CN105431760A - 用于使用综合控制的样品图像捕获的系统和方法 - Google Patents

Abstract

实施例涉及用于使用综合控制的样品图像捕获的系统和方法。数字显微镜或其它成像装置可以与包含细胞、组织或其它样品材料的样品室相关联。所述腔室可以经配置以使用多种环境变量操作，所述环境变量包含气体浓度、温度、湿度等。所述成像装置可以经配置以使用多种成像变量操作，所述成像变量包含放大倍数、焦距、照明等。中央系统控制模块可以用于配置那些硬件元件的设置以及其它，以设置且执行图像捕获事件。所述系统控制模块可以经操作以从一个中央控制点控制总成像环境的物理、光学、化学和/或其它参数。用于产生所述图像捕获的所述变量可以经配置以在媒体捕获事件期间动态地可变。

Description

用于使用综合控制的样品图像捕获的系统和方法

技术领域

本发明教示涉及用于使用综合控制的样品图像捕获的系统和方法，并且更具体来说，涉及用于综合数字显微术平台的平台和技术，所述综合数字显微术平台从单一和综合控制点控制样品室的配置、媒体捕获以及其它操作设置。

背景技术

在用于医疗、研究以及其它应用的显微术的领域中，已经知道使用数字成像来捕获包含在样品室内的培养样品的视频。在那些类型的应用等中，电子控制的显微镜已经耦合到各种控制逻辑以调整焦距、深度、照明参数以及其它设置以控制由视频装置采用的曝光。

在那些类型的应用中，样品通常容纳在样品或环境室中以用于通过成像装置成像。所述腔室可以围封包含医学样品的盘，所述医学样品例如用于各种诊断目的的组织或细胞培养物。所述腔室可以包含可以在曝光事件的持续时间上设定的一个或多个环境变量。那些变量可以包含存在于腔室中的环境气体(例如二氧化碳或氧气)的量或浓度等的条件。那些变量可以同样地包含腔室的温度、湿度以及其它物理条件等条件。因此可以对腔室中的样品的生长速率或其它特性成像并且基于条件的那些集合或其它来检查所述生长速率或其它特性。所述腔室的定位和所述腔室内的环境条件的设置

然而，在已知的数字显微术平台中，环境室的设置、通过成像装置捕获的视频或其它媒体的设置以及成像装置自身的设置由单独的控制逻辑控制、由单独供应商制造且不具有可互操作特征。因此，迫使需要准备曝光事件、布置所述事件的视频或其它捕获、执行所述受控曝光且记录所得媒体以用于将来回顾的用户与若干独立的且可能不相容的系统交互。此外，即使只有一次准备了各种配置设置、事件时序以及相关操作细节，常规的数字显微术平台也被锁定成基于那些设置执行曝光或实验，而不可能在曝光事件发生时调整或改变那些设置。

可能需要提供用于使用综合控制的样品图像捕获的方法和系统，其中可以全面的形式从单一控制点控制和操作数字成像平台，且在此期间，样品腔室中的各种环境条件都可以在曝光过程期间动态地改变。

附图说明

并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明教示的实施例，并且与所述描述一起用以说明本发明教示的原理。在图式中：

图1图示根据各种实施例的整体环境，包含可以用于使用综合控制的样品图像捕获的系统和方法中的成像硬件；

图2图示根据各种方面的用户界面和各种成像、环境以及其它控制；

图3在进一步方面图示根据各种方面的用户界面和各种成像、环境以及其它控制；

图4在进一步方面图示根据各种方面的用户界面和各种成像、环境以及其它控制；

图5在进一步方面图示根据各种方面的用户界面和各种成像、环境以及其它控制；

图6图示根据各种实施例的可以用于使用综合控制的样品图像捕获中的处理的流程图；以及

图7图示根据各种实施例的可以用于使用综合控制的样品图像捕获中的示例性硬件、软件以及其它资源。

具体实施方式

本发明教示的实施例涉及用于使用综合控制的样品图像捕获的系统和方法。更具体来说，实施例涉及用于使用综合控制的培养样品的数字成像的平台和技术，所述数字成像可以包含动态地改变环境控制。

现将详细参考本发明教示的示例性实施例，所述实施例被图示在附图中。只要可能，将贯穿图式使用相同的参考标号来指代相同或相似的部分。

图1图示根据各方面的整体环境100，其中用于使用综合控制的样品图像捕获的系统和方法可以起作用。在如图所示的方面中，整体环境100可以包含成像装置108，例如配备有数字传感器的显微镜。数字传感器可以是或包含摄像机、静态图像相机和/或其它类型的传感器或装置。成像装置108的数字传感器可以经配备或配置以使用可见光、红外线和/或其它光频率、波长或范围来检测图像。一般来说，成像装置108可以经配置以拍摄腔室102的内部的图像。腔室102可以包含举例来说位于样品盘104中的样品106的集合。在实施方案中，成像装置108可以结合照明源(例如激光或其它照明)或与其相连接以允许照射样品106的集合。样品106的集合可以是或包含举例来说细胞、组织、液体或其它生物材料或标本。在各方面中，成像装置108还可以经配置以或用于对非生物样品或标本成像。在实施方案中，腔室102可以是可使用步进式电机或用以移动腔室102的其它设备定位的，或可以固定在适当的位置，其中成像装置108的成像元件可定位以对样品盘104的不同部分成像。在如图所示的实施方案中，腔室102可以连接到腔室控制124，所述腔室控制可以使用阀门、供应管线、加热元件和/或其它硬件控制腔室102的气体引入、温度调节和其它条件。腔室控制124可以是或包含计算机、嵌入式控制器和/或其它硬件、软件和/或逻辑，且可以通过各种网络连接连接到总系统控制模块110以及环境的其它资源。

根据各方面，且如还示出，成像装置108可以同样地连接到系统控制模块110，所述系统控制模块可以经配置以与成像装置108以及包含用户界面114和数据存储装置116的其它资源交互，以对样品106的集合或其它所关注的对象执行成像操作。在各方面中，系统控制模块110可以是或包含用于以综合方式控制成像装置108和所有相关联的操作的硬件、软件和/或其它资源。在实施例中，系统控制模块110可以是或包含具备用于控制成像装置108和整体环境100的其它元件的应用程序、服务和/或其它逻辑的桌上型计算机、膝上型计算机和/或其它计算机。在实施方案中，系统控制模块110可以驻留在一个本地计算机中，例如膝上型计算机或桌上型计算机。在其它实施方案中，系统控制模块110可以被托管在一个或多个远程计算机中，例如经由因特网和/或其它公共或专用网络连接的计算机。在各方面中，系统控制模块110可以同样地整体或部分在基于云的网络中实施。

腔室102、系统控制模块110、数据存储装置116、显示器112和/或其它元件可以在实施方案中经由各种连接(例如通用串行总线(US)连接)、用以太网LAN等局域网(LAN)、通过因特网和/或通过其它网络、信道或连接而被链接。在实施方案中，那些网络元件、节点或资源中的任何一个或多个可以再次在本地或远程地托管。

用户界面114可以呈现在显示器112上，例如发光二极管(LED)或其它计算机显示器。用户界面114可以将配置设置和操作控制的集合或一系列配置设置和操作控制呈现给成像装置108和环境100的用户或操作人员，以允许用户或操作人员设置、调度且执行对样品106的集合的任何所希望的培养或处理，同时在所配置的成像和环境变量下捕获样品106的集合的发展结果的视频、静态图像或其它媒体表示。所得视频或其它数据或文件可以存储到数据存储装置116，所述数据存储装置可以是或包含本地或远程硬盘驱动器或其它类型的数据存储装置。

当视频捕获事件完成时，系统控制模块110可以进一步用于经由用户界面114回顾所捕获的媒体，以便查看、倒退、加速、步进或以其它方式观察视频或其它文件的所选择部分。如所提到，可以经由系统控制模块110而不必用其它控制逻辑、软件或控制点来控制全部各种操作，所述操作包含在腔室102上设定环境控制、控制成像装置108的光学、曝光或其它成像变量、将所捕获的媒体存储到数据存储装置116且在显示器112或其它输出装置上检索且播放所捕获的媒体。

更确切地说且对于图2中图示出的实例，用户可以经由用户界面114操作环境控制202的集合以设定、编辑、调整和/或以其它方式配置腔室102内的物理条件。那些物理条件可以包含但不限于，例如腔室102的内部温度、湿度水平、二氧化碳浓度水平、氧气消耗状态、压强和/或其它变量或参数等变量。腔室102中的那些物理条件可以使用真空管线或连接、气体源、加热或冷却元件和/或其它附件或硬件来控制或操纵。在实施方案中，环境控制202的集合还可以包含或调节对试剂、生长因子、和/或可以用于刺激或改变样品106的生长的其它佐剂的引入。那些条件和硬件可以再次连接到腔室控制124且经由所述腔室控制直接或间接控制，所述腔室控制可以再次与系统控制模块110通信以接收配置设置和其它指令或数据。

除控制腔室102内的环境变量之外，系统控制模块110还可以控制成像装置108的操作的另外特征，包含如图3中示出的曝光控制302的集合。曝光控制302的集合可以如所图示包含样品盘104的位置的规范、应用到样品盘104的照明的类型、摇摄或变焦等成像模式等。由系统控制模块110控制的照明变量可以包含用于样品106的成像中的荧光灯标的类型的指示、以及滑动条(示出)或用于光的强度的其它控制、粗聚焦和细聚焦或自动调整控制等。还可以执行成像装置108的定位以聚焦于样品盘104中的个别样品井。应了解，其它控制可以用于曝光控制302的集合。

如图4中所图示，曝光控制302的集合可以同样地包含另外的成像设置，例如放大倍数水平、单色和彩色设置(包含例如明视场和相位设置)、另外的灯标设置、透明度、细聚焦和/或其它变量或设置。曝光控制302的集合可以再进一步且如图5中所图示包含由系统控制模块110控制的媒体捕获事件的与持续时间相关的控制或设置、调度和执行。在如图所示的实施方案中，曝光控制302的集合在此方面可以包含针对场景的识别、灯标、反映曝光的剩余时间的计数器、仪表盘或用于在腔室102中的与图像捕获和/或其它时间、调度或其它控制同时的环境设置302的其它显示器的设置。同样，可以注意，环境控制302的集合可以经设定、配置或编程以在图像捕获事件的过程期间动态地改变。举例来说，成像装置108可以使用系统控制模块110来配置以在1小时、24小时或其它周期上拍摄样品106的集合的视频图像流，在此期间调整、改变、更新和/或以其它方式动态地改变温度增加和/或降低、二氧化碳或氧气浓度增加和/或降低、湿度水平增加和/或降低、照明波长和/或强度增加和/或降低、或由系统控制模块110控制的任何其它配置设置。

可以进一步注意，曝光控制302的集合、环境控制202的集合以及其它信息可以嵌入或记录在所捕获的媒体中且存储在媒体捕获事件中。举例来说，当媒体由数字视频构成时，那些配置设置可以被记录在位于视频帧的底部处的文本带中和/或被记录在其它位置中。相同信息可以被记录在其中媒体由数字静态相片或其它媒体格式或类型构成的情况中。

图6图示根据各方面的可以在用于使用综合控制的样品图像捕获的系统和方法中执行的光学、配置和其它处理的流程图。在602中，处理可以开始。在604处，用户可以启动系统控制模块110和/或用于结合成像装置108的其它相关硬件、软件或服务。所述启动可以通过手动起动在计算机或其它控制平台上的应用程序来发生，和/或可以举例来说基于预定调度或触发事件通过编程控制自动地启动。在606中，系统控制模块110可以例如通过在显示器112上显示图形用户界面(GUI)来产生用户界面114和/或将其呈现给用户。在608中，系统控制模块110可以接收环境设置202的集合，举例来说经由用户界面114通过手动用户输入提供的设置。在实施方案中，环境设置202的集合可以包含默认或初始设置。在610中，系统控制模块110可以接收成像设置302的集合，所述成像设置的集合可以同样经由用户界面114以用户输入的形式被接收，和/或所述成像设置的集合可以从数据存储装置检索出以用于默认或其它目的。

在612中，系统控制模块110可以配置、临时、安装和/或以其它方式启动环境设置202的集合、成像设置302的集合和/或所需用于成像装置108的操作的其它参数。在各方面中，系统控制模块110可以经由在USB连接上、在LAN上、在因特网上、在无线数据连接上的消息和/或经由其它信道或连接将那些设置发射到成像装置108和环境100的各种元件。在实施方案中，所发射的配置数据中的一些或全部可以存储在成像装置108、腔室102、和/或环境100的其它元件或节点内的本地点处，以及存储在系统控制模块110中。

在614中，系统控制模块110可以开始图像捕获事件，例如对腔室102中的样品106的集合成像的视频流的记录的启动。根据各方面，图像捕获事件的开始可以设定成在预定的、经编程的和/或事件触发时间处发生，和/或可以通过操作系统控制模块110的用户手动地启动。在616中，系统控制模块110可以将所捕获的视频或其它成像数据存储、编码和/或以其它方式记录(举例来说)到数据存储装置116。所捕获的成像数据可以举例来说以任何已知的媒体文件或格式存储或记录，所述媒体文件或格式包含(简单地例如)音频视频交错(avi)格式、运动图像专家组4(MPEG-4)格式、Windows^TM媒体视频(wmv)格式和/或其它格式。

在618中，系统控制模块110可以在进行中的图像捕获事件期间动态地更新和/或重新配置环境设置202的集合、成像设置302的集合和/或其它配置设置或值。例如，所选择的照明类型或强度可以在视频流的捕获期间在经编程时间处改变，和/或可以做出对成像装置108和环境100的总配置的其它改变。在620中，可以使用系统控制模块110检索来自媒体捕获事件的所捕获媒体和/或将其呈现给用户以用于回顾。在各方面中，视频或其它数据的检索和查看可以在媒体捕获事件发生的同时执行，例如通过在采用新成像数据时使用另外的屏幕查看视频文件中的先前的点。检索和回顾还可以或替代地在完成媒体捕获事件之后进行。可注意到，一旦捕获视频和/或其它数据，就可以通过除系统控制模块110外的应用程序或软件查看所述媒体。在622中，处理可以重复、返回到前一处理点、跳转到另一处理点或结束。

图7图示根据实施例的可以用于使用综合控制的样品图像捕获的实施中的各种硬件、软件和其它资源。在如图所示的实施例中，系统控制模块110可以包括包含与存储器732(例如电子随机存取存储器)通信的处理器730的平台，所述处理器在操作系统736的控制下或结合所述操作系统来操作。处理器730在实施例中可以并入在一个或多个服务器、群集和/或其它计算机或硬件资源中，和/或可以使用基于云的资源实施。操作系统736可以是例如，Windows^TM操作系统、Linux^TM操作系统、Unix^TM操作系统或其它开源或专有操作系统或平台的分布。处理器730可以与数据存储装置116(例如存储在本地硬盘驱动器或驱动器阵列上的数据库)通信，以存取或存储本文中所描述的配置数据中的任一个，包含如所示的环境设置202的集合、成像设置302的集合、视频和/或其它所捕获的成像媒体(连同其选择的子集)以及其它内容、媒体或其它数据。

处理器730可以转而与网络接口734通信，例如以太网或无线数据连接，所述网络接口转而与一个或多个网络706通信，例如因特网或其它公共或专用网络。一般来说，处理器730可以经编程或经配置以执行控制逻辑122以控制本文中所描述的各种处理操作，包含产生成像装置108和用于环境100中的其它硬件的控制设置。在实施方案中，控制逻辑122可以是或包含应用程序、公用程式、例程和/或经配置以与成像装置108和环境100中的其它资源或元件通信的其它软件。成像装置108的其它配置、环境100、相关联的网络连接以及其它硬件、软件和服务资源是可能的。

前述描述是说明性的，且所属领域的技术人员可以想到在配置和实施方案中的变化。例如，尽管已经描述了其中系统控制模块110用以控制一个成像装置108的实施例，但在实施例中，系统控制模块110可以经配置以同时控制或操作多个成像装置或系统。类似地，尽管已经描述了其中一个系统控制模块110与成像装置108交互的实施例，但在实施例中，系统控制模块110中包含的逻辑可以跨越多个本地或远程控制模块或服务提供。描述为单一或综合的其它资源在实施例中可以是复数的或分布式的，且描述为多个或分布式的资源可以在实施例中组合。

在各种实施例中，本发明教示的系统和方法可以在用例如C、C++等的常规编程语言编写的软件程序和应用程序中实施。

尽管结合各种实施例来描述本发明教示，但是并不意图将本发明教示限制于此类实施例。相反地，如所属领域的技术人员应了解，本发明教示涵盖各种替代方案、修改和等效物。

此外，在描述各种实施例时，本说明书可能将方法和/或过程呈现为特定顺序的步骤。然而，在方法或过程不依赖于本文中阐述的步骤的特定次序的程度上，所述方法或过程不应限于所描述的步骤的特定顺序。如所属领域的技术人员将了解，步骤的其它顺序可以是可能的。因此，在说明书中阐述的步骤的特定次序不应理解为对权利要求书的限制。另外，针对方法和/或过程的权利要求不应限于以所写的次序执行其步骤，且所属领域的技术人员可以容易地了解，顺序可以变化且仍保持在各种实施例的精神和范围内。

本文中所描述的实施例可以用包含以下各者的其它计算机系统配置实践：手持式装置、微处理器系统、基于微处理器或可编程消费型电子装置、微型计算机、大型主机计算机等。实施例也可以在其中任务通过经网络连接的远程处理装置执行的分布式计算环境中实践。

还应了解，本文中所描述的实施例可以采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实施操作。这些操作是需要物理量的物理操纵的操作。通常(但未必)，这些量呈能够被存储、转移、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。另外，所执行的操纵通常以术语提及，例如产生、识别、确定或比较。

形成本文中所描述的实施例的部分的操作中的任一个是有用的机器操作。本文中所描述的实施例也涉及执行这些操作的装置或设备。本文中所描述的系统和方法可以出于所需目的专门构造或其可以是通过存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或配置的通用计算机。具体地说，各种通用机器可以与根据本文中的教示编写的计算机程序一起使用，或可能更方便的是构造更专门设备以执行所需操作。

某些实施例还可以实施为计算机可读媒体上的计算机可读代码。计算机可读媒体是可以存储此后可以通过计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读媒体的实例包含硬盘驱动器、网络附加存储(NAS)、只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁带以及其它光学、快闪存储器和非光学数据存储装置。计算机可读媒体也可以分布在网络耦合的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布形式存储和执行。

因此本发明教示的范围意图仅受以下权利要求书限制。

Claims (22)

1.一种方法，其包括：

调用可操作地连接到腔室和成像装置的系统控制模块；

经由所述系统控制模块配置与所述腔室相关联的环境参数的集合；

经由所述系统控制模块使用所述环境参数的集合配置针对所述腔室中的样品的图像捕获事件；以及

经由所述成像装置从所述图像捕获事件捕获媒体。

2.根据权利要求1所述的方法，在本文中所述腔室包括围封样品盘的密封室。

3.根据权利要求2所述的方法，其中与所述腔室相关联的所述环境参数的集合包括以下各者中的至少一个-

所述腔室的温度，

所述腔室的湿度，

所述腔室的压强，或

所述腔室的气体浓度值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像装置包括显微镜。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述显微镜包括数字成像显微镜。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述显微镜的成像参数的集合可经由所述系统控制模块配置。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述成像参数的集合包括以下各者中的至少一个-

放大倍数设置，

焦距设置，

分辨率设置，

照明设置，

单色设置，

彩色设置，

荧光染色设置，

透明度设置，或

相位设置。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述图像捕获事件包括所述腔室的内容的视频捕获。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述视频捕获包括缩时拍摄视频捕获。

10.根据权利要求1所述的方法，其中环境变量的集合可动态地在所述图像捕获事件的间隔上配置。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境变量的集合记录在所述图像捕获事件的所述所捕获的媒体中。

12.一种成像系统，其包括：

到腔室的第一接口；

到成像装置的第二接口；以及

处理器，其经由所述第一接口与所述腔室通信且经由所述第二接口与所述成像装置通信，所述处理器经配置以：

调用可操作地连接到所述腔室和所述成像装置的系统控制模块，

使用用户输入配置与所述腔室相关联的环境参数的集合，

使用所述用户输入使用所述环境参数的集合配置针对所述腔室中的样品的图像捕获事件，以及

经由所述成像装置从所述图像捕获事件捕获媒体。

13.根据权利要求12所述的系统，在本文中所述腔室包括围封样品盘的密封室。

14.根据权利要求13所述的系统，其中与所述腔室相关联的所述环境参数的集合包括以下各者中的至少一个-

所述腔室的温度，

所述腔室的湿度，

所述腔室的压强，或

所述腔室的气体浓度值。

15.根据权利要求12所述的系统，其中所述成像装置包括显微镜。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述显微镜包括数字成像显微镜。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述显微镜的成像参数的集合可经由所述系统控制模块配置。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述成像参数的集合包括以下各者中的至少一个-

放大倍数设置，

焦距设置，

分辨率设置，

照明设置，

单色设置，

彩色设置，

荧光染色设置，

透明度设置，或

相位设置。

19.根据权利要求12所述的系统，其中所述图像捕获事件包括所述腔室的内容的视频捕获。

20.根据权利要求18所述的系统，其中所述视频捕获包括缩时拍摄视频捕获。

21.根据权利要求12所述的系统，其中所述环境变量的集合可动态地在所述图像捕获事件的间隔上配置。

22.根据权利要求12所述的系统，其中所述环境变量的集合记录在所述图像捕获事件的所述所捕获的媒体中。