糊的短照明时间所需的光量的限制。使光源118发送脉冲或频闪以允许高峰值照明能够缓解此问题，光源118可以是如在本文中的其它地方进一步讨论的LED光源。在一个实施例中，可以由聚焦电子装置和控制系统170来控制光源118的脉冲发送。另外，双向地运行系统将消除用于20x扫描的约25秒的回描时间节省，导致35秒的扫描时间。
应注意的是与聚焦电子装置和控制系统170相结合地使用的组件还可以更一般地称为用来与本文所述技术的实施例相结合地执行多种不同功能的电气组件。
图4是根据本文所述的系统的实施例更详细地示出抖动聚焦载物台150的示意图。抖动聚焦载物台150可以包括可以被诸如音圈致动器的一个或多个致动器152a、b移动且可以被安装到刚性外壳153的抖动聚焦透镜151。在一个实施例中，透镜可以是如市售的具有50mm焦距的消色差透镜，参见例如Edmund Scientific，NT32－323。替换地，抖动聚焦透镜151可以是由塑料构成的，非球面且被成形为使得透镜的重量被减小（极其低质量）。可以将弯曲结构154附着于刚性外壳153并附着于刚性接地点且其可以仅允许抖动聚焦透镜151的例如约600-1000微米的小距离的平移运动。在一个实施例中，弯曲结构154可以由沿弯曲方向约0.010"厚的适当不锈钢片构成并形成四连杆机构。弯曲部分154可以由处于远离其疲劳极限（5倍以下（factor of below））的工作应力下以运行许多个循环的适当弹簧钢设计而成。
可以将抖动聚焦透镜151和弯曲部分154的移动质量设计为提供约60 Hz或以上的第一机械谐振。可以用诸如电容传感器或涡流传感器的适当高带宽（例如，>1 kHz）位置传感器155来监视移动质量，以向控制系统170提供反馈（参见图2）。例如KLA Tencor的ADE部门制造了具有1 kHz带宽、1 mm测量范围和适合于此应用的77纳米分辨率的电容传感器5mm 2805探针。诸如由包括在元件170中的功能表示的抖动聚焦和控制系统可以将抖动聚焦透镜151的振幅保持在指定聚焦范围内。抖动聚焦和控制系统可以依赖于众所周知的增益控制振荡器电路。当谐振地操作时，可以以低电流来驱动抖动聚焦透镜151，在音圈绕组中耗散低功率。例如，使用BEI Kimco LAO8-10（绕组A）致动器，平均电流可以小于180mA且耗散的功率可以小于0.1 W。
应注意的是可以与本文所述的系统的各种实施例相结合地使用抖动透镜的其它类型的运动及其它类型的致动器152a、b。例如，可以使用压电致动器作为致动器152a、b。此外，抖动透镜的运动可以是处于除保持独立于显微镜物镜120的运动的谐振频率之外的频率下的运动。
在依照本文中的技术的实施例中可以包括诸如上述电容传感器的传感器155，其可以提供关于抖动聚焦透镜位于何处的反馈（例如相对于对应于透镜移动的正弦波或循环）。如在本文中的其它地方将描述的，可以进行关于使用聚焦传感器获得的哪个图像帧产生最佳锐度值的确定。对于此帧而言，可以相对于由传感器155指示的正弦波位置来确定抖动聚焦透镜的位置。如传感器155所指示的位置可以被控制电子装置170用来确定用于缓慢聚焦载物台140的适当调整。例如，在一个实施例中，可以由缓慢聚焦载物台140的缓慢步进电动机来控制显微镜物镜120的移动。由传感器155所指示的位置可以用来确定相应的移动量（及相应的（一个或多个）控制信号）以将显微镜物镜120沿Z方向定位于最佳聚焦位置处。可以将（一个或多个）控制信号传送至缓慢聚焦载物台140的步进电动机以引起显微镜物镜120在最佳聚焦位置处的任何必要的重新定位。
图5A－5E是示出根据本文所述的系统的聚焦操作的迭代的示意图。该图示出图像传感器110、聚焦传感器160、具有抖动透镜的抖动聚焦载物台150和显微镜物镜120。举例说明了沿着y轴、即在XY移动载物台130上移动的组织101，同时在执行聚焦操作。在一个示例中，抖动聚焦载物台150可以以期望的频率移动抖动透镜，诸如60 Hz或以上（例如80Hz、100Hz），虽然应注意的是在其它实施例中，本文所述的系统还可以根据可适用的状况在抖动透镜在较低频率（例如50 Hz）下移动的情况下进行操作。可以命令XY移动载物台130例如沿Y方向从帧移动至相邻帧。例如，可以命令载物台130以13mm/sec的恒量移动，其对于20x物镜而言对应于约30帧/秒的获取速率。由于抖动聚焦载物台150和XY移动载物台130可以被锁相，所以抖动聚焦载物台150和传感器160可以每秒进行60次聚焦计算，或者每秒120个焦点或每帧4个焦点地双向地运行（关于正弦波的上下运动进行读取）。对于1728像素的帧高度而言，这相当于每432个像素一个焦点或者对于20x物镜而言为每108微米一个焦点。由于XY移动载物台130正在移动，所以应在非常短的时间段内捕获焦点，例如330 μsec（或更少），以将场景中的变化保持在最小值。
在各种实施例中，如在本文中的其它地方进一步讨论的，可以存储此数据并将其用来对下一个帧的聚焦位置进行外推，或者替换地可以不使用外推并将最后一个焦点用于活动帧的聚焦位置。用60 Hz的抖动频率和每秒30帧的帧速率，在与被快拍的帧的中心相距不超过帧的1/4的位置处取焦点。一般地，组织高度不会在帧的1/4中改变至足以使得此焦点不准确。
可以在组织上找到第一焦点以建立标称聚焦面或基准面101'。例如，可以通过最初使用缓慢聚焦载物台140移动显微镜物镜120通过整个Z范围（例如+1/-1 mm）并监视锐度值来确定基准面101'。一旦找到的基准面101'，则可以以在感兴趣区域的一角和/或其它特定位置处开始的X和Y将组织101定位，并且将抖动聚焦载物台150设置为移动，和/或否则继续监视抖动聚焦载物台150的移动，在图5A中开始。
可以使抖动聚焦载物台150同步至控制系统170中的主时钟（参见图2），其还可以与控制XY移动载物台130的速度相结合地使用。例如，如果抖动聚焦载物台150将在60赫兹下通过0.6毫米p-v（峰值至谷值）正弦运动移动，采用32%的占空因数以使用正弦波的更多线性范围，则可以在2.7兆秒时段内通过聚焦范围收集8个点。在图5B－5D中，抖动聚焦载物台150以正弦运动来移动抖动透镜，并且携带焦点样本通过正弦曲线的至少一部分。因此将每330μsec或以3 kHz的速率来获取焦点样本。用对象与聚焦传感器160之间的5.5x的放大倍率，0.6 mm p-v的抖动透镜处的运动相当于物镜处的20微米p-v运动。此信息被用来将计算最高锐度处的位置、即最佳聚焦传送至缓慢聚焦载物台140的较慢步进电动机。如图5E所示，缓慢聚焦载物台140被命令使显微镜物镜120及时地移动至最佳聚焦位置（用运动范围120'举例说明）以便图像传感器110捕获组织101的感兴趣区域的最佳聚焦图像110'。在一个实施例中，可以例如由控制系统170来触发图像传感器110以在抖动透镜运动的特定循环数之后拍摄图像的快照。XY移动载物台130移动至下一帧，抖动聚焦载物台150中的抖动透镜的循环运动继续，并且重复图5A－5E的聚焦操作。可以以不妨碍过程的速率、例如3 kHz来计算锐度值。
图6A是示出根据本文所述的系统的实施例的抖动聚焦光学装置的命令波形和锐度确定的图200的示意图。在基于结合图5A－5E的示例讨论的时间的实施例中：
T = 16.67 msec, /*透镜在60 Hz下谐振的情况下的抖动透镜正弦波的周期*/
F = 300 μm, /* 聚焦值的正范围*/
N = 8, /* 在周期E中获得的焦点的数目*/
Δt = 330 μsec, /* 每330μsec获得的焦点样本*/
E = 2.67 msec, /* 其间获得N个焦点的时段*/
△f= 1.06 μm 在焦点行程的中心处。 /*焦点弯曲的步长*/
因此，用32%的此占空因数，通过焦点处理对8.48μm（8 x 1.06μm＝8.48μm）进行采样。
图6B是示出用于图210所示的抖动透镜的正弦波运动的一部分的计算锐度（Zs）值的图210的示意图。由等式1给出作为每个点i的函数来采样的用于每个聚焦面的位置（z）：
等式1
将CCD照相机向下窗口化可以提供适合于本文所述系统的高帧速率。例如，加拿大安大略市沃特卢的公司Dalsa生产了Genie M640-1/3 640 x480黑白照相机。Genie M640-1/3将以640x32的帧尺寸在3,000帧/秒下操作。CCD阵列上的像素尺寸是7.4微米。在对象与聚焦面之间的5.5x放大倍率下，一个聚焦像素等价于对象处的约1.3微米。虽然可能发生每个聚焦像素的约16个对象像素（4x4）的某些平均，但保留了足够高的空间频率对比度变化以获得良好的聚焦信息。在一个实施例中，可以根据锐度计算图210的峰值来确定最佳聚焦位置。在附加实施例中，应注意的是可以使用其它聚焦计算和技术根据其它度量来确定最佳聚焦位置，包括对比度度量的使用，如在本文中的其它地方进一步讨论的。
图7A和7B是示出根据本文所述的系统的实施例的样品（组织）的聚焦确定和调整的示意图。在图7A中，图示250是根据本文所讨论的XY移动载物台130的移动与样品沿着Y轴的移动相结合的近似图像帧中所示的样品的视图。在250中举例说明了与样品沿着Y轴的移动（例如，根据XY载物台的移动）相结合的在样品上的一次遍历或通过。图示250'是图示250的一个部分的放大型式。图示250'的一个帧被指定为dtp，参考样品的明确组织点。在图示250'的示例中，示出了样品边界，并且在其上面的扫描期间，依照本文所述的系统来执行多次聚焦计算。在帧251中，并且举例来说，举例说明了在与对样品进行成像相结合地执行4次聚焦计算（被示为聚焦位置1、2、3和0*）之后进行最佳聚焦确定，虽然可以与本文所述的系统相结合地执行更多的聚焦计算。图7B示出了示出显微镜物镜的Z轴位置相对于正在被检验的样品的Y轴位置的图的示意图260。举例说明的位置261示出根据本文所述的系统的实施例的用于调整显微镜物镜120以实现最佳聚焦的沿着Z轴确定的位置。
应注意的是本文所述的系统相比于常规系统而言提供了显著的优点，所述常规系统诸如在被通过引用结合到本文中的美国专利号7,576,307和7,518,642中描述的那些，其中，整个显微镜物镜以正弦或三角形图案移动通过焦点。本文提供的系统的有利之处在于其适合于与显微镜物镜和沉重且不能在使用抖动光学装置所述的较高频率下移动的随附载物台一起使用（尤其是在经由转动架来添加其它物镜的情况下）。本文所述的抖动透镜可以具有已调整质量（例如，变得更轻、较少玻璃）且聚焦传感器上的成像需求比由显微镜物镜施加的更小。如本文所述的，可以以高速率来获取聚焦数据以使计算锐度时的场景变化最小化。通过使场景变化最小化，本文所述的系统减少了系统在组织在显微镜物镜下移动的同时移动聚焦和散焦时的锐度度量的不连续性。在常规系统中，此类不连续性向最佳聚焦计算增加噪声。
图8是示出根据本文所述的系统的实施例的包括用于在由抖动聚焦光学装置采样的多个点处的每个锐度响应的锐度曲线和对比率的由移动通过聚焦位置所产生的锐度分布图的示例的示意图300。图310示出x轴中的以微米为单位的抖动透镜振幅和沿着y轴的锐度单位。如所示，可以使抖动透镜运动以代表性点A、B、C、D和E为中心；然而，应注意的是本文所述的计算可以应用于锐度曲线上的每个点。在图310a－e中分别示出了当抖动透镜的运动以点A、B、C、D和E中的每一个为中心时针对抖动透镜正弦波的半周期从聚焦传感器160产生的锐度响应。基于此，根据对比度函数＝（max-min）/（max+min）来计算用于具有点A－E中的相应的一个的每个锐度响应的对比率。与针对点A－E中的一个和锐度响应曲线310a－e中的相应的一个确定的对比度函数相结合，max表示从锐度响应曲线获得的最大锐度值且min表示从锐度响应曲线获得的最小锐度值。在锐度曲线图310下面示出了结果得到的对比度函数图320且其对与抖动透镜根据抖动透镜振幅的移动相对应的对比率值进行绘图。图320中的对比度函数的最小值是最佳聚焦位置。基于对比度函数和最佳聚焦位置确定，可以生成控制信号，该控制信号被用来控制缓慢聚焦载物台140以在图像传感器110捕获图像110'之前使显微镜物镜120移动至最佳聚焦位置。
图9示出举例说明用以产生控制信号以控制缓慢聚焦载物台140的对比度功能的使用的功能控制环路方框图350。例如，可以将Ud视为对聚焦控制环路的干扰且其可以表示载玻片倾斜或改变组织表面高度。功能块352示出可以由聚焦传感器160生成且被传送至聚焦电子装置和控制系统170的锐度矢量信息的生成。功能块354示出抖动透镜正在对焦点进行采样的点处的对比度数（例如对比度函数的值）的生成。将此对比度数与在其中先前建立最佳聚焦的初始步骤处产生的设定点或基准值（Ref）相比较。从与适当施加的增益K1的此比较（在功能块356处）产生的错误信号对做出动作（在功能块358处）以保持场景聚焦的缓慢聚焦电动机进行修正。应注意的是实施例可以依照最小值或阈值移动量来调整显微镜物镜120的位置。因此，此类实施例可以避免进行小于阈值的调整。
图10是示出根据本文所述的系统的实施例的与聚焦处理相结合地将聚焦窗口402分成各区的示意图。在所示的实施例中，聚焦窗口被再分成8个区（402'）；然而，可以与本文所述系统相结合地使用少于或多于8个区。该区的第一子集可以在快照n内且该区的第二子集在快照n+1内。例如，区2、3、4、5在已在时间t1处快拍的图像帧404内。区6和7可以完全在随着XY移动载物台130在图中自下而上横过时要快拍的下一个图像帧内和/或区0和1可以完全在随着载物台130在图中自上而下横过时要快拍的下一个图像帧内。可以使用聚焦位置0、1、2和3来对用于位置0*处的下一个快拍帧的最佳聚焦位置进行外推。可以例如通过执行螺旋形图案横过整个感兴趣区域来建立组织的覆盖范围。
可以使图像传感器的矩形窗口404沿着载物台130的行进方向定向，诸如使在成像期间获取的帧的列与矩形聚焦窗口402对准。使用30x放大倍率的镜筒透镜，使用例如Dalsa4M30/60 CCD照相机的图像帧406中的对象的尺寸是0.588 mmx0.432 mm。阵列尺寸可以是（2352x7.4微米/30）x（1720x.7.4微米/30）。图像帧406的较宽维度（0.588 mm）可以与聚焦窗口402垂直地定向并允许在组织的切片上横过的最小列数。在焦点分支（leg）406中，使用5x放大倍率，聚焦传感器是0.05 mm x 0.94 mm。矩形窗口402可以是（32x7.4微米/5.0）x（640x7.4微米/5.0）。因此，聚焦传感器的帧402可以比图像传感器的帧404高约2.2x，并且可以有利地与涉及多个区的先行聚焦技术相结合地使用，如在本文中的其它地方进一步讨论的。根据本文所述的系统的实施例，可以每秒进行120次最佳聚焦确定，其中每333μsec进行锐度计算，得到在2.67 msec内计算的8个锐度，所述2.67 msec等于用于抖动透镜运动的8.3 msec半抖动周期的约32%的占空因数。
可以计算并存储用于每个区的锐度度量。当使用多个区来计算用于单个焦点的锐度度量时，可以针对每个区确定锐度度量并将其组合，例如，诸如通过针对在此类单个点处考虑的所有区将所有锐度度量相加。在等式2中示出了每个区的锐度计算的示例（例如，基于被窗口化为640x32条的照相机的使用）。对于第i行、达到32的维度n以及第j列、达到640/z的维度m而言，其中，z是区的数目，可以用等式 2来表示用于区的锐度：
等式2
其中，k是在1和5之间或与之相等的整数。还可以与本文所述系统相结合地使用其它锐度度量和算法。随着XY移动载物台130沿着y轴移动，系统获取用于聚焦窗口402中的全部的区0－7的锐度信息。期望的是随着载物台130移动，知道组织切片高度如何变化。通过计算锐度曲线（最大锐度是最佳聚焦），通过改变焦点高度，区6和7例如可以在移动下一个最佳聚焦面位于其上面的下一个帧之前提供信息。如果通过此先行方法预期大的焦点变化，则可以使载物台130减慢以提供更紧密间隔的点以更好地跟踪高度过渡。
在扫描过程期间，确定系统是否从空白空间（无组织）过渡至较暗空间（组织）可能是有利的。通过在区6和7中计算锐度，例如，有可能预测此过渡是否即将发生。在扫描列的同时，如果区6和7显示出增加的锐度，则可以命令XY移动载物台130慢下来以在组织边界上产生更紧密间隔的焦点。如果另一方面检测到从高锐度至低锐度的移动，则可以确定扫描仪视野正在进入空白空间，并且使载物台130慢下来以在组织边界上产生更紧密间隔的焦点可能是期望的。在其中这些过渡不发生的区域中，可以命令载物台130以较高的恒定速度移动以增加载玻片扫描的总吞吐量。这种方法可以允许有利地快速地扫描组织。根据本文所述的系统，可以在收集聚焦数据的同时拍摄快照。此外，可以在第一扫描中收集所有焦点数据并将其存储，并且可以在后续扫描期间在最佳焦点处拍摄快照。实施例可以以用锐度值以与本文所述类似的方式来使用对比率或函数值以检测焦点变化并因此确定进或出包含组织的区域或空白空间的过渡。
例如，对于15mm x 15mm 20x扫描而言，在0.588 x 0.432 mm的图像帧尺寸下，存在26列的数据，每列具有35个帧。在30 fps的成像速率下，在1.2秒或约30秒的扫描时间中横过每列。由于聚焦传感器160每秒计算120个（或更多）焦点，所以本文所述系统可以每帧获得4个焦点（120个焦点/秒除以30 fps）。在60 fps的成像速率下，扫描时间是15秒和每帧2个焦点（120个焦点/秒除以60 fps）。
在另一实施例中，可以使用彩色照相机作为聚焦传感器160，并且作为锐度对比度度量的替换和/或除此之外，可以确定色度度量。例如，根据本实施例，可以适当地使用640x480 Genie照相机的Dalsa彩色版本作为聚焦传感器140。可以将色度度量描述为相对于被类似地照亮的白色的亮度的彩度。以等式形式（等式 3A和3B），色度（C）可以是R、G、B色彩测量的线性组合。
注意R＝G＝B，CB＝CR＝0。基于CB和CR，可以确定用于C的值，表示总色度。（例如，诸如通过添加CB 和 CR)。
随着XY移动载物台130沿着y轴移动，聚焦传感器160可以获取色彩（R、G、B）信息，如在亮场显微镜中一样。期望的是随着载物台移动，知道组织切片高度如何变化。如对比度技术的情况一样，可以使用RBG色彩信息的使用来确定系统是否正在从空白（white）空间（无组织）过渡至彩色空间（组织）。通过计算区6和7中的色度，例如，有可能预测此过渡是否即将发生。如果例如检测到非常小的色度，则C＝0且可以认识到没有组织边界正在接近。然而，在扫描焦点列的同时，如果区6和7显示出增加的色度，则可以命令载物台130慢下来以在组织边界上产生更紧密间隔的焦点。如果另一方面检测到从高色度至低色度的移动，则可以确定扫描仪正在进入空白空间，并且使载物台130慢下来以在组织边界上产生更紧密间隔的焦点可能是期望的。在其中这些过渡不发生的区域中，可以命令载物台130以较高的恒定速度移动以增加载玻片扫描的总吞吐量。
与使用锐度值、对比率值和/或色度值来确定视场或即将到来的（一个或多个）帧正在进入或离开具有组织的载玻片区域的时间相结合，可以实现处理变化。例如，当从空白区域（例如在组织区域之间）进入具有组织的区域时，可以减少沿Y方向的移动且还可以增加所获得的焦点的数目。当观看空白空间或组织样本之间的区域时，可以增加沿Y方向的移动且确定较少的焦点直至检测到在包含组织的区域上的移动（诸如，通过增加的色度和/或锐度值）。
图11示出依照本文的技术的实施例中的在各时间点可以获得的不同锐度值的图示。顶部部分462包括对应于抖动透镜移动的半正弦循环（例如，单个峰到峰循环或周期的一半）的曲线452。X轴对应于此循环期间的抖动透镜振幅值且Y轴对应于锐度值。诸如点462a的每个点表示在该处使用聚焦传感器来获得帧的点，其中，每个帧是在用点的X轴值表示的抖动透镜振幅下获得的且具有用点的Y轴值表示的锐度值。底部部分464中的元素465表示针对如在用于所示数据点的部分462中表示的所获得锐度值组拟合的曲线。
图12是示出根据本文所述的系统的实施例的检验中的样品的扫描期间的即时聚焦处理的流程图500。在步骤502处，可以针对被检验的样品确定标称聚焦面或基准面。在步骤502之后，处理前进至其中根据本文所述系统的抖动透镜被设置为在特定谐振频率下移动的步骤504。在步骤504之后，处理前进至其中命令XY移动载物台以特定速度移动的步骤506。应注意的是如本文所述的处理的其它步骤一样，依照本文所述的系统，可以适当地修改步骤504和506的顺序。在步骤506之后，处理前进至步骤508，在那里，与根据本文所述系统的抖动透镜的运动（例如正弦式）相结合地执行相对于被检验样品的用于焦点的锐度计算。如在本文中的其它地方进一步讨论的，该锐度计算可以包括对比度、色度和/或其它适当测量的使用。
在步骤508之后，处理前进至步骤510，在那里，根据本文所述的系统，针对与图像传感器相结合地用来捕获图像的显微镜物镜的位置来确定最佳聚焦位置。在步骤510之后，处理前进至步骤512，在那里，关于最佳聚焦位置的控制信号被发送至控制显微镜物镜的位置（Z轴）的缓慢聚焦载物台。步骤512还可以包括向照相机（例如图像传感器）发送触发信号以捕获在物镜下面的样品部分的图像。触发信号可以是引起图像传感器进行的图像捕获的控制信号，诸如例如在特定数目的循环（例如，与抖动透镜移动有关）之后。在步骤512之后，处理前进至测试步骤514，在那里，确定是否应调整将样品保持在扫描下的XY移动载物台的速度。如在本文中的其它地方进一步讨论的，可以使用焦点视场中的多个区的锐度和/或其它信息根据先行处理技术来进行该确定。如果在测试步骤514处，确定将调整XY载物台的速度，则处理前进至步骤516，在那里，调整XY移动载物台的速度。在步骤516之后，处理继续返回至步骤508。如果在测试步骤514处，确定将不进行对XY移动载物台的速度的调整，则处理前进至测试步骤518，在那里，确定焦点处理是否将继续。如果处理将继续，则处理返回至步骤508。否则，如果处理不继续（例如，当前样品的扫描已完成），则结束焦点处理且处理完成。
图13是示出根据本文所述的系统的实施例的缓慢聚焦载物台处的处理的流程图530。在步骤532处，控制显微镜物镜的位置（例如沿着Z轴）的缓慢聚焦载物台接收具有用于调整正在检验样品的显微镜物镜的位置的信息的控制信号。在步骤532之后，处理前进至步骤534，在那里，根据本文所述的系统，缓慢聚焦载物台调整显微镜物镜的位置。在步骤534之后，处理前进至等待步骤536，在那里，缓慢聚焦载物台等待接收另一控制信号。在步骤536之后，处理继续返回至步骤532。
图14是示出根据本文所述的系统的实施例的图像捕获处理的流程图550。在步骤552处，照相机的图像传感器接收触发信号和/或其它指令，其触发用以捕获处于显微镜检验之下的样品的图像的处理。在各种实施例中，根据本文所述的系统，可以从控制系统接收触发信号，其控制在已在焦点处理中使用的抖动透镜的运动的特定数目的循环之后的图像传感器图像捕获处理的触发。替换地，可以基于XY移动载物台上的位置传感器来提供该触发信号。在一个实施例中，位置传感器可以是Renishaw线性编码器型号No.T1000-10A。在步骤552之后，处理前进至步骤554，在那里，图像传感器捕获图像。如在本文中详细地讨论的，与根据本文所述系统的聚焦系统的操作相结合，由图像传感器捕获的图像可以是聚焦的。依照在本文中参考的其它技术，可以将所捕获的图像拼接在一起。在步骤554之后，处理前进至步骤556，在那里，图像传感器等待接收另一触发信号。在步骤556之后，处理继续返回至步骤552。
图15是示出根据本文所述的系统的实施例的用于聚焦处理的替换布置的示意图600。窗口化聚焦传感器可以具有可以被倾斜或以其他方式定位为对角地扫描与成像传感器帧FOV 604的宽度基本上相等的一行（swath）的帧视场（FOV）602。如本文所述，可以使窗口沿着行进的方向倾斜。例如，可以使倾斜聚焦传感器的帧FOV 602旋转至45度，其将在对象（组织）处具有0.94x0.707＝0.66 mm的有效宽度。成像传感器的帧FOV 604可以具有0.588 mm的有效宽度，因此，随着保持组织的XY移动载物台在物镜下移动，倾斜聚焦传感器帧FOV 602看到图像传感器所观察到的该行的边缘。在视野中，示出了在时间上在中间位置（0、1、2和3）处被叠加在图像传感器帧FOV 604上的倾斜聚焦传感器的多个帧。可以在焦点列中的相邻帧的中心之间的三个点处取焦点。使用聚焦位置0、1、2和3来对用于位置0*处的下一个快拍帧的最佳聚焦位置进行外推。用于这种方法的扫描时间将与在本文中的其它地方描述的方法类似。虽然倾斜聚焦传感器的帧FOV 602具有较短前视（look ahead），在这种情况下，0.707x（0.94 - 0.432）/2＝0.18 mm或倾斜聚焦传感器42%地侵占将要获取的下一个帧，倾斜聚焦传感器的帧FOV 602相对于图像传感器帧FOV 604是倾斜的，在扫描行的边缘上看到组织，这在某些情况下有利于提供边缘聚焦信息。
图16是示出根据本文所述系统的另一实施例的用于聚焦处理的替换布置的示意图650。如在图示650中，示出了倾斜聚焦传感器的帧FOV 652和图像传感器的帧FOV 654。倾斜传感器的帧FOV 652可以用来获取关于跨组织的向前通过的聚焦信息。在向后通过中，成像传感器在聚焦载物台使用在先向前通过的聚焦数据进行调整的同时对帧进行快拍。如果一个人想要在在先方法中在跳过中间位置0、1、2、3的每个图像帧处获取聚焦数据，则XY移动载物台可以在向前通过中以4x速度移动，给定焦点获取的高速率。例如，对于20x下的15mm x 15 mm而言，一列数据是35个帧。由于每秒在120个点处获取聚焦数据，所以在0.3秒中执行向前通过（每秒35帧/120个焦点）。本示例中的列的数目是26，因此，可以在26x0.3或7.6秒中完成聚焦部分。30 fps下的图像获取为约32秒。因此，总扫描时间的聚焦部分为仅20%，这是高效的。此外，如果允许焦点每隔一个帧跳跃，则扫描时间的聚焦部分将基本上进一步下降。
应注意的是在其它实施例中，可以将聚焦传感器的焦点带定位于视场内的其它位置处且处于其它定向，采样相邻列的数据以提供可以与本文所述系统相结合地使用的附加前视信息。
传送载玻片的XY移动载物台可以相对于向后行进时产生的最佳焦点重复在向前行进时产生的那些。对于其中焦点深度为0.9微米的20x 0.75 NA物镜而言，重复至约0.1微米将是期望的。可以将载物台构造为满足0.1微米向前/向后可重复性，并且因此，此要求在技术上是可行的，如在本文中的其它地方进一步讨论的。
在一个实施例中，根据本文所述系统的正在被检验的玻璃载玻片上的组织或涂片可以覆盖整个载玻片或约25 mm x 50 mm区域。分辨率取决于物镜的数值孔径（NA）、到载玻片的耦合介质、聚光器的NA和光的波长。例如，在60x下，对于0.9 NA显微镜物镜、平面复消色差透镜（平面APO）而言，在绿光（532nm）下的空气中，显微镜的横向分辨率是约0.2μm，具有0.5μm的焦点深度。
与本文所述系统的操作相结合，可以通过经由线扫描传感器或CCD阵列在感兴趣区域之上移动有限视场并将有限视场或帧或碎片组装在一起以形成马赛克来获得数字图像。期望的是马赛克看起来是无缝的，在观看者跨整个图像操纵时，没有可见接缝、焦点或辐照不规则。
图17是示出根据本文所述系统的实施例的用以获取载玻片上的组织的马赛克图像的处理的流程图700。在步骤702处，可以获取载玻片的缩略图像。该缩略图像可以是约为1x或2x放大倍率的低分辨率。如果在载玻片标签上存在条形码，则可以在此步骤处对该条形码解码并将其附着于载玻片图像。在步骤702之后，处理前进至步骤704，在那里，可以使用标准图像处理工具在载玻片上找到组织。可以对该组织划定界限以将扫描区域缩窄至给定的感兴趣区域。在步骤704之后，处理前进至步骤706，在那里，可以将XY坐标系附着于组织的平面。在步骤706之后，处理可以前进至步骤708，在那里，可以针对组织以规则的X和Y间距产生一个或多个焦点，并且可以使用聚焦技术来确定最佳聚焦，如在本文中的其它地方所讨论的即时聚焦技术中的一个或多个。在步骤708之后，处理可以前进至步骤710，在那里，可以保存期望焦点的坐标和/或其它适当信息且可以将其称为锚定点。应注意的是在帧位于锚定点之间的情况下，可以对焦点进行内插。
在步骤710之后，处理可以前进至步骤712，在那里，依照在本文中的其它地方所讨论的技术，将显微镜物镜定位于最佳聚焦位置处。在步骤712之后，处理前进至步骤714，在那里，收集图像。在步骤714之后，处理前进至测试步骤716，在那里，确定是否整个感兴趣区域已被扫描并成像。如果没有，则处理前进至步骤718，在那里，根据在本文中的其它地方所讨论的技术，XY载物台沿着X和/或Y方向移动组织。在步骤718之后，处理继续返回至步骤708。如果在测试步骤716，确定整个感兴趣区域已被扫描和成像，则处理前进至步骤720，在那里，将所收集的图像帧拼接或以其他方式组合在一起以根据本文所述的系统且使用在本文中的其它地方讨论的技术（参考例如美国专利申请公开号2008/0240613）来产生马赛克图像。在步骤720之后，处理完成。应注意的是还可以与本文所述系统相结合地使用其它适当序列以获取一个或多个马赛克图像。
为了本文所述系统的有利操作，z位置可重复性可以可重复至物镜的焦点深度的一小部分。在拼接系统（2D CCD或CMOS）中和在线扫描系统的相邻列中，容易地看到聚焦电动机返回至z位置时的小的误差。对于60x下的上述分辨率而言，约150纳米或以下的z峰值可重复性是期望的，并且此类可重复性因此将适合于其它物镜，诸如4x、20x和/或40x物镜。
进一步根据本文所述系统，提供了用于病理学显微术应用的用于包括XY载物台的载玻片载物台系统的各种实施例，其可以与用于在本文中讨论的数字病理成像的特征和技术相结合地使用，包括例如充当与即时聚焦技术相结合的在本文中的其它地方讨论的XY移动载物台130。根据实施例，并且如在本文中的其它地方详细地进一步讨论的，XY载物台可以包括硬质基座块。该基座块可以包括被支撑在提高凸台上的扁平玻璃块和被支撑在提高凸台上的具有三角形横截面的第二玻璃块。两个块可以被用作用以引导移动载物台块的平滑且笔直的轨道或路径。
图18是示出根据本文所述系统的实施例的XY载物台的精密载物台800（例如Y载物台部分）的实施方式的示意图。例如，精密载物台800可以在25 mm x 50 mm区域之上实现约150纳米或以下的z峰值可重复性。如在本文中的其它地方进一步讨论的，可以与在本文中的其它地方讨论的特征和技术相结合地使用精密载物台800，包括例如与相对于即时聚焦技术讨论的XY移动载物台130相结合地工作。精密载物台800可以包括硬质基座块810，其中，扁平玻璃块812被支撑在提高凸台上。这些凸台的间距使得简单支撑体上的玻璃块的由于精密载物台800的重量而引起的下垂被最小化。具有三角形横截面的第二玻璃块814被支撑在提高凸台上。可以用不损伤玻璃块的半刚性环氧树脂将玻璃块812、814粘性地结合到基座块810。玻璃块812、814可以是笔直的且被抛光至500 nm下的光的一个或两个波。可以采用诸如Zerodur的低热膨胀的材料作为用于玻璃块812、814的材料。还可以与本文所述系统相结合地使用其它适当类型的玻璃。切口（cut-out）816可以允许来自显微镜聚光器的光照亮载玻片上的组织。
可以使用两个玻璃块812、814作为用以引导移动载物台块820的平滑且笔直的轨道或路径。移动载物台块820可以包括接触玻璃块的硬塑球形按钮（例如，5个按钮），如在位置821a-e处所示。由于这些塑料按钮是球形的，所以可以使接触表面局限于由塑料的弹性模数确定的非常小的区域<<0.5mm）。例如，可以使用来自英国GGB Bearing技术公司的PTFE或其它热塑塑料混合物加其它润滑剂添加剂并浇铸成约3mm直径的接触按钮的形状。在一个实施例中，塑料按钮与抛光玻璃之间的摩擦系数应尽可能低，但是可能期望避免使用液体润滑剂以节省仪器维护。在一个实施例中，可以在无润滑运转的情况下容易地实现在0.1和0.15之间的摩擦系数。
图19A和19B是根据本文所述系统的实施例的移动载物台块820的更详细视图，示出在位置821a-e处接触玻璃块810、812的球形按钮822a-e。可以将按钮布置在允许沿除驱动方向（Y）之外的所有方向的优良硬度的位置上。例如，两个塑料按钮可以彼此面对以接触三角形玻璃块814的侧面（即4个按钮822b-e）并将一个塑料按钮822a定位为接触扁平玻璃块812。移动载物台块820可以包括将具有轻重量并被成形为将重心放在由塑料支撑按钮822a-e的位置形成的三角形的质心826处的一个或多个孔824。以这种方式，三角形828的拐角处的每个塑料按钮822a-e可以在载物台800的运动期间的所有时间具有相等重量。
返回参考图18，经由载玻片嵌套832中的弹簧加载臂830夹住载玻片801。可以将载玻片801手动地放置在嵌套832中和/或用辅助机构以机器人方式放置在嵌套832中。硬质悬臂840支撑并刚性地夹紧可以由高疲劳强度钢制成的小直径弯曲杆842的末端。在一个示例中，此直径可以是0.7mm。可以将杆弯曲部分842的另一末端附着于移动载物台820上的质心位置826。可以将悬臂840附着于可以在硬化钢导轨852上经由再循环承载设计运行的承载座850。可以将导引螺钉组件854附着于承载座850且可以用步进式电动机856来使导引螺钉组件854旋转。用于上述元件的适当组件可以是可通过诸如日本的THK的多个公司获得的。导引螺钉组件854在导轨852上驱动承载座850，其经由杆弯曲部分842拉动或推动移动载物台块820。
杆弯曲部分842的弯曲劲度可以是小于其塑料垫片上的移动载物台块820的硬度（这是与跟沿z方向的移动载物台的平面正交的力相对的硬度）大于6000x的因数。这有效地将移动载物台块820与由承载噪声产生的承载块850/悬臂840的上下运动隔离。
本文所述的精密载物台800的设计中的精细的质量平衡和对几何结构的注意使将产生小的摇摆运动的移动载物台块820上的力矩最小化。另外，由于移动载物台块820在抛光玻璃上行进，所以移动载物台块820具有小于足以用于60x放大倍率下的扫描的150纳米峰值的z位置可重复性。由于60x条件是最严格的，所以诸如20x和40x的其它较低放大倍率的高NA物镜也显示出与在60x条件下获得的性能类似的适当性能。
图20示出根据本文所述系统的实施例的根据本文所讨论的精密载物台特征且包括Y载物台920、X载物台940和底板960的整个XY混合载物台900的实施方式。在这种情况下，用于Y载物台920的基座块变成作为沿X方向的移动载物台的X载物台940。用于X载物台940的基座块是可以被紧固至底面的底板960。根据本文所述的系统，XY混合载物台900提供约150纳米的沿Z方向的可重复性及沿X和Y方向的约1-2微米（或以下）的可重复性。如果载物台经由带刻度包括反馈位置，诸如由英国Gloucestershire的Renishaw生产的那些，则根据本文所述的系统，可实现亚微米准确度。
根据本文所述系统的载物台设计可以优越于球形承载支撑的移动载物台，因为根据本文所述系统的XY载物台不遭受由于非球形滚珠承载或非圆筒形交叉辊子承载而引起的可重复性误差。另外，在重复循环承载设计时，不同尺寸滚珠处的新滚珠补充可以引起非可重复运动。本文所述实施例的附加益处是载物台的成本。玻璃元件利用标准研磨和抛光技术且不是过于昂贵的。承载块和导引螺钉组件不需要具有特别高的质量，因为杆弯曲部分将移动载物台从承载块解耦。
进一步根据本文所述的系统，减少数字病理载玻片的扫描期间的扫描时间和/或以其他方式使其最小化是有利的。在临床环境中，期望的工作流程是将载玻片的支架放置到机器人载玻片扫描显微镜中，关闭门并命令系统扫描载玻片。期望的是在扫描所有载玻片之前不需要用户干预。批量尺寸可以包括多个载玻片（例如，160个载玻片）且扫描所有载玻片的时间称为批量时间。载玻片吞吐量是每小时处理的载玻片的数目。循环时间是准备好观看的每个可用载玻片图像之间的时间。
在获取图像时循环时间可能受到以下步骤的影响：（a）以机器人方式拾取载玻片；（b）产生载玻片组织区域和标签的缩略图或概图图像；（c）计算围绕载玻片组织的感兴趣区域；（d）对有界组织区域进行预扫描以找到组织上的最佳聚焦点的规则阵列；（e）根据载物台和/或传感器的移动来扫描组织；（f）产生准备好观看的压缩输出图像；以及（g）存放载玻片，准备下一个载玻片。应注意的是如果根据本文所述的系统来执行动态聚焦或“即时”聚焦，则可能不需要步骤（d），并且其中，因此，作为使用即时聚焦技术的结果，可以减少扫描/图像获取时间。
本文所述系统可以进一步涉及消除或明显地缩短用以执行步骤（a）、（b）、（c）和（g）的时间。根据本文所述系统的各种实施例，这些增益可以例如通过使用高速缓冲概念来实现，其中，用于一个载玻片的上述步骤（a）、（b）、（c）和（g）在时间上与用于另一载玻片的步骤（d）、（e）和（f）重叠，如在本文中进一步详细讨论的。在各种实施例中，用于一个载玻片的步骤（a）、（b）和（c）与用于另一载玻片的步骤（d）、（e）和（f）的重叠与其中用于一个载玻片的步骤（a）、（b）和（c）与用于另一载玻片的步骤（d）、（e）和（f）不重叠的系统相比可以提供10%、25%或者甚至50%的增益。
图21是示出根据本文所述系统的实施例的载玻片高速缓冲设备1000的示意图。可以将载玻片拾取头1002定位为拾取载玻片1001。拾取头1002可以使用机械设备和/或真空设备来拾取载玻片1001。载玻片1001可以是批量中的载玻片集合中的一个，例如一批160个载玻片。可以将载玻片的此集合设置在载玻片支架1003中。拾取头1002被附着于在钢轨1005上行进的承载车或块1004。承载块1004被旋转导引螺钉1006移动。可以用旋转编码器1007来检测电动机计数并将其转换成线性行程以控制沿Y方向的载玻片位置。元件1002－1007可以包括称为载玻片加载器/卸载器1008的移动组件。载玻片加载器/卸载器1008还在导轨1010上沿x方向在电动承载车或块1009上移动，这允许载玻片加载器/卸载器1008沿X和Y方向两者移动。
在操作中，可以将仍被保持在拾取头1002上的载玻片放置在低分辨率照相机1011下面以获得载玻片组织区域和标签的缩略图或概图（例如，上述步骤（b））。一旦此操作完成，则可以执行步骤（c）并将载玻片放置到载玻片缓冲器1012上的位置上。载玻片缓冲器1012可以包括两个（或更多）缓冲槽或位置1018a、1018b，并且被示为在缓冲位置1018a上包括载玻片1017。
在一个实施例中，混合XY载物台1013可以包括沿Y方向移动且被安装到沿x方向移动的板1015的载物台板1014。XY载物台1013可以具有与在本文中的其它地方所讨论的类似的特征和功能，包括例如在本文中讨论的混合XY载物台900的特征。载物台板1014还可以包括附加载玻片拾取头1016。拾取头1016可以类似于上述拾取头1012。拾取头1016可以使用机械设备和/或真空设备来拾取载玻片。
混合XY载物台1016的拾取头1016可以移动至缓冲位置1018a并拾取载玻片1017。载玻片1017现在可以继续至上述步骤中的一个或多个，包括步骤：（d）预扫描，（e）扫描和（f）产生输出图像步骤。在正在执行此处理的同时，载玻片加载器/卸载器1008可以拾取另一载玻片（例如载玻片1001），使用照相机1011来获得载玻片1001的缩略视图，并将载玻片1001放置在用虚线1001'示意性地示出的载玻片缓冲器1012中的空位置1018b上。当在前一载玻片（载玻片1017）上完成扫描时，XY混合载物台1013的载玻片拾取头1016可以将载玻片1017放置到缓冲位置1018a上并从缓冲位置1018b拾取准备好进行扫描的下一载玻片（载玻片1001）。混合XY载物台1013可以依照在本文中的其它地方讨论的特征和技术在高分辨率光学系统显微镜光学装置下面以规则的来回扫描模式移动以获取生物组织的高分辨率图像。还应注意的是可以由控制系统中的一个或多个处理器来控制混合XY载物台1013和/或载玻片加载器/卸载器1008的移动和载玻片选择。
载玻片加载器/卸载器1008可以移动至缓冲位置1018a并拾取载玻片1017且将载玻片1017存放至载玻片支架1003中。此载玻片1017已完成上述列举的所有步骤。载玻片加载器/卸载器1008然后可以继续拾取另一载玻片并将其加载至载玻片缓冲器1012中，并最后拾取载玻片1001并将其返回至载玻片支架1003。与上文所述类似的处理可以继续直到在载玻片支架1003中的所有载玻片已被扫描。
根据本文所述系统的载玻片高速缓冲技术提供有利时间节省。例如，在20x15 mmx 15 mm场处的系统中，拾取时间为约25秒，缩略图获取为约10秒，预扫描时间为约30秒且扫描时间为90秒。输出文件生成与扫描过程同时地完成且可以增加约5秒。载玻片的存放为约20秒。将所有这些时间加在一起指示180秒循环时间。XY混合载物台仍需要时间以拾取并存放已扫描载玻片，这可以总计有约10秒。因此，扫描时间的减少因此为约1-(180-55+10)/180 = 25%。对于使用动态聚焦技术的系统而言，诸如在本文中的其它地方进一步讨论的即时聚焦，可以消除预扫描时间，并且用高数据速率照相机，不与拾取和存放相关联的时间可以减少至20-30秒。使用载玻片高速缓冲时的扫描时间的减少在这种情况下可以为约1- (75-55+ 10)/75 = 50%。
图22A是示出与第一载玻片相结合的根据本文所述系统的实施例的载玻片高速缓冲处理的流程图1100。在步骤1102处，从载玻片支架拾取第一载玻片。在步骤1102之后，处理前进至步骤1104，在那里，获得缩略图像和/或对第一载玻片执行其它缩略图处理，其可以包括确定载玻片上的组织的感兴趣区域。在步骤1104之后，处理前进至步骤1106，在那里，第一载玻片被存放至载玻片缓冲器中。在步骤1106之后，处理前进至步骤1108，在那里，从载玻片缓冲器拾取第一载玻片。在步骤1108之后，处理前进至步骤1110，在那里，根据与在本文中其它地方进一步讨论的技术对第一载玻片进行扫描和成像。应注意的是在各种实施例中，扫描和成像技术可以包括预扫描聚焦步骤和/或使用动态聚焦技术，诸如即时聚焦技术。在步骤1110之后，处理前进至步骤1112，在那里，将第一载玻片存放在载玻片缓冲器中。在步骤1112之后，处理前进至步骤1114，在那里，从载玻片缓冲器拾取第一载玻片。在步骤1114之后，处理前进至步骤1116，在那里，将第一载玻片存放在载玻片支架中。在步骤1116之后，相对于第一载玻片的处理完成。
图22B是示出根据本文所述系统的实施例的与第二载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图1120。如在本文中进一步讨论的，可以与流程图1100的步骤并行地执行流程图1120的各种步骤。在步骤1122处，从载玻片支架拾取第二载玻片。在步骤1102之后，处理前进至步骤1124，在那里，获得缩略图像和/或对第二载玻片执行其它缩略图处理，其可以包括确定载玻片上的组织的感兴趣区域。在步骤1124之后，处理前进至步骤1126，在那里，第二载玻片被存放至载玻片缓冲器中。在步骤1126之后，处理前进至步骤1128，在那里，从载玻片缓冲器拾取第二载玻片。在步骤1128之后，处理前进至步骤1130，在那里，根据与在本文中其它地方进一步讨论的技术对第二载玻片进行扫描和成像。应注意的是在各种实施例中，扫描和成像技术可以包括预扫描聚焦步骤和/或使用动态聚焦技术，诸如即时聚焦技术。在步骤1130之后，处理前进至步骤1132，在那里，将第二载玻片存放在载玻片缓冲器中。在步骤1132之后，处理前进至步骤1134，在那里，从载玻片缓冲器拾取第二载玻片。在步骤1134之后，处理前进至步骤1136，在那里，将第二载玻片存放在载玻片支架中。在步骤1136之后，相对于第二载玻片的处理完成。
依照解决载玻片高速缓冲的本文所述系统的实施例，可以由载玻片高速缓冲设备来与相对于第二载玻片的流程图1120的步骤并行地执行相对于第一载玻片的流程图1100的步骤以便减少循环时间。例如，用于第二载玻片的流程图1120的步骤1122、1124、1126（例如，与从载玻片支架拾取第二载玻片、缩略图像处理和将第二载玻片存放到载玻片缓冲器中相结合的步骤）可以与相对于第一载玻片的流程图1100的步骤1108、1110和1112（例如，与从载玻片缓冲器拾取第一载玻片、对第一载玻片进行扫描和成像并将第一载玻片存放到载玻片缓冲器中相结合的步骤）重叠。此外，步骤1134和1136（例如，与从载玻片缓冲器拾取第二载玻片并将载玻片存放到载玻片支架中相结合的步骤）也可以与第一载玻片的扫描步骤重叠。与每次处理一个载玻片相比，根据本文所述系统，可以根据并行载玻片处理技术获得达到50%的时间增益，使用本文所述系统和技术的其它方面可能有附加增益。
图23A和23B示出使用根据本文所述系统的实施例的载玻片高速缓冲技术的时序图，并且举例说明根据本文所述系统的各种实施例的时间节省。
图23A示出用于其中使用预扫描步骤的方案的时序图1150。该时序图示出与使用载玻片高速缓冲来执行载玻片处理步骤相结合的用于约300秒的跨度内的三个载玻片（载玻片1、2和3）的时序，所述载玻片处理步骤包括从载玻片支架拾取载玻片、缩略图像处理、将载玻片存放在缓冲器中、从缓冲器拾取、预扫描、扫描载玻片并输出文件、存放到缓冲器中并存放到载玻片支架中。如所示，在一个实施例中，用于所示处理的循环时间可以为约150秒。
图23B示出用于其中使用即时聚焦技术（无预扫描）的方案的时序图1160。该时序图示出与使用载玻片高速缓冲来执行载玻片移动和扫描步骤相结合的用于约150秒的跨度内的三个载玻片（载玻片1、2和3）的时序，所述载玻片移动和扫描步骤包括从载玻片支架拾取载玻片、缩略图像处理、将载玻片存放在缓冲器中、从缓冲器拾取、扫描载玻片并输出文件、存放到缓冲器中并存放到载玻片支架中。如所示，在一个实施例中，用于所示处理的循环时间可以为约50秒。
图24是示出根据本文所述系统的另一实施例的载玻片高速缓冲设备1200的示意图。在所示实施例中，不要求缓冲器，并且使用载玻片高速缓冲设备1200，可以从循环时间消除拾取、缩略图和存放时间。载玻片高速缓冲设备1200可以包括独立地操作的两个XY混合载物台1210、1220。XY混合载物台1210、1220中的每一个可以具有与在本文中相对于XY混合载物台1013所讨论的那些类似的特征。可以将第一载玻片支架1211定位于载物台1210的末端处且可以将第二载玻片支架1221定位于载物台1220的末端处。应注意的是与本文所述系统的另一实施例相结合，可以替代地将第一载玻片支架1211和第二载玻片支架1211称为一个载玻片支架的各部分。两个缩略照相机1212、1222可以为XY混合载物台1210、1220中的每一个服务。载玻片支架1211、1221中的每一个可以用相应的拾取头将载玻片提供给其配套XY混合载物台1210、1220。一个显微镜光具组1230可以为两个XY混合载物台1210、1220提供服务。例如，在XY混合载物台（例如载物台1210）中的一个正在扫描载玻片的同时，另一个（例如载物台1220）用另一载玻片执行其拾取、缩略图和存放功能。这些功能可以与扫描时间重叠。因此，可以用载玻片的扫描时间来确定循环时间，并且根据本文所述系统的所示实施例，因此从循环时间中消除了拾取、缩略图和存放时间。
图25A是示出针对具有用于载玻片处理的两个XY混合载物台的载玻片高速缓冲设备描述的系统的实施例的与第一载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图1250。在步骤1252处，从载玻片支架拾取第一载玻片。在步骤1252之后，处理前进至步骤1254，在那里，对第一载玻片执行缩略图处理。在步骤1254之后，处理前进至步骤1256，在那里，根据与在本文中其它地方进一步讨论的技术对第一载玻片进行扫描和成像。应注意的是在各种实施例中，扫描和成像技术可以包括预扫描聚焦步骤和/或使用动态聚焦技术，诸如即时聚焦技术。在步骤1256之后，处理前进至步骤1258，在那里，将第一载玻片存放回载玻片支架中。在步骤1258之后，相对于第一载玻片的处理完成。
图25B是示出针对具有用于载玻片处理的两个XY混合载物台的载玻片高速缓冲设备所述的系统的实施例的与第二载玻片相结合的载玻片高速缓冲处理的流程图1270。在步骤1272处，从载玻片支架拾取第二载玻片。在步骤1272之后，处理前进至步骤1274，在那里，对第二载玻片执行缩略图处理。在步骤1274之后，处理前进至步骤1276，在那里，根据与在本文中其它地方进一步讨论的技术对第二载玻片进行扫描和成像。应注意的是在各种实施例中，扫描和成像技术可以包括预扫描聚焦步骤和/或使用动态聚焦技术，诸如即时聚焦技术。在步骤1276之后，处理前进至步骤1278，在那里，将第二载玻片存放回载玻片支架中。在步骤1278之后，相对于第二载玻片的处理完成。
依照涉及载玻片高速缓冲的本文所述系统的实施例，可以由载玻片高速缓冲设备来与关于第二载玻片的流程图1270的步骤并行地执行关于第一载玻片的流程图1250的步骤以便减少循环时间。例如，用于第二载玻片的步骤1272、1274和1278（例如，拾取、缩略图处理和存放）可以与第一载玻片的步骤1256（例如，第一载玻片的扫描/成像）重叠，并且反之亦然，使得用于拾取、缩略图处理和存放的时间被从循环时间消除。因此根据本文所述系统的实施例，仅由载玻片的扫描时间来确定循环时间。
图26是示出根据本文所述系统的另一实施例的载玻片高速缓冲设备1300的示意图。载玻片高速缓冲设备1300可以包括被配置为圆盘传送带1310的载玻片支架、载玻片搬运器1320、缓冲器1330和XY载物台1340。圆盘传送带1310可以包括一个或多个位置1312、1312'、1312"，其中，可以在诸如载玻片1301的载玻片被成像设备1350成像之前和/或之后将其放置，成像设备1350可以具有与在本文中的其它地方所讨论的类似的特征和功能。位置1312、1312'、1312"被示为楔形物阵列（例如，8个楔形物），并且如在本文中的其它地方进一步讨论的，圆盘传送带1310可以具有高度，使得多个载玻片位置在所示的顶层楔形物位置1312、1312'、1312"中的每一个下面延伸。载玻片搬运器1320可以包括充当拾取头的臂1322且可以包括用以拾取载玻片的机械和/或真空设备。载玻片搬运器1320上的臂1322可以在位置1322a-d之间移动以使载玻片在圆盘传送带1310、缓冲器1330和XY载物台1340之间移动。
缓冲器1330可以包括多个缓冲位置1332、1334。可以将一个缓冲位置1332指定为返回缓冲位置1332，被经由XY载物台1340从成像设备1350返回的载玻片在被载玻片搬运器1320移动回至圆盘传送带1310之前可以被放置在所述返回缓冲位置1332。可以将另一缓冲位置1334指定为照相机缓冲位置1334，其中，将被发送到成像设备1350的载玻片可以首先具有根据在本文中的其它地方讨论的技术捕获的载玻片的缩略图像。在已在照相机缓冲位置1334处捕获载玻片的缩略图像之后，可以将载玻片移动至XY载物台1340上的位置1342，XY载物台1340将载玻片传送至成像设备1350以便根据在本文中的其它地方所讨论的技术进行扫描和成像。
图27是示出载玻片高速缓冲设备1300的另一视图的示意图。载玻片高速缓冲设备1300的组件可以具有用各种移动和多个移动自由度进行操作的功能。例如，圆盘传送带1310可以是可沿着方向1311旋转的且可以在每个旋转位置处包括在多个高度位置处的多个载玻片位置1312a-d以容纳多个载玻片（被示为载玻片1、2、3和4）。在一个实施例中，楔形物位置1312、1312'、1312"中的每一个中的多个载玻片位置1312a-d可以包括用于例如等距地定位于圆盘传送带1310的高度内的40个载玻片的位置，所述圆盘传送带1310的高度在一个实施例中可以测量为12英寸。此外，圆盘传送带310还可以包括具有一个或多个载玻片位置1314a、b的用户托盘1314，在所述一个或多个载玻片位置1314a、b处，用户可以插入除圆盘传送带1310中的其它载玻片之外的要成像的载玻片。载玻片到用户托盘1314中的相互作用（例如提起用户托盘1314的盖和/或将载玻片插入用户托盘1314的位置1314a、b中的一个中）可以用于触发旁路模式，在该旁路模式下，处理来自用户托盘1314的载玻片而不是来自圆盘传送带1310的楔形物位置的下一个载玻片。
示出了在运动中具有至少三个自由度的载玻片搬运器1320的臂1322。例如，臂1322可以沿方向1321a旋转以便啮合圆盘传送带1310、缓冲器1330和XY载物台1340中的每一个。另外，臂1322可以是可与圆盘传送带1310的位置1312a-d的不同高度相对应地沿着方向1321b调整的。另外，臂1322可以与从圆盘传送带1310、缓冲器1330和XY载物台1340加载和卸载载玻片相结合地沿着方向1321c延伸。在一个实施例中，使臂1322旋转的弧距最小化和/或使臂1322和/或载玻片搬运器1320横过的其它距离最小化以便使载玻片高速缓冲设备1300的空载时间最小化是有利的，如下文中进一步讨论的。在各种实施例中，可以由与在本文中的其它地方讨论的类似的控制系统来控制圆盘传送带1310、载玻片搬运器1320和XY载物台1340的移动。还应注意的是在一个实施例中，缓冲器1330和XY载物台1340可以处于同一高度。
图28A-28J是示出根据本文所述系统的实施例的图26和27的载玻片高速缓冲设备的载玻片高速缓冲操作的示意图。根据实施例，在本文中讨论的载玻片操作使系统的空载时间(即不与载玻片扫描和成像操作重叠的载玻片拾取和转移操作期间的时间)最小化。空载时间可以包括例如其中XY载物台1340移动至允许载玻片搬运器1320拾取载玻片的位置的停泊（park）时间。对空载时间的其它贡献包括使载玻片移动至缓冲器1330的返回位置并对XY载物台1340重新加载载玻片。
图28A开始其中载玻片2当前正在成像设备1350处被扫描并成像的所示序列。载玻片1、3和4在圆盘传送带1310中等待被扫描并成像，并且载玻片搬运器1320处于用于使载玻片2被递送至XY载物台1340的位置上。图28B示出载玻片搬运器1320旋转并下降以加载要被扫描和成像的下一个载玻片（载玻片3），同时载玻片2继续被扫描和成像。图28C显示载玻片搬运器1320将载玻片3传送至缓冲器1330的照相机缓冲位置1334以便获得载玻片3的缩略图像。图28D显示载玻片搬运器1320被定位为在载玻片2的扫描已完成之后将载玻片2从已从成像设备1350返回的XY载物台1340卸载。应注意的是XY载物台1340移动至将被卸载的位置的时间是松弛时间的示例。XY载物台1340处于将被卸载在其上面等待被卸载的载玻片2的位置之后和载玻片3等待被加载到XY载物台1340上的时间是停泊时间的示例。
图28E示出载玻片2被载玻片搬运器1320从XY载物台1340传送至缓冲器1330的返回位置1332。载玻片搬运器1320然后前进至从照相机缓冲位置1334拾取载玻片3的位置。图28F示出载玻片3被从照相机缓冲位置1334拾取并卸载到XY载物台1340上。图28G示出载玻片3当前正在被扫描，同时载玻片2正在被载玻片搬运器1310从返回缓冲位置1332拾取。图28H示出载玻片2被旋转并平移地移动至适当位置的载玻片搬运器1310返回至其在圆盘传送带1310中的位置。图28I示出载玻片搬运器1310平移地移动至适当的位置以从圆盘传送带1310拾取载玻片1。图28J示出载玻片搬运器1310传送并在其中获得载玻片1的缩略图像的照相机缓冲位置处卸载载玻片1，同时载玻片3当前仍在被扫描。可以相对于圆盘传送带1310上的任何其余载玻片（例如，载玻片4）和/或针对被用户插入用户托盘1314中以发起本文所讨论的旁路模式操作的任何用户载玻片执行与上文结合所示序列讨论的类似的进一步迭代。
进一步根据本文所述的系统，可以与可适用于本文所述系统的各种技术和特征的显微术实施例相结合地使用照明系统。已知的是显微镜可以一般地使用用于亮场显微术的柯勒照明。柯勒照明的主要特征是照明的数值孔径和面积二者是经由可调整虹彩（iris）可控的，使得可以使照明适合于以变化的放大倍率、视场和数值孔径对大范围的显微镜物镜进行机械加工。柯勒照明提供期望的结果，但是可能要求占用大量空间体积的多个组件。因此，本文所述系统的实施例进一步提供了用于显微术应用中的有利照明的特征和技术，其在保持柯勒照明的优点的同时避免了已知柯勒照明系统的某些缺点。
图29是示出根据本文所述系统的实施例的用于使用发光二极管（LED）照明组件1402来照亮载玻片1401的照明系统1400的示意图。LED照明组件1402可以具有根据在本文中进一步讨论的多个实施例的各种特征。来自LED照明组件1402的光经由反射镜1404和/或其它适当光学组件被传送至聚光器1406。聚光器1406可以是具有适当工作距离（例如至少28mm）以容纳XY载物台1408的任何要求工作距离的聚光器，如在本文中的其它地方进一步讨论的。在一个实施例中，聚光器可以是具有28mm工作距离的由Motic制造的聚光器SG03.0701。聚光器1406可以包括控制照亮载玻片1402上的样品的光的数值孔径（锥角）的可调整虹彩光圈。可以将载玻片1401设置在显微镜物镜1410下面的XY载物台1408上。可以与对载玻片1401上的样品进行扫描和成像相结合地使用LED照明组件1402，根据本文所述系统的特征和技术，包括例如相对于XY载物台的移动、载玻片高速缓冲和/或动态聚焦的操作。
LED照明组件1402可以包括LED 1420，诸如亮白LED、可以被用作收集器元件的透镜1422以及可以控制载玻片1401上的照明区域的可调整虹彩场光圈1424。LED 1420的发射表面可以被透镜1422成像到聚光器1406的入射光瞳1406a上。入射光瞳1406a可以与聚光器1406的NA调整光圈1406b共同定位。可以将透镜1422选择为收集LED 1420的输出光的一大部分，并且还以适当的放大倍率使LED 1420的图像聚焦到聚光器1406的NA调整光圈1406b上，使得LED 1402的图像填充聚光器1406的NA调整光圈1406b的孔径。
可以用NA调整光圈1406b使用聚光器1406来使LED 1420的光聚焦到载玻片1401上。可以由安装在LED照明组件1402中的视场光圈1424来控制载玻片1401上的照明区域。可以调整视场光圈和/或聚光器1406与视场光圈1424之间的间距以将来自LED 1420的光成像到载玻片1401的平面上，使得视场光圈1424可以控制被照亮的载玻片1401的面积。
由于图像传感器在包含载玻片的Y载物台移动的同时获取帧，所以可以使LED1420脉冲启动和关闭（例如频闪）以允许在短时间内有非常高的亮度。例如，对于以约13mm/sec移动的Y载物台而言，为了保持不超过0.5像素（0.250微米/像素）模糊，可以将LED 1420脉冲启动达10微秒。依照在本文中的其它地方进一步讨论的聚焦系统和技术，LED光脉冲可以被主时钟触发，该主时钟已被锁定于抖动透镜谐振频率。
图30是示出根据本文所述的系统且对应于在本文中相对于LED照明组件1402所述的特征的用于LED照明组件1402'的实施例的更详细侧视图的示意图。相对于且结合其它结构支撑和调整组件1436示出了LED 1430、透镜1432以及视场光圈1434的实施方式和配置。
图31是示出根据本文所述系统的实施例的具有与相对于LED照明组件1402所讨论的类似的特征和功能的LED照明组件1402"的特定实施方式的分解视图的示意图。可以使用适配器1451、底座1452、夹钳1453以及底座1454来将LED 1455安全地安装并定位于LED照明组件1402"中，从而被相对于透镜1462牢固地定位。可以进一步使用适当的螺钉和垫圈组件1456－1461来固定和安装LED照明组件1402"。在各种实施例中，LED 1455可以是Luminus、PhlatLight White LED CM-360系列，这是具有4,500流明的光学输出和70,000小时的长寿命的亮白LED和/或由Luxeon制造的适当LED。透镜1462可以是MG 9P6mm、12mm OD（外径）透镜。可以使用镜筒透镜组件1463、适配器1464、堆叠镜筒透镜组件和挡圈1467来相对于可调整视场光圈组件1465对透镜1462进行定位和安装。可调整视场光圈组件1465可以是由ThorLabs制造的环激活虹彩光圈，零件号码SM1D12D。堆叠镜筒透镜1466可以是由Thor Labs制造的P3LG堆叠镜筒透镜。镜筒透镜1463可以是由Thor Labs制造的P50D或P5LG镜筒透镜。可以在适当的情况下使用其它垫圈1468和螺钉组件1469来进一步固定和安装LED照明组件1402"的元件。
进一步根据本文所述的系统，提供了用于针对根据本文所述系统的各种实施例的数字病理学应用的高速载玻片扫描的设备和技术。在一个实施例中，用于病理学显微镜的载玻片保持器可以包括：（i）圆盘形式的托盘和（ii）在托盘中形成的多个凹进处，其中，每个凹进处适合于容纳载玻片且该凹进处被沿圆周地设置在托盘中。该托盘可以包括中心轴孔和两个锁孔，其中，锁孔适合于接近（pick up on）适合于以高速度绕垂直于托盘的轴旋转的驱动器。该凹进处可以是在托盘中的不同角位置处铣削的凹进处。凹进处可以具有半圆形突出体以碰触载玻片但不过度地约束载玻片，从而允许载玻片基本上是无应变的。凹进处还可以具有允许指孔（finger hold）由操作员来放置并从凹进处提取载玻片的切口。在各种实施例中，可以与在本文中的其它地方针对成像系统所讨论的特征和技术相结合地使用载玻片保持器及其操作。
图32是示出根据本文所述系统的实施例的可以与数字病理成像相结合地使用的高速载玻片扫描设备1500的示意图。载玻片保持器1510可以包括具有设置在托盘1512上的圆周或环形圈1515的角度位置上的凹进处1514a、b、...n的托盘1512，并且可以将每个凹进处1514a-n的尺寸确定为保持载玻片1501。托盘1512被示为圆形盘且可以被制造为保持期望数目的载玻片。例如，为了保持16个载玻片，托盘1512可以在直径上测量出约13英寸。应注意的是可以与本文所述系统相结合（在适当的情况下）使用载玻片以及托盘的尺寸和形状的其它配置，并且可以适当地修改凹进处1514a-n的定向和配置。可以将载玻片放置在托盘1512的每个凹进处1514a-n中，诸如将载玻片1501放置在凹进处1514a中，并且可以将托盘1512放置到高速载玻片扫描设备1500中。托盘1512可以包括中心轴孔1516c和两个锁孔1516a和1516b，其可以啮合使载玻片保持器1510以高速沿旋转方向1519绕轴1518旋转的驱动器。可以将托盘1512放置到被代表性地示为1502的低剖面抽屉中，其可以使托盘1512缩回至设备1500中。
图33是更详细示出根据本文所述系统的实施例的高速载玻片扫描设备的托盘上的凹进处1520的示意图。凹进处1520可以是凹进处1514a-n中的任何一个。凹进处1520可以包括多个半圆形突出体，诸如三个突出体1522a-c，以碰触载玻片1501，但不过度地约束载玻片1501，从而允许载玻片1501基本上是无应变的。切口1523允许指孔由操作员来放置并从凹进处1520提取载玻片1501。由载玻片保持器1510/托盘1512随着其围绕轴1518旋转而产生的用箭头1521示意性地示出的向心加速度可以向载玻片1501施加小的保持力以在成像发生的同时将载玻片1501保持在适当的位置。可以最初通过使托盘1512以大于100rpm的速率旋转来将该保持力设计为至少0.1g's以使载玻片1501抵靠着半圆形突出体1522a-c配准。一旦载玻片1501被配准，则可以依照与在本文中的其它地方所讨论的类似的系统的成像速率来减小旋转速率。在较低速率下，即使轻微的保持力也将使载玻片1501相对于突出体1522a-c稳定化。
再次参考图32，可以将类似于在本文中的其它地方详细地讨论的显微镜成像系统1530设置在旋转托盘1512之上以对其中放置了载玻片的圆周环1515的区域进行成像。成像系统1530可以包括高NA显微镜物镜1532，例如具有大工作距离的0.75 NA、中间透镜1534和被放置在适当距离处以将载玻片1501上的对象放大至图像传感器1536的CCD或CMOS 2D阵列图像传感器1536。图像传感器1536可以具有高帧速率，诸如大于100帧/秒。例如，图像传感器1536可以是以100帧/秒操作的Dalsa Falcon 1.4M100照相机的一部分或等价物。可以将成像系统1530刚性地安装到2轴电动驱动器，其可以由诸如DC电动机或步进式电动机、球或导引螺钉和/或直线引导件构成。一个轴、径向轴1531a可以例如以10微米的分辨率的1mm步幅径向地通过小的移动而移动成像系统1530或其至少一个组件，以对下面的自旋托盘1512上的一个或多个环进行成像。另一轴、焦点轴1531b以0.1微米的分辨率移动小的移动5-10微米。可以将焦点轴构造为以高速执行移动，例如在几毫秒内执行小的移动。可以由控制系统来控制显微镜物镜1534的移动且可以与在本文中的其它地方所讨论的那样的动态聚焦技术相结合地使用该移动。
可以将照明系统1540放置在旋转托盘1502下面且其包括光源1542，诸如高亮度白LED、诸如反射镜1544的一个或多个光学路径组件以及与在本文中其他地方讨论的照明组件类似的聚光器1546。在一个实施例中，可以将显微镜的聚光器和成像路径连接在一起并作为刚性体移动，照明系统1540的移动的此类方向1541在与成像系统1530的径向方向1531a相同的方向上。在聚焦方向1531b上，可以将成像路径从聚光器路径解耦，使得成像系统1530的一个或多个组件可以包括沿聚焦方向1531b的独立移动以执行高速焦点移动。
图34是示出相对于载玻片1501而言起始于第一径向位置以便对凹进处1520中的载玻片1501上的样品1501'进行成像的成像路径的示意图。具有载玻片1501的凹进处1520沿旋转方向1524随着载玻片保持器1510旋转。可以根据在本文中的其它地方所讨论的图像捕获技术针对帧（例如帧1525）来捕获图像。如所示，随着托盘1512在成像系统1530下旋转针对用于载玻片保持器1510上的每个载玻片的一行帧（例如帧1525）捕获图像。在托盘1512的一个完整旋转之后，增加成像系统1530的径向位置以针对用于每个载玻片的另一行帧捕获图像。以临时冻结在下面的场景的高速获取每个帧。亮场照明可以充分地发光以允许此类短曝光。这些曝光可以在几十至几百微秒的时间帧内。该过程继续至到用于载玻片保持器1510中的每个载玻片的整个感兴趣区域被成像为止。与本实施例相结合，收集的图像到感兴趣区域的马赛克图像的处理要求适当的组织机构和/或图像标记以正确地使在托盘1512上旋转的多个载玻片之间的多行帧相关。可以使用适当的成像处理技术来对图像进行标记，从而使捕获的图像与适当的载玻片相关，因为可以用已知拼接软件来解决图像片集合的弧线运动且可以将其变换成病理学家在在标准显微镜下面查看时将理解的视图。
作为示例，用以6 rpm旋转的直径为13.2英寸的圆盘形式的托盘，NA＝0.75的20x显微镜物镜产生约1mm2的视场。在约10msec内横过此弧形视场。对于15mm2有效面积内的组织切片且采取视场之间的25%重叠，将需要沿着旋转轴增加20个视场。如果帧传递短到足以不限制获取时间，则20个完整旋转将足以对圆盘上的16个载玻片进行成像。这将在200秒内以6 rpm或每12.5秒1个载玻片的吞吐量发生。
图35A和35B是示出根据本文所述系统的另一实施例的旋转载玻片保持器上的载玻片的替换布置的示意图。图35A示出具有凹进处1514'的托盘1512'，其被配置为使得载玻片1501的较长维度沿着沿方向1519'旋转的圆盘状托盘1512'的半径定向。在此配置中，更多载玻片（例如，30个载玻片）可以配合在托盘1512'上。图35B是示出用于如上所述地配置的凹进处1520'中的载玻片1501的成像路径的示意图。在所示实施例中，载玻片1501被根据沿方向1521'和突出体1522a'-c'所示的向心力保持在凹进处1520'中。针对用于样品1501'的帧1525'的图像集合示出了在其上面执行图像处理的旋转1524'的方向。以载玻片的长度方面的增量来增加成像系统1530的径向位置以针对用于每个载玻片的连续行的帧捕获图像。在一个示例中，针对15 mm x15 mm有效面积并采取视场之间的25%的重叠。将需要沿着径向轴增加二十个视场。再次地，6 rpm下的20次旋转将在200秒内提供完全成像，但用给定的更高效扫描，载玻片的定向和因此的吞吐量将增加至每6.67秒一个载玻片。
图36是示出根据本文所述系统的实施例的包括被设置用于检验载玻片1551上的样品1551'的物镜1552的成像系统1550的示意图。在一个实施例中，可以通过图像获取之前的圆盘的在先较慢旋转来预定聚焦位置。用于自动聚焦的每个载玻片多达20秒的预算将实现每个载玻片30秒以下的总扫描时间—比现有技术系统的当前状态更快一个数量级。作为载玻片1551被设置在其上面、沿方向1561旋转的托盘1560，物镜1552可以经历沿方向1562的微小移动以被定位在根据本文所述系统确定的最佳聚焦处。将不需要针对每个视场1553设置不同的自动聚焦值，但是应用于载玻片1551上的不同的较大区1554，例如由于载玻片翘曲或组织厚度的较大空间频率而引起的3x3视场或子帧。将在载玻片在其弧形路径中在照相机下面移动的同时应用最佳聚焦对自动聚焦值进行内插。
替换地，可以与本文提供的高速扫描系统相结合地有利地采用动态聚焦技术，诸如在本文中的其它地方描述的即时聚焦技术。应注意的是用于获取焦点（例如每秒120个焦点）的时间使得能够连同上文所讨论的高速旋转扫描技术一起使用即时聚焦。还应注意的是其很好地在控制系统的视场内以将旋转圆盘的速度控制在1/10,000内，允许在不依赖圆盘的旋转反馈的情况下的每个图像的开环采样。
一般地，产生载玻片的低分辨率缩略图像。这可以通过将低分辨率照相机设置在圆盘的角度位置上从而不与刚刚描述的高分辨率显微镜相干扰来实现。对于极高体积的应用而言，圆盘形式有助于机器人搬运。可以使用半导体晶片机器人搬运300mm（～12"）圆盘来将圆盘从缓冲存货处移动至高速扫描设备。此外，大多数技术在步进式和重复运动中通过直线载物台将载玻片定位于显微镜物镜下面。这些运动支配图像获取次数。使用旋转运动的本文所述系统是高效且高度可重复的。自动聚焦和图像获取次数比现有技术产品的当前状态更小一个数量级。
大多数系统还要求夹紧机构或弹簧压具以在载物台的停止和开始运动期间将载玻片保持在适当的位置。本文所述系统不要求压制机构，因为旋转运动产生向心加速度，其将载玻片推入向圆盘中切割的凹进处中的预定位置。这使得载玻片保持器的构造更简单且更可靠。另外，载玻片压具可能翘曲或使载玻片发生应变，使自动聚焦过程复杂化，并且根据本文所述系统被有利地避免。
当前系统对于每个载玻片15mm的有效面积而言具有2-3分钟的峰值速度。对于上文所述的示例而言，本文提供的系统和方法允许在30秒下扫描相同的有效面积。许多病理学实验室期待每天扫描从100个载玻片至200个载玻片。用图像获取的这些高速率，操作员可以在一小时内通过载玻片的日常存货进行工作，包括加载和卸载圆盘、条形码读取、预聚焦的附加步骤。这允许得到结果的更快时间和用于实验室的增强的经济效果。
图37是示出根据本文所述系统的实施例的使用可旋转托盘的高速载玻片扫描的流程图1600。在步骤1602处，将载玻片定位于可旋转托盘的凹进处中。在步骤1602之后，处理前进至步骤1604，在那里，可旋转托盘被相对于扫描和成像系统移动至载玻片扫描位置。在步骤1604之后，处理前进至步骤1606，在那里，发起可旋转托盘的旋转。如上文所讨论的，可旋转托盘的旋转引起作用在载玻片上的向心力以将载玻片保持在期望的成像位置上。在步骤1606之后，处理前进至步骤1608，在那里，所述成像系统根据本文所述的系统和技术且包括动态聚焦技术针对用于可旋转托盘的圆周环上的每个载玻片的一行帧捕获图像。在步骤1608之后，处理前进至测试步骤1610，在那里，确定可旋转托盘上的每个载玻片上的期望感兴趣区域是否已被扫描和成像。如果不是，则处理前进至步骤1612，在那里，沿着可旋转托盘的径向方向将成像系统和/或其某些组件移动一个增量。在步骤1612之后，处理继续返回至步骤1608。如果在测试步骤1610处，确定每个载玻片上的感兴趣区域已被扫描和成像，则处理前进至步骤1614，在那里，对应于针对每个载玻片成像的感兴趣区域产生一个或多个马赛克图像。在步骤1614之后，处理完成。
进一步根据本文所述系统，可以提供光学倍频（doubling）设备和技术并与本文所述成像系统特征相结合地使用。在一个实施例中，本文所述系统可以对由20x 0.75 NAPlan Apo物镜产生的分辨元素进行采样。此分辨元素在500nm的波长下为约0.5微米。为了获得此分辨元素的进一步采样，可以改变在成像传感器的前面的镜筒透镜。给定物镜透镜，用于计算镜筒透镜的焦距的近似计算（f_tube lens＝在图像传感器前面的镜筒透镜的焦距）是：
pix_sensor=CCD或CMOS图像传感器上的像素尺寸
pix_object= 对象或组织上的像素尺寸
f_tube lens = pix_object/pix_sensor * 9 mm。
为了针对Dalsa Falcon 4M30/60（7.4微米传感器像素）在0.25微米的对象处获得像素尺寸，镜筒透镜的焦距应为约266mm。对于0.125微米的对象处的像素尺寸，镜筒透镜的焦距应为约532mm。可能期望在这两个对象像素尺寸之间切换且这可以通过将两个或更多镜筒透镜安装到在成像传感器前面穿梭往返的载物台来实现。给定与每个新焦距相关联的不同路径长度，还需要添加折叠反射镜以使路径折叠以获得固定图像传感器位置。
图38是示出根据本文所述系统的实施例的光学倍频图像系统1700的示意图。如在本文中的其它地方所述，光学倍频图像系统1700可以包括照相机1711的图像传感器1710和显微镜物镜1720。应注意的是还可以将与本文所讨论的系统和技术相结合的其它组件（诸如即时聚焦系统）与所示光学倍频图像系统1700一起使用。为了实现两个或更多对象像素尺寸，可以与本文所述系统相结合地提供多个镜筒透镜，例如第一镜筒透镜1740和第二镜筒透镜1750。载物台1730可以分别使第一镜筒透镜1740和第二镜筒透镜1750在成像传感器前面往返穿梭。在一个实施例中，载物台1730可以是沿着方向1731移动的线性致动载物台，虽然应注意的是与本文所述系统相结合，可以使用其它类型的载物台及其移动。相对于第二镜筒透镜1750示出了反射镜组件1752，其可以包括一个或多个折叠反射镜以调整从第二镜筒透镜1750至图像传感器1710的光程。
图39A和39B是示出根据本文所述系统的实施例的使第一镜筒透镜1740和第二镜筒透镜1750在图像传感器1710前面往返穿梭的光学倍频图像系统1700的示意图。图39A示出用于被定位于载物台1730上的图像传感器1710前面的第一镜筒透镜1740的光程1741。图39B示出用于经由载物台1730在图像传感器1710前面往返穿梭之后的第二镜筒透镜1750的光程1751。如所示，使用反射镜组件1752的一个或多个反射镜，已经增加光程1751。在两个图中，应注意的是光学倍频图像系统1700可以包括与在本文中的其它地方详细讨论的类似的其它适当结构和光学组件1760。
可以与本文所述的系统相结合地以适当的组合将本文所讨论的各种实施例相互组合。另外，在某些实例中，在适当的情况下，可以修改流程图、程序图和/或所述流程处理中的步骤顺序。此外，可以使用软件、硬件、软件和硬件的组合和/或具有所述特征并执行所述功能的其它计算机实现模块或设备来实现本文所述系统的各种方面。本文所述系统的软件实施方式可以包括存储在计算机可读存储介质中并由一个或多个处理器来执行的可执行代码。计算机可读存储介质可以包括计算机硬盘驱动器、ROM、RAM、闪速存储器、便携式计算机存储介质，诸如CD-ROM、DVD-ROM、闪速驱动器或具有通用串行总线（USB）接口的其它驱动器和/或可以在其上面存储并由处理器来执行可执行代码的任何其它适当有形存储介质或计算机存储器。可以与任何适当的操作系统相结合地使用本文所述的系统。
根据本文公开的本发明的说明书或实践的考虑，本发明的其它实施例对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。应注意的是本说明书和示例仅仅被视为示例性的，由以下权利要求来指示本发明的真实范围和精神。

Claims (11)

1.一种用于显微镜载物台的设备，包括：
移动载物台块；以及
基座块，其引导所述移动载物台块，其中，所述基座块包括：
基本上扁平的第一块；以及
第二块，其具有三角形状，其中，所述第一块和所述第二块沿着平移方向引导所述移动载物台块，
所述设备还包括多个按钮元件，其被设置在所述移动载物台块上并接触所述第一块和所述第二块，其中，所述按钮元件允许仅沿平移方向的移动载物台块的运动；
其中，所述移动载物台块上的所述多个按钮元件的位置形成三角形；以及
其中，所述移动载物台块被成形为在由所述多个按钮元件的位置形成的三角形的质心处具有重心。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一块和所述第二块被支撑在底板上的提高凸台上。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一块和所述第二块由玻璃制成。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述按钮元件是球状的且由热塑塑料制成。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个按钮元件中的至少两个被布置为在第二块的三角形状的每侧上彼此面对，以及其中，所述多个按钮元件中的至少一个按钮在其平面上接触第一块。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个按钮元件中的每一个在载物台运动期间承载相等重量。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括：
悬臂组件，其包括被耦合到在导轨上经由再循环承载设计行进的承载块的悬臂；以及
弯曲元件，其具有被刚性地耦合到所述悬臂组件的第一末端和被耦合到所述移动载物台块上的质量中心位置的第二末端。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述导轨上的承载块的驱动促使弯曲元件向移动载物台块施加力。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述弯曲元件的弯曲劲度将移动载物台块从悬臂组件的上下运动隔离。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基座块沿垂直于所述移动载物台块的平移方向的方向形成另一移动载物台。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，提供150纳米的运动可重复性。
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