CN108627511A - 一种显微光学成像检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显微光学成像检测方法和装置，采用包括由多个光敏探测微小单元组成阵列的图像传感器，其中每个光敏探测微小单元构成一个像素单元。检测方法的具体步骤为：将待检物样品放置于图像传感器面向照明光线的正面，使待检物样品与图像传感器构成近场光学的成像环境，并由图像传感器对待检物样品进行光学投影和/或拍照，利用样品中待检生物体的形态与其周围生物体所具有的区别特性，对待检生物体的存在或者数量进行确定。本发明摒弃了传统的利用光学透镜的检测方法，利用小像素尺寸图像传感器可直接实现微生物样品的投影成像，可用于微小物质，特别是液态微生物的光学检测。

Description

一种显微光学成像检测方法和装置

技术领域

本发明涉及一种基于显微光学成像方法和装置，特别是一种基于小像素尺寸图像传感器的无透镜光学成像方法和装置，用于微小物质，特别是微生物的光学成像和检测。

背景技术

微观世界的探索为许多重大科学发现奠定了基础。近些年的科学突破大多来自于微观世界的探索，生命科学的发展也部分依赖于对于微观世界的认知。其中，对微观物质、微生物，特别的活体微生物的直接观测，是认识这些物质的重要手段。

在物质微观研究中，例如临床医学和微生物研究中，微生物体的直观形貌，对于人们对其各方面特性的认识有着很大的作用，在一些方面可以与其各项理化指标相互印证。例如，血细胞中的变异细胞，特别是癌细胞，如果能在显微镜中直接观察到，根据其数量、密度和形貌，可以对病人的健康状况做出更准确的认识，有利于制定更精确的治疗方案。又如，如能用光学显微镜下直接地观察动物或人的精子，其数量和活动往往可以是该动物或人体健康和生育能力的一个指标。

对微米以上尺度的微观物体的观测，一般通过常规的光学显微镜来实现。这类光学显微镜需要通过光学透镜对微生物样品进行放大和成像。由于透镜的存在，使采用这种检测方法的检测装置体积较大。同时由于衍射极限的限制，导致这种方法无法突破200nm的极限分辨率。另外，传统光学透镜显微技术受到其工作机理的限制，无法在实现高分辨的同时实现大的视场，使得统计检测时间长、成本高。

采用这类常规光学显微镜技术的最好结果是：德国马克斯－普朗克协会下属的生物物理化学研究所在2007年3月28日宣布研制成一种应用激光的光学显微镜，巧妙地借助脉冲激光的作用，使显微镜的分辨率在200nm这个"阿贝尔极限"的基础上降低了30％。不过，所有这类常规光学显微镜技术，都受限于透镜系统这个约束条件，使用很不方便。

电子显微镜和隧道扫描显微镜的原理与传统的光学显微镜完全不同。虽然它们的分辨率比光学显微镜提高了数千倍，但这两类方法中的任何一种，都存在样品处理和制备过程复杂，生物细胞的有机结构会被破坏的缺点。同时，它们也无法提供样品的清晰的光学形象。例如，血液中的多种细胞(例如白细胞和红细胞)的尺度在10微米或更大。用光学手段对这样的细胞进行直观的观测，需要有分辨率为1微米上下的光学显微镜。但是分辨率在1μm上下的光学显微镜的视场均比较小。

因此，微生物方面的研究需要结构和操作较为方便，视场较大，同时其分辨率又能达到一定水平的光学显微方法以及相应的光学显微镜。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提出一种具体的基于小像素尺寸图像传感器的无透镜成像检测方法以及成像检测装置，摒弃传统的利用光学透镜的检测方法，利用小像素尺寸图像传感器直接实现微生物样品的投影成像。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种显微光学成像检测方法，用于检测微小物质，采用包括由多个光敏探测微小单元组成阵列的图像传感器，其中每个光敏探测微小单元构成一个像素单元，用于对待检样品提供照明，将待检物样品放置于图像传感器面向检测光线的正面，并且使所述样品与图像传感器构成近场光学的成像环境，由所述图像传感器对待检物样品进行光学投影和/或拍照。

所述近场光学成像是相对于通常意义的远场光学而言。常规的远场成像包括显微镜以及各种光学镜头的成像，而近场环境即为距离物体表面的距离是与光波长相当的范围(例如比波长略小，即零点几个波长，直至几个波长)，近场环境的成像无需光学透镜。然后由所述的图像传感器直接对待检物样本进行光学成像，并进一步对所述样本进行观察、分析和拍照。

其中所述的光敏探测微小单元例如可以是尺寸不大于1μm的半浮栅晶体管和复合介质栅光敏探测器。

其中所述的半浮栅晶体管例如可以是文献(Wang P,Lin X,Liu L,et al.A semi-floating gate transistor for low-voltage ultrafast memory and sensingoperation.[J].Science(New York,N.Y.),2013,341(6146):640-643.)中所述的半浮栅晶体管。即使按照目前的技术水平，这类可用于光敏探测的半浮栅晶体管很容易做到尺寸小于1μm。

其中所述的复合介质栅光敏探测器例如可以是美国专利US 8,604,409中所述的那种复合介质栅光敏探测器。即使按照目前的技术水平，这类复合介质栅光敏探测器很容易做到尺寸略小于1μm。

根据本发明的显微光学成像检测方法，需要对样品进行照明，并使光透射到样品后方的图像传感器上。可以用多种方式对样品进行照明。

一种方式是，可以采用背景光对样品进行照明。例如，当样品紧贴所述传感器表面时，即使不采用特别的光源，只借助背景光，也可以实现对样品的感光和检测。采用这种方法，以及采用这类装置时，当样品的成像信息与背景光透射到图像传感器的部分相比不足够强时，需要对背景光本底进行扣除。可以如本领域技术人员所熟知的，用校准过的样品，进行背景光本底的扣除。例如，就加样品和不加样品两种情况分别进行成像，然后对这两幅像进行处理，得到样品的图像。然后，再用这个已知的样品的像在相似的背景光环境下去成像，来推算新环境的背景光特征。进一步，以所得的新环境的背景光特征为本底，对新的样品的成像进行本底扣除，得到新的样品的图像。当然，实际的成像和图像过程比这里所说的更为复杂，而且成像的复杂度也依赖于周围环境。但本领域技术人员不难依据这里所示的方法，根据具体的样品、环境、照明光的波谱以及实际的成像设备等具体因素，对测量过程和参数做出合理的安排。在实际中，总是会努力搭建一个比较容易处理的环境，使后续的数据处理变得简单。

相对于用背景光对样品进行照明，本发明中一种更为优选的方法是，在样品相背于所述图像传感器的那面，设置一个光源，在所述图像传感器对样品进行成像时，对样品进行照明。这种照明方式的前提是，环境背景光的光强较弱，波谱也不会对成像有足够强的干扰。即，采用至少一个对光谱对样品特异的照明灯。

其中，一种较简单的方式是，在样品的上面设置一个点光源或平面光源。根据样品的具体情况，光源的光谱可以是广谱光，或者是某一种单色光。采用这种方法，可以在所述图像传感器上生成关于样品的平面图像。

例如，可以采用一个激光光源，在光源后面加上一个透镜或透镜组，使出射光斑的面积大于样品的面积。还可以采用一个由多个LED光源所组成的LED光源组件，并使所述LED光源组件中的各个LED光源的出射光彼此平行。

如果要生成所述样品的立体像，可以采用另一种方法，设置至少三个相干光源，沿不同方向对所述样品进行照明，所述图像传感器分别接收所述样品经至少三个相干光源照射后的透射光，分别形成至少三个二维图像，并将这至少三个二维图像合成为样品的立体图像。

将上述多个二维图像合成为一个立体图像的方法，传统的光场采集系统依赖于多相机阵列，成本高昂。得益于同轴芯片显微技术的先天优势，依据光路可逆原理，来自不同位置的光源照射样本所成的像等效于从不同位置观测样本。可以基于光场重构理论实现样本的空间信息，从而获得物体准确的三维成像。

上面的方法例如可以是，在样品的上方，相对于样品位置以及样品所在平面的不同空间角，设置三个光源。这三个光源可以是采用同一种波长的单色光，采用分时隙工作的方式，使这三个光源交替地对所述样品进行照明和成像。或者，当采有对不同波长光都敏感，例如宽谱的的图像传感器时，也可以使三个波长不同的光源同时或分时工作，这三个光源所发出的光彼此不干涉。使所述的图像传感器接收所有经过样品的光，并在后端进行类似于分光的处理，依光谱的区别，将接收光图像分为三个二维光图像，再依据各个光源相对于样品的空间角，使这三个二维光图像转换为适当平面的图像，并据此生成有关样品的三维图像。

除采用上述固定的单光源或三个以上光源的光源组对样品进行照明外，还可以采用另一类光源架构。当光源的直接出射光斑小于样品时(例如采用的是激光点光源，或出射微小光斑的LED光源)，可以采用适当的机械装置，驱使所述光源对样品进行扫描，形成所需的像。或者也可以采用另一类机械装置，驱动一个透镜或反光镜进行往复运动，调制所述的点光源的出射光，经过一个周期的运动后，能够对样品区的所有部分实现照明、感光和成像。

作为本发明上述一般的成像检测方法的一个相关的应用，本发明还提供了例如对血液样品中的血小板或癌细胞进行筛选的方法。由于血液中大多数都是血红细胞，所以本方法即为从血红细胞中筛选出血小板或癌细胞的方法。将血液样品放置于图像传感器感光面，由所述的图像传感器直接对血液样品进行光学投影和/或拍照。由于血小板在激活后会在细胞表面形成大量突起，与血红细胞形成显著区别，对所得图像进行简单的形貌筛选即可筛选出血液样品中的血小板的数目。同样的癌细胞与血红细胞在尺寸上有显著的区别，可以通过简单的尺寸的筛选即可筛选出血液样品中的癌细胞。

根据本发明的一个进一步的方面，本发明还提供了一种对长条状、棍状或长直链状生物体(例如线粒体，DNA单链)进行检测的方法。当这类生物体的侧面尺度(例如宽度或直径)小于一个成像单元时，用上述方法很难直接进行成像，需要采用适当的数据后处理，以还原出所述生物体的像。

采用本发明的这个方法，需要对样品区进行均匀的照明和成像，使各个成像单元得到同样或相似的照明条件，即用强度和灰度值已知的均匀光对样品区进行照明。并且，采用电磁学或生物学方法，对所述的生物样品施加一个场(例如电磁场)，使所述的生物样品在检测平面的投影最大或较大。

对所述样品的成像数据进行分析。这类生物体的长度使其跨越一个或多个成像单元，其横向尺度又小于一个成像单元。需要根据目标细胞的大致长度，以在一方向(成像区域的横向、纵向或斜向)连续的多个成像单元都存在成像信号为判据，筛选出可能的目标生物体。

棍状体成像时，其横向尺度和方向与其在成像区域的覆盖状态存在关系。这种关系，例如可以是一种几何上的直观覆盖关系。以在成像区域的方向与成像传感器相邻的数个成像单元的成像信号的灰度值的关系，对样品区各成像单元的灰度信号值矩阵求解，计算出目标生物体的横向尺度及其在成像区域的方向，并据此对其进行图像还原。

当长条状、棍状或长直链状生物体的长扁比(长度与宽度或直径的比值)很大，并且其宽度或直径又小于一个成像单元的尺度时，采用这种方法，可以有效地鉴别出这类生物体。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种显微光学成像检测装置，采用近场光学结构，用透射光对样品进行成像，包括：

光源，用于对待检物样品进行照射；

样品承载器，用于容纳、附着或承载所述待检物样品；

图像传感器，紧贴于所述样品承载器，并且所述样品承载器与图像传感器构成近场光学结构；所述图像传感器接收穿过所述待检物样品和样品承载器的透射光，并对所述待检物样品进行成像；

数据处理模块，用于对所述图像传感器接收的透射光进行处理，剔除背景噪声部分，生成待检物样品的光学影像，并通过显示模块将光学影像进行显示，或将光学影像进行存储和/或传送。

所述样品承载器，根据样品的不同与成像要求的不同，可以是一个透明片(例如透明的玻璃片或塑料片)，当生物样品被采样后，直接滴到或涂覆到所述的透明片上。或者，所述的样品承载器也可以是一个透明容器，用于容纳液体样品。所述样品承载器可以被设计为可取下的部件，也可被设计为固定式的。

由于样品与图像传感器的距离要满足近场条件，装置的一种设置方式是，样品承载器就附着在所述的图像传感器表面。在这种布置下，所述的样品承载器就是图像传感器在出厂时表面的透明保护层。由于所述的保护层紧贴在图像传感器表面，这种布置方式的优点是，没有杂散光从样品与图像传感器之间进入到图像传感器之中，可以提高成像的精度或锐度。

本发明装置中的图像传感器可以按照分辨率的要求，来进行合理选择。例如，进行微米尺度生物体(例如人体细胞、精子)的成像，图像传感器中每个成像单元需要在亚微米尺度，例如可以为被成像生物体尺度的1/5,甚至1/10以下。

图像传感器中的光敏探测微小单元还可以采用半浮栅晶体管。所述的半浮栅晶体管例如可以是文献(Wang P,Lin X,Liu L,et al.A semi-floating gate transistor forlow-voltage ultrafast memory and sensing operation.[J].Science(New York,N.Y.),2013,341(6146):640-643.)中所述的半浮栅晶体管。即使按照目前的技术水平，这类可用于光敏探测的半浮栅晶体管很容易做到尺寸小于1μm。

或者，图像传感器中的光敏探测微小单元例如还可以采用复合介质栅光敏探测器，例如美国专利US 8,604,409中所公开的复合介质栅光敏探测器。按照目前的技术水平，这类复合介质栅光敏探测器很容易做到尺寸小于1μm，采用65nm的标准闪存工艺，该探测器像素尺寸可以到达200nm。

所述的图像传感器，就机械部分而言，可以与装置的其它部分做成一体式，也可以做成可拆式，即可以采用类似于机械卡扣、卡座类连接部件，以及相应的电连接部件，将所述的可取下的图像传感器与本发明装置的其它部分自由地搭接和分离。这种结构的优点是，可以自由地更换图像传感器。

本发明装置的一种实施方式是，将样品承载器与图像传感器合二为一，即将样品承载器直接固定(例如以贴附的方式固定)在图像传感器的表面。在进行成像准备时，直接将液体样品涂覆在所述的承载器上。

对于固态微物质，可以将它们布设、遗撒或放置在所述的样品承载器上。如样品呈透光不十分好的固态，可以将它们切片后，再放置在样品承载器。

所述显示模块，可以是与所述的图像传感器固定在一起的显示器，以及/或者是与所述的图像传感器光电连接的、外接的显示器。

在利用本发明的装置进行成像时，可以利用背景光对样品进行照明。在这种设置中，本发明的装置不需要单独的光源。

作为一种优选的方式，本发明的显微光学成像检测装置还带有单独的光源。所述的光源可以为一个平面光源，或一个较大的点光源，被放置在样品附近，对样品进行照明。就光源的波长而言，所述的光源其可以为单色光源，也可以是一个宽谱光源，只要能满足照明需要，并能与其后的图像传感器匹配即可。

根据本发明装置的一个进一步的方面，本发明还提供了可以进行三维成像的显微光学成像检测装置。该装置包括至少三个相干光源，所述的这些相干光源被集成在一个光源盘或光源架上，相对于样品具有便于立体成像的、不同的空间角。各个相干光源的出射光可以是相同波长的光，工作时这些相干光源可以被设置得交替地工作，并使所述的图像传感器相应地接收各个相干光源所发射的光作用于所述样品后的出射光，形成一个二维图像，数据处理模块再将所得的多个二维图像进行合成，生成一个三维的立体像。

另一方面，本发明的检测装置还包括：存储器，包括一个存储元件，用于存储被感光样品的成像数据。所述图像传感器通过第一数据接口与所述存储元件连接，图像传感器将所得到的样品的成像数据存储在所述存储元件中。存储器通过第二数据接口将所述存储器中的关于样品的成像信息输出到外界。

本发明装置的分辨率取决于图像传感器的像素尺寸。按照目前的技术水平，像素尺寸可以做到1微米(1000nm)以下。随着微电子技术的发展，这个尺寸有望进一步被缩小。

本发明的方法和装置的有益效果是：不需采用光学透镜系统的检测方法，减小了系统的复杂度，实现了微生物检测的简易便捷性。就成像精度而言，由于本发明的方案可突破所用光波的衍射极限(例如公知的200nm左右的衍射极限)，使成像精度更高，可用于微小物质，特别是液态微生物的光学检测。此外，本发明的方案实现了高分辨和大视场成像的统一。由于该检测技术的分辨率取决于图像传感器的像素尺寸，而视场取决于图像传感器的集成规模，因此可以在实现高分辨的同时获得大的视场，从而缩短统计检测时间，降低成本。

附图说明

图1为包括多个光敏探测微小单元的图像传感器；该图像传感器2包括多个小尺寸光敏探测单元1，小尺寸光敏探测单元1的数目即为图像传感器2的像素数目。

图2为基于小像素尺寸图像传感器的显微光学成像检测方法，即，将相对于检测光线待检物样品3放置于图像传感器2的感光面，使样品3与图像传感器2构成近场光学的成像环境，并由图像传感器2直接对待检物样品3进行光学投影和/或拍照。

图3为复合介质栅光敏探测器结构示意图，该光敏探测器包括：半导体衬底(P型)；半导体衬底正上方依次设有底层绝缘介质，光电子存储层，顶层绝缘介质，控制栅；半导体衬底中(靠近叠层介质两侧)通过离子注入掺杂形成N型源极和漏极。

图4为半浮栅晶体管结构示意图，包括半导体衬底(P型)；半导体衬底中通过离子注入形成N+型源极，通过两步离子注入形成大的N型漏极；半导体衬底上方依次设有底层介质，半浮栅，顶层介质，控制栅，底层介质中间通过刻蚀形成一个槽，使得半浮栅与漏极直接接触。

图5为本发明一种显微光学成像检测方法，该方法使待检物样品3的一面接受背景的单光源4，与此面相反的另一面与图像传感器2相对，由图像传感器2对待检物样品3进行成像和/或拍照。

图6为本发明一种扣除背景光本底的方法，首先直接对背景光本底成像，然后对待检样品成像，两个图像直接作差值即可得到待检样品的真实图像。

图7为本发明另外一种扣除背景光本底的方法，该方法要求有一个已经校准过的样品的真实像，该样品在背景光环境中成像，所成像与校准过的样品的真实像作差得到背景像，然后对待检样品成像，用待检样品所成像与背景像作差即可得到待检样品的真实图像。

图8为本发明另外一种显微光学成像检测方法，该方法在待检物样品3相背于图像传感器2的那面，设置一个光源5，在图像传感器2对待检物样品3进行成像时，对待检物样品3进行照明。

图9为本发明另外一种显微光学成像检测方法，该方法需设置三个相干光源6，沿不同方向对待检物样品3进行照明，图像传感器2分别接收待检物样品3经所述的三个相干光源6照射后的透射光，分别形成三个二维图像，并将这三个二维图像合成为样品的立体图像。

图10为本发明另外一种显微光学成像检测方法，该方法将三个相干光源6集成在一个光源盘或光源架7上，其中各个相干光源交替地工作，图像传感器2相应地接收各个相干光源所发射的光作用于待检物样品3后的出射光，形成一个二维图像，再将三个二维图像合成为一个三维的立体像。

图11为血液中血小板筛选示意图，示意图为对血液成像的结果示意，血红细胞8为规则椭圆型，而血小板9在激活后周边有很多突起，通过该区别可以将血液中的血小板9与血红细胞8区别开，再对其进行统计可以得到血液中血小板的数目。

图12为血液中癌细胞筛选示意图，示意图为对血液成像的结果示意，癌细胞10的尺寸远大于血红细胞8的尺寸，通过尺寸的筛选可以直接将癌细胞筛选出来。

图13为棍状物体(如线粒体等)的检测方法示意图，示意图为这类生物体的侧面尺度(例如宽度或直径)小于一个成像单元时，在图像传感器上的投影情况,用强度和灰度值已知的均匀光对样品区进行照明即可以通过各个像素单元得到的灰度值知道样品在该像素单元中覆盖的百分比。以在成像区域的方向与成像传感器相邻的数个成像单元的成像信号的灰度值的关系，对样品区各成像单元的灰度信号值矩阵求解，计算出目标生物体的横向尺度及其在成像区域的方向，并据此对其进行图像还原。

图14为本发明一种显微光学成像检测装置，11-样品承载器，12-数据处理模块，13-显示模块。

图15为本发明另外一种显微光学成像检测装置。

图16为本发明的一种显微光学图像传感器，该传感器特征为在成像单元阵列14的受光表面，施加一层透光膜15，以使样品可以直接地被放置在透光膜15上，被图像传感器成像。

图17为本发明的另外一种显微光学图像传感器，该传感器包括成像单元阵列14、第一数据接口16、存储器17、第二数据接口18。

具体实施方式

实施例1

下面介绍本发明显微光学成像检测方法的一个例子。将一份液态微生物样品放置于一个亚微米图像传感器2上方，所述的生物样品，比如酵母菌稀释液直接放置/涂抹到图像传感器2表面的一个透光膜上，等于与图像传感器2直接接触。

液态微生物样品也可以不直接与图像传感器接触时，而将之放置在一个样品承载器11上，样品承载器11距离图像传感器2表面距离小于5mm，以满足成像时所需的近场条件，以防止生物样品与图像传感器2表面距离过远导致光通过生物样品时产生衍射而使得图像模糊不清。

光源位于生物样品上方，光源可以为相干光源或非相干光源。

图像传感器2包括表面包封处理以及未作包封处理两种类型，像素尺寸小于1μm，可以为半浮栅晶体管或者复合介质栅光敏探测器等。

当光源为单个相干光源或非相干光源，所成图像为二维图像。当光源为三个相干光源时，分别得到三个二维图像，并据此生成一个三维图像。

实施例2

另一种方式为，将微生物样品放置于图像传感器2上方，生物样品距图像传感器2表面距离小于5mm，光源6位于样品上方，光源6为3个相干光源，检测时分别采用3个入射方向互成一定角度(如90°)的相干光对生物样品进行照射，在图像传感器2上得到样品3个方向的投影像，通过所述的3个方向的投影像即可重建生物样品的三维图像。

用于生成二维像的、本发明显微光学成像装置的一个例子，从上到下依次为光源5，生物待检物样品3，图像传感器2。生物样品可以直接置于图像传感器2表面，或者置于透明的样品承载器11(如载玻片)上，样品承载器11置于图像传感器2上方，光源5和图像传感器2通过机械装置固定在一起。

本发明用于生成三维图像的一个显微光学成像装置例如包括，从上到下依次为光源6，生物待检物样品，图像传感器2。生物样品置于透明的样品承载器11(如载玻片)上，样品承载器11置于图像传感器2上方。光源6为3个入射方向互成一定角度的相干光源，光源6和图像传感器2通过机械装置固定在一起。

检测所用的图像传感器2包括表面包封处理以及未作包封处理两种类型，图像传感器2像素尺寸需小于1μm，可以为半浮栅晶体管或者复合介质栅光敏探测器等，所用光源可以为相干光源或非相干光源。检测时，微生物样品在光源的照射下投影到像素尺寸小的图像传感器上，图像传感器2便可以采集到生物样品的图像。依据本发明所述技术方案，可以通过单光源照射得到生物样品的二维图像以及通过3个光源不同方向照射得到生物样品的三维图像。

本发明公开了获得微生物样品二维图像的检测方法，包括生物样品直接与图像传感器接触和非直接与图像传感器接触两种方式。在生物样品不与图像传感器直接接触时，生物样品与图像传感器表面距离需小于5mm，并且检测时所用光源需采用单个相干光源，以防止非相干光源导致的生物样品的边缘产生模糊不清的情况。在生物样品与图像传感器直接接触时，因为生物样品多呈液态状(如血液)，通常此情形下采用的图像传感器表面需包封一层透明的疏水性材料，以防止图像传感器表面受到污染，检测时所用光源需采用单个相干光源或非相干光源。

图像传感器可以是多个半浮栅晶体管或者复合介质栅光敏探测单元所组成的一个二维的成像单元阵列，包括一个透光保护膜，被贴附在所述的二维成像单元阵列表面。待检生物样品可被施加在透光保护膜上，与二维成像单元阵列满足近场光学的成像条件；并在图像传感器上进行成像。

采用单光源照射时，本发明方法可直接得到样品的二维图像。采用三个光源进行多方向照射时，可以根据所得到的三个二维象，处理成样品的三维图像。

本发明公开了获得微生物样品三维图像检测方法。将微生物样品放置于图像传感器上方，生物样品不直接与图像传感器接触，生物样品与图像传感器表面距离小于5mm，光源位于样品上方，所用检测光源为3个相干光源，以防止产生的投影像边缘模糊。3个相干光源和图像传感器通过机械装置固定在一起，生物样品置于透明的样品承载器(如载玻片)上，样品承载器置于图像传感器上方。检测时，3个相干光源分别从设定好的、彼此互成一定角度(如90°)的三个入射方向，对生物样品进行照射，在图像传感器上依次得到样品3个方向的投影像，通过所述的3个方向的投影像即可重建生物样品的三维信息得到生物样品的三维图像。

本发明装置还可以包括：存储器17及第一数据接口16，用于显微光学成像检测系统将所得到的样品的成像数据写入并且存储在存储器17中，以及第二数据接口18，与存储器17相连，用于将存储器17的关于样品的成像信息输出到外界。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替换均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (14)

1.一种显微光学成像检测方法，采用包括由多个光敏探测微小单元组成阵列的图像传感器，其中每个光敏探测微小单元构成一个像素单元，将待检物样品放置于图像传感器面向照明光线的正面，其特征在于，使所述待检物样品与图像传感器构成近场光学的成像环境，并由所述图像传感器对待检物样品进行光学投影和/或拍照，利用样品中待检生物体的形态与其周围生物体所具有的区别特性，对所述待检生物体的存在或者数量进行确定。

2.如权利要求1所述的一种显微光学成像检测方法，其特征在于，所述图像传感器采用半浮栅晶体管或者复合介质栅光敏探测器。

3.如权利要求1或2所述的一种显微光学成像检测方法，其特征在于，采用背景光对待检物样品进行照明,并用校准过的已知样品，进行背景光本底的扣除。

4.如权利要求1或2所述的一种显微光学成像检测方法，其特征在于，在所述待检物样品的上方设置光源，用于对所述待检物样品进行照明。

5.如权利要求4所述的一种显微光学成像检测方法，其特征在于，为生成所述待检物样品的立体像，设置三个以上独立的相干光源，并沿不同方向对所述待检物样品进行照明，所述图像传感器分别接收所述相干光源照射待检物样品后的透射光，形成三个以上的二维图像，并将这些二维图像合成为待检物样品的立体图像。

6.如权利要求5所述的一种显微光学成像检测方法，其特征在于，将所述相干光源集成在光源盘或光源架上，各个相干光源交替地工作。

7.如权利要求1所述的一种显微光学成像检测方法，其特征在于，所述待检物样品为血液样品，利用血液样品中血小板激活后在周边形貌上具有不同于血红细胞的突起，通过对图像传感器所得图像进行处理，筛选出所得图像中周边形貌有突起的细胞像，并确定血液中血小板的数量。

8.如权利要求1所述的一种显微光学成像检测方法，其特征在于，所述待检物样品为血液样品，利用血液样品中癌细胞的尺寸远大于正常细胞的特性，通过对图像传感器所得图像进行处理，筛选出所得图像中尺寸较大的细胞，并确定血液中癌细胞的数量。

9.如权利要求1所述的一种显微光学成像检测方法，其特征在于，所述待检物样品为棍状的微小生物体，用强度和灰度值已知的均匀光对样品区进行照明，并且，

1)用电学或生物学方法，对所述待检物样品施加一个场，使所述待检物样品在检测平面的投影较大，

2)对样品的成像数据进行分析，根据目标生物体的大致长度，以在一方向连续的多个成像单元都存在成像信号为判据，筛选出可能的目标生物体，

3)根据棍状体成像时，其宽度和在成像区域的方向与图像传感器相邻的数个成像单元的成像信号的灰度值的相关性，对样品区各成像单元的灰度信号值矩阵求解，计算出所述棍状体的位置、方向和宽度信息，并据此进行图像还原。

10.一种显微光学成像检测装置，其特征在于，该装置包括：

光源，用于对待检物样品进行照射；

样品承载器，用于容纳、附着或承载所述待检物样品；

图像传感器，紧贴于所述样品承载器，并且所述样品承载器与图像传感器构成近场光学结构；所述图像传感器接收穿过所述待检物样品和样品承载器的透射光，并对所述待检物样品进行成像；

数据处理模块，用于对所述图像传感器接收的透射光进行处理，剔除背景噪声部分，生成待检物样品的光学影像，并通过显示模块将光学影像进行显示，或将光学影像进行存储和/或传送。

11.如权利要求10所述的一种显微光学成像检测装置，其特征在于，所述光源包括三个以上独立的相干光源，并且这些相干光源被集成在光源盘或光源架上；所述图像传感器接收各个相干光源经所述待检物样品和样品承载器的透射光，形成多个二维图像；所述数据处理模块将多个二维图像合成为一个三维的立体像。

12.如权利要求10所述的一种显微光学成像检测装置，其特征在于，所述图像传感器包括由多个半浮栅晶体管或者复合介质栅光敏探测单元所组成的二维成像单元阵列。

13.如权利要求10所述的一种显微光学成像检测装置，其特征在于，所述样品承载器为贴附在所述图像传感器表面的透光保护膜。

14.如权利要求10所述的一种显微光学成像检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括存储器，所述图像传感器通过第一数据接口与存储器相连，所述存储器通过第二数据接口将待检物样品的成像信息输出到外界。