CN113366299A - 针对自动装载机轴的失速检测 - Google Patents

Abstract

提供了失速检测系统，失速检测系统确定在自动化处理期间，处于运动的玻璃载片是否有损坏的风险并且在出现不可接受的损坏风险时停止运动。系统包括被配置为移动玻璃载片(直接或间接)的一个或多个电机。电机被配置为生成负载阻力值。系统包括一个或多个处理器，一个或多个处理器监测电机在运动期间的负载阻力值并且将负载阻力值与预定阈值阻力值进行比较，来确定玻璃载片被损坏的风险。预定阈值阻力值可以对应于如下风险：响应于施加到玻璃载片的任何表面的力而导致玻璃载片破裂的风险，或者失去对载片架的控制夹持的风险，或者电机跳过电机步进的风险。

Description

针对自动装载机轴的失速检测

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月6日提交的美国专利临时申请号62/883,581的优先权，其在此通过整体引用并入本文。附加地，本申请涉及以下申请，每个申请均在此通过整体引用并入本文：

于2016年9月23日提交的国际专利申请号PCT/US2016/053581；

于2017年4月20日提交的国际专利申请号PCT/US2017/028532；

于2018年11月30日提交的国际专利申请号PCT/US2018/063456；

于2018年11月30日提交的国际专利申请号PCT/US2018/063460；

于2018年11月30日提交的国际专利申请号PCT/US2018/063450；

于2018年11月30日提交的国际专利申请号PCT/US2018/063461；

于2018年11月27日提交的国际专利申请号PCT/US2018/062659；

于2018年11月30日提交的国际专利申请号PCT/US2018/063464；

于2018年10月4日提交的国际专利申请号PCT/US2018/054460；

于2018年11月30日提交的国际专利申请号PCT/US2018/063465；

于2018年10月4日提交的国际专利申请号PCT/US2018/054462；

于2018年11月30日提交的国际专利申请号PCT/US2018/063469；

于2018年10月4日提交的国际专利申请号PCT/US2018/054464；

于2018年8月17日提交的国际专利申请号PCT/US2018/046944；

于2018年10月4日提交的国际专利申请号PCT/US2018/054470；

于2018年9月28日提交的国际专利申请号PCT/US2018/053632；

于2018年9月28日提交的国际专利申请号PCT/US2018/053629；

于2018年9月28日提交的国际专利申请号PCT/US2018/053637；

于2018年11月28日提交的国际专利申请号PCT/US2018/062905；

于2018年11月29日提交的国际专利申请号PCT/US2018/063163；

于2017年12月29日提交的国际专利申请号PCT/US2017/068963；

于2019年3月1日提交的国际专利申请号PCT/US2019/020411；

于2017年12月29日提交的美国专利申请号29/631,492；

于2017年12月29日提交的美国专利申请号29/631,495；

于2017年12月29日提交的美国专利申请号29/631,499；以及

于2017年12月29日提交的美国专利申请号29/631,501。

技术领域

本发明总体上涉及数字病理学装置，并且更具体地涉及在数字病理学装置内，对单独玻璃载片的自动处理。

背景技术

数字病理学是基于图像的信息环境，该信息环境通过计算机技术来实现，允许管理从物理玻璃载片生成的信息。数字病理学部分通过虚拟显微镜来实现，虚拟显微镜是如下项的实践：制备标本并且将标本存放在物理玻璃载片上，然后扫描物理玻璃载片上的标本并且创建可以被存储、查看、在计算机显示器上进行管理和分析的数字切片图像。利用整个玻璃载片成像的能力，数字病理学领域爆炸式增长，目前被认为是诊断医学的最有前途的途径之一，用于实现对癌症和其他重要疾病的更好、更快、更便宜的诊断、预后和预测。

由数字病理学装置处理的玻璃载片非常脆弱且非常有价值。这些玻璃载片需要在自动数字病理学装置中受到保护。在某些情况下，在数字病理学装置内的第一处理站和第二处理站之间运输的玻璃载片可能被错误地定位并且卡住或堵塞或与某些结构碰撞或以其他方式在运动期间遇到阻力，这可能损坏玻璃载片甚至使得玻璃载片破裂。因此，需要克服在如上所述的常规系统中发现的这些显著问题的系统和方法。

发明内容

因此，本文描述了与数字病理学装置一起使用的失速检测系统，失速检测系统被配置为确定玻璃载片是否有被损坏的风险，然后禁用数字病理学装置内的运动来防止损坏玻璃载片。

在一个方面，数字载片扫描装置包括电机，电机被配置为在自动化处理期间移动玻璃载片并且在移动玻璃载片时生成负载阻力值。数字载片扫描装置还包括一个或多个处理器，一个或多个处理器被配置为设置预定阈值阻力值、控制电机在自动化处理期间移动玻璃载片并且在自动化处理期间监测负载阻力值。一个或多个处理器还被配置为将负载阻力值与预定阈值阻力值进行比较，并且如果负载阻力值超过预定阈值阻力值，则控制电机来停止玻璃载片的移动。

在一个方面，由数字载片扫描装置执行的方法包括：控制电机在自动化处理期间移动玻璃载片并且当玻璃载片在自动化处理期间移动时，确定电机的负载阻力值。方法还包括将负载阻力值与预定阈值阻力值进行比较，并且如果负载阻力值超过预定阈值阻力值，则停止玻璃载片的移动。在阅读以下具体实施方式和附图之后，本发明的其他特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显。

附图说明

本发明的结构和操作将通过阅读以下具体实施方式和附图来理解，其中相同的附图标记指代相同的部分并且其中：

图1是图示了根据本发明的一个实施例的示例玻璃载片的透视图；

图2A是图示了根据本发明的一个实施例的示例失速偏离阈值的曲线图；

图2B是图示了根据本发明的一个实施例的用于检测数字病理学装置中的潜在障碍物的示例过程的流程图；

图3A-图3C是图示了根据本发明的一个实施例的驱动承载玻璃载片的转盘装置的示例电机的透视图；

图4A-图4C是图示了根据本发明的一个实施例驱动承载玻璃载片的夹具装置的示例电机的透视图；

图5是图示了根据本发明的一个实施例的驱动承载玻璃载片的升降装置的示例电机的透视图；

图6A-图6B是图示了根据本发明的一个实施例的驱动承载玻璃载片的推拉装置的示例电机的透视图；

图7是图示了根据本发明的一个实施例的驱动承载玻璃载片的平台装置的示例X-Y电机的俯视图；

图8是图示了根据本发明的一个实施例的驱动物镜装置的示例Z电机的透视后视图；

图9是图示了根据本发明的一个实施例的由Z电机驱动的示例物镜装置的透视前视图；

图10A是图示了可以结合本文所述的各种实施例使用的示例处理器使能设备550的框图；

图10B是图示了具有单个线性阵列的示例线扫描相机的框图；

图10C是图示了具有三个线性阵列的示例线扫描相机的框图；以及

图10D是图示了具有多个线性阵列的示例线扫描相机的框图。

具体实施方式

本文所公开的实施例提供了数字病理学装置，数字病理学装置被配置为在电机的动力下将玻璃载片从第一点传送到第二点，并且利用失速检测监测来标识玻璃载片何时可能被损坏。在阅读该描述之后，本领域技术人员将清楚如何在各种备选实施例和备选应用中实现本发明。然而，尽管本文将描述本发明的各种实施例，但是应理解，这些实施例仅通过示例而非限制的方式呈现。因此，各种备选实施例的详细描述不应被解释为限制如所附权利要求中阐述的本发明的范围或广度。

图1是图示了根据本发明的一个实施例的示例玻璃载片10的透视图，在所示实施例中，玻璃载片10包括由两个端表面20、两个侧表面25以及顶表面和底表面35组成的四个边缘表面。玻璃载片(诸如，玻璃载片10)非常脆弱且价值不菲。载有一个或多个标本的玻璃载片非常有价值。

玻璃载片10的性质是它很容易损坏或破裂。具体地，从端部20表面的方向向玻璃载片10施加第一力可能损坏玻璃载片10或者使得玻璃载片10破裂。类似地，从侧面25表面的方向向玻璃载片10施加第二力可能损坏玻璃载片10或者使得玻璃载片10破裂，并且从顶部30或底部35表面的方向向玻璃载片10施加第三力可能会损坏玻璃载片10或者使得玻璃载片10破裂。重要的是，损坏玻璃载片10或者使得玻璃载片10破裂所需的第一力、第二力和第三力的量不相等。

图2A是图示了根据本发明的一个实施例的示例失速检测阈值50的曲线图，在所图示的实施例中，数字病理学装置内的处理器监测来自数字病理学装置内的电机的信号，电机操作用以移动玻璃载片。来自电机的信号被分析来标识失速情况的发生，并且附加地确定在失速情况下电机所施加的力的量。当电机施加的力的量达到或超过阈值50时，处理器被配置为控制电机停止施加力，从而停止玻璃载片的尝试运动。有利地，阈值根据施加力的玻璃载片的表面来设置。因此，施加到玻璃载片的顶表面或底表面的力的阈值可以小于被施加到玻璃载片的侧表面的力的阈值，后者又可以小于被施加到玻璃载片的端表面的力的阈值。

在处理器控制电机停止施加力的情况下，恢复例程可以被用来尝试重置到已知状态并重新启动运动，或者可以通知操作员进行干预。以这种方式，玻璃载片可以被保护免受损坏或破裂，并且附加地在失速的情况下，操作员、数字病理学装置内的载片架以及电机和其他移动部件也受到保护。

有利地，以上和本文所述的特征增加了操作员、玻璃载片、标本和任何数字病理学装置的机械组件的可靠性、恢复性和安全性，数字病理学装置被配置为在电机的动力下将玻璃载片从第一点传送到第二点。数字病理学装置在发生严重错误之前标识失速情况，并且防止严重错误发生的能力非常有价值。此外，通过检测失速情况并且从这样的失速情况恢复到安全和已知状态/位置来将机械设备配置为避免损坏或破坏高价值的玻璃载片，这简化了数字病理学装置的工作流程、机械轴和其他组件的可靠性和寿命。

在所示的实施例中，阈值被设置为具有适当的裕度，以在发生严重错误之前标识失速情况。失速情况事件可以包括载片在装载期间与平台碰撞、载片架在运输期间移出夹具指、在旋转时用户与转盘接触或者可能损坏玻璃载片的许多其他情况。在正常操作期间，施加来自电机的力时，导致不希望的故障(例如，玻璃载片破裂)的每个潜在失速情况的阈值通过实验力测量来计算。为数字病理学装置内的各种移动建立适当的阈值允许在发生严重错误之前检测失速情况。

在一个实施例中，阈值可以是基于以下来被计算出的平均阈值：在大量数字病理学装置和大量电机上执行的大量测试和评估。在备选实施例中，阈值可以特定于每个机器和每个电机。例如，虽然每个单独的电机可能是相同类型的电机(例如，相同的零件编号)，但是在发生严重错误之前，摩擦和影响电机操作的其他障碍可能会导致失速情况阈值的变化。因此，在一个实施例中，数字病理学装置被配置为针对装置中的多个电机中的每个电机确定可能损坏玻璃载片的驱动移动的失速情况阈值。

在所示的实施例中，通过电机沿特定轴移动的对象的运动曲线对于失速情况检测很重要。例如，在低速和高速下，电机的负载电阻反馈值很难测量。此外，在加速和/或减速期间，来自电机的负载电阻反馈值不如恒速期间可靠。因此，优化针对各种轴运动的阈值，以在足够的裕度的情况下成功检测失速情况，从而确保不会出现以下情况：错误停止了减慢处理，错误继续了损坏或破坏玻璃载片。

此外，由于轴的机械设计和/或碰撞的潜在界面，失速检测对于数字病理学装置内的每个可能的运动可能是不合适或不期望的。例如，存在标识错误失速情况的概率高于发生严重错误的概率或者高于标识真正失速情况的概率的情况。一个这样的示例是数字病理学装置的升降轴，升降轴具有高机械负载并且向上/向下运输机架中的玻璃载片；而载片是水平的。与机械负载和升降轴的变化相比，使得搁置在机架中的载片水平破裂所需的力是最小的。因此，在一个实施例中，可能不会在升降系统上启用失速情况检测。

此外，一旦失速情况被标识，数字病理学装置执行的后续步骤对于数字病理学装置的安全和可靠操作可能是关键的。例如，数字病理学装置可以检测失速情况并且报告需要操作员干预才能恢复的严重错误。在备选示例中，数字病理学装置可以检测失速情况并且能够通过执行程序化例程以重试移动、重置元件的位置、进行移动的各种组合或这些和其他可能的补救措施的任意组合来自动恢复，从而允许数字病理学装置从所检测的失速情况中安全恢复并且在无需操作员干预的情况下继续下一操作。

图2B是图示了根据本发明的一个实施例的用于检测数字病理学装置中的潜在障碍物的示例过程的流程图。在一个实施例中，过程可以在诸如稍后关于图10A-图10D描述的数字病理学装置中实现，并且数字病理学装置包括单独的电机组装件，每个电机组装件包括电机和微处理器，微处理器在数字病理学装置处理器或其他控制器的控制下驱动电机。最初，在步骤95处，阈值被设置。如上所述，阈值可以根据跨多个电机和多个装置的总平均值来设置。备选地，阈值可以针对每个装置中的每个电机来设置。

接下来，在步骤100中，数字病理学装置的处理器控制电机以启动数字病理学装置内的被配置为直接(例如，元件是平台)或间接(例如，元件是平台架转盘)承载玻璃载片的元件的运动。在一个实施例中，数字病理学装置的处理器可以指示辅助处理器(例如，电机组装件中的微处理器)控制电机开始驱动运动。被配置为承载玻璃载片的示例元件包括例如但不限于载片架转盘装置、载片架夹具装置、载片架升降装置、载片推拉装置和载片平台装置。被配置为在存在玻璃的情况下移动并且因此可能损坏玻璃载片的示例元件是物镜。在各种实施例中，数字病理学装置可以包括组织处理器、组织包埋器、切片机、载片染色机、覆盖滑块和数字载片扫描仪中的任一个。

接下来，在步骤105中，在一个实施例中，由处理器接收并分析来自正被控制的电机的反馈，所分析的反馈是来自电机的负载电阻反馈值(在本文中也被称为负载阻力值)。例如，当步进电机的实际位置与处理器所计算的步进电机的位置之间存在差异时，在一个实施例中，存在一定量的负载电阻，电机组装件包括微控制器，该微控制器监测负载电阻并确定所存在的负载电阻量。例如，在一个实施例中，框150中所示的步骤由该微控制器来执行。因此，在步骤105中，该微控制器或另一处理器分析所存在的负载电阻量并且将负载电阻量与阈值进行比较，以在步骤110中确定负载阻力值是否超过预定阈值。有利地，预定阈值被设置为略低于与需要损坏或破坏玻璃载片的负载阻力值相对应的力的量。在一个实施例中，损坏或破坏玻璃载片所需的力的量相对于被施加力的玻璃载片表面(例如，顶部、底部、端部或侧面)来确定。如果负载阻力值没有超过预定阈值，则处理器继续分析电机反馈并且将负载阻力值与预定阈值进行比较。

接下来，在步骤115中，当负载阻力值确实超过预定阈值时，微控制器或另一处理器标识失速情况，并且然后在步骤120中，微控制器或另一处理器控制电机停止。这有利地保护玻璃载片免于因施加到玻璃载片上的太大力而被损坏或破裂。接下来，在步骤125中，微控制器或另一处理器可以可选地执行恢复例程来尝试减轻失速情况。恢复例程可以包括反向机械元件的移动并且尝试从已知位置重新开始。还可以采用附加的和备选的恢复例程。附加地，在可选步骤125之前、之后或与可选步骤125并行，处理器可以在步骤130中将失速状况可选地通知给操作员，使得操作员可以减轻失速状况。

图3A-图3C是图示了根据本发明的一个实施例的驱动承载玻璃载片220的转盘210装置的示例电机200的透视图。在所示实施例中，转盘210圆周旋转并且由转盘210的圆周旋转的负载电阻来确定来自电机的负载电阻反馈值。阈值被设置为略低于当被施加到玻璃载片的侧表面时损坏或破坏玻璃载片所需的力。恢复例程可以通过反向转盘210的圆周运动并且然后重新尝试在原始方向上旋转转盘210来使用。在一个实施例中，增加的和可变的反向距离可以在多次尝试恢复例程中采用。备选的恢复例程可以通过简单地停止、然后在原始方向上重新尝试移动来采用。

图4A-图4C是图示了根据本发明的一个实施例的示例电机250、260的透视图，电机250、260驱动在载片架280中承载玻璃载片220的夹具270装置。在所图示的实施例中，夹具270伸出并夹持包含玻璃载片220的载片架280的侧面。当夹持载片架280时，电机250施加的力的方向朝向载片架280中的玻璃载片的侧表面220。当载片架280被固定在夹具270的抓握中时夹具270从转盘中取出载片架或者将载片架插入到转盘中。当移除或更换载片架280时，电机260施加的力的方向朝向载片架280中的玻璃载片220的端表面。

因此，当夹持载片架280时，电机250的负载电阻反馈值由夹具指朝向载片架280并且朝向彼此的线性运动的负载电阻来确定。阈值被设置为略低于当被施加到玻璃载片的侧表面时，损坏或破坏玻璃载片所需的力。恢复例程可以通过反向夹具指的线性运动、并且然后重新尝试抓握载片架280来使用。备选地，可以不采用恢复例示。

类似地，当移除或更换载片架280时，电机260的负载电阻反馈值由夹具270装置朝向转盘或远离转盘的线性运动的负载电阻来确定。阈值被设置为略低于当夹具握持载片架时将载片架从夹具指中拉出所需的力。可以通过以下项的任何组合来采用可选的恢复例程：将夹具270朝向或远离转盘移动、将转盘左右移动、将夹具指朝向或远离彼此移动以及将升降机向上或向下移动。

图5是图示了根据本发明的一个实施例的驱动承载玻璃载片220的升降机310装置的示例电机300的透视图，在所图示的实施例中，载片架280承载玻璃载片220并且升降机310将载片架280中的玻璃载片220传送到扫描台的水平。电机300的负载电阻反馈值由升降机310的直线运动的负载电阻来确定。阈值被设置为略低于当被施加到玻璃载片220的顶表面或底表面时损坏或破坏玻璃载片所需的力。可以通过将升降机310的线性运动反向、然后重新尝试在原始方向上传送载片架280来采用恢复例程。备选地，可以通过将载片架朝向转盘移动来采用恢复例程。

图6A-图6B是图示了根据本发明的一个实施例的驱动推拉360装置的示例电机350的透视图，推拉360装置移除和更换载片架280和扫描台370之间的玻璃载片220。在一个实施例中，将玻璃载片220放置到扫描台370上以及将玻璃载片220返回到载片架280是数字载片扫描仪类型的数字病理学装置中针对玻璃载片最危险的环境。在所示实施例中，载片架280邻近扫描台370定位并且推拉装置360将第一玻璃载片推送到扫描台370上。随后，推拉装置360将第一玻璃载片从扫描台370拉回到载片架280中。电机350的负载电阻反馈值由推拉装置360的线性运动的负载电阻来确定。阈值被设置为略低于当被施加到玻璃载片220的端表面时损坏或破坏玻璃载片所需的力。在一个实施例中，仔细监测电机350的负载电阻反馈值并且将其与距运动开始一定距离内的阈值(例如，由电机步长计数或时间来确定)进行比较，因为在该特定距离内失速情况的可能性会增加。恢复例程可以通过将玻璃载片220拉回到载片架中、将玻璃载片220推回到平台370上、向后或向前或向左或向右移动平台370或者向上或向下移动载片架280的任何组合来使用。

图7是图示了根据本发明的一个实施例的示例X-Y电机400的俯视图，电机400驱动承载玻璃载片220的平台370装置。在所示实施例中，玻璃载片220被定位在平台370上，并且当容纳玻璃载片220、扫描玻璃载片220并将玻璃载片220放回载片架时，平台在X-Y方向上移动。电机400的负载电阻反馈值由平台370的X或Y线性运动的负载电阻来确定。第一阈值被设置为略低于当在X或Y方向上移动时施加到玻璃载片220的侧表面时损坏或破坏玻璃载片所需的力，并且第二阈值被设置为略低于当在X或Y方向中的另一方向上移动时施加到玻璃载片220的端表面时损坏或破坏玻璃载片所需的力。恢复例程可以通过将玻璃载片220拉回到载片架中、将玻璃载片220推送回到平台370上、向后或向前或向左或向右移动平台370或者向上或向下移动载片架280的任何组合来使用。

图8是图示了根据本发明的一个实施例的驱动物镜装置的示例Z电机450的透视后视图，在操作中，玻璃载片被定位在物镜下方的平台上，在所示实施例中物镜被用于放大扫描玻璃载片上的标本，Z电机450被定位在安装件455的后侧上，并且被配置为在Z方向上朝向和远离平台上的玻璃载片上下移动物镜。电机450的负载电阻反馈值由物镜470的线性运动的负载电阻来确定。阈值被设置为略低于当被施加到玻璃载片的顶表面时损坏或破坏玻璃载片所需的力。恢复例程可以通过在Z轴上向上或向下移动物镜，或者向后或向前或向左或向右移动平台的任何组合来使用。

图9是图示了根据本发明的一个实施例的由Z电机驱动的示例物镜装置460的透视前视图，在操作中，玻璃载片被定位在物镜470下方的平台上，物镜470被用于放大扫描玻璃载片上的标本。在所图示的实施例中，物镜装置460被固定到与Z电机450相对的安装件的一侧。物镜装置460包括物镜470、支架480和编码器490。支架480被配置为固定物镜470处于固定位置并且由Z电机450沿Z方向移动。位置编码器490被配置为确定物镜的位置。如上所述，Z电机450被配置为将物镜朝向和远离平台上的玻璃载片移动。电机450的负载电阻反馈值由物镜470的线性运动的负载电阻来确定。阈值被设置为略低于当被施加到玻璃载片的顶表面时损坏或破坏玻璃载片所需的力。恢复例程可以通过在Z轴上向上或向下移动物镜，或者向后或向前或向左或向右移动平台的任何组合来使用。

示例实施例

在一个实施例中，数字病理学装置包括如下电机，该电机被配置为在自动化处理期间移动玻璃载片并且在移动玻璃载片时生成负载电阻反馈值。装置还包括一个或多个处理器，一个或多个处理器被配置为在自动化处理期间控制电机移动玻璃载片、在开始自动化处理之后接收负载电阻反馈值、将负载电阻反馈值与预定阈值进行比较并且控制电机响应于确定负载电阻反馈值超过预定阈值而停止玻璃载片的移动。

在该实施例中，自动化处理可以是以下中的一项：将玻璃载片从载片架移动到扫描台上、将玻璃载片从扫描台移动到载片架、旋转包含存放一个或多个玻璃载片的一个或多个载片架的转盘、从载片架转盘中取出载片架、将载片架插入载片架转盘中、将载片架提升到扫描台水平、夹持载片架以及扫描玻璃载片。

在该实施例中，预定阈值可以对应于比破坏玻璃载片的压力更小的压力，并且破坏玻璃载片的压力可以对应于：被施加到顶表面或底表面的压力、被施加到边缘表面的压力，其中边缘表面是短边缘表面(端部)或者边缘表面是长边缘表面(侧面)。

在该实施例中，预定阈值可以对应于比从夹具指对的抓握中拉出载片架所需的力更小的力。

在该实施例中，电机可以是步进电机并且预定阈值可以对应于比使电机跳过步进所需的力更小的力。

在一个实施例中，方法包括在自动化处理期间使用一个或多个处理器来控制电机移动玻璃载片，在玻璃载片的运动期间，使用一个或多个处理器来确定来自电机的负载阻力值，使用一个或多个处理器来将负载阻力值与预定阈值进行比较，并且响应于确定负载阻力值超过预定阈值，使用一个或多个处理器来控制电机停止玻璃载片的移动。

在该方法中，自动化处理可以是以下中的一项：将玻璃载片从载片架移动到扫描台上、将玻璃载片从扫描台移动到载片架、旋转包含存放一个或多个玻璃载片的一个或多个载片架的转盘、从载片架转盘上取下载片架、将载片架更换为载片架转盘、将载片架提升到扫描台水平、夹持载片架以及扫描玻璃载片。

在该方法中，预定阈值可以对应于比破坏玻璃载片的压力更小的压力，并且破坏玻璃载片的压力可以对应于：被施加到顶表面或底表面的压力、被施加到边缘表面的压力，其中边缘表面是短边缘表面(端部)或者边缘表面是长边缘表面(侧面)。

在该方法中，预定阈值可以对应于比从夹具指对的抓握中拉出载片架所需的力更小的力。

在该方法中，电机可以是步进电机并且预定阈值可以对应于比使电机跳过步进所需的力更小的力。

在一个实施例中，数字载片扫描装置包括多个电机，并且每个电机被配置为在自动化处理期间驱动一个或多个部件的移动，并且在驱动移动时生成负载阻力值。装置还包括一个或多个处理器，一个或多个处理器被配置为针对多个电机中的每一个来设置预定阈值阻力值，其中至少两个预定阻力值不相等。一个或多个处理器还被配置为：在第一自动化处理期间控制多个电机中的第一电机来驱动移动；在开始第一自动化处理之后监测由第一电机生成的第一负载阻力值；将第一负载阻力值以及与第一电机相对应的第一预定阈值阻力值进行比较；以及响应于确定第一负载阻力值超过第一预定阈值阻力值，控制第一电机停止驱动移动。一个或多个处理器还被配置为：在第二自动化处理期间，控制多个电机中的第二电机来驱动移动；在开始第二自动化处理之后监测由第二电机生成的第二负载阻力值；将第二负载阻力值以及与第二电机相对应的第二预定阈值阻力值进行比较；以及响应于确定第二负载阻力值超过第二预定阈值阻力值，控制第二电机停止驱动移动。

图10A是图示了可以结合本文描述的各种实施例使用的示例处理器使能设备550的框图。本领域技术人员将理解，也可以使用设备550的备选形式。在所图示的实施例中，设备550被呈现为数字成像设备(在本文中也被称为扫描仪系统或者扫描系统)，数字成像设备包括一个或多个处理器555、一个或多个存储器565、一个或多个运动控制器570、一个或多个接口系统575、一个或多个可移动平台580(各自支撑具有一个或多个样本590的一个或多个玻璃载片585)、一个或多个照明系统595(照射样本)、一个或多个物镜600(各自限定沿光轴行进的光路605)、一个或多个物镜定位器630、一个或多个可选的落射式照明系统635(例如，被包括在荧光扫描仪系统中)、一个或多个聚焦光学器件610、一个或多个线扫描相机615和/或一个或多个面扫描相机620(各自在样本590和/或玻璃载片585上限定单独的视场625)。扫描仪系统550的各种元件经由一个或多个通信总线560而被通信地耦合。尽管扫描仪系统550的各种元件中的每一个可能存在一个或多个，但是为了以下描述简单起见，除非需要以复数来传达适当的信息，否则这些元件将以单数形式描述。

一个或多个处理器555可以包括例如能够并行处理指令的中央处理单元(“CPU”)和单独的图形处理单元(“GPU”)，或者一个或多个处理器555可以包括能够并行处理指令的多核处理器。还可以提供附加的单独处理器来控制特定组件或执行特定功能，诸如图像处理。例如，附加处理器可以包括管理数据输入的辅助处理器、执行浮点数学运算的辅助处理器、具有适合于快速执行信号处理算法的架构的专用处理器(例如，数字信号处理器)、从属于主处理器的从属处理器(例如，后端处理器)、用于控制线扫描相机615、平台580、物镜600和/或显示器(未示出)的附加处理器。这样的附加处理器可以是单独的分立处理器或者可以与处理器555集成。在一个实施例中，处理器被配置为控制扫描台的移动并且控制传感器对的激活。处理器还被配置为根据情况，接收和分析来自传感器对的信号来确定玻璃载片或平台的存在或不存在。在一个实施例中，如果确定玻璃载片的位置不正确，则处理器被配置为控制平台停止移动。

存储器565为可以由处理器555执行的程序提供数据和指令的存储。存储器565可以包括存储数据和指令的一个或多个易失性和持久性计算机可读存储介质，例如，随机存取存储器、只读存储器、硬盘驱动装置、可移动存储驱动装置等。处理器555被配置为执行存储器565中存储的指令并且经由通信总线560来与扫描仪系统550的各种元件通信，从而执行扫描仪系统550的整体功能。

一个或多个通信总线560可以包括被配置为传送模拟电信号的通信总线560并且可以包括被配置为传送数字数据的通信总线560。因此，来自处理器555、运动控制器570和/或接口系统575的经由一个或多个通信总线560的通信可以包括电信号和数字数据。处理器555、运动控制器570和/或接口系统575还可以被配置为经由无线通信链路来与扫描系统550的各种元件中的一个或多个进行通信。

运动控制系统570被配置为精确地控制和协调平台580和物镜600的XYZ移动(例如，经由物镜定位器630)。运动控制系统570还被配置为控制扫描仪系统550中任何其他运动部件的移动。例如，在荧光扫描仪实施例中，运动控制系统570被配置为协调落射式照明系统635中的滤光器等的移动。

接口系统575允许扫描仪系统550与其他系统和人类操作员对接。例如，接口系统575可以包括用户界面来向操作员直接提供信息和/或允许来自操作员的直接输入。接口系统575还被配置为促进扫描系统550与直接连接的一个或多个外部设备(例如，打印机、可移动存储介质)或诸如图像服务器系统、操作员站、用户站以及经由网络(未示出)而与扫描仪系统550连接的管理服务器系统的外部设备之间的通信和数据传输。

照明系统595被配置为照射样本590的一部分。照明系统可以包括例如光源和照明光学器件。光源可以是具有用于将光输出最大化的凹面反射镜和用于抑制热量的KG-1滤光片的可变强度卤素光源。光源也可以是任何类型的弧光灯、激光或其他光源。在一个实施例中，照明系统595以透射模式照射样本590，使得线扫描相机615和/或面扫描相机620感测透射通过样本590的光能。备选地或组合地，照明系统595还可以被配置为以反射模式照射样本590，使得线扫描相机615和/或面扫描相机620感测从样本590反射的光能。总体来说，照明系统595被配置为适用于检查以任何已知的光学显微镜模式观察微观样本590。

在一个实施例中，扫描仪系统550可选地包括落射式照明系统635，用于优化用于荧光扫描的扫描仪系统550。荧光扫描是包括荧光分子的样本590的扫描，荧光分子是可以吸收特定波长(激发)的光的光子敏感分子。这些光子敏感分子还发射更高波长的光(发射)。因为该光致发光现象的效率很低，所以发出的光量往往很低。这种少量的发射光通常会阻碍用于对样本590进行扫描和数字化的常规技术(例如，透射模式显微镜)。有利地，在扫描仪系统550的可选荧光扫描仪系统实施例中，使用包括多个线性传感器阵列的线扫描相机615(例如，时间延迟积分(“TD1”)线扫描相机)通过将样本590的相同面积暴露于线扫描相机615的多个线性传感器阵列中的每一个而增加了线扫描相机对光的灵敏度。这在扫描具有低发射光的微弱荧光样本时特别有用。

因此，在荧光扫描仪系统实施例中，线扫描相机615优选地是单色TD1线扫描相机。有利地，单色图像在荧光显微镜中是理想的，因为它们提供来自样本上存在的各种信道的实际信号的更准确表示。如本领域技术人员将理解的，荧光样本590可以使用多种荧光染料来标记，荧光染料在不同波长(也被称为“信道”)下发射光。

此外，因为各种荧光样本的低端和高端信号水平呈现出线扫描相机615感测的宽光谱波长，所以期望线扫描相机615能够检测的低端和高端信号水平同样宽。因此，在荧光扫描仪实施例中，在荧光扫描系统550中使用的线扫描相机615是单色10位64线性阵列TD1线扫描相机。应当注意，针对线扫描相机815的各种位深度可以被用于与扫描系统550的荧光扫描仪实施例一起使用。

可移动平台580被配置用于在处理器555或运动控制器570的控制下精确的XY移动。可移动平台也可以被配置用于在处理器555或运动控制器570的控制下在Z方向上移动。可移动平台被配置为在由线扫描相机615和/或面扫描相机捕获图像数据期间，将样本定位在期望位置中。可移动平台还被配置为在扫描方向上将样本590加速到基本恒定的速度，并且然后在由线扫描相机615捕获图像数据期间保持基本恒定的速度。在一个实施例中，扫描仪系统550可以采用高速精确且紧密协调的XY网格来帮助样本590在可移动平台580上定位。在一个实施例中，可移动平台580是在X轴和Y轴上均采用高精度编码器的基于线性电机的XY台。例如，可以在扫描方向的轴上以及与扫描方向垂直的方向的轴上以及与扫描方向在同一平面上的轴上使用非常精确的纳米编码器。平台还被配置为支撑玻璃载片585，样本590被设置在玻璃载片585上。

样本590可以是可以通过光学显微镜检查的任何物体。例如，玻璃显微镜玻璃载片585经常被用作标本的观察衬底，标本包括组织和细胞、染色体、DNA、蛋白质、血液、骨髓、尿液、细菌、磁珠、活检材料或任何其他类型的生物材料或者死或活、染色或未染色、标记或未标记的物质。样本590也可以是在任何类型的玻璃载片或其他衬底上存放的任何类型的DNA或DNA相关材料(诸如，cDNA)或RNA或蛋白质的阵列，包括通常被称为微阵列的任何和所有样本。样本590可以是微量滴定板，例如96孔板。样本590的其他示例包括集成电路板、电泳记录、培养皿、薄膜、半导体材料、法医材料或机加工部件。

物镜600被安装在物镜定位器630上，在一个实施例中，物镜定位器630可以采用非常精确的线性电机来沿着由物镜600限定的光轴移动物镜600。例如，物镜定位器630的线性电机可以包括50纳米编码器。平台580和物镜600在XYZ轴上的相对位置在处理器555的控制下使用运动控制器570、以剂量循环方式来协调和控制，处理器555采用存储器565来存储信息和指令，这包括针对整个扫描系统550操作的计算机可执行编程步骤。

在一个实施例中，物镜600是平面复消色差(“APO”)无限远校正物镜，其数值孔径对应于所需的最高空间分辨率，其中物镜600适用于透射模式照明显微镜、反射模式照明显微镜和/或落射式照明模式荧光显微镜(例如，Olympus 40X、0.75NA或20X、0.75NA)。有利地，物镜600能够校正色差和球面像差。因为物镜600是无限远校正的，所以聚焦光学器件610可以被放置在物镜600之上的光路605中，其中穿过物镜的光束成为准直光束。聚焦光学器件610将由物镜600捕获的光信号聚焦到线扫描相机615和/或面扫描相机620的光响应元件上，并且可以包括诸如滤光器、放大倍数转换器透镜等的光学组件。物镜600与聚焦光学器件610组合提供了扫描系统550的总放大倍数。在一个实施例中，聚焦光学器件610可以包含管式透镜和可选的2X放大倍数转换器。有利的是，2X放大倍数转换器允许原生20X物镜600以40X放大倍数来扫描样本590。

线扫描相机615包括至少一个线性阵列的图像元素(“像素”)。线扫描相机可以是单色或彩色的。彩色线扫描相机通常具有至少三个线性阵列，而单色线扫描相机可以具有单个线性阵列或多个线性阵列。无论是作为相机的一部分被封装还是被自定义集成到成像电子模块中，也可以使用任何类型的单数或复数线性阵列。例如，也可以使用3个线性阵列(“红-绿-蓝”或“RGB”)的彩色线扫描相机或96个线性阵列的单色TDI。TDI线扫描相机通常通过汇总来自标本先前成像区域的强度数据而在输出信号中提供明显更好的信噪比(“SNR”)，从而产生与积分级数的平方跟成比例的SNR增加。TDI线扫描相机包括多个线性阵列，例如TDI线扫描相机具有24、32、48、64、96甚至更多个线性阵列可用。扫描仪系统550还支持以各种格式制造的线性阵列，包括具有512像素的线性阵列、具有1024像素的线性阵列以及具有多达4096像素的其他线性阵列。类似地，在扫描仪系统550中也可以使用具有各种像素尺寸的线性阵列。选择任何类型的线扫描相机615的突出要求是平台580的运动可以与线扫描相机615的线速率同步，使得在样本590的数字图像捕获期间，平台580可以相对于线扫描相机615运动。

由线扫描相机615生成的图像数据被存储在存储器565的一部分中并且由处理器555处理来生成样本590的至少一部分的连续数字图像。连续数字图像还可以由处理器555进一步处理，并且经修订的连续数字图像也可以被存储在存储器565中。

在具有两个或更多个线扫描相机615的实施例中，线扫描相机615中的至少一个可以被配置为用作聚焦传感器，聚焦传感器与被配置用作成像传感器的线扫描相机615中的至少一个组合操作。聚焦传感器可以被逻辑地定位在与成像传感器相同的光轴上，或者聚焦传感器可以相对于扫描仪系统550的扫描方向逻辑地定位在成像传感器之前或之后。在至少一个线扫描相机615用作聚焦传感器的这样的实施例中，由聚焦传感器生成的图像数据被存储在存储器565的一部分中并且由一个或多个处理器555处理来生成聚焦信息，从而允许扫描仪系统550调整样本590和物镜600之间的相对距离，以在扫描期间保持对样本的聚焦。附加地，在一个实施例中，用作聚焦传感器的至少一个线扫描相机615可以被定向为使得聚焦传感器的多个单独像素中的每一个沿着光路605位于不同的逻辑高度处。

在操作中，扫描仪系统550的各种组件和存储器565中存储的编程模块能够对玻璃载片585上放置的样本590进行自动扫描和数字化。玻璃载片585被牢固地放置在用于扫描样本590的扫描仪系统550的可移动平台580上。在处理器555的控制下，可移动平台580将样本590加速到基本恒定的速度来供线扫描相机615感测，其中平台的速度与线扫描相机615的线速率同步。在扫描图像数据的条带之后，可移动平台580减速并且使得样本590基本完全停止。可移动平台580然后在垂直于扫描方向上移动，来定位样本590，以用于扫描图像数据的后续条带，例如，相邻条带。附加条带被随后扫描，直到样本590的整个部分或整个样本590被扫描。

例如，在样本590的数字扫描期间，样本590的连续数字图像被获取为多个连续的视场，这些视场被组合在一起而形成图像条带。多个相邻的图像条带被类似地组合在一起而形成部分或整个样本590的连续数字图像。样本590的扫描可以包括获取垂直图像条带或水平图像条带。样本590的扫描可以是自上而下、自下而上或两者(双向)并且可以在样本上的任何点处开始。备选地，样本590的扫描可以是从左到右、从右到左或两者(双向)并且可以在样本上的任何点处开始。附加地，不必以相邻或连续的方式获取图像条带。此外，样本590的所得图像可以是整个样本590的图像或样本590的仅一部分的图像。

在一个实施例中，计算机可执行指令(例如，经编程的模块和软件)被存储在存储器565中，并且在被执行时，使得扫描系统550能够执行本文中描述的各种功能。在本描述中，术语“计算机可读存储介质”被用于指代用于存储计算机可执行指令、并且将计算机可执行指令提供给扫描系统550以供处理器555执行的任何介质。这些介质的示例包括存储器565以及例如经由网络(未示出)而与扫描系统550直接或间接地通信耦合的任何可移动的或者外部存储介质(未示出)。

图10B图示了具有单个线性阵列640的线扫描相机，单个线性阵列640可以被实现为电荷耦合器件(“CCD”)阵列。单个线性阵列640包括多个单独的像素645。在所图示的实施例中，单个线性阵列840在备选实施例中具有4098个像素，线性阵列640可以具有更多或更少的像素。例如，线性阵列的常见格式包括512、1024和4096个像素。像素645以线性方式被布置，以限定线性阵列640的视场625。视场的尺寸根据扫描仪系统550的放大倍数而变化。

图10C图示了具有三个线性阵列的线扫描相机，每个线性阵列可以被实现为CCD阵列。三个线性阵列组合而形成彩色阵列650。在一个实施例中，彩色阵列650中的每个单独的线性阵列检测不同的颜色强度，例如红色、绿色或蓝色。来自彩色阵列650中的每个单独线性阵列的彩色图像数据被组合来形成彩色图像数据的单个视场625。

图10D图示了具有多个线性阵列的线扫描相机，每个线性阵列可以被实现为CCD阵列。多个线性阵列组合而形成TDI阵列655。有利地，TDI线扫描相机可以通过将来自标本的先前成像区域的强度数据汇总而在其输出信号中提供实质上更好的SNR，从而产生与线性阵列(也被称为积分级)数量的平方根成比例的SNR增加。TDI线扫描相机可以包括更多种类的线性阵列，例如，TDI线扫描相机的常见格式包括24、32、48、64、96、120和甚至更多的线性阵列。

提供所公开实施例的以上描述来使得本领域技术人员能够制造或使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中描述的一般原理可以被应用于其他实施例。因此，应当理解，本文中呈现的描述和附图表示本发明的当前优选实施例并且因此表示本发明广泛涵盖的主题。还应理解，本发明的范围完全涵盖对本领域技术人员显而易见的其他实施例，并且因此本发明的范围不受限制。

Claims (23)

1.一种数字载片扫描装置，包括：

电机，被配置为：

在自动化处理期间移动玻璃载片，以及

在移动所述玻璃载片时生成负载阻力值；

一个或多个处理器，被配置为：

设置预定阈值阻力值；

在所述自动化处理期间控制所述电机移动所述玻璃载片，

在开始所述自动化处理之后监测所述负载阻力值，

将所述负载阻力值与所述预定阈值阻力值进行比较，以及

响应于确定所述负载阻力值超过所述预定阈值阻力值，控制所述电机停止所述玻璃载片的移动。

2.根据权利要求1所述的数字载片扫描装置，其中所述自动化处理是以下项中的一项：

将所述玻璃载片从载片架移动到扫描台上，

将所述玻璃载片从所述扫描台移动到所述载片架，以及

旋转包含一个或多个载片架的转盘，所述一个或多个载片架存放一个或多个玻璃载片。

3.根据权利要求2所述的数字载片扫描装置，其中所述预定阈值阻力值对应于与破坏玻璃载片的压力相比更小的压力。

4.根据权利要求3所述的数字载片扫描装置，其中所述破坏玻璃载片的压力对应于被施加到顶表面或底表面的压力。

5.根据权利要求3所述的数字载片扫描装置，其中所述破坏玻璃载片的压力对应于被施加到边缘表面的压力。

6.根据权利要求5所述的数字载片扫描装置，其中所述边缘表面是端表面。

7.根据权利要求5所述的数字载片扫描装置，其中所述边缘表面是侧表面。

8.根据权利要求1所述的数字载片扫描装置，其中所述自动化处理是以下项中的一项：

从转盘取出载片架，以及

将载片架插入所述转盘中。

9.根据权利要求8所述的数字载片扫描装置，其中所述预定阈值阻力值对应于与以下力相比更小的力：将所述载片架从夹具指对的抓握中拉出所需的力。

10.根据权利要求1所述的数字载片扫描装置，其中所述自动化处理是夹持载片架。

11.根据权利要求8所述的数字载片扫描装置，其中所述电机是步进电机，并且其中所述预定阈值阻力值对应于与使所述电机跳过步进所需的力相比更小的力。

12.一种方法，包括：

在自动化处理期间，使用一个或多个处理器控制电机来移动玻璃载片；

在所述玻璃载片的运动期间，使用所述一个或多个处理器确定所述电机的负载阻力值；

使用所述一个或多个处理器将所述负载阻力值与预定阈值阻力值进行比较，以及

响应于确定所述负载阻力值超过所述预定阈值阻力值，使用所述一个或多个处理器控制所述电机来停止所述玻璃载片的移动。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述自动化处理是以下项中的一项：

将所述玻璃载片从载片架移动到扫描台上，

将所述玻璃载片从所述扫描台移动到所述载片架，以及

旋转包含一个或多个载片架的转盘，所述一个或多个载片架存放一个或多个玻璃载片。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述预定阈值阻力值对应于与破坏玻璃载片的压力相比更小的压力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述破坏玻璃载片的压力对应于被施加到顶表面或底表面的压力。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述破坏玻璃载片的压力对应于被施加到边缘表面的压力。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述边缘表面是端表面。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述边缘表面是侧表面。

19.根据权利要求12所述的方法，其中所述自动化处理是以下项中的一项：

从转盘取出载片架，以及

将载片架插入所述转盘中。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述预定阈值阻力值对应于与以下力相比更小的力：将所述载片架从夹具指对的抓握中拉出所需的力。

21.根据权利要求12所述的方法，其中所述自动化处理是夹持载片架。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述电机是步进电机，并且其中所述预定阈值阻力值对应于与使所述电机跳过步进所需的力相比更小的力。

23.一种数字载片扫描装置，包括：

多个电机，每个电机被配置为：

在自动化处理期间驱动一个或多个部件的移动，以及

在驱动移动时生成负载阻力值；

一个或多个处理器，被配置为：

针对所述多个电机中的每个电机，设置预定阈值阻力值，其中至少两个预定阻力值不相等；

在第一自动化处理期间，控制所述多个电机中的第一电机驱动移动，

在开始所述第一自动化处理之后，监测由所述第一电机生成的第一负载阻力值，

将所述第一负载阻力值与和所述第一电机相对应的第一预定阈值阻力值进行比较，

响应于确定所述第一负载阻力值超过所述第一预定阈值阻力值，控制所述第一电机停止驱动移动，

在第二自动化处理期间，控制所述多个电机中的第二电机驱动移动，

在开始所述第二自动化处理之后，监测由所述第二电机生成的第二负载阻力值，

将所述第二负载阻力值与和所述第二电机相对应的第二预定阈值阻力值进行比较，

响应于确定所述第二负载阻力值超过所述第二预定阈值阻力值，控制所述第二电机停止驱动移动。

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