CN116794819A - 用于测定的光学器件、装置和系统 - Google Patents

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田军
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Abstract

此外，本发明提供了用于简便、快速和灵敏的测定的装置和方法。

Description

用于测定的光学器件、装置和系统
本申请是以申请号为2018800209738，申请日为2018-02-08的中国国家阶段申请为母案的提出分案申请。
相关申请案的交叉引用
本申请要求于2017年2月8日提交序列号为62/456,590、于2017年2月15日提交的序列号为62/459,554和于2017年2月16日提交的序列号为62/460,075、于2017年2月8日提交的序列号为62/456,504(ESX045PRV)、于2017年2月16日提交的序列号为62/460,062(ESX045PRV2)、于2017年2月9日提交美国的序列号为62/457,133(ESX046PRV)的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
其中本发明涉及进行生物和化学测定以及计算成像的装置和方法。
背景技术
在生物和化学测定(例如诊断测试)中，通常需要简单、快速和灵敏的测定(包括成像)。本发明尤其提供了用于简单、快速和灵敏的测定(包括成像)的装置和方法。
附图说明
本领域技术人员将理解，下面描述的附图仅用于说明的目的。附图不旨在以任何方式限制本发明的范围。附图不是完全按比例绘制的。在给出实验数据点的图中，连接数据点的线仅用于引导观察数据，而没有其他意义。
图1A、1B和1C是根据本发明的一些实施方案所述的荧光照明模式下的系统测试样品的示意图。
图2A、2B和2C是根据本发明的一些实施方案所述的明场照明模式下的系统测试样品的示意图。
图3是根据本发明的一些实施方案所述的系统和系统20中的光学适配器装置的示意性分解图。
图4是示出了根据本发明的一些实施方案所述的明场照明模式中的系统测试样品，特别是装置的细节的示意性截面图。
图5是示出了根据本发明的一些实施方案所述的荧光照明模式下的系统测试样品，特别是装置的细节的示意性截面图。
图6A和图6B是示出了根据本发明的一些实施方案在从装置向外拉动时使杠杆停止在预定位置的设计的示意性剖视图。
图7是根据本发明的一些实施方案所述的保持QMAX装置的样品滑块的结构的示意图。
图8是根据本发明的一些实施方案在两个预定停止位置之间切换的活动臂的示意图。
图9是根据本发明的一些实施方案所述的滑块如何指示QMAX装置是否沿正确方向插入的示意图。
图10A、10B和10C是根据本发明的一些实施方案所述的用于智能手机比色读取器的系统的示意图。
图11是根据本发明的一些实施方案所述的系统中的光学适配器装置的示意性分解图。
图12是示出了根据本发明的一些实施方案所述的读取比色卡的系统的细节，特别是装置的细节的示意性截面图。
图13A、13B和13C是根据本发明的一些实施方案所述的用于智能手机比色读取器的系统的示意图。
图14是根据本发明的一些实施方案所述的系统中的光学适配器装置的示意性分解图。
图15A、15B和15C是示出了根据本发明的一些实施方案所述的读取比色卡，特别是装置的系统的细节的示意图。
图16A示出了根据本发明的一些实施方案所述的由成像传感器、透镜和QMAX结构组成的断层摄影装置。
图16B示出了字母E的柱阵列图案的实施例。
图16C示出了薄透镜模型，其解释了焦距对捕获图像的影响。
图16D示出了由成像传感器拍摄的图16B中的示例性柱阵列的图像。
图16E示出了基于相位图像检索的方案的图。
图17A示出了根据本发明的一些实施方案所述的包括两个阶段、训练和预测的分析物检测和定位工作流程。
图17B示出了根据本发明的一些实施方案从排序列表中移除一个项目的过程。
图18示出了用于细胞成像的QMAX装置的实施方案。
图19A示出了双相机成像系统的示意图。
图19B示出了双相机之间距离选择的示意图。
图19C示出了双相机拍摄的结果图对比。
示例性实施方案所述的详细描述
以下详细描述通过示例而非限制的方式示出了本发明的一些实施方案。本文使用的章节标题和任何副标题仅用于组织目的，而不应被解释为以任何方式限制所描述的主题。章节标题和/或副标题下的内容不限于章节标题和/或副标题，而是适用于本发明的整个描述。
任何出版物的引用是为了在申请日之前公开，并且不应被解释为承认本权利要求无权凭借在先发明而先于此类出版物。此外，所提供的公开日期可以不同于可能需要被独立地确认的实际的公开日期。
以下示出了七个示例性实施方案：附接到智能手机的用于明场和荧光显微成像的光学适配器的一个实施方案；使用倾斜的光纤端面作为光源附接到智能电话的用于色度测量的光学适配器的一个实施方案；附接到使用环形光纤的侧面照明作为光源的智能电话的用于色度测量的光学适配器的一个实施方案；断层摄像装置和方法的一个实施方案；机器学习辅助分析和成像的一个实施方案；组织染色和细胞成像的装置和方法的一个实施方案；双透镜成像系统的一个实施方案。
A.用于附接到智能电话上的明场和荧光显微镜的光学适配器
明场和荧光显微术是检验样品某些性质的非常有力的技术，在健康监测、疾病诊断、科学教育等方面有着广泛的应用。然而，传统上，拍摄显微图像需要昂贵的显微镜和有经验的人员，普通人无法做到。尽管有一些最近发明的能够将智能手机变成明场显微镜的配件，但这样的明场显微镜图像仅给出非常有限的样品信息。
本文描述的本发明通过提供一种包括光学适配器和智能手机的系统来解决这个问题。所述光学适配器装置安装在智能手机上，将其转换为显微镜，该显微镜可以拍摄样品的荧光和明场图像。该系统可由普通人员在任何地点方便可靠地操作。光学适配器利用智能电话的现有资源，包括相机、光源、处理器和显示屏，这位用户提供了低成本进行明场和荧光显微术的解决方案。
在本发明中，光学适配装置包括配合在手机上部上的保持器框架和附接到该保持器的光学盒，其具有样品接收器槽和照明光学器件。在一些现有技术(美国专利号2004/029091和美国专利号2011/0292198)中，它们的光学适配器设计是包括安装在智能手机上的夹式机械部件和功能光学元件的整体件。这种设计存在的问题是，它们需要为每种特定型号的智能电话重新设计整体光学适配器。但是在本发明中，光学适配器被分成仅用于装配智能电话的保持框架和包含所有功能部件的通用光学盒。对于不同尺寸的智能手机，只要摄像头和光源的相对位置相同，只需重新设计固定架，节省了大量的设计和制造成本。
该光学适配器的光学盒包含：接收器槽，其在该智能手机相机的视场和焦距范围内接收该样品并将该样品定位在样品载片中；用于捕获样品的明场显微图像的明场照明光学器件；荧光照明光学器件，其用于捕获样品的荧光显微图像；杠杆，其通过在该光学盒中向内和向外滑动而在明场照明光学器件与荧光照明光学器件之间切换。
所述接收器槽具有附接到其上的橡胶门，该橡胶门可以完全覆盖槽以防止环境光进入光学盒而被相机收集。在现有技术(美国专利2016/0290916)中，其样品槽总是暴露于环境光，因为其仅进行明场显微术，所以不会引起太多的问题，。但是本发明在进行荧光显微镜检查时可以利用这种橡胶门，因为环境光会给相机的图像传感器带来很多噪声。
为了捕获良好的荧光显微图像，希望几乎没有激发光进入相机，并且相机仅收集由样品发射的荧光。然而，对于所有普通的智能电话，由于光源发射的光束的大发散角，放置在相机前面的光学滤波器不能很好地阻挡从智能电话的光源发射的光中不需要的波长范围的光，并且光学滤波器对于未准直的光束不管用。可以设计准直光学器件已将由智能手机光源发射的进行准直以解决这个问题，但是这种方法增加了适配器的尺寸和成本。相反，在本发明中，荧光照明光学器件使得激发光能够部分地从样品载片内部的波导并且部分地从样品侧的后侧以大的倾斜入射角照射样品，使得激发光几乎不会被相机收集以减少进入相机的噪声信号。
适配器中的明场照明光学器件接收并转动由光源发射的光束，以便以垂直入射角对样品进行背光照明。
典型地，所述光学盒还包含安装在其中的与智能电话的相机对准的透镜，其放大由相机捕获的图像。相机拍摄的图像可以由智能手机的处理器进一步处理，并在智能手机的屏幕上输出分析结果。
为了在同一光学适配器中实现明场照明和荧光照明光学器件，在本发明中使用可滑动杠杆。荧光照明光学器件的光学元件安装在杠杆上，并且当杠杆完全滑入光学盒时，荧光照明光学元件阻挡明场照明光学器件的光路并且将照明光学器件切换到荧光照明光学器件。当杠杆滑出时，安装在杠杆上的荧光照明光学元件移出光路并切换到明场照明光学器件。这种杠杆设计使得光学适配器在明场和荧光照明模式下都工作，而不需要设计两个不同的单模光学盒。
杠杆包括在不同高度的不同平面处的两个平面。
在一些实施方案中，可以用垂直棒将两个平面连接在一起，并且一起移入或移出光学盒。在一些实施方案中，两个平面可以分开，并且每个平面可以单独移入或移出光学盒。
上部杠杆平面包含至少一个光学元件，该光学元件可以是但不限于滤波器。上部杠杆平面在光源下方移动，并且上部杠杆平面与光源之间的优选距离在0至5mm的范围内。
底部杠杆平面的一部分不平行于图像平面。底部杠杆平面非平行部分表面镜面光洁度高，反射率大于95％。底部杠杆平面的非平行部分在光源下面移动，并且偏转从光源发射的光，以便向后照射相机正下方的样品区域。底部杠杆平面的非平行部分的优选倾斜角在45度到65度的范围内，并且倾斜角被定义为非平行底部平面和竖直平面之间的角度。
底部杠杆平面的一部分平行于图像平面，并位于样品下方1mm至10mm处。底部杠杆平面的平行部分的表面是高度光吸收的，其中光吸收大于95％。该吸收表面用于消除以小入射角在样品上反向照射的反射光。
为了使用杠杆滑入和滑出以切换照明光学器件，使用包括球塞和杠杆上的凹槽的止动件设计，以便当从适配器向外拉动时将杠杆止动在预定位置。这允许用户使用任意的力拉动杠杆，但是使杠杆停止在固定位置，光学适配器的工作模式在该固定位置被切换到明场照明。
样品滑块安装在所述接收器槽内以接收QMAX装置并将样品定位在智能手机相机的视场和焦点范围内的QMAX装置中。
所述样品滑块包括固定的轨道架和活动臂：
所述框架轨道固定安装在光学盒的接收器槽中。所述轨道框架具有与QMAX装置的宽度和厚度相匹配的滑轨槽，使得QMAX装置能够沿着轨道滑动。轨道槽的宽度和高度被仔细地构造为使得QMAX装置在垂直于滑动平面中的滑动方向的方向上移动小于0.5mm，并且沿着QMAX装置的厚度方向移动小于0.2mm。
框架轨道在手机的相机的视野下具有开放的窗口，以允许光回照样品。
活动臂预先设置在轨道框架的滑轨槽中，并与QMAX装置一起运动，以引导QMAX装置在轨道框架中的运动。
活动臂装备有具有两个预定停止位置的止动机构。对于一个位置，臂将使QMAX装置停止在QMAX装置上的固定采样区域正好在智能电话的相机下面的位置。对于另一个位置，臂将使QMAX装置停止在QMAX装置上的采样区域在智能电话的视场之外的位置，并且QMAX装置可以容易地从轨道槽中取出。
通过将QMAX装置和活动臂一起按压到轨道槽的端部然后释放，活动臂在两个停止位置之间切换。
所述活动臂可以指示QMAX装置是否沿正确的方向插入。QMAX装置的一个角的形状被配置成不同于其他三个直角。所述活动臂的形状与所述一个角的特定形状相匹配，使QMAX装置只能沿正确方向滑动到轨道槽中的正确位置。
图1A、1B和1C是在荧光照明模式下测试样品的系统19的示意图。具体地，图1B和1C分别是从前侧和后侧示出的系统19的分解图。系统19包含智能手机1；安装在智能电话1的上部上的光学适配器装置18；样品载片5，其插入到装置18的接收器槽4中，使得样品载片5上的样品位于智能手机1中的相机模块1C的视场和焦点范围内。杠杆8完全压入装置18中，使得系统19以荧光照明模式操作。在样品载片5进入之后，连接到装置18的橡胶门16盖住接收器槽4，以防止环境光进入接收器槽4而影响测试。
安装在智能电话1中的软件(未示出)在智能电话1中的光源1L发光的同时分析由相机模块1C收集的图像，以便获得样品的一些属性，并且将结果输出到智能电话1中的显示屏1f。
图2A、2B和2C是在明场照明模式下测试样品的系统20的示意图。具体地，图2B和2C分别是从前侧和后侧示出的系统20的分解图。系统20包含智能手机1；安装在智能电话1的上部上的光学适配器装置18；样品载片5，其插入到装置18的接收器槽4中，使得样品载片5上的样品位于智能手机1中的相机模块1C的视场和焦点范围内。杠杆8从装置18中向外拉动并由在装置18中的预定位置处的制动器(未示出)停止，使得系统20在明场照明模式下操作。
图3是系统19和系统20中的光学适配器装置18的示意性分解图。装置18包括安装在智能手机1上部的支架壳体2；附接到壳体2的光学盒3，包括接收器槽4、光学室3C、允许杠杆8滑入的轨道6b和6t，以及插入沟槽4s中以覆盖所述接收器槽4的橡胶门16。光学插件7装配到光学室3C的顶部，其中的出口光圈7L和进口光圈7C与智能电话1中的光源1L和相机1C对准(如图2B所示)。透镜11安装在光学插件7中的进口光圈7C中，并且构造成使得插入所述接收器槽4中的样品载片5中的样品位于相机1C的工作距离内(如图2B和1B所示)。透镜11用于放大由相机1C(如图2B和1B所示)捕获的样品的图像。长通光学滤波器12安装在透镜11顶部的进口光圈7C中。一对直角反射镜13和14安装在光学室3C的底部上，并且被配置为使得反射镜13和反射镜14与光源1L和相机1C分别对准(如图2B和1B所示)。在下面的图4中描述与装置18中的明场照明光学器件的操作一样的反射镜13和反射镜14。杠杆8包括两个水平杆：上水平杆包括安装在槽8a中的带通滤波器15，而下水平杆包括安装在水平平面8b上的光吸收器9和安装在倾斜平面8c上的反射镜10。在下面的图5中描述操作与装置18中的荧光照明光学器件一样的滤波器15、光吸收器9和反射镜10。杠杆8的上水平杆在盒子3中沿轨道6t滑动，而下水平杆8b和8c在盒子3中沿轨道6b滑动。杠杆8停止在盒3中的两个不同位置，以在明场照明光学器件和荧光照明光学器件之间切换。杠杆8完全插入盒3中以切换装置18与荧光照明光学器件一起工作。球塞17安装在轨道6t的侧壁上，以便当杠杆8从箱3向外拉到开关装置18以与明场照明光学器件一起工作时，使杠杆8停止在预定位置。
图4是示出在明场照明模式下测试样品的系统20的细节，特别是装置18的细节的示意性截面图。该图示出了以上参考图3描述的元件的功能。从装置18向外拉动杠杆8(如图3所示)并且由止动件17停止(如图3所示)在预定位置处，使得反射镜13和反射镜14暴露于相机1C和光源1L并与相机1C和光源1L对准。光源1L远离智能手机1发射光束BB1。光束BB1被反射镜14偏转90度至光束BB2，该光束BB2被反射镜13进一步偏转90度至光束BB3。光束BB3以垂直入射角反向照射样品载片5中的样品。透镜11在相机1C的图像传感器平面上产生样品的放大图像。智能手机1捕获并处理图像以获得样品的某些属性。
图5是示出在荧光照明模式下测试样品的系统19的细节，特别是装置18的细节的示意性截面图。该图示出了以上参考图3描述的元件的功能。杠杆8(如图3所示)完全插入到装置18中，使得光吸收器9和倾斜反射镜10处于相机1C和光源1L的视野下，并且阻挡光源1L与反射镜对13和14之间的光路。带通滤波器15位于光源1L正下方。光源1L远离智能手机1发射光束BF1。滤波器15允许具有与样品载片5中的荧光样品的激发波长相匹配的特定波长范围的光束BF1通过。光束BF1的一部分照射在透明样品载片5的边缘上，并且联接到在样品载片5中行进的波导光束BF3，并且照射透镜11下面的样品区域。光束BF1的一部分照射在反射镜10上。倾斜反射镜10将光束BF1偏转到光束BF2，并以大的倾斜角向后照射透镜11正下方的样品载片5中的样品区域。具有大发散角的光束BF1的剩余部分(即光束BF4)照射在吸收器9上并被吸收，使得光束BF4的反射光不会以小入射角进入相机1C。来自透镜11下面的样品区域的光穿过透镜11并被长通滤波器12滤波，使得只有样品载片5中的荧光样品发射的特定波长范围内的光进入相机1C以形成图像。智能手机1捕获并处理图像以获得样品的某些属性。橡胶门16插入装置18中以覆盖样品载片5，以防止环境光进入装置18影响测试。
图6A和图6B是示意性剖视图，示出了当从装置18向外拉动杠杆8时使杠杆8停止在预定位置的设计。球塞17安装在轨道槽6t的侧壁中，并且在杠杆8的侧壁上钻出凹槽8g，该凹槽8g的形状与球塞17中的球的形状相匹配。当从装置18向外拉动杠杆8并且还没有到达如图2所示的预定位置时，如图6A所示，球塞17中的球被杠杆8的侧壁压入其主体中，从而杠杆8可以沿着轨道6t滑动。如图6B所示，当杠杆8上的凹槽8g到达球塞17的位置时，球塞17中的球跳到凹槽8g中以让杠杆8停止。
图7是保持QMAX装置的样品滑块的结构的示意图。样品滑块包含：轨道框架，其具有轨道槽以使QMAX装置沿其滑动；活动臂，其预先设置在轨道槽中，与QMAX装置一起移动以引导其移动。活动臂装备有止动机构，以使QMAX装置停止在两个预定的停止位置处。轨道槽的宽度和高度被仔细地构造成使得QMAX装置在垂直于滑动平面中的滑动方向的方向上移动小于0.5mm，并且沿着QMAX装置的厚度方向移动小于0.2mm。
图8是活动臂在两个预定停止位置之间切换的示意图。通过将QMAX装置和活动臂一起按压到轨道槽的端部然后释放，QMAX卡可以停止在位置1或位置2，在位置1，样品区域在用于容易地从滑块取出QMAX装置的智能电话相机的视野之外，在位置2，样品区域正好在用于捕获图像的智能电话相机的视野之下。
图9是滑块如何指示QMAX装置是否沿正确方向插入的示意图。QMAX装置的一个角的形状被配置成不同于其他三个直角。动臂的形状与特定形状的转角形状相匹配，使QMAX装置只能沿正确方向滑动到轨道槽中的正确位置。如果从错误侧翻转或插入QMAX装置，则滑块外部的QMAX装置部分比正确插入QMAX装置时更长。
当荧光图像和明场图像都可用时，可以利用荧光图像的知识来处理明场图像，或者利用明场图像的知识来处理荧光图像，或者共同处理两个图像。荧光图像和明场图像的视场可以不同；因此，两个图像不是像素到像素地空间对准的。
为了解决荧光图像和明场图像之间的不对准，可以将图像配准应用于这两个图像。图像配准找到使从一个图像到另一个图像的空间位置相关的几何变换。各种图像配准算法可用于对准荧光图像和明场图像，包含但不限于基于特征点、基于互相关、基于傅立叶对准等。图像配准输出将一个图像的空间位置(坐标)映射到另一个图像的几何变换。
在荧光图像和明场图像对准之后，可以利用来自两个图像的信息来改进一个图像的处理，或者共同处理两个图像。
实施例：
A1.一种光学适配器，包含：
i.支架框架，以及
ii.可移除地附接至支架框架上的光学盒，
其中支架框架被配置成用于可移除地装配在一个移动装置上并且将光学盒与整合在移动装置中的相机和照明源对齐；
其中光学盒包含样品接收器槽和照明光学器件。
B1.一种光学系统，包含：
i.实施方案A1的光学适配器；以及
ii.QMAX卡，其包含第一板和第二板，其中第一板和第二板将液体样品压缩成小于200μm的均匀厚度层；以及
iii.滑块，其被配置成容纳QMAX卡并且被插入到所述光盒中。
C1.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中移动装置是智能电话。
C2.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中保持器框架包含构造成可替换为用于不同移动装置的具有不同尺寸的其他保持器壳体的保持器壳体。
C3.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中保持器框架的大小适于将光学适配器可移除地装配到移动装置的上部。
C4.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中光学适配器的光学盒包含：
i.接收器槽，其被配置成用于在相机的视场和焦点范围中将QMAX卡接收和定位在样品载片中；
ii.明场照明光学器件，其被配置成捕获样品的明场显微图像；
iii.荧光照明光学器件，其被配置成捕获样品的荧光显微图像；以及
iv.杠杆，其被配置成通过在光学箱中向内和向外滑动而在明场照明光学器件与荧光照明光学器件之间切换。
C5.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中接收器槽包含可完全覆盖槽以防止环境光进入光盒中以由相机收集的橡胶门。
C6.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中适配器中的明场照明光学器件构造成接收并转向由光源发射的光束，以便以垂直入射角对样品进行背照明
C7.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中光学盒进一步包含安装在其中且与移动装置的相机对准的透镜，该透镜放大由相机捕获的图像。
C8.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中由相机捕获的图像进一步由移动装置的处理器处理且在移动装置的屏幕上输出分析结果。
C9.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中杠杆是可滑动的，并且被配置成在同一光学适配器中实现明场照明和荧光照明光学器件两者。
C10.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中荧光照明光学器件的光学元件安装在杠杆上，并且当杠杆完全滑动到光学盒中时，
C11.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中具有荧光照明光学元件的杠杆阻挡明场照明光学器件的光路并且将照明光学器件切换到荧光照明光学器件。
C12.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中当杠杆滑出时，安装在杠杆上的荧光照明光学元件移出光学路径并将照明光学器件切换到明场照明光学器件。
C13.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中杠杆包含处于不同高度的两个平面。
C14.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中两个平面通过竖直杆连接在一起，并且一起移入或移出光学盒。
C15.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中两个平面可分离且每一平面可个别地移入或移出光学盒。
C16.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中上部杠杆平面包括至少一个光学元件，该光学元件可以是但不限于滤波器。
C17.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中上部杆平面在光源下方移动，并且上部杆平面与光源之间的优选距离在0至5mm的范围内。
C18.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中底部杠杆平面的一部分不平行于图像平面。
C19.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中底部杠杆平面的非平行部分的表面具有反射率大于95％的镜面光洁度。
C20.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中底部杠杆平面的非平行部分在光源下方移动且使从光源发射的光偏转以在相机正下方对样品区域进行反向照明。
C21.根据任何前述实施例的适配器或系统，其中底部杠杆平面的非平行部分的优选倾斜角在45度到65度的范围内，并且倾斜角被定义为非平行底部平面和竖直平面之间的角度。
C22.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中底部杠杆平面的一部分平行于图像平面，且位于样品下方且远离样品1mm到10mm处。
C23.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中底部杠杆平面的平行部分的表面是高度光吸收的，具有大于95％的光吸收。
C24.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中吸收表面用于消除以小入射角在样品上反向照射的反射光。
C25.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中杠杆包括构造成使杆停止的止动件。
C26.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中止挡件包含球塞，并且使用杠杆上的凹槽，以便在从适配器向外拉动时将杠杆停止在预定位置处。
C27.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中止挡件构造成允许用户使用任意力来拉动杠杆，但使杠杆停止在固定位置处，光学适配器的工作模式在该固定位置处切换到明场照明。
C28.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中样品滑块安装在接收器槽内以接收QMAX装置并将样品定位在智能手机相机的视场和焦点范围内的QMAX装置中。
C29.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中通过将QMAX装置和活动臂一起按压到轨道槽的端部然后释放，该活动臂在两个停止位置之间切换。
C30.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中活动臂可指示QMAX装置是否沿正确方向插入。
C31.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中QMAX装置的一个角的形状构造成不同于其他三个直角转角。
C31.活动臂的形状与特定形状的转角形状相匹配，使QMAX装置只能沿正确方向滑动到轨道槽中的正确位置处。
C32.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中样品滑块包含固定轨道框架和活动臂：
C33.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中框架轨道固定地安装在光学盒的接收器槽中；轨道框架具有与QMAX装置的宽度和厚度相匹配的滑轨槽，使得QMAX装置能够沿着轨道滑动。轨道槽的宽度和高度被仔细地构造为使得QMAX装置在垂直于滑动平面中的滑动方向的方向上移动小于0.5mm，并且沿着QMAX装置的厚度方向移动小于0.2mm。
C34.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中框架轨道在智能电话的相机的视场下方具有开放的窗口以允许光背照样品。
C35.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中活动臂预先构建在轨道框架的滑轨槽中，且与QMAX装置一起移动以引导QMAX装置在轨道框架中的移动。
C36.根据前述任一实施方案所述的适配器或系统，其中活动臂装备有具有两个预定停止位置的止动机构。
B.用于将比色读取器连接到智能手机的光学适配器(倾斜光纤端照明)。
比色测定是一项非常强大的技术，在健康监测、疾病诊断、化学测定等方面有着广泛的应用。获得准确比色测定结果的关键因素是准确定量颜色变化。通常，通过将颜色变化与标准色卡进行比较来分析比色测试条的颜色变化。但是这种比较是由人眼完成的，并且容易受到环境光条件的影响，这限制了量化颜色变化的精确度。
本文描述的本发明通过提供一种包括光学适配器和手机的系统来解决这个问题。光学适配器装置安装在将其转换为比色读取器的手机上，比色读取器可提供一致且均匀的照明以照射比色测试卡的前表面并捕获样品的图像以分析颜色变化。系统可由普通人员在任何地点方便可靠地操作。光学适配器利用智能电话的现有资源，包含相机、光源、处理器和显示屏，这提供了低成本的解决方案以精确地量化比色测定的颜色变化。
在本发明中，光学适配装置包括配合在手机上部上的保持器框架和附接到保持器的光学盒，光学盒具有样品接收器槽和照明光学器件。在一些现有技术的用于手机的连接适配器中，它们的适配器设计是包括配合在手机上的夹持机械零件和功能元件的整体件。这种设计存在的问题是，它们需要为每种特定型号的智能手机重新设计整体适配器。但是在本发明中，光学适配器被分成仅用于装配智能电话的保持框架和包含所有功能部件的通用光学盒。对于不同尺寸的智能手机，只要摄像头和光源的相对位置相同，只需重新设计固定架，节省了大量的设计和制造成本。
光学适配器的光学盒包括：接收器槽，其接收比色样品并将其定位在智能手机相机的视场和焦点范围内；照明和成像光学器件，其独立于任何外部条件在样品上产生均匀一致的照明并捕获样品图像。
为了捕获样品图像以准确地表示颜色变化，希望相机下的样品区域被均匀地照明。但是对于所有普通的智能电话，光源和相机之间总是存在距离。当样品非常靠近智能电话的相机放置时，在没有附加照明光学器件的情况下，由光源均匀地正面照明的区域正好在光源下面，但不在相机的视场内。为了解决这个问题，在本发明中，使用倾斜的大芯光纤来转动从光源发出的光束，以便均匀地照射相机正下方的样品区域。
并且为了产生更均匀的照明，希望来自区域光源而不是来自智能电话的LED点源的光束。为此目的，可以提供放置在光纤端面前面的单独的漫射器，但是这种方法增加了光学适配器中的元件并且增加了成本。取而代之的是，在本发明中，使光纤的两个端面具有无光泽的光洁度以用作漫射器，使得朝向样品的端面可以成为面光源以在样品上产生更均匀的照明。
通常，光学盒还包含安装在其中的透镜，透镜与智能电话的相机对准，这使得样品在相机的焦点范围内。由相机捕获的图像将由智能电话的处理器进一步处理以分析颜色变化并在智能电话的屏幕上输出分析结果。
样品滑块安装在接收器槽内以接收QMAX装置并将样品定位在智能手机相机的视场和焦点范围内的QMAX装置中。
样品滑块包括固定轨道架和活动臂：
框架轨道固定安装在光学盒的接收器槽中。轨道框架具有与QMAX装置的宽度和厚度相匹配的滑轨槽，使得QMAX装置能够沿着轨道滑动。轨道槽的宽度和高度被仔细地构造为使得QMAX装置在垂直于滑动平面中的滑动方向的方向上移动小于0.5mm，并且沿着QMAX装置的厚度方向移动小于0.2mm。
框架轨道在手机的相机的视野下具有开放的窗口，以允许光回照样品。
活动臂预先设置在轨道框架的滑轨槽中，并与QMAX装置一起运动，以引导QMAX装置在轨道框架中的运动。
活动臂装备有具有两个预定停止位置的止动机构。对于一个位置，臂将使QMAX装置停止在QMAX装置上的固定采样区域正好在智能电话的相机下面的位置。对于另一个位置，臂将使QMAX装置停止在QMAX装置上的采样区域在智能电话的视场之外的位置，并且QMAX装置可以容易地从轨道槽中取出。
通过将QMAX装置和活动臂一起按压到轨道槽的端部然后释放，活动臂在两个停止位置之间切换。
活动臂可以指示QMAX装置是否沿正确的方向插入。QMAX装置的一个角的形状被配置成不同于其他三个直角。动臂的形状与特定形状的转角形状相匹配，使QMAX装置只能沿正确方向滑动到轨道槽中的正确位置。
图10A、10B和10C是用于智能手机比色读取器的系统10的示意图。具体地，图10B和10C分别是从前侧和后侧示出的系统10的分解图。系统10包含智能手机1；安装在智能电话1的上部上的光学适配器装置13；插入到装置13的接收器槽136中，使得样本卡137上的样品区域位于智能手机1中的相机模块1C的视场和焦点范围内的比色测试卡137。安装在智能电话1中的软件(未示出)在智能电话1中的光源1L发光的同时分析由相机模块1C收集的图像，以便分析色度测试的颜色变化，并且将结果输出到智能电话1中的显示屏1f。
图11是系统10中的光学适配器装置13的示意性分解图。装置13包括安装在智能手机1上部的支架壳体131；附接到壳体131上的光学盒132包含接收器槽136、光学腔室132C。光学插件134装配到光学腔室132C的顶部中，其中具有与智能手机1中的光源1L和相机1C(在图10B中示出)对准的出口光圈134L和入光圈134C。透镜133安装在光学插件134中的入光圈134C中，并且被配置成使得插入接收器槽136中的比色样本卡137上的样本区域位于相机1C的工作距离内(如图10B所示)。大芯光纤135以倾斜角度安装在出口光圈134L中。使纤维135的两个端面具有无光泽的光洁度。下面在图2中描述作为装置13中的照明光学器件的操作的光纤135。
图12是示出读取比色卡，特别是装置13的系统10的细节的示意性剖视图。该图示出了以上参考图11描述的元件的功能。光源1L远离智能电话1发射光束B1。光束B1通过第一端面联接到光纤135中，并且沿着光纤135的方向行进，并且从第二端面发射出来以变成光束B2。光束B2从前侧照射相机1C正下方的比色样本卡137的样品区域以产生均匀的照射。因为光纤135的端面被制成无光泽和漫射光洁度，所以光束B2可以被认为是从面光源发射的，这有助于产生更均匀的照明。安装光纤135的倾斜角被设置成使光束B2的中心射线照射在相机正下方的样本卡137上的区域上。透镜11在相机1C的图像传感器平面上产生样品区域的图像。智能电话1捕获并处理图像以分析图像中的颜色信息，从而量化比色测定的颜色变化。
C.用于将比色读取器连接到智能手机的光学适配器(光纤环照明)。
比色测定是一项非常强大的技术，在健康监测、疾病诊断、化学测定等方面有着广泛的应用。获得准确比色测定结果的关键因素是准确定量颜色变化。通常，通过将颜色变化与标准色卡进行比较来分析比色测试条的颜色变化。但是这种比较是由人眼完成的，并且容易受到环境光条件的影响，这限制了量化颜色变化的精确度。
本文描述的本发明通过提供一种包括光学适配器和手机的系统来解决这个问题。光学适配器装置安装在将其转换为比色读取器的手机上，比色读取器可提供一致且均匀的照明以照射比色测试卡的前表面并捕获样品的图像以分析颜色变化。系统可由普通人员在任何地点方便可靠地操作。光学适配器利用智能电话的现有资源，包含相机、光源、处理器和显示屏，这提供了低成本的解决方案以精确地量化比色测定的颜色变化。
在本发明中，光学适配装置包括配合在手机上部上的保持器框架和附接到保持器的光学盒，光学盒具有样品接收器槽和照明光学器件。在一些现有技术的用于手机的连接适配器中，它们的适配器设计是包括配合在手机上的夹持机械零件和功能元件的整体件。这种设计存在的问题是，它们需要为每种特定型号的智能手机重新设计整体适配器。但是在本发明中，光学适配器被分成仅用于装配智能电话的保持框架和包含所有功能部件的通用光学盒。对于不同尺寸的智能手机，只要摄像头和光源的相对位置相同，只需重新设计固定架，节省了大量的设计和制造成本。
光学适配器的光学盒包括：接收器槽，其接收比色样品并将其定位在智能手机相机的视场和焦点范围内；照明和成像光学器件，其独立于任何外部条件在样品上产生均匀一致的照明并捕获样品图像。
为了捕获样品图像以准确地表示颜色变化，希望相机下的样品区域被均匀地照明。但是对于所有普通的智能电话，光源总是点源并且以一定距离安装在相机附近，这意味着光源相对于相机不是中心对称的。这导致以下问题：当样品非常靠近智能电话的相机放置时，在没有附加照明光学器件的帮助下，相机视场中样品前表面上的照明图案将在线性方向上具有梯度强度变化。因此，希望产生具有大发射面积和与相机中心对称的光源。为了实现这个目的，在本发明中，塑料侧发射光纤环围绕智能手机相机放置，以使光纤环相对于相机中心对称。光纤环的两个端面朝向智能手机的光源安装。这将把原始单点源转换成无限数量的小光源，这些小光源具有分布在距智能手机相机等距离的圆上的几乎相等的发光强度。从环形光纤的侧壁发射的光进一步穿过漫射膜以增加发射面积并使照明更均匀。相机正下方的样品区域被设计的基于侧发射光纤环的照明光学器件均匀地正面照明。
因为如何表示比色样品的颜色很大程度上取决于照明条件，所以重要的是独立于任何外部光条件来控制光盒中的照明一致。为了解决这个问题，接收器槽具有连接到其上的橡胶门，该橡胶门可以完全覆盖槽，以防止环境光进入光学盒，从而导致照明条件的改变。
通常，光学盒还包含安装在其中的透镜，透镜与智能电话的相机对准，这使得样品在相机的焦点范围内。由相机捕获的图像将由智能电话的处理器进一步处理以分析颜色变化并在智能电话的屏幕上输出分析结果。
样品滑块安装在接收器槽内以接收QMAX装置并将样品定位在智能手机相机的视场和焦点范围内的QMAX装置中。
样品滑块包括固定轨道架和活动臂：
框架轨道固定安装在光学盒的接收器槽中。轨道框架具有与QMAX装置的宽度和厚度相匹配的滑轨槽，使得QMAX装置能够沿着轨道滑动。轨道槽的宽度和高度被仔细地构造为使得QMAX装置在垂直于滑动平面中的滑动方向的方向上移动小于0.5mm，并且沿着QMAX装置的厚度方向移动小于0.2mm。
框架轨道在手机的相机的视野下具有开放的窗口，以允许光回照样品。
活动臂预先设置在轨道框架的滑轨槽中，并与QMAX装置一起运动，以引导QMAX装置在轨道框架中的运动。
活动臂装备有具有两个预定停止位置的止动机构。对于一个位置，臂将使QMAX装置停止在QMAX装置上的固定采样区域正好在智能电话的相机下面的位置。对于另一个位置，臂将使QMAX装置停止在QMAX装置上的采样区域在智能电话的视场之外的位置，并且QMAX装置可以容易地从轨道槽中取出。
通过将QMAX装置和活动臂一起按压到轨道槽的端部然后释放，活动臂在两个停止位置之间切换。
活动臂可以指示QMAX装置是否沿正确的方向插入。QMAX装置的一个转角的形状被配置成不同于其他三个直角。动臂的形状与特定形状的转角形状相匹配，使QMAX装置只能沿正确方向滑动到轨道槽中的正确位置。
一些实施方案
1.光纤环形照明器
在光学组件的一些实施方案中，其中
a.侧发光光纤的半径为10mm；
b.环形光纤的直径可以是至少5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、60mm、80mm或100mm，或在任意两个值之间的范围内；
c.环形光纤的横截面的直径可以是至少0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm或10mm，或在任意两个值之间的范围内。
在光学组件的一些实施方案中，其中
d.外部成像器透镜的直径为6mm；
e.所述成像器透镜的直径可为至少2mm、3mm、4mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm或50mm，或在任意两个值之间的范围内。
在光学组件的一些实施方案中，其中环形光纤可以与微透镜阵列结合使用或由微透镜阵列代替；
在光学组件的一些实施方案中，其中光学组件包括在样品与所述环形光纤之间的光漫射板，其中光漫射板具有被配置成与相机对准的光圈。
在光学组件的一些实施方案中，其中所述光漫射板的一侧的长度可以是至少5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、150mm或200mm，或在任意两个值之间的范围内，其中所述漫射板的厚度可以是至少2mm、3mm、4mm、5mm、10mm、15mm或20mm、或在任意两个值之间的范围内。
在光学组件的一些实施方案中，其中所述光漫射板与身上环形光纤之间的距离可以是至少1mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm，或在任意两个值之间的范围内。
权利要求2所述的光学组件，其中样品与所述环形纤维之间的距离可以是至少2mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、100mm、150mm、200mm，或在任意两个值之间的范围内。
杠杆：
1.权利要求3所述的光学组件，其中活动臂上的第一平面与光源之间的距离可以是至少0.5mm、2mm、4mm、8mm、10mm、20mm、50mm、100mm或在任意两个值之间的范围内。
2.权利要求3所述的光学组件，其中活动臂的第一平面与第二平面之间的距离可以是至少5mm、10mm、15mm、20mm、40mm、100mm、200mm，或在任意两个值之间的范围内。
3.权利要求5所述的光学组件，其中活动臂需要移动以在不同位置之间切换的距离可以是至少1mm、5mm、15mm、20mm、40mm、100mm，或在任意两个值之间的范围内。
4.权利要求3所述的光学组件，其中第二平面被连接到倾斜平面，其中反射镜被安装在倾斜平面上5.权利要求4的光学组件，其中倾斜平面的优选倾斜角可以是至少10度、30度、60度、80度，或在在任意两个值之间的范围内，并且倾斜角被定义为第二平面与倾斜平面之间的角度。
图13A、13B和13C是用于智能手机比色读取器的系统10的示意图。特别地，图13B和图13C分别是从前侧和后侧示出的系统10的分解图。系统10包含智能手机1；安装在智能电话1的上部上的光学适配器装置13；比色样品卡138，其插入到装置13的接收器槽137中，使得样品卡138上的样品区域位于智能手机1中的相机模块1C的视场和焦点范围内。在样品卡138进入之后，附接到装置18的橡胶门139覆盖接收器槽137，以防止环境光进入光学适配器13影响测试。安装在智能电话1中的软件(未示出)在智能电话1中的光源1L发光的同时分析由相机模块1C收集的图像，以便分析色度测试的颜色变化，并且将结果输出到智能电话1中的显示屏1f。
图14是系统10中的光学适配器装置13的示意性分解图。装置13包括安装在智能手机1上部的支架壳体131；附接到壳体131的光学盒132包括接收器槽137、光学腔室132C和橡胶门139，橡胶门139插入沟槽137s中以覆盖接收器槽137。光学插件134装配到光学腔室132C的顶部中，其中具有与智能电话1中的光源1L和相机1C(图13B中示出)对准的出口光圈134L和入光圈134C。透镜133安装在光学插件134中的入光圈134C中，并且被配置成使得插入接收器槽137中的比色样品卡138上的样本区域位于相机1C的工作距离内(如图13B所示)。侧面发射光纤环135安装在光学插件134中，光学插件134构造成使相机1C位于所述光纤环135的中心。所述光纤环135的两个端面安装在面向光源1L的出口光圈134L中。光漫射膜136放置在所述光纤环135之下，并具有为透镜光圈开放的孔。其操作作为装置13中的照明光的光纤环135在下面的图15A至图15C中描述。
图15A、15B和15C示出了读取比色卡的系统10，特别是装置13的细节的示意图。图15A是示出装置13的细节的截面图。以及图15B和图15C是仅示出装置13中的光学元件的构造的示意图。这些图示出了以上参考图14描述的元件的功能。从光源1L发射的光从光纤环135的两个端面联接到侧面发射光纤环135中，并且沿着环在内部传播。光束B1从光纤环的侧壁射出并穿过漫射膜136。光束B1从前侧照射相机1C正下方的比色样品卡138的样品区域以产生均匀的照射。被照射的样品区域吸收部分光束B1并将光束B1反射到光束B2。光束B2由透镜133收集并进入相机1C。透镜133在相机1C的图像传感器平面上产生样品区域的图像。智能电话1捕获并处理图像以分析图像中的颜色信息，从而量化比色测定的颜色变化。
D.断层摄像装置与系统
D-1.QMAX结构断层摄像装置
公开了一种以纳米尺度的最高分辨率重建生物样本的可切片虚拟三维拷贝的断层摄像装置。装置包括成像传感器、透镜和QMAX装置，如图16A所示。
QMAX装置具有周期性柱阵列。生物样本包含在QMAX装置中。折射率匹配液体可用于减少光的散射，并减少整个样品折射率的不均匀性。QMAX结构增强了六(或更多)个数量级的检测灵敏度。
D-2.基于QMAX结构的标定
柱阵列在每个柱的顶部具有金属盘。金属盘提供用于由成像传感器捕获的图像的空间和高度校准的校准信号。金属盘的形状可以设计成便于快速校准。例如，金属盘的形状可以像字母E；这种柱阵列在图16B中示出。
当成像传感器捕获QMAX结构上具有或不具有生物样本的图像时，可以在空间上校准捕获的图像，并且还可以定量地校准相机的焦距。
对于空间校准，捕获的图像经过对象检测。对象检测方案可以是模板匹配、光学字符识别、形状检测或者本领域中使用的其他方案。物体检测检索检测到的图案的方向，在图16B的实施例中，方向是字母E。利用方位参数，通过二维几何变换实现空间标定。
我们公开了利用柱阵列的焦距的定量校准。焦距对捕获图像的影响可以通过薄透镜模型来解释，如图16C所示。如果感测设备与聚焦平面相距一定距离，则点Q将被投影到直径kσ的圆上，并且其辐射率将在圆上扩展，其中Q被散焦。焦平面的位置v取决于透镜的焦距f和离物体的距离u。这三个变量之间的关系由众所周知的高斯透镜定律或薄透镜方程给出：
我们测量捕获图像上的聚焦程度，并推导出聚焦平面位置。聚焦度测量整个图像或每个图像像素的聚焦级别。文献中已经提出了多种算法和算子来测量聚焦度，例如基于梯度的、基于拉普拉斯算子的、基于小波的、基于统计的、基于余弦变换/傅立叶变换的等等。
可以预先测量在不同聚焦平面处捕获的柱阵列的聚焦度，并将其存储在查找表中。例如，当成像传感器捕获柱阵列的新图像时，图16D示出了图16B中的示例柱阵列的捕获图像，我们计算新捕获图像的聚焦度，将聚焦度参考查找表，并找到其相应的焦平面位置。
D-3.断层摄像系统
断层摄像的目的是通过生物样本的多个投影重建生物样本的三维体积。端到端断层摄像系统包括光源、成像和三维重建。
光源
由成像传感器捕获的光可以从样品折射、从样品发射等。
成像
成像部分捕获成像传感器上的投影。可以在不同的焦距、不同的角度、来自不同的照明等处捕获投影。
可以在不同的焦距处捕获若干图像。透镜以步长或多个步长朝向或向后移动QMAX结构。步长的值和透镜的移动可以由硬件或软件通过应用程序接口来控制。图像传感器记录捕获的图像。
可以以不同角度捕获若干图像。旋转样品并捕获通过其近似直线投影的光学图像。将样品旋转到一系列角位置，并且在每个方位捕获图像。仔细地对准装置以确保旋转轴垂直于光轴，从而由成像传感器收集关于每个平面的投影数据。焦平面可以位于旋转轴和最靠近透镜的QMAX卡之间的中间。这意味着每个图像既包含来自样品前半部分(最靠近透镜的一半)的聚焦数据，又包含来自样品后半部分的散焦数据。聚焦数据将被用于三维体积重建，而散焦数据将不被使用。可以配备带通滤波器来选择聚焦数据。
使用标准断层摄像算法执行光学投影断层摄像。由于焦平面相对于旋转轴的位置，彼此相隔180度拍摄的两个图像将聚焦在样品的不同部分上。将背投限制到对应于样品的聚焦部分的区域改善了结果的质量。当对于通过样品的各种取向积累数据时，可以旋转用作带通滤波器的半盘掩模，以确保只有聚焦的数据被反向投影。
可以在不同的照明下捕获若干图像。可以从由参考光束相对于样品光束的频移引起的时间相关干涉图案获得定量相位图像。安装有检流计的倾斜反射镜可用于改变照明角度。激光束穿过移动激光束频率的两个声光调制器。第二分束器重新组合样本和参考激光束，形成在成像传感器处捕获的干涉图案。然后通过应用相移干涉测量法计算相位图像。对于折射率对比度小的薄样品的近平面波照明，透射场的相位很好地近似等于沿光束传播路径的折射率的线积分。因此，相位图像可以简单地解释为折射率的投影。
除了带通滤波器之外，为了(包括但不限于)以下目的，在图像捕获期间可以使用各种成像滤波器：
(1)信号选择，由此选择捕获图像的一部分；
(2)信号增强，由此增强捕获图像的部分或全部；
(3)信号变换，由此捕获图像的部分或全部被变换为另一表示，比如频率表示、多尺度表示等；
(4)信号复制，由此捕获图像的一部分被捕获图像的另一部分替换，或者被捕获图像的另一部分的表示替换；
(5)或(1)-(4)的任何组合。
通过对采集到的图像进行对比度增强、色彩增强、降噪等滤波处理，可以提高像素亮度的动态范围、调整色温、提高信噪比等。
捕获的图像可以被转换为可以更适合于三维重构的另一种表示。它可以被转换成不同的格式(8位到16位、整数到浮点等)、不同的颜色空间(RGB到HSV等)、不同的域(空间域到频域等)等。
捕获图像的一部分可以由捕获图像的另一部分(或另一部分的变换)代替。它可以是被另一个区域的变换所代替的空间区域，例如围绕边界的反射扩展，等等，它可以是另一个频率子带的变换所代替的一个频率子带，例如高频子带被来自低频子带的估计所代替，等等。
三维重建
从生物样本的投影重建生物样本的三维体积是一个反问题。三维体积重建可以采用相位图像检索方案、反投影方案、非线性近似方案、优化方案等。
当在不同的聚焦距离处捕获几个图像时，我们计算这些图像的聚焦度，并将这些聚焦度作为向量列出。然后，我们用查找表参考矢量，并找到它们相应的焦平面距离。相应的可以是基于距离、基于相关性或选择最佳匹配的其他标准。
图16E示出了基于相位图像检索的方案的图。它由四个组分组成：
·焦距计算
·相位图像检索
·高度估计
·三维体积重建
第二分量、相位恢复是通过基于强度传输(TIE)方程的定量相位成像技术。TIE方程状态
其中表示可以从多焦点图像计算的强度梯度，k是波数、/>是样品相位分布。
所述TIE方程可用快速傅里叶变换、离散余弦变换求解；例如“利用强度方程的传输进行无边界伪影相位检索：使用离散余弦变换的快速求解”，C.Zuo，Q.Chen，和A.Asundi，Optics Express，第22卷，第8期，2014年4月。从TIE方程中检索相位图像
给定相位图像，我们估计生物样本的高度(厚度)。回想一下，对于厚度为t且折射率为n的样品，相应的光程长度Lp为
Lp＝t×n
可以用已知的折射率计算生物样本的高度。
进一步，可以重建生物样本的三维体积。
背投算法通常用于断层摄像中的三维重建。它包括傅里叶变换基算法、滤波反投影算法、反投影滤波算法和迭代算法。
当焦平面相对于旋转轴的位置不同时，彼此相隔180度拍摄的两个图像将聚焦在样品的不同部分上。为了补偿，可以采用半平面调整的背投算法。因此，将背投限制到对应于样品的聚焦部分的区域将改进结果的质量。当对于通过样品的各种取向积累数据时，可以旋转半盘掩模以确保只有聚焦的数据被反向投影。
作为反投影算法的另一个实施方案，可以应用基于滤波反投影方法的过程。对光束旋转方向上的每个x切片应用离散逆Radon变换，其中x是倾斜方向上的坐标，以及激光束方向与物镜光轴的相对角度。为了补偿成像和照明方向之间的角度，将x值除以。为了减少缺失投影的影响，可以应用迭代约束方法。
对于从其投影重建三维体积的反转问题，所得到的三维体积可能是模糊的。斜坡滤波器可用于消除或减少模糊。
除了去模糊滤波器之外，各种成像滤波器可用于三维体积重建，例如(包括但不限于)：
(1)信号选择，其中选择图像或图像体积的一部分；
(2)信号增强，其中图像或图像体积的一部分或全部被增强；
(3)信号变换，由此捕获图像的部分或全部被变换为另一表示，比如频率表示、多尺度表示等；
(4)信号复制，由此捕获图像的一部分被捕获图像的另一部分替换，或者被捕获图像的另一部分的表示替换；
(5)或(1)-(4)的任何组合。
D-4.本发明的实施例
DA1.一种用于样品成像的装置，包含QMAX装置和成像器，其中：
(1)QMAX装置包含：
第一板、第二板以及间隔件，其中：
i.板可相对于彼此移动成不同的构造；
ii.一个或两个板是柔性的；
iii.每个板在其内表面上包括用于接触流体样品的样品接触区域；
iv.一个或两个板包含固定于相应板的间隔件；
v.间隔件具有预定的基本上均匀的高度和预定的间隔件间距，并且
vi.至少一个间隔件位于样品接触区域内部；
其中这些构造之一是开放构造，其中：这两个板是分开的，这些板之间的间距不受这些间隔件调节，并且样品被沉积在这些一个或两个板上；以及
其中构造中的另一个是在样品沉积之后以开放构造进行构造的闭合构造；以及在闭合构造中：样品的至少一部分被两个板压缩为均匀厚度的层，其中层的均匀厚度被两个板的内表面限制并且被板和间隔件调节。
(2)成像器被配置成捕获从均匀厚度层的至少一部分发出的信号的图像。
DB1.一种用于断层摄像的系统，包含QMAX装置、成像器、保持器和控制装置，其中：
(1)QMAX装置包括：第一板、第二板和间隔件，其中：
i.板可相对于彼此移动成不同的构造；
ii.一个或两个板是柔性的；
iii.每个板在其内表面上包括用于接触流体样品的样品接触区域；
iv.一个或两个板包含固定于相应板的间隔件；
v.间隔件具有预定的基本上均匀的高度和预定的间隔件间距，并且
vi.至少一个间隔件位于样品接触区域内部；
其中这些构造之一是开放构造，其中：这两个板是分开的，这些板之间的间距不受这些间隔件调节，并且该样品被沉积在这些一个或两个板上；以及
其中构造中的另一个是在样品沉积之后以开放构造进行构造的闭合构造；以及在闭合构造中：样品的至少一部分被两个板压缩为均匀厚度的层，其中层的均匀厚度被两个板的内表面限制并且被板和间隔件调节。
(2)该成像器包括图像传感器和透镜，其中：
i.透镜被配置成用于聚焦从均匀厚度的层的至少一部分发出的信号并且将聚焦的信号投射到图像传感器上，并且
ii.图像传感器被配置为捕获所述聚焦信号的图像；
(3)保持器被配置成调整QMAX装置和成像器之间的相对位置；以及
(4)控制装置包括硬件和软件，用于控制和/或推导由支架进行的位置调整，以及接收所述图像并将其重构为三维体积。
DBB1.一种用于断层摄像的系统，包含QMAX装置、成像器、保持器和控制装置，其中：
(1)QMAX装置包括：第一板、第二板和间隔件，其中：
i.板可相对于彼此移动成不同的构造；
ii.一个或两个板是柔性的；
iii.每个板在其内表面上包括用于接触流体样品的样品接触区域；
iv.一个或两个板包含固定于相应板的间隔件；
v.间隔件具有预定的基本上均匀的高度和预定的间隔件间距，并且
vi.至少一个间隔件位于样品接触区域内部；
其中这些构造之一是开放构造，其中：所述两个板是分开的，板之间的间距不受所述间隔件调节，并所述样品被沉积在一个或两个所述板上；以及
其中构造中的另一个是闭合构造，其在样品沉积在开放构造之后构造而成；并且在所述闭合构造中：样品的至少一部分被两个板压缩为均匀厚度的层，其中层的均匀厚度被所述两个板的内表面定义并且被所述板和所述间隔件调节。
(2)所述成像器能够改变焦平面，包含图像传感器和透镜，其中：
i.所述透镜被配置以用于聚焦从所述均匀厚度的层的至少一部分发出的信号并且将聚焦的信号投射到所述图像传感器上，并且
ii.所述图像传感器被配置以捕获所述聚焦信号的图像；
iii.透镜为单一透镜或由若干透镜组成的复合透镜；
iv.透镜中的至少一个元件透镜可移动以改变距图像传感器的距离，从而改变成像器的焦平面；以及
v.可移动透镜可以由步进电机和/或电磁力驱动，所述步进电机和/或电磁力是计算机化的或手动控制的。
以及
(4)所述控制装置包括硬件和软件，用于控制和/或推导由支架进行的位置调整，以及接收所述图像并将其重构为三维体积。
DC1.一种断层摄像方法，包含以下步骤：
(a)将样品沉积到任何前述装置或系统实施例中的QMAX装置上；
(b)在(a)之后，使用这两个板来将该样品的至少一部分压缩成基本上均匀厚度的层，该层由这些板的样品接触表面限制，其中该层的均匀厚度是由这些间隔件和这些板调节的，其中该压缩包含：
将两块板放在一起；以及
平行地或顺序地适形按压这些板中的至少一个板的一个区域以将这些板按压在一起至一个闭合构造，其中该适形按压在这些板上在样品的至少一部分上产生基本上均匀的压力，并且该按压使样品的至少一部分在这些板的这些样品接触表面之间横向地展开，并且其中该闭合构造是其中在均匀厚度区域层中的这些板之间的间距是由这些间隔件调节的构造；
(c)使用任何前述装置或系统实施例的成像器捕获从所述均匀厚度的层的至少一部分发出的信号的图像；
(d)调整QMAX装置与成像器的相对位置，重复步骤(c)；以及
(e)在一系列步骤(c)之后，将所捕获的图像重建成所述均匀厚度的层的至少一部分的三维体积，
其中适形按压是使施加在区域上的压力基本上恒定而与板的外表面的形状变化无关的方法；以及
其中该平行按压同时将所述压力施加在该预期区域上，并且顺序按压将所述压力施加在预定区域的一部分上并且逐渐移动到其他区域。
DCC1.一种在不同焦平面拍摄图像的方法，包含以下步骤：
(a)计算机控制或手动控制成像器中的可移动透镜到初始位置；
(b)将所述可移动透镜位置对应于焦平面的位置；
(c)使用成像器中的图像传感器捕获图像并记录焦平面的位置；
(d)计算机化或手动添加步进位移以将可移动透镜移动到下一位置；
(e)重复步骤(b)到(d)；
(f)在一系列步骤(e)之后，捕获不同焦平面处的若干图像。
DA21.根据前述任一实施方案所述的装置，其中QMAX装置进一步包含涂覆在一个或两个板上的干燥试剂，该干燥试剂对样品进行染色。
DA22.根据前述任一实施方案所述的装置，其中：
i.一个或两个板样品接触区域包括一个或多个结合位点，每个结合位点结合并固定各自的分析物；或者
ii.一个或两个板样品接触区域包含一个或多个存储位点，每个存储位点存储一种或多种试剂；其中试剂在步骤(c)期间或之后溶解和分散在样品中，并且其中样品含有一种或多种分析物；或者
iii.一个或多个扩增位点，当所述分析物或标记距所述扩增位点500nm时，每个所述扩增位点能够扩增来自分析物或分析物的标记的信号。；
iv.i至iii的任意组合。
DA23.根据前述任一实施方案所述的装置，其中成像器进一步包含光源，该光源提供用于成像的均匀厚度层的照明或激发的光。
DA24.根据实施方案DA23所述的装置，其中光源选自由以下组成的群组：LED、激光器、白炽灯及其任意组合。
DB2.根据实施方案DB1所述的系统，其中信号包括选自由以下信号组成的群组的光学信号：光反射、光折射、光透射、发光信号及其任何组合。
DB3.根据前述任一实施方案所述的系统，其中成像器进一步包含光源，该光源提供照射用于成像的均匀厚度层的光，其中光源选自由白炽光、LED、CFL、激光器及其任何组合组成的群组。
DB4.根据前述任一实施方案所述的系统，其中成像器进一步包含提供激发光的光源，该激发光激发来自用于成像的均匀厚度的所述层的荧光发射，其中光源是LED和/或激光器。
DB5.根据前述任一实施方案所述的系统，其中保持器能够沿着QMAX装置的光轴调节透镜与QMAX装置的相对位置以改变透镜的焦平面位置。
DB6.根据前述任一实施方案所述的系统，其中保持器能够调节透镜与QMAX装置之间的相对位置以改变成像角度，其中成像角度是透镜的焦平面与均匀厚度层之间的角度。
DB7.根据前述任一实施方案所述的系统，其中成像器进一步包含为成像提供照明光的光源，且其中保持器能够调节光源与QMAX装置之间的相对位置以改变照明光的入射角，其中入射角是照明光与垂直于均匀厚度层的线之间的角度。
DB8.根据前述任一实施方案所述的系统，其中所述控制装置包括用于向保持器发送界定位置调整的命令的硬件和软件，且其中保持器构造成接收命令并以不超过10％的偏差进行调整。
DB9.根据前述任一实施方案所述的系统，其中所述控制装置包括硬件和软件用于向保持器发送界定位置调整的命令，且其中所述保持器构造以接收所述命令并以不超过1％的偏差进行调整。
DB10.根据实施例DB8-DB9中的任一项所述的系统，其中所述控制装置包括硬件和软件，用于接收定义位置调节的输入，并且将所述输入转换为用于保持器进行调节的命令。
DB11.根据前述任一实施方案所述的系统，其中系统进一步包含多个校准柱，并且其中：
(1)多个校准柱位于闭合构造的两块板的样品接触区域之间，且彼此具有不同的高度，均小于间隔件的均匀高度；
(2)在沿公共光轴的不同焦平面处捕获所述图像；以及
(3)所述控制装置包括硬件和软件，用于：(a)计算所述图像中的每一个的聚焦分数；以及(b)通过将所述聚焦得分与查找表进行比较来推断捕获图像中的每一者的聚焦平面位置，其中聚焦得分是针对所捕获图像的每一像素计算的聚焦度矩阵，其中查找表是预定的并且包括沿着公共光轴的一行预定聚焦平面位置和相应行的校准聚焦得分，每个校准聚焦得分是基于在相应预定聚焦平面处捕获的校准柱的图像来计算的。
DB12.根据前述任一实施方案所述的系统，其中所述图像在沿公共光轴的不同焦平面处被捕获，并且其中所述控制装置包含硬件和软件，用于：(a)为所述层的至少一部分中的生物实体生成相位图像，其中该相位图像是基于用于成像的照明光的波长，包含来自该生物实体的信号的图像的至少一部分，以及分别捕获图像的聚焦平面位置而计算的相位分布；以及(b)基于相位图像和样品的折射率来估计生物实体的厚度，其中生物实体是所述层的至少一部分的一部分或全部。
DB13.根据实施例DB8的系统，其中控制装置包含用于基于所估计的厚度将图像的所述至少一部分重建为生物实体的三维体积的硬件和软件。
DB14.根据前述任一实施方案所述的系统，其中所述图像以不同成像角度捕获，其中控制装置包含硬件和软件，用于：(1)知道或推导每个所述图像的成像角度；以及(2)使用背投算法基于已知/推导出的成像角度将所述图像重构为三维体积，并且其中成像角度是透镜的焦平面与所述均匀厚度的层之间的角度。
DB15.根据前述任一实施方案所述的系统，其中图像以照明光的不同入射角捕获，其中控制装置包括硬件和软件，用于：(1)知道或推导每个图像的入射角；以及(2)使用背投算法基于已知/推导出的入射角将图像重构为三维体积，并且其中照明光的入射角是照明光与垂直于均匀厚度层的线之间的角度。
DB16.根据实施方案DB14-DB15中的任一项所述的系统，其中反投影算法选自由以下算法组成的群组：傅立叶变换基算法、滤波反投影算法、反投影和滤波算法、迭代算法及其任意组合。
DB17.根据前述任一实施方案所述的系统，其中成像器配备有成像滤波器，并且其中所捕获的图像由成像滤波器和/或控制装置的软件滤波，用于：(1)信号选择，由此选择捕获图像的一部分；(2)信号增强，从而增强捕获图像的部分或全部；(3)信号变换，将捕获图像的部分或全部变换为另一种表示，如频率表示、多尺度表示等；(4)信号复制，由此捕获图像的一部分被捕获图像的另一部分替换，或者被捕获图像的另一部分的表示替换；或(1)-(4)的任何组合。
DB18.根据前述任一实施方案所述的系统，其中控制装置进一步包含用于将图像的至少一部分重构为三维体积的硬件和软件，其中在三维体积重构期间，图像和三维体积由软件滤波以用于：(1)信号选择，其中选择图像或图像体积的一部分；(2)信号增强，其中图像或图像体积的一部分或全部被增强；(3)信号变换，其中图像或图像体积的一部分或全部被变换成另一种表示，例如频率表示，多尺度表示等；(4)信号复制，其中图像或图像体积的一部分被捕获图像的另一部分替代，或被捕获图像的另一部分的表示替代；或(1)-(4)的任何组合。
DC2.根据实施方案DC1所述的方法，进一步包含：在步骤(c)之前，用染色剂染色样品。
DC3.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中在步骤(b)期间，适形按压是通过人手进行的。
DC4.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中步骤(d)的适形按压由加压液体、加压气体或适形材料提供。
DC5.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中所述调整步骤(d)包含沿着所述QMAX装置的光轴调整所述透镜与所述QMAX装置的相对位置以改变所述透镜的焦平面位置。
DC6.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中所述调整步骤(d)包含调整所述透镜与所述QMAX装置之间的相对位置以改变成像角度，其中所述成像角度是焦平面与所述均匀厚度层之间的角度。
DC7.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中成像器进一步包含提供用于成像的照明光的光源，且其中调整步骤(d)包含调整光源与QMAX装置的相对位置以改变照明光的入射角，其中入射角是照明光与垂直于均匀厚度层的线之间的角度。
DC8.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中调整步骤(d)是手动执行的。
DC9.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中调节步骤(d)通过可操作地联接到保持器的控制装置来执行，其中控制装置包含用于接收界定位置调节的输入并将命令发送到保持器的硬件和软件，且其中保持器构造成接收命令并使调节具有不大于10％的偏差。
DC10.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中调节步骤(d)通过可操作地耦合到保持器的控制装置来执行，其中控制装置包含用于接收界定位置调节的输入并将命令发送到保持器的硬件和软件，且其中保持器构造成接收命令并使调节具有不大于1％的偏差。
DC11.根据任何先前方法实施方案所述的方法，其中所述图像是在沿着公共光轴的不同焦平面处捕获的，并且其中重建步骤(e)包括：(i)计算所述图像中的每一个的聚焦分数；以及(ii)通过将所述聚焦得分与查找表进行比较来推断捕获所述图像中的每一者的焦平面位置，其中聚焦得分是针对所捕获图像的每一像素计算的聚焦度矩阵，其中查找表是预定的并且包括沿着所述公共光轴的一行预定焦平面位置和相应行的校准聚焦得分，每个校准聚焦得分是基于在相应预定焦平面处捕获的校准柱的图像来计算的。
DC12.根据任何先前方法实施方案所述的方法，其中所述图像是在沿着公共光轴的不同焦平面处捕获的，并且其中重建步骤(e)包括：(i)为所述层的所述至少一部分中的生物实体生成相位图像，其中该相位图像是基于用于成像的照明光的波长，包含来自该生物实体的信号的所述图像的至少一部分，以及捕获所述图像的焦平面位置而计算的相位分布；以及(ii)基于所述相位图像和所述样品的折射率来估计所述生物实体的厚度，其中所述生物实体是所述层的至少一部分的一部分或全部。
DC13.根据实施方案DC12所述的方法，其中重建步骤(e)进一步包含基于所估计的厚度将所述图像的至少一部分重建为生物实体的三维体积。
DC14.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中所述图像是以不同成像角度捕获的，其中重建步骤(e)包含：(i)知道或推导每个所述图像的成像角度；以及(ii)使用背投算法基于已知/推导出的成像角度将所述图像重构为三维体积，并且其中成像角度是透镜的焦平面与均匀厚度的层之间的角度。
DC15.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中所述图像是以照明光的不同入射角捕获的，其中重建步骤(e)包含：(i)知道或推导每个所述图像的入射角；以及(ii)使用背投算法基于已知/推导出的入射角将所述图像重构为三维体积，并且其中照明光的入射角是照明光与垂直于均匀厚度层的线之间的角度。
DC16.根据实施方案DC14-DC15中任一项所述的方法，其中反投影算法选自由以下各项组成的群组：傅立叶变换基算法、滤波反投影算法、反投影和滤波算法、迭代算法及其任意组合。
DC17.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中样品是选自细胞、组织、体液、粪便及其任意组合的生物样本。
DC18.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中样品是来自环境来源的环境样品，该环境来源选自由河流、湖泊、池塘、海洋、冰川、冰山、雨、雪、污水、水库、自来水、饮用水等；来自土壤、堆肥、沙、岩石、混凝土、木材、砖、污水、空气、水下通风口、工业废气、车辆废气及其任意组合的固体样品组成的群组。
DC19.根据前述任一方法实施方案所述的方法，其中该样品是选自由以下组成的群组的一种食物样品：原料、熟食、植物和动物食物源、经预处理的食物、部分或完全处理的食物，以及它们的任何组合。
DC20.根据前述方法实施方案中任一项所述的方法，其中样品是血液，并且生物实体是红细胞、白细胞和/或血小板。
DC21.根据实施方案DC20所述的方法，还包含：
(f)基于它们各自重建的三维体积计算红细胞、白细胞和/或血小板的体积。
DC22.根据实施方案DC21的方法，还包含：
(g)基于所计算的体积，确定选自由以下群组组成的血液测试读数：平均红细胞体积(MCV)、血细胞比容、红细胞分布宽度(RDW)、平均血小板体积(MPV)、血小板分布宽度(PDW)、未成熟血小板级分(IPF)及其任意组合。
E.机器学习辅助的测定和成像
E-1.用于分析和成像的QMAX装置
公开了一种用于生物分析物检测和定位的装置，包含QMAX装置、成像器和计算单元。生物样本在QMAX装置上待测。通过本公开获得在样品中包含的分析物的计数和位置。
所述成像器捕获所述生物样本的图像。图像被提交给计算单元。计算单元可以物理上直接连接到所述成像器、通过网络连接，或间接通过图像传送。
E-2.工作流
所公开的分析物检测和定位采用机器学习深度学习。机器学习算法是能够从数据学习的算法。机器学习的更严格的定义是“如果由P测量的计算机程序在T中的任务处的性能随着经验E而改善，则称计算机程序从经验E学习关于某类任务T和性能测量P”。它探索了能够从数据学习和对数据进行预测的算法的研究和构造，这种算法通过从样品输入建立模型来进行数据驱动预测或决策，从而克服了遵循严格静态程序指令的问题。
深度学习是一种基于一组试图对数据中的高级抽象建模的算法的特定类型的机器学习。在简单的情况下，可能有两组神经元：一组接收输入信号、一组发送输出信号。当输入层接收输入时，它将输入的修改版本传递给下一层。在深度网络中，在输入和输出之间存在许多层(并且这些层不是由神经元构成的，但是它可以帮助考虑这种方式)，从而允许算法使用由多个线性变换和非线性变换组成的多个处理层。
所公开的分析物检测和定位工作流程包括两个阶段、训练和预测，如图17A所示。我们将在以下段落中描述训练和预测阶段。
训练在训练阶段，将带有注释的训练数据馈送到卷积神经网络中。卷积神经网络是一种用于处理具有已知网格状拓扑结构的数据的专用神经网络。示例包括时间序列数据和图像数据，所述时间序列数据可以被认为是以规则时间间隔采样的1D网格，图像数据可以被认为是像素的2D网格。卷积网络在实际应用中已经非常成功。名称“卷积神经网络”表示该网络采用称为卷积的数学运算。卷积是一种特殊的线性运算。卷积网络是简单的神经网络，其在它们的至少一层中使用卷积代替一般矩阵乘法。
对待检测的分析物注释训练数据。注释指示分析物是否存在于训练数据中。注释可以以完全包含分析物或分析物的中心位置的边界框的形式进行。在后一种情况下，中心位置进一步被转化为覆盖分析物的圈。
当训练数据的大小很大时，存在两个挑战：注释(通常由人完成)是耗时的，并且训练时计算昂贵的。为了克服这些挑战，可以将所述训练数据划分为小尺寸的补丁，然后对这些补丁或这些补丁的一部分进行注释和训练。
带注释的训练数据被馈送到卷积神经网络用于模型训练。输出是可用于对图像进行像素级预测的模型。我们使用带有完全卷积网络(FCN)的Caffe库。也可以使用其他卷积神经网络结构，例如张量流(TensorFlow)。
训练阶段生成将在预测阶段中使用的模型。该模型可以在输入图像的预测阶段中重复使用。因此，计算单元仅需要访问所生成的模型。它不需要访问训练数据，也不必在计算单元上运行训练阶段。
预测
在预测阶段，将检测组件应用于输入图像，其后是定位组件。预测阶段的输出是样品中所含分析物的计数以及每种分析物的位置。
在检测组件中，将输入图像连同从训练阶段生成的模型一起馈送到卷积神经网络中。检测级的输出是热图形式的像素级预测。热图可以具有与输入图像相同的尺寸，或者它可以是输入图像的缩小版本。热图中的每个像素具有从0到1的值，该值可以被认为是像素是否属于分析物的可能性(信念)。该值越高，它属于分析物的机会越大。
热图是所述定位组件的输入。我们公开了一种定位分析物中心的算法。主要思想是从热图迭代地检测局部峰值。在我们找到峰值之后，我们计算峰值周围具有较小数值的局部区域。我们从热图中去除这个区域，并从剩余像素中找到下一个峰值。重复该过程，直到从热图中去除所有像素。
定位算法的一个实施例是将热图值从最高值到最低值排序成一维顺序列表。然后选取具有最高值的像素，将该像素连同其相邻像素一起从列表中移除。重复该过程以选择列表中具有最高值的像素，直到从列表中删除所有像素为止。
算法全局搜索(热图)
输入：
热图(heatmap)
输出：
排序之后，热图是一维排序列表，其中热图值从最高到最低排序。每个热图值与其对应的像素坐标相关联。热图中的第一项是具有最高值的项，它是pop(热图)函数的输出。创建一个盘，其中心是具有最高热图值的盘的像素坐标。然后，将其像素坐标位于盘内的所有热图值从热图中移除。该算法重复弹出当前热图中的最高值，移除其周围的盘，直到项目从热图中移除为止。
在所述排序列表热图中，每个项目都知道后续项目和随后的项目。当从排序列表中删除项目时，我们进行以下更改，如图17B所示：
·假设删除项是xr，其继续项是xp，而其跟随项是xf。
·对于继续项xp，重新定义其跟随项为删除项的跟随项。因此，xp的跟随项是现在的xf。
·对于删除项xr，不定义继续项和跟随项，然后将其从排序列表中删除。
·对于跟随项xf，重新将其继续项重定义为已删除项的继续项。因此，xf的继续项现在是xp。
在从排序列表中删除所有项目之后，定位算法完成。该组loci中元素的数目将是分析物的计数，并且位置信息是该组loci中每s的像素坐标。
另一实施方案搜索局部峰值，该局部峰值不是具有最高热图值的局部峰值所必需的。为了检测每个局部峰值，我们从随机起始点开始，并且搜索局部最大值。在找到峰值之后，计算峰值周围具有较小数值的局部区域。从热图中去除这个区域，并从剩余像素中找到下一个峰值。重复该过程，直到从热图中去除所有像素。
算法局部搜索(s，热图)
输入：
s：起始位置(x，y)
热图
输出：
s：局部峰的位置。
我们只考虑值>0的像素。
算法覆盖(s，热图)
输入：
s：局部峰的位置。
热图：
输出：
覆盖：由峰值覆盖的一组像素：
这是一种从s开始的广度优先搜索算法，具有一个改变条件的访问点：只有当热图[p]>0并且热图[p]<＝热图[q]时，才添加当前位置q的相邻p来覆盖。因此，被覆盖的每个像素具有通向局部峰值s的非下降路径。
算法定位(热图)输入：
热图
输出：
loci
loci←{}
像素←{热图中的所有像素}
而像素不为空{
s←来自像素的任何像素
s←局部搜索(s，热图)//s现在是局部峰值
探测围绕s的半径为R的局部区域以获得更好的局部峰值
r←覆盖(s，热图)
像素←像素\r//删除所覆盖的所有像素
将s添加到loci中
E-3.本发明的实施例
EA1.一种用于数据分析的深度学习方法，包含：
(a)接收测试样品的图像，其中样品被装载到QMAX装置中并且图像由连接到QMAX装置的成像器拍摄，其中图像包括来自测试样品中的分析物的可检测信号；
(b)用检测模型分析图像并生成图像的2-D数据阵列，其中2-D数据阵列包括图像中每个位置的分析物的概率数据，并且通过训练过程建立检测模型，该训练过程包含：
i.将注释数据集馈送到卷积神经网络，其中该注释数据集来自与测试样品类型相同且针对相同分析物的样品；
ii.通过卷积训练和建立检测模型；
(c)通过以下步骤分析2-D数据阵列以检测局部信号峰值：
i.信号列表过程，或
ii.局部搜索过程；以及
(d)基于局部信号峰信息计算分析物的量。
EB1.一种用于数据分析的系统，包含：
QMAX装置、成像器和计算单元，其中：
(a)QMAX装置被配置成将测试样品的至少一部分压缩成高度均匀厚度的层；
(b)成像器被配置成在均匀厚度的层处产生样品的图像，其中图像包括来自测试样品中的分析物的可检测信号；
(c)计算单元被配置成：
i.从成像器接收图像；
ii.用检测模型分析图像并生成图像的2-D数据阵列，其中2-D
数据阵列包括图像中每个位置的分析物的概率数据，并且通过训
练过程建立检测模型，该训练过程包括：
将注释数据集馈送到卷积神经网络，其中该注释数据集来自
与测试样品类型相同且针对相同分析物的样品；
通过卷积训练和建立所述检测模型；
iii.(c)利用信号列表过程或局部搜索过程对2-D数据阵列进行分
析，以检测局部信号峰值；以及
iv.基于局部信号峰信息计算分析物的量。
EA2.根据实施方案EA1所述的方法，其中信号列表处理包含：
i.通过迭代检测二维数据阵列中的局部峰值建立信号列表，计算检测到的局部峰值周围的局部区域，并将检测到的峰值和局部区域数据依次去除到信号列表中；以及
ii.依次重复地从信号列表中去除最高信号和从最高信号周围去除信号，从而检测局部信号峰值。
EA3.根据实施方案EA中的任一项所述的方法，其中本地搜索过程包含：
i.从随机点开始搜索2-D数据阵列中的局部最大值；
ii.计算峰值周围但数值较小的局部区域；
iii.从2-D数据阵列中去除局部最大值及其周围的较小值；以及
iv.重复步骤i-iii以检测局部信号峰值。
EA4.根据前述任一实施方案EA所述的方法，其中经注释数据集在注释之前被分区。
EB2.根据实施方案EB1所述的系统，其中成像器包含相机。
EB3.根据实施方案EB2所述的系统，其中相机是移动通信装置的一部分。
EB4.根据前述任一实施方案EB所述的系统，其中计算单元是移动通信装置的一部分。
F.用于组织染色和细胞成像的装置和方法
F-1.用于组织染色和细胞成像的QMAX装置的实施例
图18示出了具有或不具有铰链的通用QMAX装置的实施方案，其中Q：量化；M：扩增；A：加入试剂；X：加速；也称为压缩调节开放流(CROF)装置。通用QMAX装置包括第一板10和第二板20。特别地，A示出了第一板10和第二板20的透视图，其中第一板具有间隔件。然而，应当注意，间隔件也固定在第二板20(未示出)上或第一板10和第二板20(未示出)两者上。B示出了在开放构造下将样品90沉积在第一板10上的透视图和截面图；然而，应当注意，样品90也沉积在第二板20(未示出)上，或者沉积在第一板10和第二板20(未示出)两者上。C示出了(i)使用第一板10和第二板20延展样品90(样品在板的内表面之间流动)并减小样品厚度，以及(ii)在QMAX装置的闭合构造中使用间隔件和板调节样品厚度。每个板的内表面具有一个或多个结合位点和/或存储位点(未示出)。
在一些实施方案中，间隔件40具有预定的均匀高度和预定的均匀间隔件间距。平均LOD-8ppb。在闭合构造中，如图1C所示，板之间的间距以及因此样品90的厚度由间隔件40调节。在一些实施方案中，样品90的均匀厚度基本上类似于间隔件40的均匀高度。应当注意，尽管图18中的A示出了要固定在板中的一个上的间隔件40，但是在一些实施方案中，间隔件不是固定的。例如，在某些实施方案中，将间隔件与样品混合，使得当将样品压缩成薄层时，作为具有均匀尺寸的刚性珠粒或颗粒的间隔件调节样品层的厚度。
图18中的A示出了用于细胞成像的QMAX装置的实施例。如图所示，该装置包括第一板10、第二板20和间隔件40。板可相对于彼此移动成不同的构造，一个或两个板是柔性的。每个板在其各自的内表面上具有用于接触染色液910和/或怀疑含有目标分析物的组织样品90的样品接触区域(未示出)。第二板20包含与其内表面21固定的间隔件40；间隔件40具有预定的基本均匀的高度和预定的间隔件间距，并且至少一个间隔件位于样品接触区域内。
图18中的A和B示出了一种构造，即开放构造。如图所示，在开放构造中，两个板部分或完全分开，板之间的间隔102不由间隔件40调节，并且染色液910和样品90沉积在第一板10上。应当注意，染色液910和样品90也可以沉积在第二板20或两个板上。
图18中的A和C示出了两个板的另一种构造，即闭合构造。如B所示，在染色液910和样品90以开放构造沉积之后构造闭合构造。并且在闭合构造中，样品90的至少一部分在这两个板之间并且染色液910的至少一部分的层在样品90的至少一部分与第二板20之间，其中该厚度染色液层的至少一部分由板、样品90和间隔件40调节，并且样品表面和第二板表面之间的平均距离等于或小于250μm，变化很小。
在一些实施方案中，样品可以以开放构造在其上干燥，并且其中样品包含选自以下的体液：羊水、房水、玻璃体液、血液(例如全血、分级分离的血液、血浆或血清)、母乳、脑脊髓液(CSF)、耳垢(耳屎)、乳糜、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、呼吸、胃酸、胃液、淋巴、粘液(包括鼻引流和痰)、心包液、腹膜液、胸膜液、脓、风湿、唾液、呼出的呼吸冷凝物、皮脂、精液、痰、汗、滑液、泪液、呕吐物、尿液及其任意组合。
在一些实施方案中，这些一个或两个板板的样品接触区域被配置成使得该样品可以在开放构造下在其上干燥，并且该样品包含血液涂片并且在一个或两个板上干燥。
在一些实施方案中，样品是厚度为1-200μm的固体组织切片，并且一个或两个板的样品接触区域与样品粘合。在一些实施方案中，样品是石蜡包埋的。在一些实施方案中，样品是血液。
在一些实施方案中，染色液是不特别包含能够改变样品性质的组分的纯缓冲溶液。在一些实施方案中，染色液包含能够固定样品的固定剂。在一些实施方案中，染色液包含封闭剂，其中封闭剂被配置成使样品中的非特异性内源物种不能与用于特异性标记目标分析物的检测剂反应。在一些实施方案中，染色液包含能够除去样品中石蜡的脱蜡剂。在一些实施方案中，染色液包含能够透化含有目标分析物的组织样品中的细胞的透化试剂。在一些实施方案中，染色液包含能够促进抗原修复的抗原修复剂。在一些实施方案中，染色液包含特异性标记样品中目标分析物的检测试剂。在一些实施方案中，一个或两个板的样品接触区域包含含有封端剂的存储位点，其中封端剂被配置成使样品中的非特异性内源物种不能与用于特异性标记目标分析物的检测剂反应。在一些实施方案中，一个或两个板的样品接触区域包含含有能够除去样品中石蜡的脱蜡剂的存储位点。在一些实施方案中，一个或两个板的样品接触区域包含含有透化试剂的存储位点，该透化试剂能够透化含有目标分析物的组织样品中的细胞。在一些实施方案中，一个或两个板的样品接触区域包括含有能够促进抗原修复的抗原修复剂的存储位点。在一些实施方案中，一个或两个板的样品接触区域包括含有特异性标记样品中的目标分析物的检测试剂的存储位点。在一些实施方案中，一个或两个板的样品接触区域包含含有捕获剂的结合位点，其中捕获剂构造成结合到样品中的细胞表面上的目标分析物并固定细胞。
在一些实施方案中，检测剂包含用于染色剂的染色剂，该染色剂选自由一下组成的群组：酸性品红、阿尔新蓝8GX、茜素红S、苯胺蓝WS、碱性嫩黄O、偶氮胭脂红B、偶氮胭脂红G、天青A、天青B、天青C、碱性品红、俾斯麦棕Y、灿烂甲酚蓝、亮绿、胭脂红、氯霉素黑E、刚果红、CI甲酚紫、结晶紫、达红、曙红B、曙红Y、赤藓红、乙基曙红、乙基绿、快绿FCF、异硫氰酸荧光素、吉姆萨染色、苏木精、苏木精和伊红、靛蓝胭脂红、健那绿B、哲纳尔氏染色素1899、浅绿色SF、孔雀石绿、马休黄、甲基橙、甲基紫2B、亚甲基蓝、亚甲基蓝、亚甲基紫、(亚甲基青莲)、中性红、苯胺黑、尼罗蓝A、核快红、油红、橙G、橙II、地衣红、副蔷薇苯胺、副蔷薇苯胺、副蔷薇苯胺、吡口罗红B、派若宁、刃天青、玫瑰红、番红O、苏丹黑B、苏丹三号、苏丹五号、四铬染色、硫堇、甲苯胺蓝、威格特、瑞氏染色，以及它们的任何组合。
在一些实施方案中，检测剂包含构造成特异性结合样品中的蛋白质分析物的抗体。
在一些实施方案中，检测剂包含寡核苷酸探针，其被配置成特异性结合样品中的DNA和/或RNA。
在一些实施方案中，检测试剂用报告分子标记，其中报告分子被配置成提供待读取和分析的可检测信号。
在一些实施例中，该信号选自由以下各项组成的群组：
i.选自光致发光、电致发光、以及电化学发光的发光；
ii.光吸收、反射、透射、衍射、散射或扩散；
iii.表面拉曼散射；
iv.选自电阻、电容和电感的电阻抗；
v.磁弛豫性；
vi.以及i-v的任意组合。
F-2.免疫组织化学
在一些实施方案中，本发明的装置和方法可用于对样品进行免疫组织化学。
在免疫组织化学(IHC)染色方法中，将组织样品固定(例如，在多聚甲醛中)，任选地包埋在蜡中，切成小于100μm厚(例如，2μm至6μm厚)的薄切片，然后固定在支持物如载玻片上。一旦固定，组织切片可使用浓度增加的醇洗液脱水，并使用去污剂比如二甲苯澄清。
在大多数IHC方法中，可以使用第一和第二抗体。在这些方法中，第一抗体结合感兴趣的抗原(例如生物标记)并且未标记。第二抗体与第一抗体结合并直接与报告分子或可以收集溶液中的报告分子的接头分子(例如生物素)缀合。或者，第一抗体本身可直接与报告分子或可收集溶液中的报告分子的接头分子(例如生物素)缀合。报告分子包括荧光团(例如FITC、TRITC、AMCA、荧光素和罗丹明)和酶如碱性磷酸酶(AP)和辣根过氧化物酶(HRP)，其中有多种荧光、显色和化学发光底物比如DAB或BCIP/NBT。
在直接方法中，将组织切片与标记的第一抗体(例如FITC缀合的抗体)在结合缓冲液中孵育。第一抗体直接与组织切片中的抗原结合，并且在洗涤组织切片以除去任何未结合的第一抗体之后，通过显微镜分析切片。
在间接方法中，组织切片与结合组织中目标抗原的未标记的一抗孵育。洗涤组织切片以除去未结合的一抗后，将组织切片与结合一抗的标记二抗孵育。
在抗原的免疫组织化学染色之后，组织样品可以用另一种染色剂，例如苏木精、Hoechst染色剂和DAPI染色，以提供对比和/或鉴定其他特征。
本装置可用于组织样品的免疫组织化学(IHC)染色。在这些实施方案中，该装置可以包括第一板和第二板，其中：这些板可以相对于彼此移动成不同的构造；一个或两个板是柔性的；每个板在其各自的表面上具有用于接触组织样品或IHC染色液的样品接触区域；第一板中的样品接触区域光滑平整；第二板中的样品接触区域包括间隔件，该间隔件固定在表面上并且具有预定的基本均匀的高度和预定的恒定间隔件间距，所述间隔件间距在7μm至200μm的范围内；
其中这些构造之一是开放构造，其中：这两个板是完全或部分分开的，这些板之间的间距不受这些间隔件调节；并且其中该构造中的另一个是闭合构造，该闭合构造是在样品和IHC染色液以开放构造沉积之后构造的；并且在该闭合构造中：该样品的至少一部分是在这两个板之间并且该样品的至少一部分与该第二板之间是一层至少部分的染色液，其中该厚度染色液层的至少一部分由板、样品和间隔件调节，并且样品表面和第二板表面之间的平均距离等于或小于250μm，变化很小。
在一些实施方案中，装置可以包含涂覆在一个或两个板的样品接触区域上的干燥IHC染色剂。在一些实施方案中，装置可以包含涂覆在第二板的样品接触区域上的干燥IHC染色剂，并且IHC染色液包含溶解干燥IHC染色剂的液体。权利要求1所述的装置，其中该样品的厚度是2μm至6μm。
F-3.H&E与特殊染色
在一些实施方案中，本发明的装置和方法可用于进行H&E染色和特殊染色。
苏木紫和曙红染色或苏木精和曙红染色(H&E染色或HE染色)是组织学中的主要染色之一。它是医学诊断中应用最广泛的染色剂，通常是黄金标准；例如，当病理学家观察可疑癌症的活组织检查时，组织学切片可能被H&E染色并被称为“H&E切片”、“H+E切片”或“HE切片”。苏木紫和曙红的组合产生蓝色、紫罗兰色和红色。
在诊断病理学中，“特殊染色”术语最常用于临床环境中，并且仅仅是指除了H&E方法之外的用于赋予样品颜色的任何技术。这还包含免疫组织化学和原位杂交染色。另一方面，H&E染色是组织学和医学诊断实验室中最常用的染色方法。
在任一实施方案中，干结合位点可以包含捕获剂，比如抗体或核酸。在一些实施方案中，可释放的干燥试剂可以是标记的试剂，比如荧光标记的试剂，例如荧光标记的抗体或细胞染色剂，比如罗曼诺夫斯基染色剂、雷氏曼着色剂、迈格林华染色剂、吉姆沙染色剂、哲纳尔氏染色剂、赖特氏染色剂或其任何组合(例如瑞氏姬姆沙混合染色剂)。这种染色剂可以包含曙红Y或含有亚甲蓝的曙红B。在某些实施方案中，染色剂可以是碱性染色剂，比如苏木精。
在一些实施方案中，特殊染色剂包括但不限于，酸性品红、阿尔新蓝8GX、茜素红S、苯胺蓝WS、碱性嫩黄O、偶氮胭脂红B、偶氮胭脂红G、天青A、天青B、天青C、碱性品红、俾斯麦棕Y、灿烂甲酚蓝、亮绿、胭脂红、氯霉素黑E、刚果红、CI甲酚紫、结晶紫、达红、曙红B、曙红Y、赤藓红、乙基曙红、乙基绿、快绿FCF、异硫氰酸荧光素、吉姆萨染色、苏木精、苏木精和伊红、靛蓝胭脂红、健那绿B、哲纳尔氏染色素1899、浅绿色SF、孔雀石绿、马休黄、甲基橙、甲基紫2B、亚甲基蓝、亚甲基蓝、亚甲基紫、(亚甲基青莲)、中性红、苯胺黑、尼罗蓝A、核快红、油红、橙G、橙II、地衣红、副蔷薇苯胺、副蔷薇苯胺、副蔷薇苯胺、吡口罗红B、派若宁、刃天青、玫瑰红、番红O、苏丹黑B、苏丹三号、苏丹五号、四铬染色、硫堇、甲苯胺蓝、威格特、瑞氏染色，以及它们的任何组合。
F-4.原位杂交技术
在一些实施方案中，本发明的装置和方法可用于对组织样品进行原位杂交(ISH)。
原位杂交(ISH)是一种杂交类型，其使用标记的互补DNA、RNA或修饰的核酸链(即探针)将特定DNA或RNA序列定位在组织的一部分或部分中(原位)，或者如果组织足够小(例如植物种子、果蝇胚胎)，定位在整个组织(整装ISH)、细胞和循环肿瘤细胞(CTC)中。
原位杂交用于揭示特定核酸序列在染色体上或组织中的位置，这是理解基因的组织、调节和功能的关键步骤。目前使用的关键技术包括：用寡核苷酸和RNA探针(放射标记的和半抗原标记的)与mRNA原位杂交；用光和电子显微镜分析；整体原位杂交；RNA和RNA加蛋白的双重检测；荧光原位杂交检测染色体序列。DNA ISH可用于确定染色体的结构。荧光DNAISH(FISH)可例如用于医学诊断以评估染色体完整性。RNA ISH(RNA原位杂交)用于测量和定位组织切片、细胞、整体支架和循环肿瘤细胞(CTC)内的RNA(mRNA、lncRNA和miRNA)。
在一些实施方案中，检测剂包含用于原位杂交染色的核酸探针。核酸探针包括但不限于被配置成特异性结合样品中的DNA和/或RNA的寡核苷酸探针。
F-5.用于组织染色和细胞成像的系统和方法
还提供了一种使用移动电话对组织样品进行快速染色和分析的系统，包含：
(a)如上所述的样品、染色液和装置，
(b)移动通信
一种装置，包含：
i.一个或多个相机，其用于检测和/或成像样品；
ii.用于接收和/或处理所检测的信号和/或样品的图像并且用于远程通信的电子装置、信号处理器、硬件和软件；
(c)来自移动通信装置或外部源的光源。
还提供了一种使用移动电话快速染色和分析组织样品的方法，包含：
(a)将组织样品和染色液沉积在上述系统的装置上，并将两块板置于闭合构造；
(b)获取具有成像、数据处理和通信的硬件和软件的手机；
(c)通过移动电话沉积在CROF装置上的组织样品进行测定以产生结果；和
(d)将结果从移动电话传送到远离移动电话的位置处。
还提供了一种用于对组织样品进行染色的方法，包含：
(a)获取组织样品；
(b)获取染色液；
(c)第一板和第二板，其中：
板可相对于彼此移动成不同的构造；
一个或两个板是柔性的；
每个板在其各自的表面上具有用于接触组织样品或IHC染色液的样品接触区域；
第一板中的样品接触区域光滑并且平坦；
第二板中的样品接触区域包括间隔件，间隔件固定在表面上并且具有预定的基本上均匀的高度和预定的恒定间隔件间距，间隔件间距在7μm至200μm的范围内；
(c)将样品沉积在一个或两个板上；当板被配置成开放构造时，其中开放构造是其中两个板部分地或完全地分开并且板之间的间距不通过间隔件调节的构造；
(d)在(c)后，用两块板将至少部分组织样品和至少部分染色液压缩成闭合构造；
其中在该闭合构造中：该样品的至少一部分是在这两个板之间并且至少部分染色液的层是在该样品的至少一部分与该第二板之间，其中染色液层的至少一部分由板、样品和间隔件调节，并且样品表面和第二板表面之间的平均距离等于或小于250μm，变化很小。
其他实施方案所述的所有益处和优点(例如，加速的反应、更快的结果等)可以应用于该装置、系统和方法。
此外，上文在其他实施例的上下文中描述的所有参数(例如，间隔件的大小、间距和形状、间隔件和板的柔性，以及可如何使用装置和系统等)可并入本节中描述的IHC实施方案中。
例如，在一些实施方案中，调节均匀厚度的层的间隔件(即，在层中将板彼此隔开的间隔件)具有至少1％，例如至少2％或至少5％的“填充因子”，其中填充因子是与均匀厚度的层接触的间隔件面积与均匀厚度的层接触的总板面积的比率。在一些实施方案中，对于调节均匀厚度的层的间隔件，间隔件的杨氏模量乘以间隔件的填充因子等于或大于10MPa，例如，至少15MPa或至少20MPa，其中填充因子是与均匀厚度的层接触的间隔件面积与均匀厚度的层接触的总板面积的比率。在一些实施方案中，柔性板的厚度乘以柔性板的杨氏模量在60至300GPaμm的范围内。在一些实施方案中，对于柔性板，间隔件间距(ISD)的四次方除以柔性板的厚度(h)和柔性板的杨氏模量(E)，ISD4/(ΔE)等于或小于106μm3/GPa，例如小于105μm3/Gpa、小于104μm3/GPa或小于103μm3/GPa。
在一些实施方案中，一个或两个板包含在板的表面上或内部的位置标记，该位置标记提供板的位置，例如将要分析的位置或应该在其上沉积区段的位置的信息。在一些情况下，一个或两个板可以在板的表面上或内部包括刻度标记，该刻度标记提供区段和/或板的结构的横向尺寸的信息。在一些实施方案中，一个或两个板在板的表面上或内部包含成像标记，其有助于样品的成像。例如，成像标记可以帮助聚焦成像装置或将成像装置引导到装置上的位置。在一些实施方案中，间隔件可用作位置标记、比例标记、成像标记或它们的任何组合。
在一些实施方案中，间隔件间距可以基本上是周期性的。在一些情况下，间隔件可呈规则图案且相邻间隔件之间的间隔可大致相同。在一些实施方案中，间隔件为具有选自圆形、多边形、圆形、正方形、矩形、椭圆形或其任何组合的横截面形状的柱，且在一些实施方案中，间隔件可具有大体上平坦的顶表面，其中对于每一间隔件，间隔件的横向尺寸与其高度的比率为至少1。在一些实施方案中，间隔件的最小横向尺寸小于或基本上等于流体样品中分析物的最小尺寸。间隔件的最小横向尺寸在0.5μm至100μm的范围内，例如在2μm至50μm或0.5μm至10μm的范围内。
在一些实施方案中，间隔件具有柱形形状，并且间隔件的侧壁拐角具有曲率半径为至少1μm，例如至少1.2μm、至少1.5μm或至少2.0μm的圆形形状。间隔件可以具有任何方便的密度，例如至少1000/mm2的密度、例如至少1000/mm2的密度、至少2000/mm2的密度、至少5,000/mm2的密度或至少10,000/mm2的密度。
在该装置中，至少一个板可以是透明的，从而允许光学读取测定。同样地，在该装置中，至少一个板可以由柔性聚合物制成，从而允许通过将板压缩在一起而有效地展开样品。在一些实施方案中，对于压缩这些板的压力，这些间隔件是不可压缩的和/或独立地，这些板中只有一个是柔性的。柔性板可以具有20μm至200μm，例如50μm至150μm范围内的厚度。如上所述，在闭合位置，均匀厚度层的厚度可以具有小的变化。
在一些实施方案中，该变化可以小于10％、小于5％或小于2％，这意味着该区域的厚度不超过平均厚度的+/-10％、+/-5％或+/-2％。
在一些实施方案中，该第一板和第二板是连接的并且该装置可以通过折叠这些板来从该开放构造改变成闭合构造。在一些实施方案中，该第一板和第二板可以通过铰链连接，并且该装置可以通过折叠这些板以使得该装置沿着该铰链弯曲而从该开放构造改变成闭合构造。铰链可以是附接到板上的单独材料，或者在一些情况下，板可以与板一体形成。
在一些实施方案中，该装置能够非常快速地分析该部分。在一些情况下，可以在60秒或更短、30秒、20秒或15秒或10秒或更短的时间内进行分析。
在一些实施方案中，该系统可以另外包括(d)壳体，该壳体被配置成用于保持该样品并且安装到该移动通信装置上。外壳可以包含用于促进移动通信装置对样品的成像和/或信号处理的光学器件，以及被配置成将光学器件保持在移动通信装置上的底座。在一些情况下，装置的光学元件(例如透镜、滤波器、反射镜、棱镜或分束器)可以是可移动的，使得样品可以在至少两个通道中成像。
在一些实施方案中，移动通信装置可以被配置成将测试结果传送给医务人员(例如MD)、医疗机构(例如医院或测试实验室)或保险公司。此外，移动通信装置可以被配置成与医疗专业人员，医疗机构或保险公司通信关于对象的信息(例如，对象的年龄、性别、体重、地址、姓名、先前测试结果、先前医疗历史等)。在某些实施方案中，移动通信装置可以被配置成从医务人员接收处方、诊断或建议。例如，在一些实施方案中，移动通信装置可以将化验结果发送到医务人员给出诊断的远程位置。可以经由移动通信装置将诊断传送到对象。
在一些实施方案中，移动通信装置可以包含允许其(a)捕获样品的图像的硬件和软件；(b)分析图像中的测试位置和控制位置；以及(c)将从测试位置的分析获得的值与表征快速诊断测试的阈值进行比较。在一些情况下，移动通信装置经由无线或蜂窝网络与远程位置通信。
在任一实施方案中，移动通信装置可以是移动电话。
该系统可以用在一种方法中，该方法包括(a)在该系统的装置上的样品；(b)测定沉积在装置上的样品以产生结果；以及(c)将结果从移动通信装置传送到远离移动通信装置的位置。该方法可以包括在远程位置分析结果以提供分析结果；以及将分析结果从远程位置传送到移动通信装置。如上所述，可以由远程位置的医务人员完成分析。并且，在一些实施方案中，移动通信装置可以从远程位置处的医务人员处接收处方、诊断或建议。
还提供了一种用于分析组织切片的方法。在一些实施方案中，该方法可以包含获得如上所述的装置，将该部分沉积到该装置的一个或两个板上；将这些板置于闭合构造中并且在这些板的至少一部分上施加外力；当板为闭合构造时，分析均匀厚度层中的样品。
在一些实施方案中，该装置包含：
(a)获取组织切片；
(b)获得可相对于彼此移动成不同构造的第一板和第二板，其中每个板具有基本上平坦的样品接触表面，一个或两个板是柔性的，并且所述一个或两个板包含与相应的样品接触表面固定的间隔件，并且其中所述间隔件具有：
i.预定的基本上均匀的高度，
ii.具有基本上均匀的截面和平坦的顶表面的柱的形状；
iii.宽度与高度之比等于或大于1；
iv.在10μm至200μm的范围内的预定恒定间隔间距离；
v.填充因子等于或大于1％；
(c)将样品沉积在一个或两个板上；当板被配置成开放构造时，其中开放构造是其中两个板部分地或完全地分开并且板之间的间距不通过间隔件调节的构造；
(d)(c)之后，使用这两个板来将该区段的至少一部分压缩成基本上均匀厚度的层，该层是由这些板的样品接触表面限制的，其中该层的均匀厚度是由这些间隔件和这些板调节的，并且具有在1.8μm至3μm的范围内变化小于10％的平均值，其中该压缩包含：
将两块板放在一起；以及
平行地或顺序地适形按压这些板中的至少一个板的一个区域以将这些板按压在一起至一个闭合构造，其中该适形按压在这些板上在样品的至少一部分上产生基本上均匀的压力，并且该按压使样品的至少一部分在这些板的这些样品接触表面之间侧向地展开，并且其中该闭合构造是其中在均匀厚度区域层中的这些板之间的间距是由这些间隔件调节的构造；
(e)在板闭合时分析均匀厚度层中的截面
构造；
其中填充因子是间隔件接触面积与总板面积之比；
其中适形按压是使施加在区域上的压力基本上恒定而与板的外表面的形状变化无关的方法；以及
其中该平行按压同时将这些压力施加在该预期区域上，并且顺序按压将该压力施加在该预期区域的一部分上并且逐渐移动到其他区域。
在一些实施方案中，该方法可以包括：在这些板处于闭合构造之后移除外力；当板为闭合构造时，使厚度均匀的层中的部分成像。如上所述，在这些实施方案中，间隔件间距可以在20μm到200μm或5μm到20μm的范围内。在这些实施方案中，填充因子与间隔件的杨氏模量的乘积为2MPa或更大。在一些实施方案中，表面变化小于30nm。
在这些实施方案所述的任何一个中，成像和计数可以通过以下步骤完成：i.照射均匀厚度层中的截面；ii.使用CCD或CMOS传感器拍摄该部分的一个或多个图像。
在一些实施方案中，外力可例如，通过使用比如拇指的手指向下按压，或在同一手上的拇指和比如食指的另一手指之间夹紧由人5手提供。
在一些实施方案中，一个或多个板可包含涂布在一个或两个板上的干燥试剂(例如，结合剂、染色剂、检测剂或测定反应物)。
在一些实施方案中，均匀厚度样品层的厚度均匀性可为至多+/-5％，例如至多+/-2％或至多+/-1％。
在一些实施方案中，间隔件是截面形状选自圆形、多边形、环形、正方形、矩形、卵形、椭圆形或它们的任何组合的柱。
F-6.本发明的实施例
FA1.一种用于分析组织样品的装置，包含：
第一板、第二板以及间隔件，其中：
i.板可相对于彼此移动成不同的构造；
ii.一个或两个板是柔性的；
iii.每个板在其各自的内表面上具有用于接触染色液和/或怀疑含有目标分析物的组织样品的样品接触区域；
iv.一个或两个板包含固定于相应板的间隔件；
v.间隔件具有预定的基本上均匀的高度和预定的间隔件间距，并且
vi.至少一个间隔件位于样品接触区域内部；
其中这些构造之一是开放构造，其中：这两个板是部分或完全分开的，这些板之间的间距不受这些间隔件调节，并且该样品被沉积在这些一个或两个板上；
其中构造中的另一个是闭合构造，其在染色液和样品沉积之后被配置为处于开放构造，并且处于闭合构造：样品的至少一部分在两个板之间，并且染色液的至少一部分的层在两个板之间至少部分样品和第二板，其中至少部分染色液层的厚度由板，样品和间隔件调节，并且样品表面和第二板表面之间的平均距离等于或小于250μm，变化小。
FAA1.一种用于分析组织样品的装置，包含：
第一板、第二板以及间隔件，其中：
i.板可相对于彼此移动成不同的构造；
ii.ii.一个或两个板是柔性的；
iii.每个板在其各自的内表面上具有用于接触转移溶液和/或怀疑含有目标分析物的组织样品的样品接触区域；
iv.一个或两个板包含染色剂，该染色剂在相应的样品接触区域上干燥并且被配置成在接触转移溶液时溶解在转移溶液中并且染色组织样品；
v.一个或两个板包含固定于相应板的间隔件；
vi.间隔件具有预定的基本上均匀的高度和预定的间隔件间距，并且
vii.至少一个间隔件位于样品接触区域内部；
其中这些构造之一是开放构造，其中：这两个板是部分或完全分开的，这些板之间的间距不受这些间隔件调节，并且该样品被沉积在这些一个或两个板上；
其中所述构造中的另一个是闭合构造，其在所述染色液和所述样品沉积之后以所述开放构造进行构造，并且在闭合构造中：至少部分样品在两个板之间，并且至少部分转移溶液层在样品的至少一部分和第二板之间，其中转移溶液层的至少一部分的厚度由板、样品和间隔件调节，并且样品表面和第二板表面之间的平均距离等于或小于250μm，变化很小。
FB1.一种用于分析组织样品的方法，包含以下步骤：
(a)获取疑似含有目标分析物和染色液的组织样品；
(b)获取第一板、第二板以及间隔件，其中：
i.板可相对于彼此移动成不同的构造；
ii.一个或两个板是柔性的；
iii.每个板在其各自的内表面上具有用于接触染色液和/或组织样品的样品接触区域；
iv.一个或两个板包含固定于相应板的间隔件；
v.间隔件具有预定的基本上均匀的高度和预定的间隔件间距，并且
vi.至少一个间隔件位于样品接触区域内部；
(c)当板处于开放构造时，将染色液和组织样品沉积在一个或两个板上，
其中开放构造是其中两个板部分或完全分离的构造，两个板之间的间距不受间隔件调节，并且样品和染色液沉积在一个或两个板上；
(d)在(c)之后，将这两个板结合在一起并且将这些板压制成闭合构造，
其中按压包括平行地或顺序地适形按压板中的至少一个板的一个区域以将板按压在一起成为闭合构造，其中该适形按压在样品的至少一部分上方在板上产生基本上均匀的压力，并且按压使样品的至少一部分在板的内表面之间横向展开；
其中该构造中的另一个是闭合构造，该闭合构造是在该染色液和该样品沉积之后在该开放构造中构造的，并且在该闭合构造中：该样品的至少一部分是在这两个板之间并且染色液的至少一部分的层是在这两个板之间至少部分样品和第二板，其中至少部分染色液层的厚度由板，样品和间隔件调节，并且样品表面和第二板表面之间的平均距离等于或小于250μm，变化小；
以及
(e)当板处于闭合构造时分析目标分析物。
FBB1.一种用于分析组织样品的方法，包含以下步骤：
(a)获取疑似含有目标分析物和转移溶液的组织样品；
(b)获取第一板、第二板以及间隔件，其中：
i.板可相对于彼此移动成不同的构造；
ii.一个或两个板是柔性的；
iii.每个板在其各自的内表面上具有用于接触染色液和/或怀疑含有目标分析物的组织样品的样品接触区域；
iv.一个或两个板包含染色剂，该染色剂被涂覆在相应的样品接触区域上并且被配置成在接触转移溶液时溶解在转移溶液中并且染色组织样品；
v.一个或两个板包含固定于相应板的间隔件；
vi.间隔件具有预定的基本上均匀的高度和预定的间隔件间距，并且
vii.至少一个间隔件位于样品接触区域内部；
(c)当板处于开放构造时，将染色液和组织样品沉积在一个或两个板上，
其中开放构造是其中两个板部分或完全分离的构造，两个板之间的间距不受间隔件调节，并且样品和染色液沉积在一个或两个板上；
(d)在(c)之后，将这两个板结合在一起并且将这些板压制成闭合构造，
其中按压包括平行地或顺序地适形按压板中的至少一个板的一个区域以将板按压在一起成为闭合构造，其中该适形按压在样品的至少一部分上方在板上产生基本上均匀的压力，并且按压使样品的至少一部分在板的内表面之间横向展开；
其中该构造中的另一个是闭合构造，该闭合构造是在该染色液和该样品沉积之后在该开放构造中构造的，并且在该闭合构造中：该样品的至少一部分是在这两个板之间并且染色液的至少一部分的层是在这两个板之间至少部分样品和第二板，其中至少部分染色液层的厚度由板，样品和间隔件调节，并且样品表面和第二板表面之间的平均距离等于或小于250μm，变化小；
以及
(e)当板处于闭合构造时分析目标分析物。
FA2.在一些实施方案中，样品可以以开放构造在其上干燥，并且其中样品包含选自以下的体液：羊水、房水、玻璃体液、血液(例如全血、分级分离的血液、血浆或血清)、母乳、脑脊髓液(CSF)、耳垢(耳屎)、乳糜、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、呼吸、胃酸、胃液、淋巴、粘液(包括鼻引流和痰)、心包液、腹膜液、胸膜液、脓、风湿、唾液、呼出的呼吸冷凝物、皮脂、精液、痰、汗、滑液、泪液、呕吐物、尿液及其任意组合。
FAA2.根据前述任一实施方案所述的装置，其中染色液具有在0.1mPa S到3.5mPaS范围内的粘度。
FA3.根据前述任一实施方案所述的装置，其中所述一个或两个板的所述样品接触区域构造成使得所述样品可在其上在所述开放构造下干燥，且其中所述样品包含血液涂片且在一个或两个板上干燥。
FA4.根据前述任一实施方案所述的装置，其中所述一个或两个板的所述样品接触区域粘附到所述样品，且其中所述样品是厚度在1-200μm范围内的组织区段。
FA5.根据实施方案FA4所述的装置，其中样品是石蜡包埋的。
FA6.根据前述任一实施方案所述的装置，其中所述样品是固定的。
FA7.根据前述任一实施方案所述的装置，其中所述染色液包含能够固定所述样品的固定剂。
FA8.根据前述任一实施方案所述的装置，其中所述染色液包含封闭剂，其中所述封闭剂构造成使所述样品中的非特异性内源物种不能与用于特异性标记所述目标分析物的检测剂反应。
FA9.根据前述任一实施方案所述的装置，其中所述染色液包含能够移除所述样品中的石蜡的脱石蜡剂。
FA10.根据前述任一实施方案所述的装置，其中染色液包含透化试剂，该透化试剂能够透化含有目标分析物的组织样品中的细胞。
FA11.根据前述任一实施方案所述的装置，其中染色液包含能够促进抗原修复的抗原修复剂。
FA12.根据前述任一实施方案所述的装置，其中染色液包含特异性标记样品中的目标分析物的检测剂。
FA13.根据前述任一实施方案所述的装置，其中一个或两个板的样品接触区域包含含有封闭剂的存储位置，其中封闭剂构造成使样品中的非特异性内源物种不能与用于特异性标记目标分析物的检测剂反应。
FA14.根据前述任一实施方案所述的装置，其中一个或两个板的样品接触区域包含存储位置，存储位置含有能够移除样品中的石蜡的脱蜡剂。
FA15.根据前述任一实施方案所述的装置，其中一个或两个板的样品接触区域包含存储位点，该存储位点含有透化试剂，该透化试剂能够透化含有目标分析物的组织样品中的细胞。
FA16.根据前述任一实施方案所述的装置，其中一个或两个板的样品接触区域包含存储位点，该存储位点含有能够促进抗原修复的抗原修复剂。
FA17.根据前述任一实施方案所述的装置，其中一个或两个板的样品接触区域包含存储位置，存储位置含有特异性标记样品中的目标分析物的检测剂。
FA18.根据前述任一实施方案所述的装置，其中检测剂包含用于选自由以下染色剂组成的群组的染色剂：酸性品红、阿尔新蓝8GX、茜素红S、苯胺蓝WS、碱性嫩黄O、偶氮胭脂红B、偶氮胭脂红G、天青A、天青B、天青C、碱性品红、俾斯麦棕Y、灿烂甲酚蓝、亮绿、胭脂红、氯霉素黑E、刚果红、CI甲酚紫、结晶紫、达红、曙红B、曙红Y、赤藓红、乙基曙红、乙基绿、快绿FCF、异硫氰酸荧光素、吉姆萨染色、苏木精、苏木精和伊红、靛蓝胭脂红、健那绿B、哲纳尔氏染色素1899、浅绿色SF、孔雀石绿、马休黄、甲基橙、甲基紫2B、亚甲基蓝、亚甲基蓝、亚甲基紫、(亚甲基青莲)、中性红、苯胺黑、尼罗蓝A、核快红、油红、橙G、橙II、地衣红、副蔷薇苯胺、副蔷薇苯胺、副蔷薇苯胺、吡口罗红B、派若宁、刃天青、玫瑰红、番红O、苏丹黑B、苏丹三号、苏丹五号、四铬染色、硫堇、甲苯胺蓝、威格特、瑞氏染色，以及它们的任何组合。
FA19.根据前述任一实施方案所述的装置，其中检测剂包含构造成特异性结合到样品中的蛋白质分析物的抗体。
FA20.根据前述任一实施方案所述的装置，其中检测剂包含构造成特异性结合样品中的DNA和/或RNA的寡核苷酸探针。
FA21.根据前述任一实施方案所述的装置，其中检测剂用报告分子标记，其中报告分子构造成提供待读取和分析的可检测信号。
FA22.根据实施方案FA21所述的装置，其中该信号选自由以下各项组成的群组：
i.选自光致发光、电致发光、以及电化学发光的发光；
ii.光吸收、反射、透射、衍射、散射或扩散；
iii.表面拉曼散射；
iv.选自电阻、电容和电感的电阻抗；
v.磁弛豫性；
vi.以及i-v的任意组合。
FA23.根据前述任一实施方案所述的装置，其中一个或两个板的样品接触区域包含含有捕获剂的结合位点，其中捕获剂构造成结合到样品中的细胞表面上的目标分析物并固定细胞。
FB2.根据实施方案FB1所述的方法，其中沉积步骤(c)包含在将染色液的剩余部分沉积在干燥样品的顶部之前，将样品在一个或两个板上沉积和干燥，其中样品可以以开放构造在其上干燥，并且其中样品包含选自以下的体液：羊水、房水、玻璃体液、血液(例如全血、分级分离的血液、血浆或血清)、母乳、脑脊髓液(CSF)、耳垢(耳屎)、乳糜、食糜、内淋巴、外淋巴、粪便、呼吸、胃酸、胃液、淋巴、粘液(包括鼻引流和痰)、心包液、腹膜液、胸膜液、脓、风湿、唾液、呼出的呼吸冷凝物、皮脂、精液、痰、汗、滑液、泪液、呕吐物、尿液及其任意组合。
FBB2.根据前述任一实施方案所述的方法，其中染色液具有在0.1mPa S到3.5mPaS范围内的粘度。
FB3.根据前述任一实施方案所述的方法，其中沉积步骤(c)包含在将染色液的剩余部分沉积在干燥样品的顶部上之前将样品沉积并干燥在一个或两个板上，且其中样品包含血液涂片且在一个或两个板上干燥。
FB4.根据前述任一实施方案所述的方法，其中沉积步骤(c)包含在将染色液沉积在样品顶部上之前将样品沉积并附接到一个或两个板，其中一个或两个板的样品接触区域粘附到样品，且其中样品是厚度在1-200 m范围内的组织切片。
FB5.根据实施方案FA4所述的装置，其中样品是石蜡包埋的。
FB6.根据前述任一实施方案所述的方法，其中样品是固定的。
FB7.根据前述任一实施方案所述的方法，其中染色液包含能够固定样品的固定剂。
FB8.根据前述任一实施方案所述的方法，其中染色液包含封闭剂，其中封闭剂构造成使样品中的非特异性内源物种不能与用于特异性标记目标分析物的检测剂反应。
FB9.根据前述任一实施方案所述的方法，其中染色液包含能够去除样品中的石蜡的脱石蜡剂。
B10.根据前述任一实施方案所述的方法，其中染色液包含透化试剂，该透化试剂能够透化含有目标分析物的组织样品中的细胞。
FB11.根据前述任一实施方案所述的方法，其中染色液包含能够促进抗原修复的抗原修复剂。
FB12.根据前述任一实施方案所述的方法，其中染色液包含特异性标记样品中的目标分析物的检测剂。
FB13.根据前述任一实施方案所述的方法，其中一个或两个板的样品接触区域包含含有封闭剂的存储位点，其中封闭剂构造成使样品中的非特异性内源物种不能与用于特异性标记目标分析物的检测剂反应。
FB14.根据前述任一实施方案所述的方法，其中一个或两个板的样品接触区域包含存储位点，该存储位点含有能够除去样品中的石蜡的脱蜡剂。
FB15.根据前述任一实施方案所述的方法，其中一个或两个板的样品接触区域包含存储位点，该存储位点含有透化试剂，该透化试剂能够透化含有目标分析物的组织样品中的细胞。
FB16.根据前述任一实施方案所述的方法，其中一个或两个板的样品接触区域包含存储位点，该存储位点含有能够促进抗原修复的抗原修复剂。
FB17.根据前述任一实施方案所述的方法，其中一个或两个板的样品接触区域包含存储位点，该存储位点含有特异性标记样品中的目标分析物的检测剂。
FB18.根据前述任一实施方案所述的方法，其中检测剂包含用于选自由以下染色剂组成的群组的染色剂：酸性品红、阿尔新蓝8GX、茜素红S、苯胺蓝WS、碱性嫩黄O、偶氮胭脂红B、偶氮胭脂红G、天青A、天青B、天青C、碱性品红、俾斯麦棕Y、灿烂甲酚蓝、亮绿、胭脂红、氯霉素黑E、刚果红、CI甲酚紫、结晶紫、达红、曙红B、曙红Y、赤藓红、乙基曙红、乙基绿、快绿FCF、异硫氰酸荧光素、吉姆萨染色、苏木精、苏木精和伊红、靛蓝胭脂红、健那绿B、哲纳尔氏染色素1899、浅绿色SF、孔雀石绿、马休黄、甲基橙、甲基紫2B、亚甲基蓝、亚甲基蓝、亚甲基紫、(亚甲基青莲)、中性红、苯胺黑、尼罗蓝A、核快红、油红、橙G、橙II、地衣红、副蔷薇苯胺、副蔷薇苯胺、副蔷薇苯胺、吡口罗红B、派若宁、刃天青、玫瑰红、番红O、苏丹黑B、苏丹三号、苏丹五号、四铬染色、硫堇、甲苯胺蓝、威格特、瑞氏染色，以及它们的任何组合。
FB19.根据前述任一实施方案所述的方法，其中检测剂包含构造成特异性结合到样品中的蛋白质分析物的抗体。
FB20.根据前述任一实施方案所述的方法，其中检测剂包含构造成特异性结合样品中的DNA和/或RNA的寡核苷酸探针。
FB21.根据前述任一实施方案所述的方法，其中检测剂用报告分子标记，其中报告分子构造成提供待读取和分析的可检测信号。
FB22.在一些实施例中FB21，该信号选自由以下各项组成的群组：
i.选自光致发光、电致发光、以及电化学发光的发光；
ii.光吸收、反射、透射、衍射、散射或扩散；
iii.表面拉曼散射；
iv.选自电阻、电容和电感的电阻抗；
v.磁弛豫性；
vi.以及i-v的任意组合。
FB23.根据前述任一实施方案所述的方法，其中一个或两个板的样品接触区域包含含有捕获剂的结合位点，其中捕获剂构造成结合到样品中的细胞表面上的目标分析物并固定细胞。
FB24.根据前述任一实施方案所述的方法，在步骤(e)之前，还包含：在闭合构造下孵育样品一段时间，一段时间长于检测剂漫射穿过均匀厚度层和样品所花费的时间。
FB25.根据前述任一实施方案所述的方法，在步骤(e)之前，进一步包含：在30-75℃范围内的预定温度下以闭合构造孵育样品。
FB26.根据前述任一实施方案所述的方法，其中染色液包含转移溶液。
G.双透镜成像系统
但是现在，双相机在现有技术的智能电话上越来越普遍，这提供了基于智能电话的成像的更多可能性。通过使用两个相机，样品的两个不同区域可以同时成像，这相当于大得多的视场。此外，每个相机可以用于以不同的分辨率进行显微成像。例如，一个相机可以进行具有较低分辨率但较大视场的显微镜检查以对样品中的大物体成像，而另一个相机可以进行具有较高分辨率但较小视场的显微镜检查以对小物体成像。当用于成像的样品具有混合的小物体和大物体时，这是有用的。因此，向用户提供基于双相机的智能电话成像系统非常值得期待。
双相机成像系统
图19A是双相机成像系统的示意图。双相机成像系统包括具有两个内置相机模块的移动计算装置(例如智能电话)、两个外部透镜、QMAX装置和光源。每个相机模块具有内部透镜和图像传感器。QMAX装置位于两个相机模块之下。每个外部透镜放置在QMAX装置和其相应的内部透镜之间的适当高度处，其中QMAX装置中的样品可以清楚地聚焦在图像传感器上。每个外部透镜与其相应的内部透镜对准。由成像传感器捕获的光可以从样品折射、从样品发射等。由成像传感器捕获的光覆盖可见波长，并且可以以垂直或倾斜入射角从后侧或顶侧照射QMAX装置中的样品。
用于大视场成像的双相机成像系统
一个实施方案是双相机成像系统用于大FOV成像。在该实施方案中，由两个相机拍摄的图像具有相同的比例或光学放大率。为此，外部透镜1fE1的焦距，内部透镜1fN1的焦距，外部透镜2fE2的焦距和内部透镜2fN2的焦距满足以下关系：
将两个相机之间的距离选择为适当的值，使得两个相机的FOV重叠。如图19B所示，字母“A”表示样品，由于两个相机的FOV之间的重叠，字母“A”的一部分存在于相机1的FOV和相机2的FOV中。
另一图像处理步骤用于通过匹配由相机1和相机2拍摄的两个图像共享的相同特征，将两个图像合并成一个大图像。
用于双分辨率成像的双相机成像系统
基于透镜的成像系统具有内在的缺点，即它在FOV的尺寸和分辨率之间具有折衷。为了获得大的FOV，需要牺牲成像系统的分辨率。当样品混合具有显著不同尺寸尺度的小物体和大物体时，这个问题更受关注。为了对足够数量的大物体成像，FOV需要足够大，但是这会损失分辨率以获得小物体的细节。为了解决这个问题，在这个实施例中，双相机成像系统用于在同一样品上实现双分辨率成像，其中相机1(或2)用于低分辨率和大FOV成像，相机2(或1)用于高分辨率和小FOV成像。
成像系统的分辨率取决于光学扩放大率，并且光学放大率等于外部透镜的焦距与内部长度的焦距之比。例如，在本实施例中，相机1用于低分辨率成像，相机2用于高分辨率成像，则外部透镜1fE1的焦距、内部透镜1fN1的焦距、外部透镜2fE2的焦距和内部透镜2fN2的焦距满足以下关系：
两个相机的FOV可以重叠或不重叠。
如图19C所示，相机1拍摄的样品图像覆盖更大的FOV，并且在单个FOV中包含更多的对象，但是不能分辨小对象的细节。并且由相机2拍摄的图像覆盖相对小的FOV，并且在单个FOV中包含较少的对象，但是具有能够分辨小对象中的细节的较高分辨率。
本发明的实施例
A1.一种双镜头成像装置，包含：
第一外部透镜、第二外部透镜、壳体单元和卡单元，其中：
i.外壳单元构造成容纳第一外部透镜和第二外部透镜以及卡单元，且将双长度成像装置与移动装置连接；
ii.第一外部透镜和第二外部透镜被配置成分别与移动装置中的两个内部透镜对准；以及
iii.该卡单元被配置成容纳样本卡，该样本卡包含样品，
其中卡单元位于外透镜和内透镜之间；
其中外部透镜被配置成将从样本卡折射或发射的照明光聚焦到移动装置中的图像传感器上，从而允许图像传感器捕获样品的图像。
B1.一种双镜头成像系统，包含：
(a)实施方案所述A1的双透镜成像装置，
(b)该移动装置包含通过双透镜成像装置捕获和处理样品图像的硬件和软件。
C1.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中样本卡是QMAX卡。
C2.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中移动装置是移动通信装置。
C3.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中移动装置是智能电话。
C4.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中移动装置包含向样本卡提供光的光源。
C5.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中两个外部透镜构造成捕获至少部分重叠的重叠图像。
C6.根据实施方案C5所述的装置或系统，其中重叠图像具有相同的分辨率。
C7.根据实施方案C6所述的装置或系统，其中软件被配置成处理重叠图像以生成样品的组合图像。
C8.根据实施方案C5所述的装置或系统，其中重叠图像具有不同的分辨率。
C9.根据实施方案C8所述的装置或系统，其中软件构造成处理重叠图像说明图像的具有较低分辨率的特定部分。
C10.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中两个外部透镜构造成对Q卡的样品区域的两个不同位置成像。
C11.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中两个外部透镜构造成具有不同大小的视场。
C12.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中两个外部透镜构造成具有不同大小的FoV(彼此间视野)，且其中两个不同FoV的比率为1.1、1.2、1.5、2、5、10、15、20、30、50、100、200、1000或在两者的任何值的范围内。优选的比率是1.2、1.5、2、5、10、20，或在两者的任何值的范围内。
C13.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中两个外部透镜的FoV的重叠经构造成约1％、5％、10％、20％、50％、60％、70％、80％、90％或这些值中的任一者之间的范围。
C14.根据前述任一实施方案所述的装置或系统，其中两个外部透镜与不同的滤波器和/或偏振器光学联接。
其他实施方案
一种光学适配器，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，光学适配器包含：
外壳；
外壳内的空腔；以及
在空腔内的杠杆，
其中杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成能够在第一位置与第二位置之间移动，其中(i)在第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，并且(ii)在第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像。
一种光学适配器，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，光学适配器包含：
外壳；
透镜，被布置为向相机提供视场；
外壳内的空腔，用于接收样品并且将样品定位在相机的视场内，其中透镜被定位成当处于相机的视场内时接收由样品折射的或由样品发射的光；以及
在空腔内的杠杆，
其中杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成能够在第一位置与第二位置之间移动，其中(i)在第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，并且(ii)在第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像。
一种光学适配器，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，光学适配器包含：
外壳；
外壳内的空腔，用于接收样品并将样品定位在相机的视场内；以及
在空腔内的杠杆，
其中杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成能够在第一位置与第二位置之间移动，其中(i)在第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，并且(ii)在第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像，并且
其中杠杆包含沿着第一平面延伸的第一平面区域以及沿着第一方向从第一平面区域横向移位并且沿着第二平面延伸的第二平面区域，第一平面被布置在沿着第二方向与第二平面不同的高度处，第二方向垂直于第一方向。
一种光学适配器，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，光学适配器包含：
外壳；
外壳内的空腔，用于接收样品并将样品定位在相机的视场内；以及
在空腔内的杠杆，
其中杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成能够在第一位置与第二位置之间移动，其中(i)在第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，并且(ii)在第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像，并且
其中杠杆包含沿着第一平面延伸的第一平面区域以及沿着第一方向从第一平面区域横向移位并且沿着第二平面延伸的第二平面区域，第一平面被布置在沿着第二方向与第二平面不同的高度处，第二方向垂直于第一方向，并且
其中第一平面区域包含至少一个光学元件，并且第二平面区域包含至少一个光学元件。
一种光学适配器，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，光学适配器包含：
外壳；
外壳内的空腔；以及
在空腔内的杠杆，
其中杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成能够在至少三个不同位置之间移动，其中(i)在第一位置中，成像装置能够以明场模式对样品进行成像，(ii)在第二位置中，成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像，并且(iii)在第三位置中，成像装置能够测量样品的光吸收。
一种光学适配器，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，光学适配器包含：
外壳；
透镜，构造成提供相机的视场；
外壳内的空腔，用于接收样品并将样品定位在相机的视场内；
外壳内的光圈，其中光圈被布置成用于接收来自光源的用于照射样品的源光；以及
空腔内的杠杆，
其中杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成能够在第一位置与第二位置之间移动，其中(i)在第一位置中，成像装置能够以明场模式对样品进行成像，(ii)在第二位置中，成像装置能够以荧光激发模式对样品成像，其中在荧光激发模式中，透镜被布置成当样品被光源照射时接收由样品发射的光。
一种光学适配器，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，光学适配器包含：
外壳；
透镜，构造成提供相机的视场；
外壳内的空腔，用于接收样品并将样品定位在相机的视场内；
空腔内的杠杆，
其中杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成能够在第一位置与第二位置之间移动，其中(i)在第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，并且(ii)在第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像。
一种光学组件，可附接至具有光源、相机和计算机处理器的手持式电子装置上，其中光学组件被配置成使得能够在通过来自光源的光照射样品的情况下通过相机对样品进行显微成像，光学组件包含：
外壳；
外壳内的空腔；
构造成向相机提供显微视场的透镜；以及
空腔内的活动臂，其中活动臂配置成在第一位置与第二位置之间可切换，其中当活动臂处于第一位置时，光学组件处于明场模式，且当活动臂处于第二位置时，光学组件处于荧光激发模式。
任一实施方案所述的光学组件，其中外壳包含：
空腔内的样品接收区域；以及
在外壳的一侧上的狭槽，其中狭槽被布置成用于在样品接收区域内接收样品基底并且将样品定位在相机的视场内。
实施方案所述的光学组件，进一步包含第一组的一个或多个光学元件，第一组的一个或多个光学元件被布置成接收从外壳中的对应于光源的第一光圈进入的光并且将从第一光圈进入的光沿着第一路径重定向到外壳中的对应于相机的第二光圈以在活动臂处于第一位置时提供样品的明场照明。
实施方案所述的光学组件，其中第一组一个或多个光学元件包含第一直角镜和第二直角镜，其中第一直角镜和第二直角镜在第一路径中并且被布置成反射来自光源的光以便垂直地入射到相机中，
实施方案所述的光学组件，其中光源是点源，以通过用相同的波前照射样品来实现透明样品的干涉成像。
实施方案所述的光学组件，光学组件进一步包含第二组一个或多个光学元件，第二组一个或多个光学元件机械地联接到活动臂上并且被布置成用于接收从第一光圈进入的光并且使从第一光圈进入的光沿着第二路径改变方向以倾斜地照射样品以便在活动臂处于第二位置时提供样品的荧光照射，
实施方案所述的光学组件，其中斜角大于透镜的收集角，透镜构造成提供相机的视场。
实施方案所述的光学组件，其中第二组的一个或多个光学元件包含反射镜和光学吸收器，其中反射镜反射光以倾斜地照射样品并且光学吸收器吸收来自第一光圈的外来光，否则这些外来光将穿过外壳的第二光圈并且在荧光激发模式中覆盖相机。
实施方案所述的光学组件，其中吸收器吸收在穿过第一光圈之后未入射到反射镜上的光，其中光吸收器是薄膜光吸收器。
实施方案所述的光学组件，进一步包含第三组的一个或多个光学元件，第三组的一个或多个光学元件被布置成用于接收从第一光圈进入的光并且将进入活动臂中的第二光圈中的光重定向并且沿着第一路径朝向活动臂上的光漫射器行进以便在正常方向上照射样品以便测量样品的光吸收。
实施方案所述的光学组件，其中第三组的一个或多个光学元件包含光漫射器、第一直角镜和第二直角镜，其中第一直角镜和第二直角镜位于第一路径中，并且被布置成将来自光源的光反射到光漫射器，然后垂直入射到相机中；
实施方案所述的光学组件，其中光漫射器是不透明度在10％至90％范围内的半透明漫射器。
实施方案所述的光学组件，进一步包含橡胶门以覆盖样品接收器以防止环境光进入空腔。
前述任一实施方案所述的光学组件，其中光源和相机以彼此固定的距离定位在手持式电子装置的同一侧上。
一种系统，包含：前述任一实施方案所述的光学组件，以及移动电话附件，移动电话附件包含被配置成联接到光学组件的第一侧和被配置成联接到手持式电子装置的第二相对侧，其中手持式电子装置是移动电话。
任一实施方案所述的系统，其中移动电话附件是可更换的，以便为不同尺寸移动电话提供附件。
任一实施方案所述的系统，其中移动电话附件的尺寸是可调节的。
一种用于手持移动电子装置的光学组件，光学组件包含：
外壳；
在外壳内的空腔；
在空腔内的多个光学元件，其中多个光学元件被布置成用于接收从外壳中的第一光圈进入的光并且将从第一光圈进入的光沿着第一路径朝向外壳中的第二光圈重定向；
在外壳内的至少两个不同位置中可构造的活动臂、在外壳内的至少三个不同位置中可构造的活动臂，
其中活动臂包含用于反射光的光反射器部分，
其中活动臂包含光漫射器以使光均匀化并且破坏光的相干性，
其中活动臂包含与外壳中的进口光圈对齐的光圈，
其中当活动臂处于外壳内的第一位置中时，光反射器部分被定位在外壳中的进口光圈与多个光学元件之间，使得光反射器部分阻挡从第一开口进入的光入射到多个光学元件上，并且
其中当活动臂处于外壳内的第二位置时，从第一开口进入的光入射到多个光学元件上，并且其中当活动臂处于外壳内的第三位置时，从第一开口进入的光穿过活动臂上的光圈，然后入射到光漫射器上；
任一实施方案所述的光学组件，包含在外壳的一侧上的狭槽，其中狭槽被布置成用于接收样品底物，使得：
当样品底物完全插入槽内且活动臂处于外壳内的第二位置时，第一路径与样品底物相交；以及
当样品底物完全插入槽内并且活动臂处于外壳内的第一位置时，由光反射器部分反射的光被重定向到样品底物；以及
当样品底物完全插入槽中并且活动臂处于外壳内的第三位置时，光沿着第一路径朝向光漫射器行进，然后在样品底物上照射。
任一实施方案所述的光学组合件，其中活动臂包含光吸收部分以吸收在穿过第一光圈之后未入射到反射镜上的光。
任一实施方案所述的光学组件，其中活动臂包含：
定位在光反射器部分上方的第一接收器；以及
光学滤波器，光学滤波器被安置在接收器中；以及位于光圈部分上方的第二容座；以及位于接收器中的滤波器。
任一实施方案所述的光学组件，其中当活动臂处于第一位置时，安置在接收器中的滤波器被定位成接收从外壳中的第一光圈进入的光；以及当活动臂处于第三位置时，位于接收器中的滤波器定位成接收从外壳中的第一光圈进入的光。
任一实施方案所述的光学组件，其中当活动臂处于第一位置时，在所述样品底物完全插入到所述槽内的情况下，位于接收器中的滤波器与一部分样品底物所处的区域重叠。
一种系统，包含：
任一实施方案所述的光学组件；以及
移动电话附件，移动电话附件包含被配置成联接到光学组件上的第一侧并且包含被配置成联接到移动电话上的第二相反侧，其中移动电话附件的大小是可调节的。
一种光学组件，光学组件可附接至具有光源、相机和计算机处理器的手持式电子装置，其中光学组件被配置成使得能够在通过来自光源的光照射样品的情况下通过相机对样品进行显微成像，光学组件包含：
构造成向相机提供显微视场的透镜；
用于接收样品并将样品定位在显微视场内的接收器；
光纤，构造成接收来自光源的光并照射接收器。
任一实施方案所述的光学组件，其中当光学组件附接到手持式电子装置时，透镜和相机界定光轴，且其中光纤围绕光轴。
任一实施方案所述的光学组件，其中光纤是环形的。
任一实施方案所述的光学组件，其中光纤是侧发射光纤。
任一实施方案所述的光学组件，其中光学组件包含限定接收器的外壳，其中环形光纤位于外壳的凹槽中，其中外壳包含被配置成与光源和环形光纤的两个端面对准以接收来自光源的光的光圈。
任一实施方案所述的光学组件，其中光从环形光纤的侧面发射以在光轴上照射正好在相机下方的样品区域。
任一实施方案所述的光学组件，其中光学组件包含限定接收器的外壳，其中外壳包含被配置成与光源对齐的第一光圈，并且光纤的第一端面被定位在第一光圈中以接收来自光源的光。
任一实施方案所述的光学组件，其中外壳包含被配置成与相机对准的第二光圈，并且其中光纤包含定位在第一光圈中的第一端并且包含定位在第二光圈中的第二端。
任一实施方案所述的光学组件，其中光纤的第一端面和光纤的第二端面中的至少一个是缠结的。
任一实施方案所述的光学组件，其中当光学组件被附接到手持式电子装置上时，光纤相对于光源倾斜，并且
其中光纤的第二端面被布置成用于照射直接位于透镜下方的样品的区域。
任一实施方案所述的光学组件，其中光学组件包含限定接收器的外壳，外壳包含其中布置有光纤的凹槽。
一种光学组件，光学组件可附接至具有光源、相机和计算机处理器的手持式电子装置，其中光学组件被配置成使得能够在通过来自光源的光照射样品的情况下通过相机对样品进行显微成像，光学组件包含：
构造成向相机提供显微视场的透镜；
用于接收样品并将样品定位在显微视场内的接收器；
反射镜，其偏离透镜的光轴并且被定位为反射来自光源的光并且在相对于光轴的倾斜角的范围内照射样品；以及
波长滤波器，波长滤波器被定位在样品与相机之间以便响应于斜照射而使样品发射的荧光通过。
任一实施方案所述的光学组件，其中透镜被定位在样品的前侧上并且反射镜被定位成从样品的后侧倾斜地照射样品，其中倾斜角度大于透镜的收集角度。
任一实施方案所述的光学组件还包含光学吸收器，光学吸收器定位在邻近反射镜的光轴上以吸收来自光源的未被反射镜反射的光。
任一实施方案所述的光学组件，其中反射镜和光学吸收器安装在共同结构上且相对于彼此倾斜。
任一实施方案所述的光学组件，进一步包含第二波长滤波器，第二波长滤波器定位在光源和反射镜之间的照明光的路径中，以选择用于照明样品的某些波长。
前述任一实施方案所述的光学组件，其中样品由包含平面结构的样品保持器支撑，且其中接收器构造成定位平面结构以部分地延伸到来自光源的照明光的路径中以将照明光联接到平面结构中。
实施例6所述的光学组件，其中接收器被配置成用于定位平面结构，使得照明光路径入射到平面结构的边缘上，其中边缘沿着垂直于包含视场的平面的平面延伸。
任一实施方案所述的光学组件，其中反射镜经布置以反射光以从平面结构的后侧部分地倾斜地照明样品且部分地照明平面结构的边缘以将照明光联接到平面结构中。
任一实施方案所述的光学组件，进一步包含橡胶门以覆盖样品接收器以防止环境光进入光学组件和进入相机。
任一实施方案所述的光学组件，其中平面结构被配置以将联接的照明光波导到样品以照射样品并致使样品发射荧光。
任一实施方案所述的光学组件，进一步包含样品保持器，
任一实施方案所述的光学组件，其中样品是液体样品并且样品保持器包含夹持液体样品的第一板和第二板。
前述任一实施方案所述的光学组件，其中透镜、接收器、反射镜和波长滤波器支撑在共用光学盒中，且光学组件进一步包含用于将光学盒附接到手持式电子装置的可更换保持器框架。
任一实施方案所述的光学组件，其中光源和相机被定位在手持式电子装置的同一侧上并且彼此相距固定距离。
任一实施方案所述的光学组件，其中手持式电子装置是手机。
一种装置，包含前述任一实施方案所述的光学组件和手持式电子装置。
一种光学组件，可附接至具有光源、相机和计算机处理器的手持式电子装置，其中光学组件被配置成使得能够在通过来自光源的光照射样品的情况下通过相机对样品进行显微成像，光学组件包含：
被配置成向相机提供显微视场的透镜；
接收器，接收器用于接收样品并且将样品定位在显微镜视场内，
其中样品由包含平面结构的样品保持器支撑，并且其中接收器被配置成定位平面结构以部分地延伸到来自光源的照明光的路径中，以将照明光联接到平面结构中并且使得样品发射荧光；以及
波长滤波器，波长滤波器被定位在样品与相机之间以便使由样品响应于照射而发射的荧光通过。
任一实施方案所述的光学组件进一步包含覆盖样品接收器的橡胶门，以防止环境光通过接收器进入光学组件。
任一实施方案所述的光学组件，其中平面结构被配置成将联接的照明光波导到样品以照射样品并致使样品发射荧光。
任一实施方案所述的光学组件，进一步包含样品保持器，
任一实施方案所述的光学组件，其中样品是液体样品并且样品保持器包含夹持液体样品的第一板和第二板。
任一实施方案所述的光学组件，进一步包含第二波长滤波器，第二波长滤波器位于光源和部分延伸到光路中的样品保持器的部分之间的照明光的路径中。
前述任一实施方案所述的光学组件，其中透镜、接收器和波长滤波器支撑在共用光学盒中，且光学组件进一步包含用于将光学盒附接到手持式电子装置的可更换保持器框架。
任一实施方案所述的光学组件，其中光源和相机彼此以固定距离定位在手持式电子装置的同一侧上。
任一实施方案所述的光学组件，其中手持式电子装置是手机。
一种装置，包含前述任一实施方案所述的光学组件和手持式电子装置。
一种光学组件，光学组件可附接至具有光源、相机和计算机处理器的手持式电子装置，其中光学组件被配置成使得能够在通过来自光源的光照射样品的情况下通过相机对样品进行显微成像，光学组件包含：
第一装配透镜，其被配置成向第一相机模块提供第一显微视场；
第二装配透镜，其被配置成向第二相机模块提供第二显微视场；以及
接收器，接收器用于接收样品并且将样品定位在第一显微视场内以及第二显微视场内。
任一实施方案所述的光学组件，其中第一相机模块包含第一内部透镜，第二相机模块包含第二内部透镜，其中由第一装配透镜和第一内部透镜提供的第一光学放大率与由第二装配透镜和第二内部透镜提供的第二光学放大率相同。
任一实施方案所述的光学组件，其中第一装配透镜的焦距与第一内部透镜的焦距的第一比率等于第二装配透镜的焦距与第二内部透镜的焦距的第二比率。
任一实施方案所述的光学组件，其中由第一相机模块和第一装配透镜提供的第一图像分辨率与由第二相机模块和第二装配透镜提供的第二图像分辨率相同。
任一实施方案所述的光学组件，其中第一相机模块包含第一内部透镜，第二相机模块包含第二内部透镜，其中由第一装配透镜和第一内部透镜提供的第一光学放大率不同于由第二装配透镜和第二内部透镜提供的第二光学放大率。
任一实施方案所述的光学组件，其中第一装配透镜的焦距与第一内部透镜的焦距的第一比率小于第二装配透镜的焦距与第二内部透镜的焦距的第二比率。
任一实施方案所述的光学组件，其中由第一相机模块和第一装配透镜提供的第一图像分辨率小于由第二相机模块和第二装配透镜提供的第二图像分辨率。
前述任一实施方案所述的光学组件，其中第一显微视场与第二显微视场重叠。
任一实施方案所述的光学组件，其中第一显微视场与第二显微视场的重叠量在1％与90％之间。
任一实施方案所述的光学组件，其中第一显微视场不与第二显微视场重叠。
前述任一实施方案所述的光学组件，其中第一装配透镜和第二装配透镜中的每一者经布置以接收由样品散射或由样品发射的光。
前述任一实施方案所述的光学组件，其中第一显微视场小于第二显微视场。
前述任一实施方案所述的光学组件，其中第一装配透镜的角视场小于第二装配透镜的角视场。
任一实施方案所述的光学组件，其中第一装配透镜的角视场与第二装配透镜的角视场的比率在1.1和1000之间。
任一实施方案所述的光学组件，包含：
第一滤波器，第一滤波器被布置在去往或来自第一装配透镜的第一照明路径中；以及
第二滤波器，第二滤波器被布置在去往或来自第二组装透镜的第二照明路径中。
任一实施方案所述的光学组件，其中第一滤波器被配置成过滤第一波长范围，第二滤波器被配置成过滤第二波长范围，并且第一波长范围不同于第二波长范围。
任一实施方案所述的光学组件，包含：
第一偏振器，其被布置在去往或来自第一组装透镜的第一照明路径中；以及
第二偏振器，其被布置在去往或来自第二组装透镜的第二照明路径中。
任一实施方案所述的光学组件，其中第一偏振器和第二偏振器具有不同的偏振相关光透射和阻挡特性。
一种装置，包含前述任一实施方案所述的光学组件和手持式电子装置。
任一实施方案所述的光学组件，其中手持式电子装置是手机。
任一实施方案所述的装置，其中手持式电子装置构造成计算地合并从第一相机模块获得的第一图像与从第二相机模块获得的第二图像。
一种成像方法，包含：
在两个板之间压缩样品，其中两个板通过间隔件阵列彼此分离，至少一个具有参考标记；
使用包含相机和至少一个透镜的成像系统获取样品的多个图像，其中每个图像对应于样品厚度内的不同物面；
基于一个或多个参考标记，计算分析每个图像以确定关于相应物平面的信息；以及
基于多个图像和关于相应对象平面的信息计算地构造样品的三维图像。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中所确定的关于相应物面的信息包含物面相对于成像系统的深度。
任一实施方案2所述的成像方法，其中至少一些间隔件各自具有参考标记。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中所确定的关于相应物平面的信息包含物平面相对于成像系统的深度和取向。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中每个图像的计算分析包含确定一个或多个参考标记的散焦程度。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中每个图像的计算分析包含：基于每个参考标记的散焦度来确定多个参考标记中的每个参考标记的深度；以及基于所确定的参考标记的深度来确定相应物平面相对于成像系统的深度和取向。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中参考标记相对于垂直于板中的至少一者的轴不旋转对称。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中每个图像的计算分析包含确定一个或多个参考标记相对于成像系统的所述轴旋转取向。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中每个图像的计算分析包含将关于参考标记的图像信息与关于参考标记的先验知识进行比较。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中关于参考标记的先验知识基于每个参考标记的形状和每个参考标记相对于板的位置中的一个或多个。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中间隔件是柱状体。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中获取多个图像包含相对于夹持样品的板移动成像系统的一个或一个以上组件。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中三维图像的计算构造包含处理每一获取的图像以移除散焦特征。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中处理每个获取的图像以去除散焦特征包含使用带通滤波器。
前述任一实施方案所述的成像方法，其中所获取的图像对应于通过将来自样品的光与未引导到相机上的样品的参考光组合而形成的干涉图像。
一种成像装置，包含：
成像系统，包含相机和至少一个透镜；
用于相对于成像系统支撑样品盒的样品保持器，样品盒包含通过间隔件阵列彼此分离的两个板，至少一个具有参考标记，其中待成像的样品被配置成在两个板之间被压缩；以及
处理和控制系统，处理和控制系统被联接至样品保持器和相机上并且被配置成使用成像系统来采集样品的多个图像，其中每个图像对应于样品的厚度内的一个不同的物平面，并且
其中处理和控制系统进一步被配置成：
基于一个或多个参考标记计算分析每个图像以确定关于相应物平面的信息；以及
基于多个图像和关于相应对象平面的信息计算地构造样品的三维图像。
前述任一实施方案所述的成像装置，其中所确定的关于相应物面的信息包含物面相对于成像系统的深度。
任一实施方案所述的成像装置，或其中间隔件中的至少一些间隔件各自具有参考标记。
前述任一实施方案所述的成像装置，其中所确定的关于相应物平面的信息包含物平面相对于成像系统的深度和取向。
前述任一实施方案所述的装置，其中每个图像的计算分析包含确定参考标记中的一者或一者以上的散焦程度。
实施方案20所述的装置，其中每个图像的计算分析包含：基于每个参考标记的散焦度来确定多个参考标记中的每个参考标记的深度；以及基于所确定的参考标记的深度来确定相应物平面相对于成像系统的深度和取向。
前述任一实施方案所述的装置，其中参考标记相对于垂直于板中的至少一者的轴不旋转对称。
任一实施方案所述的装置，其中每个图像的计算分析包含确定参考标记中的一者或一者以上相对于成像系统的所述轴的旋转定向。
前述任一实施方案所述的装置，其中对每个图像的计算分析包含将关于参考标记的图像信息与关于参考标记的先验知识进行比较。
前述任一实施方案所述的装置，其中关于参考标记的先验知识基于每个参考标记的形状和每个参考标记相对于板的位置中的一个或多个。
前述任一实施方案所述的装置，其中间隔件是柱状体。
前述任一实施方案所述的装置，其中控制系统构造成相对于夹持样品的板移动成像系统的一个或一个以上组件以获取多个图像。
前述任一实施方案所述的装置，其中三维图像的计算构造包含处理每一获取的图像以移除散焦特征。
任一实施方案所述的装置，其中处理每一获取的图像以移除散焦特征包含使用带通滤波器。
前述任一实施方案所述的装置，其中获取的图像对应于通过将来自样品的光与未引导到相机上的样品的参考光组合而形成的干涉图像。
更多其他实施方案
本发明包括只要各种组分彼此不矛盾就可以以多种方式组合的各种实施方案。实施方案应当被认为是单个发明文件：每个申请具有作为参考文献的其他申请，并且也出于所有目的而整体地引用，而不是作为离散的独立文件。这些实施方案不仅包括当前文件中的公开内容，而且包括在此引用、并入或要求优先权的文件。
(1)定义
在本申请中或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/426065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中定义了用于描述本文公开的装置、系统和方法的术语，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
术语“CROF卡(或卡)”、“COF卡”、“QMAX卡”、Q卡”、“CROF装置”、“COF装置”、“QMAX装置”、“CROF板”、“COF板”以及“QMAX-板”是可互换的，除了在一些实施方案中，COF卡不包括间隔件；并且这些术语是指一种装置，该装置包括第一板和第二板，第一板和第二板可相对于彼此移动成不同构造(包括开放构造和闭合构造)，并且该装置包括调节板之间的间距的间隔件(COF的一些实施方案除外)。术语“X-板”是指CROF卡中的两个板之一，其中间隔件固定到该板。COF卡、CROF卡和X-板的更多描述在2017年2月7日提交的临时申请序列号62/456065中进行描述，所有这些申请出于所有目的以其整体并入本文。
(2)Q卡、间隔件和均匀样品厚度
本文所公开的装置、系统和方法可包括或使用Q卡、间隔件和用于样品检测、分析和量化的均匀样品厚度实施方案。在一些实施方案中，Q卡包括间隔件，其有助于使样品的至少一部分成为高度均匀的层。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/426065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了间隔件的结构、材料、功能、变化和尺寸以及间隔件和样品层的均匀性，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(3)铰链、开放凹口、凹陷边缘和滑块
本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和量化的Q卡。在一些实施方案中，Q卡包括铰链、凹口、凹陷和滑块，其有助于促进Q卡的操作和样品的测量。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/426065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了铰链、槽口、凹槽和滑动件的结构、材料、功能、变化和尺寸，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(4)Q卡、滑块和智能手机检测系统
本文公开的装置、系统和方法可以包括或使用用于样品检测、分析和量化的Q卡。在一些实施方案中，Q卡与允许智能手机检测系统读取的卡的滑块一起使用。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/426065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了Q卡、滑动件和手机检测系统的结构、材料、功能、变化、尺寸和连接，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
在QMAX的一些实施方案中，一个或两个板的样品接触区域包括一个压缩开放流动监测表面结构(MSS)，该压缩开放流动监测表面结构被配置成监测在COF之后已经发生了多少流动。例如，在一些实施方案中，MSS包括浅正方形阵列，其将引起对样品中的组分(例如血液中的血细胞)的摩擦。通过检查样品的一些组分的分布，可以获得与样品及其组分在COF下的流动相关的信息。
MSS的深度可以是间隔件高度的1/1000、1/100、1/100、1/5、1/2或在任何两个值的范围内，并且呈突出或孔形。
(5)检测方法
本文公开的装置、系统和方法可包括或用于各种类型的检测方法。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/426065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了检测方法，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(6)标记
本文公开的装置、系统和方法可以采用用于分析物检测的各种类型的标记。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/426065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了标记，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(7)分析物
本文公开的装置、系统和方法可用于操作和检测各种类型的分析物(包括生物标记)。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/426065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了分析物，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(8)应用(领域和样品)
本文公开的装置、系统和方法可以用于各种应用(领域和样品)。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/426065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了应用，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
(9)云
本文公开的装置、系统和方法可以采用云技术进行数据传输、存储和/或分析。在本文中公开了或在分别于2016年8月10日和2016年9月14日提交的PCT申请(指定美国)号PCT/US2016/045437和PCT/US0216/051775、2017年2月7日提交的美国临时申请号62/456065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/426065、2017年2月8日提交的美国临时申请号62/456504中列出、描述和总结了相关的云技术，所有这些申请的全部内容出于所有目的并入本文。
其他注释
在以下列举的段落中描述了根据本公开的发明主题的其他实施方案。
必须注意，如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示对象，除非上下文另外明确指出，例如当使用词语“单个”时。例如，提及“分析物”包括单个分析物和多个分析物，提及“捕获剂”包括单个捕获剂和多个捕获剂，提及“检测剂”包括单个检测剂和多个检测剂，提及“试剂”包括单个试剂和多个试剂。
如本文所用，术语“适配”和“构造”意味着元件、部件或其他主题被设计和/或旨在执行给定功能。因此，术语“适配”和“构造”的使用不应被解释为意味着给定的元件、组件或其他主题简单地“能够”执行给定的功能。类似地，被陈述为构造为执行特定功能的主题可以附加地或可选地描述为可操作以执行该功能。
如本文所用，当在提及根据本公开的一个或多个部件、特征、细节、结构、实施方案和/或方法时，使用短语“例如”、短语“作为示例”和/或简称为术语“示例”和“示例性”旨在传达所描述的部件、特征、细节、结构、实施方案、和/或方法是根据本公开的部件、特征、细节、结构、实施方案、和/或方法的说明性的非排他示例。因此，所描述的部件、特征、细节、结构、实施方案、和/或方法不旨在是限制性的、必需的或排他性的/穷尽的；并且其他部件、特征、细节、结构、实施方案、和/或方法，包含结构上和/或功能上类似和/或等效的部件、特征、细节、结构、实施方案、和/或方法，也在本公开的范围内。
如本文所用，关于多于一个实体的列表的短语“至少一个”和“一个或多个”是指实体列表中的任何一个或多个实体，并且不限于实体列表中具体列出的每个(each)和每个(every)实体中的至少一个。例如，“A和B中的至少一个”(或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地，“A和/或B中的至少一个”)可指单独的A、单独的B，或A和B的组合。
如这里所使用的，置于第一实体和第二实体之间的术语“和/或”是指(1)第一实体，(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体中的一个。使用“和/或”列出的多个实体应当以相同的方式来解释，即如此结合的实体的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体标识的实体之外，可以任选地存在其他实体，无论其与具体标识的那些实体相关还是无关。
当本文提及数值范围时，本发明包括其中包括端点的实施方案，其中排除两个端点的实施方案，以及其中包括一个端点而排除另一个端点的实施方案。应当假定包括两个端点，除非另有说明。此外，除非另有说明或本领域普通技术人员从上下文和理解中明显看出。
在任何专利、专利申请或其他参考文献通过引用并入本文并且(1)定义术语的方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致和/或(2)以其他方式与本公开的未并入部分或其他并入的参考文献不一致的情况下，应当以本公开的未并入部分为准，并且术语或其中并入的公开应当仅对于其中术语被定义和/或并入的公开最初存在的参考文献为准。
其他实施方案
应当理解，虽然已经结合本发明的详细描述描述了本发明，但是前面的描述旨在说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定。

Claims (8)

1.一种光学组件，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，包含：
外壳；
在所述外壳内的空腔；以及
在所述空腔内的杠杆，
其中所述杠杆包含至少一个光学元件并且被配置为在第一位置与第二位置之间可移动，其中(i)在所述第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，并且(ii)在第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像。
2.一种光学组件，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，所述光学组件包含：
外壳；
透镜，被布置为向所述相机提供视场；
在所述外壳内的空腔，用于接收所述样品并且将所述样品定位在所述相机的视场内，其中所述透镜被定位成当处于所述相机的视场内时接收由所述样品折射的或由所述样品发射的光；以及
在所述空腔内的杠杆，
其中所述杠杆包含至少一个光学元件并且被配为在第一位置与第二位置之间可移动，其中(i)在所述第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，并且(ii)在所述第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像。
3.一种光学组件，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，所述光学组件包含：
外壳；
在所述外壳内的空腔，用于接收样品并将样品定位在相机的视场内；以及
在所述空腔内的杠杆，
其中所述杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成在第一位置与第二位置之间可移动，其中(i)在所述第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，并且(ii)在所述第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像，并且
其中所述杠杆包含沿着第一平面延伸的第一平面区域以及沿着第一方向从所述第一平面区域横向移位并且沿着第二平面延伸的第二平面区域，所述第一平面被布置在沿着第二方向与所述第二平面不同的高度处，所述第二方向垂直于所述第一方向。
4.一种光学组件，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，所述光学组件包含：
外壳；
在所述外壳内的空腔，用于接收样品并将样品定位在相机的视场内；以及
在所述空腔内的杠杆，
其中所述杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成在第一位置与第二位置之间可移动，其中(i)在所述第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对所述样品进行成像，并且(ii)在所述第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对所述样品进行成像，
其中杠杆包含沿着第一平面延伸的第一平面区域以及沿着第一方向从所述第一平面区域横向移位并且沿着第二平面延伸的第二平面区域，所述第一平面被布置在沿着第二方向与所述第二平面不同的高度处，所述第二方向垂直于所述第一方向，并且
其中所述第一平面区域包含至少一个光学元件，并且所述第二平面区域包含至少一个光学元件。
5.一种光学组件，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，所述光学组件包含：
外壳；
在所述外壳内的空腔；以及
在所述空腔内的杠杆，
其中所述杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成能够在至少三个不同位置之间可移动，其中(i)在第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对所述样品进行成像，(ii)在第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对所述样品进行成像，并且(iii)在第三位置中，所述成像装置能够测量所述样品的光吸收。
6.一种光学组件，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的手持式成像装置对样品进行成像，所述光学组件包含：
外壳；
透镜，配置成提供所述相机的视场；
在所述外壳内的空腔，用于接收样品并将样品定位在所述相机的视场内；
在所述外壳内的光圈，其中所述光圈被布置成用于接收来自所述光源的用于照射所述样品的源光；以及
所述空腔内的杠杆，
其中所述杠杆包含至少一个光学元件并且被配置成在第一位置与第二位置之间可移动，其中(i)在第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，(ii)在第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品成像，其中在所述荧光激发模式中，所述透镜被布置成当样品被光源照射时接收由所述样品发射的光。
7.一种光学组件，用于使用具有光源、单个相机和计算机处理器的智能手机对样品进行成像，所述光学组件包含：
外壳；
透镜，构造成提供所述相机的视场；
在所述外壳内的空腔，用于接收所述样品并将所述样品定位在所述相机的视场内；
在所述空腔内的杠杆，
其中所述杠杆包含至少一个光学元件并且被成在第一位置与第二位置之间移动，其中(i)在所述第一位置中，所述成像装置能够以明场模式对样品进行成像，并且(ii)在第二位置中，所述成像装置能够以荧光激发模式对样品进行成像。
8.一种光学组件，可附接至具有光源、相机和计算机处理器的手持式电子装置，其中所述光学组件被配置成使得能够在通过来自所述光源的光照射所述样品的情况下通过相机对所述样品进行显微成像，所述光学组件包含：
外壳；
在所述外壳内的空腔；
透镜，配置成向所述相机提供显微视场；以及
在所述空腔内的活动臂，其中所述活动臂可配置为在第一位置与第二位置之间可切换，其中当所述活动臂处于所述第一位置时，所述光学组件处于明场模式，且当所述活动臂处于所述第二位置时，所述光学组件处于荧光激发模式。
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