CN107076882A - 数字病理学扫描中的光照 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字病理学。为了提供可用成像辐射的增强使用，提供了一种数字病理学扫描仪（10），其包括辐射装置（12）、样品接收设备（14）、光学器件装置（16）以及传感器单元（18）。辐射装置包括源（20），所述源（20）提供用于辐射由样品接收设备接收的样品的电磁辐射（22）。另外，光学器件装置包括透镜（24）和滤波器（26）的群组中的至少一个，其布置在样品接收设备与传感器单元之间。传感器单元配置成提供受辐射的样品的图像数据。再进一步地，提供透镜阵列装置（28），其包括布置在源与样品接收设备之间的至少一个透镜阵列（30）。所述至少一个透镜阵列包括多个线性柱形透镜（32），其对来自源的电磁辐射进行调制，使得在物平面中生成辐射分布图案（34），其具有强化辐射的多个第一部分和微弱辐射的多个第二部分。

Description

数字病理学扫描中的光照

技术领域

本发明涉及数字病理学，并且特别地涉及数字病理学扫描仪。

背景技术

为了在例如医院的临床决策支持系统中集成病理学图像，使病理学切片以数字形式可用。因而，这被称为数字病理学。病理学切片通常通过提供用于该目的的数字病理学扫描仪来扫描以使图像可用于以数字形式的进一步检查。为了能够采集图像，必须光照病理学切片。WO 2011/080670 A1描述了一种用于针对数字病理学的数字扫描仪中的显微镜的传感器。已经示出，光照的质量是要求高的议题。为了扫描，可以提供用于预览目的的低分辨率扫描，并且可以提供高分辨率扫描以用于实际的图像采集。提供预览以例如标识感兴趣的区域。提供高分辨率扫描以便以主要由可用光限制确定的速度在高分辨率下扫描感兴趣的区域。然而，已经示出，来自光源的可用光的高效使用是针对高扫描速度的中心方面。

发明内容

因而可能存在提供具有可用成像辐射的增强使用的数字病理学扫描仪的需要。

本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中另外的实施例合并在从属权利要求中。

根据本发明，提供了一种数字病理学扫描仪，包括辐射装置、样品接收设备、光学器件装置和传感器单元。辐射装置包括源，所述源提供用于辐射由样品接收设备接收的样品的电磁辐射。光学器件装置包括透镜和滤波器的群组中的至少一个，其布置在样品接收设备与传感器单元之间。传感器单元配置成提供受辐射的样品的图像数据。提供了一种透镜阵列装置，包括布置在所述源与样品接收设备之间的至少一个透镜阵列。所述至少一个透镜阵列包括多个线性柱形透镜，其对来自所述源的电磁辐射进行调制，使得在物平面中生成辐射分布图案，其具有强化辐射的多个第一部分和微弱辐射的多个第二部分。

以上描述的透镜阵列装置的提供实现所提供的辐射的集中，并且因而高效利用所提供的辐射以用于光照目的。在强化辐射部分中，提供比没有使用透镜阵列装置的情况更多的辐射（例如光）。因而，以所提供的强化辐射部分的形式的光（光照）的集中允许光（光照）的更高效使用并且因而支持高扫描速度。

在示例中，在扫描仪中提供两个或更多个，例如四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个透镜阵列。

根据示例，线性柱形透镜布置成邻近于彼此以提供来自所述源的电磁辐射的连续调制。

这允许所有辐射（例如由所述源提供的全部光）的优化使用。

根据示例，辐射装置包括具有光源的光照单元。透镜阵列装置包括光照透镜阵列，其布置在光源与样品接收设备之间，并且对来自光源的光进行调制，使得生成光照分布图案，其具有强化光照的多个第一部分和微弱光照的多个第二部分。

这提供了可以向样品提供光照光以用于扫描样品，例如以透射方式。

根据示例，光学器件装置配置用于针对明场模式扫描的透射光照模式，其中来自光照单元的光直接朝向传感器单元透射。

根据示例，辐射装置包括荧光激发单元，其具有激发光源和激发光源前方的激发滤波器。透镜阵列装置包括激发透镜阵列，其布置在激发光源与样品接收设备之间，并且对来自激发光源的激发光进行调制，使得生成激发分布图案，其具有强化激发光的多个第一部分和微弱激发光的多个第二部分。

因而，还可以根据提供荧光图像信息来对样品进行成像。

根据示例，光学器件装置配置用于针对荧光模式扫描的反射光照模式，其中来自荧光激发单元的光朝向样品透射，并且其中所生成的荧光辐射然后朝向传感器单元透射。

在示例中，通过提供具有光照透镜阵列的光照单元和具有激发透镜阵列的荧光激发单元，提供两种模式，即透射光照模式和荧光模式。

根据示例，传感器单元包括传感器，所述传感器具有线性光活性区域的多个第一部分和其间的光非活性区域的多个第二部分的传感器图案。所述多个线性柱形透镜的数目与所述多个线性光活性区域的数目匹配。

这允许由光源提供的光的高效使用，并且因而效率显著增加且因此使得能够实现更快的扫描。

根据示例，一个线性光活性区域包括一个或多个像素行，例如一个线性光活性区域可以包括四个像素行。线性光活性区域的这些像素行在时间延迟与积分模式（TDI模式）中工作，该模式还称为时间延迟与积分扫描，其可以增强灵敏度。

根据示例，在光活性区域与光非活性区域的比率小于1:1的情况下提供传感器图案，例如具有4:13的比率。

根据示例，物平面中的辐射分布图案或光照分布图案或激发分布图案对应于传感器图案。

在另一示例中，物平面中的辐射分布图案、光照分布图案和激发分布图案中的两个或更多个对应于传感器图案。

根据一方面，提供了一种透镜阵列以便对已经处于物平面中的电磁辐射（即光）进行调制，以用于提供物平面中的强化区，其允许（至少是指这些区）光的更高效使用并且因此允许更快的扫描速度。物平面中的强化部分的分布与透镜阵列的提供可以与传感器区段的相应图案匹配，传感器区段提供相应的图像数据。

本发明的这些和其它方面将从以下描述的实施例变得明显，并且将参照以下描述的实施例进行阐述。

附图说明

将在下文中参照以下各图来描述本发明的示例性实施例：

图1示出数字病理学扫描仪的示例的示意性设置。

图2示出在图1的扫描仪中使用的透镜阵列的截面。

图3示出图2的透镜阵列的顶视图。

图4示出由图2的透镜阵列引起的光分布图案。

图5示出具有另外的选项的数字病理学扫描仪的另外的示例的设置。

图6示出跨图1的扫描仪的物平面的光分布图案。

图7示出在图1的扫描仪中使用的传感器单元的示例。

具体实施方式

图1图示了数字病理学扫描仪10的图。要指出的是，图1还提供了作为示例而提供并且对于以下描述的数字病理学扫描仪10而言并非强制的选项。

数字病理学扫描仪10包括辐射装置12、样品接收设备14和光学器件装置16。再进一步地，提供传感器单元18。

辐射装置12包括源20，其提供用于辐射由样品接收设备14接收的样品的电磁辐射22。光学器件装置16包括透镜24和滤波器26的群组中的至少一个，其布置在样品接收设备14与传感器单元18之间。传感器单元18配置成提供受辐射的样品的图像数据。另外，提供了透镜阵列装置28，其包括布置在源20与样品接收设备14之间的至少一个透镜阵列30。所述至少一个透镜阵列30包括多个线性柱形透镜32，其对来自源20的电磁辐射22进行调制，使得在物平面（未进一步指示）中，即在其中布置物体的平面中，生成辐射分布图案（还参见下文），其具有强化辐射的多个第一部分和微弱辐射的多个第二部分。

透镜阵列装置提供辐射（即用于扫描的光）向特定区域的集中，并且允许这些区域中的改进的扫描。这增加效率，并且使得能够实现例如更快的扫描。

要指出的是，在下文中，还提供针对源20的装置的更详细示例。

在图2中，提供所述至少一个透镜阵列30的详细截面。示出所述多个线性柱形透镜32。

在图3中，指示所述至少一个透镜阵列30的顶视图。空白部分33指示透镜阵列可能具有线性柱形透镜32的另外行，并且可以在大小以及还有比例方面变化，即透镜阵列30可以具有更多或更少行的线性柱形透镜32，并且线性柱形透镜32可以具有线性方向上的更长或更短的延伸。

在靠近图3示出的图4中，示出强度分布图案34，其由所述多个线性柱形透镜32引起。如可以看到的，除了如利用参考标记38指示的微弱辐射的所述多个第二部分之外，提供利用参考标记36指示的强化辐射的第一部分的交替图案。点线35指示该图可以依赖于透镜阵列而进一步变化。透镜阵列装置28提供物平面（其还可以称为样品平面）中的光分布的更改。

电磁辐射可以例如提供为可见光或不可见光，诸如红外光或紫外光。

术语“进行调制”还可以称为对辐射进行聚焦。

术语“数字病理学”涉及以数字切片的形式提供来自样品或探查物的信息。术语“样品”或“探查物”涉及提供用来成像的示例。例如，探查物是以切片形式提供的经着色的组织。从作为探查物的组织或流体或其它样品的切片拍取图像，并且然后将图像以数字形式提供给图像管理系统。所采集的图像作为与可以由显微镜提供的图像类似的病理学图像（或病理学切片）而提供。因而，还可以使用术语数字显微镜或虚拟显微镜。数字切片允许在计算机环境中查看、分析和管理数据。术语“数字病理学扫描仪”涉及提供用于扫描探查物以生成作为数字切片的图像数据的设备。探查物可以例如提供为经准备或预处置的探查物，以便经过光照和扫描来采集以数字形式的图像数据。可以提供适合于大数目的切片的便利采集的扫描仪。

术语“辐射装置”涉及提供用于实际扫描过程（例如预扫描进程或主扫描进程）的光（对人眼可见或不可见）的扫描仪的部分。“辐射装置”可以提供为光照探查物的“光照单元”以能够通过充当成像单元的传感器单元来检测相应图像信息。术语“光照单元”涉及用于生成用于另外目的的光的单元或组件。

术语“物平面”涉及在扫描进程期间在其中布置样品的平面。“物平面”还称为样品平面。物平面因而不同于成像平面，因为传感器单元未布置在与物体（即样品或探查物）相同的平面中。

“样品接收设备”涉及临时支持样品以用于扫描进程的提供物。在示例中，提供用于接收样品支持物的插入物或容器。样品支持物可以提供为支撑要扫描的样品的玻璃板（或两个玻璃板），该样品还可以临时固定到样品支持物。在另一示例中，提供指定空间以便出于成像目的而布置样品，例如作为样品接收空间。

提供“光学器件装置”以提供例如电磁辐射（即可见和/或不可见光）的引导、偏转、聚焦和反射。

在示例中，光学器件装置包括样品接收设备的邻域中的物镜。光学器件装置还可以包括用于将光从样品聚焦到传感器单元的镜筒透镜。可以提供镜体来使经聚焦的光朝向传感器单元偏转以允许例如紧凑的装置。

柱形透镜32通过将一个方向上的辐射聚焦到多个行来调制辐射，例如在平行柱形透镜的情况下平行的行。强化辐射的所述多个第一部分和微弱辐射的所述多个第二部分以交替方式布置，如以上所讨论。

在示例中，如图2中所指示，线性柱形透镜32布置成邻近于彼此以提供来自源20的电磁辐射的连续调制。术语“线性”涉及透镜的线性延伸，如示出透镜阵列30的顶视图的图3中所指示。

在图5中指示的示例中，与另外的选项一起，辐射装置12包括具有光源42的光照单元40。透镜阵列装置28包括至少一个光照透镜阵列44，其布置在光源42与样品接收设备14之间并且对来自光源的光进行调制，使得生成光照分布图案，其具有强化光照的多个第一部分和微弱光照的多个第二部分。光照单元40还可以包括聚光器（在图5中未明确示出），其布置在光照透镜阵列44与样品接收设备14之间。聚光器与光照透镜阵列44一起工作以形成期望的光照分布图案。

取代于一个，还提供两个或更多个光照透镜阵列44。根据示例，光学器件装置16配置用于针对明场模式扫描的透射光照模式，其中来自光照单元40的光透射通过支持在样品接收设备14上的样品并且然后直接朝向传感器单元18。

在示例中，辐射装置12仅包括光照单元40。透镜阵列因而提供为光照透镜阵列。要指出的是，图5还示出另外的选项，如在下文中所述。

根据另一示例，同样如图5中的另外的选项所示，然而在没有光照单元40的以上提到的选项的情况下也提供，辐射装置12包括荧光激发单元50，其具有激发光源52和激发光源52前方的激发滤波器54。透镜阵列装置28包括至少一个激发透镜阵列56，其布置在激发光源52与样品接收设备14之间，并且对来自激发光源52的激发光进行调制，使得生成激发分布图案，其具有强化激发光的多个第一部分和微弱激发光的多个第二部分。

取代于一个，还提供两个或更多个激发透镜阵列56。

如以上所指示的，在示例中，辐射装置12仅包括荧光激发单元50。因而将透镜阵列提供为激发透镜阵列。要指出的是，图5还示出另外的选项，如以上所述。

在示例中，如图5中所指示，辐射装置12包括光照单元40和荧光激发单元50二者。透镜阵列装置因而包括光照透镜阵列和激发透镜阵列二者。

在示例中，光学器件装置16包括分色镜60以允许激发光朝向样品的反射并且允许从样品发出的光朝向传感器单元18的透射。

在示例中，激发透镜阵列56提供有透镜，该透镜具有与光照透镜阵列44的透镜不同的焦距。

在示例中，激发透镜阵列布置在激发光源52与激发滤波器54之间，即在激发光源52前方（即根据激发光辐射方向或传播，跟随激发光源52），但是在激发滤波器54之前（根据激发光辐射方向）。在另一示例中，激发透镜阵列56布置在激发滤波器54与样品接收设备14（即切片）之间，即跟随（根据激发光辐射方向）激发滤波器54，例如在激发滤波器54与另外的光学器件之间。

在示例中，光学器件装置配置用于针对荧光模式扫描的反射光照模式，其中来自荧光激发单元的激发光朝向样品透射，并且其中所生成的荧光辐射然后由光学器件装置16收集并朝向传感器单元透射，其中光照在样品上的激发光和从受光照的样品收集的所生成的荧光辐射处于样品接收设备16的相同侧。

在图5中，作为选项，提供另外的镜体62，其朝向传感器单元18反射辐射。作为另外的选项，图5还示出布置在样品接收设备14的邻域中的物镜64的提供。

在图6中，指示了物空间66的图示，其示出具有强化辐射部分70和微弱辐射部分72的相应辐射分布图案68。

图7图示了根据示例的作为传感器单元18的部分的传感器74的顶视图或正视图。提供传感器74，所述传感器74具有线性光活性区域76的多个第一部分和其间的光非活性区域78的多个第二部分的传感器图案。光活性区域76还可以称为（线性）传感器区段，因为这些区段提供传感器单元18的感测效果。光非活性区域78还可以称为区段或非活性区段，因为这些区段对感测效果没有贡献。取代于区域或区段，还可以使用术语部段或部分。

点75指示可以提供更多或更少行的光活性区域76。空白部分77指示光活性区域76可以具有线性方向上的进一步或更短的延伸。因而，传感器可以在大小以及还有比例方面变化。

光活性区域76包括布置为（传感器）像素行的多个传感器元件80。因而，传感器元件80还可以称为像素。传感器图案因而提供像空间，即可以跨其测量（即通过（传感器）像素行检测）图像数据的区域。一个光活性区域76可以包括一个或多个像素行，例如一个光活性区域包括四个像素行。光活性区域的这些像素行在时间延迟与积分模式（TDI模式）中工作，该模式还称为时间延迟与积分扫描，其可以增强灵敏度。

根据示例，所述至少一个透镜阵列的所述多个线性柱形透镜的数目与传感器的所述多个线性光活性区域的数目匹配。

像空间因而对应于限定样品的扫描区域大小的物空间。物空间是由样品接收设备提供的、可以在扫描期间跨其检测图像数据的区域。

物空间中的光的调制（在光照模式中，例如明场模式，和/或在荧光模式中）对应于传感器单元18的像空间中的传感器或像素行布置。

对辐射进行调制以提供物平面中的辐射分布图案的透镜阵列装置28的供应与以传感器图案的形式布置的线性光活性区域组合提供了来自辐射装置的光的最大量的使用，即来自光源的输出的最大使用。理论上（或实际上）100%的光用于扫描目的。

因而提供了具有柱形透镜32的透镜阵列装置以定制物平面中以及还有成像平面中的光分布，使得光分布与传感器（还称为相机或相机单元）的像素行分布匹配。

柱形透镜的焦度需要遵从（数字病理学）扫描仪与（充当显微镜的数字病理学扫描仪的）聚光器设计的系统距离。例如，1μm（微米）x1μm的物空间的区域涉及4x4像素。在另一示例中，1025μmx540μm的物空间涉及4096x2160像素。

在示例中，阵列中的透镜的数目对应于检测器中的线性光活性区域的数目。作为示例，以下公式可以用于近似或确定透镜阵列装置的各个柱形透镜的焦距：

其中光瞳入射是聚光器在明场模式中的入射光瞳或物镜在荧光模式中的入射光瞳，f _cyl 是阵列中的各个透镜的焦距，f _eff 是聚光器在明场模式中或物镜在荧光模式中的有效焦距，并且“物空间宽度”是要在物空间中获取的期望宽度，例如可以要求其大于540μm（微米）。

该公式描绘了为明场和荧光模式提供不同的透镜阵列。

在示例中，提供透镜的规则重复图案，即具有相同的间距。在另一示例中，提供具有不规则间距的透镜图案。一般而言，图案（以及因而间距）涉及传感器单元的敏感区域的图案。

作为示例，在光活性区域与光非活性区域的比率近似小于1:1的情况下提供传感器图案。在示例中，光活性区域与光非活性区域的比率为4:13。在其它示例中，提供其它比率，诸如小于1:2，或者小于1:3，或者小于1:4，或者小于1:5，或者具有其间的值的比率。

因而，在示例中，线性光活性区域包括四行像素，并且将光非活性区域提供为对应于十三行像素的宽度的非感测空间。

在包括光照单元的辐射装置的示例中，光照透镜阵列的所述多个线性柱形透镜的数目与所述多个线性光活性区域的数目匹配。

在包括荧光激发单元的辐射装置的示例中，激发透镜阵列的所述多个线性柱形透镜的数目与所述多个线性光活性区域的数目匹配。

在包括光照单元和荧光激发单元的辐射装置的示例中，光照透镜阵列和激发透镜阵列的所述多个线性柱形透镜的数目二者与所述多个线性光活性区域的数目匹配。由于透镜阵列装置的提供，光的高效使用可以提供改进，其可以用于例如缩短总体扫描时间，例如光越多，则越快的扫描速度是可能的，或者放松光照单元的规范。

除了属于实施例的特征的组合之外，涉及不同实施例的特征之间的任何组合也视为利用本申请所公开。所有特征可以组合，从而提供比特征的简单相加更多的协同效果。

虽然已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述要视为是说明性或示例性而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变形。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以履行在权利要求中叙述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。

Claims (11)

1.一种数字病理学扫描仪（10），包括：

- 辐射装置（12）；

- 样品接收设备（14）；

- 光学器件装置（16）；以及

- 传感器单元（18）；

其中辐射装置包括源（20），所述源（20）提供用于辐射由样品接收设备接收的样品的电磁辐射（22）；

其中光学器件装置包括以下群组中的至少一个：透镜（24）和滤波器（26），其布置在样品接收设备与传感器单元之间；

其中传感器单元配置成提供受辐射的样品的图像数据；并且

其中提供透镜阵列装置（28），所述透镜阵列装置（28）包括布置在源与样品接收设备之间的至少一个透镜阵列（30）；其中所述至少一个透镜阵列包括多个线性柱形透镜（32），所述多个线性柱形透镜（32）对来自源的电磁辐射进行调制，使得在物平面中生成辐射分布图案（34），所述辐射分布图案（34）具有强化辐射的多个第一部分和微弱辐射的多个第二部分。

2.根据权利要求1所述的数字病理学扫描仪，其中线性柱形透镜布置成邻近于彼此以提供来自源的电磁辐射的连续调制。

3.根据权利要求1或2所述的数字病理学扫描仪，其中辐射装置包括具有光源（42）的光照单元（40）；并且

其中透镜阵列装置包括光照透镜阵列（44），所述光照透镜阵列（44）布置在光源与样品接收设备之间，并且对来自光源的光进行调制，使得生成光照分布图案，所述光照分布图案具有强化光照的多个第一部分和微弱光照的多个第二部分。

4.根据权利要求3所述的数字病理学扫描仪，其中光学器件装置配置用于针对明场模式扫描的透射光照模式，其中来自光照单元的光透射通过支持在样品接收设备14上的样品并且然后直接朝向传感器单元。

5.根据前述权利要求之一所述的数字病理学扫描仪，其中辐射装置包括荧光激发单元（50），所述荧光激发单元（50）具有激发光源（52）和激发光源前方的激发滤波器（54）；并且

其中透镜阵列装置包括激发透镜阵列（56），所述激发透镜阵列（56）布置在激发光源与样品接收设备之间，并且对来自激发光源的激发光进行调制，使得生成激发分布图案，所述激发分布图案具有强化激发光的多个第一部分和微弱激发光的多个第二部分。

6.根据权利要求5所述的数字病理学扫描仪，其中光学器件装置配置用于针对荧光模式扫描的反射光照模式，其中来自荧光激发单元的激发光朝向样品透射，并且其中所生成的荧光辐射然后由光学器件装置收集并朝向传感器单元透射，其中光照在样品上的激发光和从受光照的样品收集的所生成的荧光辐射处于样品接收设备的相同侧。

7.根据前述权利要求之一所述的数字病理学扫描仪，其中传感器单元包括传感器（74），所述传感器（74）具有线性光活性区域（76）的多个第一部分和其间的光非活性区域（78）的多个第二部分的传感器图案；并且

其中所述多个线性柱形透镜的数目与所述多个线性光活性区域的数目匹配。

8.根据权利要求7所述的数字病理学扫描仪，其中在线性光活性区域上包括一个或多个像素行，并且这些像素行在时间延迟与积分模式中工作。

9.根据权利要求7或8所述的数字病理学扫描仪，其中在光活性区域与光非活性区域的比率小于1:1的情况下提供传感器图案。

10.根据权利要求9所述的数字病理学扫描仪，其中光活性区域与光非活性区域的比率为4:13。

11.根据权利要求7-10中任何一项所述的数字病理学扫描仪，其中物平面中的辐射分布图案（34）或光照分布图案或激发分布图案对应于传感器图案。