CN106842536B - 显微镜附接件及结合显微镜附接件进行样本分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显微镜附接件及结合所述显微镜附接件进行样本分析的方法。显微镜附接件包含具有一或多个透镜的透镜设备、光源及样本托架。所述样本托架安置于所述透镜设备与所述光源之间，且经定位以使来自所述光源的光透射通过所述样本托架及所述透镜设备。所述透镜设备经安置以放大所述样本托架中的光学区域。附接机构经安置以将所述显微镜附接件连接到个人电子装置。

Description

显微镜附接件及结合显微镜附接件进行样本分析的方法

技术领域

本发明大体上涉及显微镜，且特定来说(但不排他地)，涉及结合个人电子装置使用的显微镜。

背景技术

光学显微镜使用可见光以研究因太小而裸眼不能看见的结构。在包含微电子学、生物学、药理学、矿物学及类似物的许多科学学科中广泛地使用光学显微术。通常，光学显微镜包含用于增强透射通过样本或从样本反射的可见光的透镜。仅通过观看放大的样本图像，就可获得许多信息。

在医疗诊断领域中，组织病理学学科使用对组织的显微镜检查来研究疾病的临床表现。在临床医疗中，组织病理学是指由病理学家对活检样本或手术样本进行检查。通常，由病理学家在显微镜下对含有样本的载玻片进行检查。接着，病理学家做出呈组织病理学报告的形式的诊断。然而，归因于做出准确的组织病理学报告所需的医疗培训及设备，世界上许多缺医少药的地区不能获得准确的医疗诊断。

类似地，在其它科学领域(例如，矿物学、植物学及/或动物学)中，在不使用较大显微镜且没有训练有素的教员的情况下，可能难以识别所述领域中的较小样本。

发明内容

一方面，本发明涉及一种显微镜附接件，其包括：透镜设备，其包含一或多个透镜；光源；样本托架，其安置于所述透镜设备与所述光源之间，其中所述样本托架经安置以使来自所述光源的光透射通过所述样本托架及所述透镜设备，且其中所述透镜设备经安置以放大所述样本托架中的光学区域；及附接机构，其经安置以将所述显微镜附接件连接到个人电子装置。

另一方面，本发明涉及一种结合蜂窝电话使用的显微镜附接件，其包括：透镜设备及光源，其中所述透镜设备经配置以可移除地连接到所述蜂窝电话的表面，且使所述透镜设备与图像传感器光学对准，其中所述图像传感器包含于所述蜂窝电话中；及样本托架，其经安置以从所述光源接收光，其中所述样本托架与所述透镜设备光学对准，且其中所述样本托架经配置以允许样本光从样本行进通过所述透镜设备且进入到所述图像传感器中。

一方面，本发明涉及一种样本分析的方法，其包括：收集样本；将所述样本放置于显微镜的观察平面中，其中所述显微镜耦合到个人电子装置中所包含的图像传感器，且其中所述图像传感器与所述显微镜的所述观察平面光学对准；使用所述图像传感器捕获所述样本的图像数据；将所述图像数据发送到处理器，其中所述处理器耦合到所述个人电子装置，且其中所述处理器分析所述图像数据且产生样本报告；及输出所述样本报告。

附图说明

参考以下图式描述本发明的非限制性且非穷举实例，图式中相似的元件符号指代贯穿多个视图的相似部件，除非另有说明。

图1A到1C说明根据本发明的教示的实例显微镜附接件。

图2A到2C说明根据本发明的教示的耦合到便携式电子装置的图1A到1C的实例显微镜附接件。

图3是根据本发明的教示的显微镜附接件的一个实例的横截面说明。

图4是根据本发明的教示的显微镜附接件的一个实例的横截面说明。

图5是说明使用图1A到1C中所描绘的显微镜附接件进行样本分析的实例方法的流程图。

对应参考字符贯穿图式的若干视图指示对应组件。技术人员应了解，出于简单及清楚起见说明图中的元件，且所述元件并不一定是按比例绘制。举例来说，可相对于其它元件夸大图中的一些元件的尺寸以有助于改进对本发明的各个实施例的理解。此外，为了更清楚地了解本发明的这些各种实施例，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用或必要的常见但众所周知的元件。

具体实施方式

本文描述使用显微镜附接件的设备及方法的实例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实例的透彻理解。然而，相关领域中的技术人员将认识到，可在没有特定细节中的一或多者的情况下或使用其它方法、组件、材料等等来实践本中所描述的技术。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。

贯穿此说明书对“一个实例”或“一个实施例”的参考意味着与实例结合而描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书在多个地方出现的“在一个实例中”或“在一个实施例中”等短语并不一定都指代同一实例。此外，在一或多个实例中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。

贯穿本说明书，使用若干技术术语。这些术语具有在它们所来自的领域中的普通含义，除非本文有具体定义或它们的使用背景另有清楚表明。

图1A到1C说明实例显微镜附接件100。图1A展示实例显微镜附接件100的分解等距视图，显微镜附接件100包含：透镜设备101、样本托架103、间隔件105及光源107。图1A中的实例还展示透明样本载体芯片111，其中样本装载在凹入的样本区域中。在所描绘的实例中，透镜设备101包含一或多个透镜，所述一或多个透镜可经配置以提供可变的放大率及/或聚焦状态。样本托架103安置于透镜设备101与光源107之间，且样本托架103经安置以使来自光源107的光透射通过样本托架103及透镜设备101。透镜设备101经安置以放大样本托架103中的光学区域，所述光学区域可对应于样本托架103中经配置以接纳样本载体芯片111的区域。在所描绘的实例中，光源107包含一或多个发光二极管，所述一或多个发光二极管耦合到电互连件以从外部装置接收指令及电力。在一个实例中，电互连件包含USB端口或微型USB端口，所述USB端口连接到电力/数据缆线。此外，显微镜附接件100可具有未描绘的其它特征件，例如：移动透镜设备101中所含的透镜的机械致动器、滤光器/偏光镜、光扩散器层、额外光源、存储器或类似物，所述存储器可含有用于个人电子装置的指令。

图1B说明经组装的显微镜附接件100的等距视图。在所描绘的实例中，显微镜附接件100的全部组件扣接在一起(压入配合或以其它方式)以形成显微镜附接件100。此外，显微镜附接件100的外壳组件可由相对廉价的材料(例如，塑料)制成。然而，在一或多个实例中，显微镜附接件100的组件可包含更昂贵的材料，例如金属或玻璃。在所描绘的实例中，显微镜附接件100的组件配合在一起形成较小立方体，然而，在其它未描绘的实例中，所述组件可配合在一起形成圆柱体或类似物。

图1C描绘将样本载体芯片111装载到显微镜附接件100中。在所描绘的实例中，已将样本放置于样本载体芯片111的凹入部分中，且将样本载体芯片111装载到样本托架103中以用于成像。如所说明，样本载体芯片111可为透明的以允许光从光源107的行进通过样本载体芯片111且进入到透镜设备101中。然而，在其中光源107安置于样本托架103与透镜设备101之间的另一实例中，样本载体芯片111可不为透明的，且可具有反射性背衬。样本载体芯片111还可具有校准标记，例如，比例尺、色谱或类似物。然而，在不同实例中，样本载体芯片111可为商业上可用的玻璃显微镜载玻片。

图2A到2C说明附接到个人电子装置206的实例显微镜附接件200(例如，显微镜附接件100)的若干等距视图。附接机构205经安置以将显微镜附接件200连接到个人电子装置206。在所描绘的实例中，附接机构205通过包裹个人电子装置206的边缘机械地附接到个人电子装置206，且显微镜附接件200扣入到附接机构205中。然而，在替代实例中，附接机构205可以其它方式附接到个人电子装置206，例如，利用非永久粘合剂(例如，范德华力)、吸杯、磁性附接方法或类似物而并入个人电子装置206的外壳中。应注意的是，各种附接机构205可结合显微镜附接件200使用以便使显微镜附接件200与一系列广泛的个人电子装置兼容。尽管在所描绘的实例中，个人电子装置206为智能电话，但在其它实例中，个人电子装置206可包含智能手表、智能眼镜、平板计算机或类似物。此外，可将显微镜附接件200胶合到附接机构205中、压入配合到附接机构205，诸如此类。如所展示，附接机构205耦合到显微镜附接件200以使透镜设备(例如，透镜设备101)与耦合到个人电子装置206的图像传感器343(即，手机摄像机)光学对准。

图3是显微镜附接件300的一个实例的横截面说明。在所描绘的实例中，显微镜附接件300包含：透镜设备301(其包含一或多个透镜)、样本托架303、间隔件305及光源307。特定来说，显微镜附接件300结合蜂窝电话(个人电子装置306)使用。透镜设备301经配置以可移除地附接到蜂窝电话的表面，且使透镜设备301与图像传感器343光学对准，其中图像传感器343包含于蜂窝电话(例如，手机摄像机)中。样本托架303经安置以从光源307接收光，且样本托架303与透镜设备301光学对准，使得样本光从样本行进通过透镜设备301且进入到图像传感器343中。

如图3中所描绘的实例中所展示，光源307可包含具有第一侧及第二侧的电力缆线325。电力缆线325的第一侧耦合到一或多个发光二极管321，且电力缆线325的第二侧经配置以耦合到个人电子装置306(例如，USB端口)的电力及数据输出327。在所描绘的说明中，电力缆线325的第一侧附接到电力输入323以将电力提供到一或多个发光二极管321。在一个实例中，电力输入323还可包含逻辑电路及软件。电力输入323(及/或显微镜附接件300中的其它电路)可经配置以将输入提供到个人电子装置306，使得个人电子装置306可控制显微镜附接件300及/或提供诊断信息。

如所说明，显微镜附接件300可包含安置于光源307与样本托架303之间的间隔件305，其中间隔件305包含扩散器层329，其经耦合以扩散从一或多个发光二极管321输出的光。在一个实例中，扩散器层329还可包含单向镜，使得扩散器层329反射从样本托架303的方向入射在扩散器层329上的光，且透射来自光源307的方向的扩散光。替代地，扩散器层329及镜可为两个单独的结构。在所描绘的实例中，滤光器351安置于样本托架303与透镜设备301之间。在一个实例中，滤光器351传递可见光且排除UV光。在另一实例或相同实例中，滤光器351可包含偏光镜。应注意，扩散器层329、镜、偏光镜或滤光器的位置可取决于光源307的配置及所要的图像特性互换。此外，这些组件可取决于显微镜附接件300的使用情况而移除。

在所描绘的实例中，显微镜附接件300具有初级光源(例如，定位于光源307中的发光二极管321)，其经安置使得样本托架303定位于初级光源与透镜设备301之间。这允许样本托架303中的样本透射成像。另外，显微镜附接件300包含次级光源(即，安置于样本托架303与图像传感器343之间的一或多个发光二极管321)。应注意，样本托架303可安置于反射层329与发光二极管321之间，且反射层329反射从次级光源发射的光。此配置允许显微镜附接件300以反射成像模式对样本进行成像。尽管图3中所描绘的实例显微镜附接件300包含初级及次级光源两者，但其它实施例可包含一者或另一者。另外，光源307的位置可取决于所要的成像模式而改变。在初级及次级光源两者中，一或多个发光二极管321电耦合到个人电子装置306(例如，蜂窝电话)以从个人电子装置306接收电力及操作数据。

在一个实例中，光源307可包含发射可见光的发光二极管、发射UV光的光电二极管、发射红外光的光电二极管及/或用于产生相干电磁辐射的激光二极管。上述二极管可一起存在于阵列中或可个别地安置于光源307中。此外，可单独使用二极管或可与其它发光源(例如，环境光或由个人电子装置306上的光源所供应的光)结合使用二极管。

图4是显微镜附接件400的一个实例的横截面说明。显微镜附接件400与显微镜附接件300共享许多特征。然而，显微镜附接件400与显微镜附接件300之间的一个值得注意的区别是：光源403包含光学透射器431。在所描绘的实例中，光学透射器431展现全内反射，且其经耦合以从外部光源接收光。如所展示，光自由地离开显微镜附接件400的光源区域407中的光学透射器431，且光源407的横向边界与显微镜附接件400的横向边界同延。在一个实例中，外部光源是手机摄像机灯441；然而，在另一实例中，外部光源可为灯泡或类似物。如图4中所说明，反射涂层447可安置于显微镜附接件400的背侧与光学透射器431之间。在一个实例中，光学透射器431可为塑料，例如丙烯酸或类似物，然而，在替代实例中，光学透射器431可为玻璃或其它氧化物材料。

尽管图4中的装置在透镜设备401中具有单个透镜元件，但透镜设备401可经配置以具有可变的光学放大。这可包含透镜设备401中的透镜能够移动到距个人电子装置406更近及更远。尽管未描绘，但可通过安置于透镜设备401中的机械致动器促进透镜的运动。透镜设备401可能能够结合个人电子装置406的内部摄像机光学器件运作以产生增强的放大。此外，透镜设备401可包含一个以上透镜，且每一透镜可独立于其它透镜而自由地移动。在一个实例中，通过安装于个人电子装置406上的软件控制透镜运动。在另一实例中，可由包含于显微镜附接件400中且可由个人电子装置406或内部电源(例如，电池组)对其进行供电的硬件/软件控管透镜运动。替代地，可由用户手动地控制透镜位置(例如，如望远镜或双筒望远镜)。

图5是说明使用图1A到1C中所描绘的显微镜附接件进行样本分析的实例方法500的流程图。不应将部分或全部过程框出现于方法500中的次序认为是具限制性的。而是，受益于本发明的所属领域的一般技术人员应理解，可以未说明的多种次序或甚至并行地执行方法500中的一些。此外，样本分析的方法500应不限于医疗程序，而且也适用于工业应用、矿物学、化学、植物学及类似物。

过程框501描绘收集样本。如先前所陈述，这可包含收集生物样本、矿物样本、工业样本或类似物。尽管在过程框501中未明确陈述，但可能需制备用于检查的样本，这可涉及将样本切成薄片或对样本进行染色(如生物应用通常所需)。

过程框503展示将样本放置于显微镜(例如，显微镜附接件200)的观察平面中，其中显微镜耦合到个人电子装置(例如，个人电子装置206)中所包含的图像传感器。在此实例中，图像传感器与显微镜的观察平面光学对准。在一个实例中，显微镜的观察平面位于样本托架(例如，样本托架103)中且接近于样本载体芯片(例如，样本载体芯片111)的表面。在一个实例中，观察平面的位置是动态的且是基于透镜在透镜设备(例如，透镜设备101)中的位置及在个人电子装置中的图像传感器的焦点。在另一实例或相同实例中，将样本放置于显微镜的观察平面中包含：将样本放置于样本载体中；及将样本载体插入到显微镜中所包含的样本托架中。

过程框505说明使用图像传感器捕获样本的图像数据。在一个实施例中，这可包含捕获样本的光学图像。图像传感器可一次使用所有光电二极管捕获图像或可一次运用单行像素捕获图像。在一个实例中，图像传感器捕获样本的图像的方式由安装于个人电子装置上的软件(专用于显微镜附接件)确定。软件可使闪光/发光效果同步且优化图像捕获的模式以产生有关样本的较高品质的数据。

在不同实例中，图像传感器可使用可见光谱外的波长的光捕获样本的图像。例如，显微镜可通过改变由光源(例如，光源107)所发射的光的波长来捕获样本的吸收光谱，且记录使用图像传感器所接收到的光的强度。另外，图像传感器可使用经线性或圆形方式偏振的光捕获样本的图像。此外，图像传感器可从样本捕获电磁(EM)发射。举例来说，光源可发射UV光，样本可吸收UV光且发射较低频率的EM辐射。因此，图像传感器可捕获较低频率的EM辐射的图像。在一个实例中，图像传感器及显微镜使用单色光的非弹性散射(例如，拉曼散射)以识别化学结构。在此实例中，光源包含激光，且图像传感器过滤掉对应于激光的波长的光。在其它实例中，可使用其它光谱方法或光谱方法的粗略近似捕获样本图像。

应注意，在捕获图像数据之前，图像传感器及显微镜设备可经受校准。这可包含：将已知样本或工厂预制校准样本插入到显微镜附接件中；捕获校准样本的图像；及相应地调整图像传感器及显微镜附接件。替代地，校准图像可出现于样本载体芯片(例如，样本载体芯片111)上使得结合对样本进行成像而执行校准。在一个实例中，样本载体芯片111包含比例尺，使得可在捕获图像数据之后确定样本尺寸。

显微镜附接件可含有一或多个光源，所述一或多个光源可由个人电子装置对其进行供电。光源可电耦合到个人电子装置，使得用户可取决于被成像的样本及所要的图像数据在不同发光源、强度与曝光模式之间做出选择。

过程框507描绘将图像数据发送到处理器。处理器耦合到个人电子装置，且处理器分析图像数据。处理器可运行来自个人电子装置的存储器的程序以分析图像数据。在一个实例中，这些程序采用可从因特网或其它源下载的应用的形式。在另一实例中，处理器可耦合到显微镜本身，且显微镜可含有用于分析图像数据的指令。在一或多个实例中，处理器可从图像移除特定波长的光、增强图像的某些方面、分析图像成分、识别样本中存在的化学品或其它。

过程框509展示输出样本报告。样本报告可简单地包含放大的样本图像，或可包含其它更复杂的数据分析。在一个实例中，将软件安装于个人电子装置上以产生样本报告。在另一实例或相同实例中，将样本报告输出到耦合到个人电子装置的屏幕，且样本报告包含关于样本的化学成分的信息。在另一实例中，样本报告可简单地为样本的状态的二元确定(例如，妊娠试验)。在另一实例中，样本报告可引出有关样本的结构信息或样本的吸收/反射光谱。

本发明所说明的实例的上文描述，包含摘要中所描述的内容，不希望为详尽的或将本发明限制于所揭示的精确形式。虽然在本文中出于说明的目的描述本发明的特定实例，但如相关领域的技术人员应认识到，在本发明的范围内，各种修改为可能的。

鉴于以上详细描述，可对本发明做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中揭示的特定实例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求确定，所述权利要求应根据所建立的权利要求解释的公认原则来解释。

Claims (17)

1.一种显微镜附接件，其包括：

透镜设备，其包含一或多个透镜；

光源；

样本托架，其安置于所述透镜设备与所述光源之间，其中所述样本托架经安置以使来自所述光源的光透射通过所述样本托架及所述透镜设备，且其中所述透镜设备经安置以放大所述样本托架中的光学区域；及

附接机构，其经成形以将所述显微镜附接件连接到个人电子装置，其中所述附接机构经定位以在所述显微镜附接件连接到所述个人电子装置时，使所述透镜设备与安置于所述个人电子装置中的图像传感器光学对准，及

其中所述透镜设备通过安装于所述个人电子装置上的软件来控制以具有可变的光学放大，并通过所述软件来确定所述图像传感器捕获样本的图像数据的方式。

2.根据权利要求1所述的显微镜附接件，其中所述光源包含：

一或多个发光二极管；及

电力缆线，其具有第一侧及第二侧，其中所述电力缆线的所述第一侧耦合到所述一或多个发光二极管，且所述电力缆线的所述第二侧经配置以耦合到所述个人电子装置的电力及数据输出。

3.根据权利要求2所述的显微镜附接件，其进一步包括间隔件，所述间隔件安置于所述光源与所述样本托架之间，其中所述间隔件包含扩散器层，所述扩散器层经安置以使从所述一或多个发光二极管输出的光扩散。

4.根据权利要求1所述的显微镜附接件，其中所述光源包含光学发射器，其中所述光学发射器展现全内反射，且其中所述光学发射器以光学方式经耦合以从外部光源接收光。

5.根据权利要求4所述的显微镜附接件，其中所述外部光源安置于所述个人电子装置中。

6.根据权利要求1所述的显微镜附接件，其进一步包括滤光器，所述滤光器安置于所述样本托架与所述透镜设备之间。

7.根据权利要求6所述的显微镜附接件，其中所述滤光器传递可见光且排除UV光。

8.根据权利要求6所述的显微镜附接件，其中所述滤光器包含偏光镜。

9.一种结合蜂窝电话使用的显微镜附接件，其包括：

透镜设备及光源，其中所述透镜设备经配置以可移除地连接到所述蜂窝电话的表面，且使所述透镜设备与图像传感器光学对准，且其中所述图像传感器包含于所述蜂窝电话中；及

样本托架，其经安置以从所述光源接收光，其中所述样本托架与所述透镜设备光学对准，且其中所述样本托架经配置以允许样本光从样本行进通过所述透镜设备且进入到所述图像传感器中，及

其中所述透镜设备通过安装于所述蜂窝电话上的软件来控制以具有可变的光学放大，并通过所述软件来确定所述图像传感器捕获所述样本的图像数据的方式。

10.根据权利要求9所述的显微镜附接件，其中样本托架安置于所述光源与所述透镜设备之间。

11.根据权利要求9所述的显微镜附接件，其中所述光源及透镜设备安置于所述样本托架与所述图像传感器之间。

12.根据权利要求11所述的显微镜附接件，其进一步包括反射层，其中所述样本托架安置于所述反射层与所述光源之间，且其中所述反射层反射从所述光源发射的光。

13.根据权利要求9所述的显微镜附接件，其中所述光源包含一或多个发光二极管。

14.根据权利要求13所述的显微镜附接件，其中所述一或多个发光二极管电耦合到所述蜂窝电话以从所述蜂窝电话接收电力及操作数据。

15.一种使用根据权利要求1所述的显微镜附接件进行样本分析的方法，所述方法包括：

收集样本；

将所述样本放置于所述显微镜附接件的观察平面中，其中所述显微镜附接件连接到所述个人电子装置，其中将所述样本放置于所述显微镜附接件的观察平面中包括将所述样本放置于样本载体中以及将所述样本载体插入到所述显微镜附接件中所包含的所述样本托架中；

通过安装于所述个人电子装置上的软件来确定所述图像传感器捕获所述样本的图像数据的方式，并使用所述图像传感器捕获所述样本的所述图像数据；

将所述图像数据发送到处理器，其中所述处理器耦合到所述个人电子装置，且其中所述处理器分析所述图像数据且产生样本报告；及

输出所述样本报告。

16.根据权利要求15所述的方法，其中输出所述样本报告包含：将所述样本报告发送到所述个人电子装置的屏幕。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述个人电子装置包含安装于所述个人电子装置上以产生所述样本报告的软件。

Images