EA038813B1 - Methods and apparatus for nondestructive detection of undissolved particles in a fluid - Google Patents

Methods and apparatus for nondestructive detection of undissolved particles in a fluid Download PDF

Info

Publication number
EA038813B1
EA038813B1 EA201992857A EA201992857A EA038813B1 EA 038813 B1 EA038813 B1 EA 038813B1 EA 201992857 A EA201992857 A EA 201992857A EA 201992857 A EA201992857 A EA 201992857A EA 038813 B1 EA038813 B1 EA 038813B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
particle
particles
vessel
image
container
Prior art date
Application number
EA201992857A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201992857A1 (en
Inventor
Грэхам Ф. Милн
Эрвин Фройнд
Райан Л. Смит
Original Assignee
Амген Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Амген Инк. filed Critical Амген Инк.
Publication of EA201992857A1 publication Critical patent/EA201992857A1/en
Publication of EA038813B1 publication Critical patent/EA038813B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/51Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid inside a container, e.g. in an ampoule
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1425Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry using an analyser being characterised by its control arrangement
    • G01N15/1427Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry using an analyser being characterised by its control arrangement with the synchronisation of components, a time gate for operation of components, or suppression of particle coincidences
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1429Signal processing
    • G01N15/1433Signal processing using image recognition
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/90Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents
    • G01N21/9018Dirt detection in containers
    • G01N21/9027Dirt detection in containers in containers after filling
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/90Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents
    • G01N21/9036Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents using arrays of emitters or receivers
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/70Determining position or orientation of objects or cameras

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Description

Предшествующий уровень техникиPrior art

Для определения качества рецептуры лекарственного средства важна дифференциация различных видов частиц. Например, вследствие низкой специфичности при дифференциации, такие объекты как пластинки стекла, могут быть приняты за твердые белковые частицы. Высокая специфичность системы дифференциации необходима для принятия точных решений в отношении рецептуры. При отсутствии данных о виде или видах частиц в определенном лекарственном средстве выбор точной рецептуры лекарственного средства может быть затруднен.To determine the quality of a drug formulation, it is important to differentiate between different types of particles. For example, due to low differentiation specificity, objects such as glass plates can be mistaken for solid protein particles. The high specificity of the differentiation system is essential for making accurate formulation decisions. In the absence of data on the type or species of particles in a particular drug, the choice of the exact formulation of the drug can be difficult.

К сожалению, современные приемы обнаружения частиц не подходят для обнаружения белковых агрегатов и других мелких и/или хрупких частиц. Частицы размером менее примерно 100 мкм обычно не могут быть вручную обнаружены человеком. Автоматизированные приемы исследования обычно являются разрушающими; другими словами, указанные приемы включают удаление исследуемой текучей среды из ее емкости, после чего она обычно непригодна для терапевтического использования. Кроме того, в известных неразрушающих системах исследования для определения наличия или отсутствия частиц используется лишь одно фотографическое изображение емкости, что зачастую приводит к неточным измерениям размера частиц и/или их числа. Известные приемы исследования могут также включать разрушение более хрупких частиц, таких как белковые агрегаты. Например, высокоскоростное (например, 2000 об/мин или выше в течение нескольких секунд) центрифугирование пробирки с текучей средой может приводить к разрыву белковых агрегатов в текучей среде.Unfortunately, current particle detection techniques are not suitable for detecting protein aggregates and other small and / or fragile particles. Particles less than about 100 microns typically cannot be manually detected by humans. Automated exploration techniques are usually destructive; in other words, these techniques involve removing the test fluid from its container, after which it is usually unusable for therapeutic use. In addition, known non-destructive examination systems use only one photographic image of the container to determine the presence or absence of particles, which often leads to inaccurate measurements of particle size and / or their number. Known research techniques can also involve breaking down more fragile particles such as protein aggregates. For example, high speed (eg, 2000 rpm or higher for a few seconds) centrifugation of a fluid tube can rupture protein aggregates in the fluid.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Один из вариантов реализации раскрытой в настоящем изобретении технологии относится к устройству для неразрушающего обнаружения частицы (т.е. нерастворенной частицы) в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, такой как текучая среда на водной основе, эмульсия, нефтепродукт и органический растворитель. В настоящем описании термин обнаружение или обнаруживать включает обнаружение, определение характеристик, дифференциацию, различение или идентификацию наличия, числа, местоположения, природы, размера, формы (например, удлинения или округлости), цвета, флуоресцентности, контраста, коэффициента поглощения света, коэффициента отражения света или другой характеристики, или комбинации двух, трех, четырех, пяти, шести, семи, восьми, девяти, десяти, одиннадцати, двенадцати или более указанных характеристик частицы. В приведенных вариантах реализации устройство содержит устройство формирования изображения с целью получения данных временного ряда, отображающих траекторию частицы в текучей среде. Данные временного ряда сохраняются в памяти, находящейся в рабочей связи с устройством формирования изображения, а процессор, находящийся в рабочей связи с памятью, обнаруживает и/или идентифицирует частицу. В частности, процессор реверсирует временной порядок данных временного ряда с образованием данных обратного временного ряда, оценивает траекторию частицы на основании данных обратного временного ряда, определяет наличие или вид частицы на основании ее траектории. В настоящем описании данные обратного временного ряда включают кадры данных временного ряда, представленные в обратном хронологическом порядке таким образом, что событие, произошедшее последним, отображается первым (и наоборот).One embodiment of the technology disclosed herein relates to a device for non-destructive detection of a particle (i.e., undissolved particle) in a vessel at least partially filled with a fluid such as an aqueous fluid, an emulsion, a petroleum product, and an organic solvent. As used herein, the term detecting or detecting includes detecting, characterizing, differentiating, distinguishing or identifying the presence, number, location, nature, size, shape (e.g., elongation or roundness), color, fluorescence, contrast, light absorption coefficient, light reflectance or another characteristic, or a combination of two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve or more of the specified characteristics of a particle. In the illustrated embodiments, the apparatus comprises an imaging apparatus for acquiring time series data representing the trajectory of a particle in a fluid medium. The time series data is stored in a memory in operative communication with the imaging apparatus, and a processor in operative communication with the memory detects and / or identifies the particle. In particular, the processor reverses the temporal order of the time series data to produce inverse time series data, estimates the particle trajectory based on the inverse time series data, and determines the presence or type of the particle based on its trajectory. As used herein, reverse time series data includes time series data frames presented in reverse chronological order such that the last event is displayed first (and vice versa).

Другие примеры реализации включают способ и соответствующий компьютерный программный продукт для неразрушающего обнаружения нерастворенной частицы в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой. Выполнение способа включает реверсирование временного порядка данных временного ряда, отображающих траекторию частицы в текучей среде, для получения данных обратного временного ряда, например, посредством процессора, выполняющего команды, зашифрованные в энергонезависимой памяти компьютерного программного продукта. Способ также включает оценку траектории частицы на основании данных обратного временного ряда и последующее обнаружение и/или идентификацию частицы на основании ее траектории.Other embodiments include a method and associated computer program product for non-destructive detection of undissolved particles in a vessel at least partially filled with fluid. The method includes reversing the time order of the time series data representing the trajectory of a particle in a fluid medium to obtain inverse time series data, for example, by means of a processor executing instructions encrypted in the nonvolatile memory of a computer program product. The method also includes estimating the trajectory of the particle based on the inverse time series data and then detecting and / or identifying the particle based on its trajectory.

Еще один вариант реализации представляет собой устройство для неразрушающего обнаружения нерастворенной частицы в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, содержащее:Another embodiment is a device for non-destructive detection of undissolved particles in a vessel at least partially filled with a fluid medium, comprising:

(а) по меньшей мере два устройства формирования изображения, размещенные с обеспечением формирования изображения частицы с различных ракурсов, причем каждое устройство формирования изображения выполнено с возможностью получения одного или более двухмерных изображений частицы в текучей среде;(a) at least two imaging devices located to provide imaging of the particle from different angles, each imaging device configured to obtain one or more two-dimensional images of the particle in a fluid medium;

(б) память, находящуюся в рабочей связи с устройством формирования изображения, выполненную с возможностью хранения временного ряда;(b) a memory in operative communication with the imaging apparatus configured to store a time series;

(в) процессор, находящийся в рабочей связи с памятью, выполненный с возможностью обнаружения частицы путем:(c) a processor in working communication with memory, configured to detect a particle by:

(i) комбинирования двухмерных изображений, полученных по меньшей мере от трех устройств формирования изображения, для определения трехмерных данных, указывающих на местоположение частицы в сосуде;(i) combining 2D images obtained from at least three imaging devices to determine 3D data indicative of the location of the particle in the vessel;

(ii) обнаружения частицы по меньшей мере частично на основании трехмерных данных.(ii) detecting the particle based at least in part on the 3D data.

Также раскрыт способ неразрушающего обнаружения нерастворенной частицы в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, включающий:Also disclosed is a method for non-destructive detection of an undissolved particle in a vessel at least partially filled with a fluid medium, comprising:

- 1 038813 (а) использование по меньшей мере двух устройств формирования изображения для формирования изображения частицы с различных ракурсов таким образом, что каждое устройство формирования изображения соответственно получает одно или более двухмерных изображений частицы в текучей среде;1 038813 (a) using at least two imaging devices to image the particle from different angles such that each imaging device respectively obtains one or more two-dimensional images of the particle in the fluid;

(б) комбинирование двухмерных изображений, полученных по меньшей мере от двух устройств формирования изображения, для определения трехмерных данных, указывающих на местоположение частицы в сосуде;(b) combining 2D images obtained from at least two imaging devices to determine 3D data indicative of the location of the particle in the vessel;

(в) обнаружение частицы по меньшей мере частично на основании трехмерных данных.(c) detecting a particle based at least in part on the 3D data.

Еще одни варианты реализации настоящего изобретения включают установку, способ и компьютерный программный продукт для неразрушающего обнаружения (одного или более) прозрачных или светоотражающих объектов (например, пластинок стекла) в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой. Устройство формирования изображения получает данные, отображающие свет, отраженный от нескольких пространственных расположений в сосуде, в виде функции времени, и сохраняет данные в памяти, находящейся в рабочей связи с устройством формирования изображения. Процессор, находящийся в рабочей связи с памятью, обнаруживает объекты (например, пластинки стекла), возможно, в ответ на указания, зашифрованные в компьютерном программном продукте, основанные на данных, путем идентификации соответствующего максимального количества отраженного света для каждой точки из множества точек, представленных в данных. Затем процессор определяет наличие или отсутствие объектов (например, пластинок стекла) в сосуде на основании числа пространственных расположений, в которых соответствующее максимальное количество отраженного света превышает предварительно заданное значение.Still other embodiments of the present invention include an apparatus, method, and computer program product for nondestructively detecting (one or more) transparent or reflective objects (eg, glass slabs) in a vessel at least partially filled with a fluid. The imaging apparatus acquires data representing light reflected from multiple spatial locations in the vessel as a function of time, and stores the data in a memory in operative communication with the imaging apparatus. The processor, in working communication with the memory, detects objects (for example, slabs of glass), possibly in response to indications encrypted in the computer program product based on the data, by identifying the corresponding maximum amount of reflected light for each point from the set of points represented in the data. The processor then determines the presence or absence of objects (eg, slabs of glass) in the vessel based on the number of spatial arrangements in which the corresponding maximum amount of reflected light exceeds a predetermined value.

Еще один вариант реализации изобретения представляет собой способ неразрушающего подсчета и определения размера нерастворенных частиц в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой. Способ включает:Another embodiment of the invention is a method of non-destructively counting and sizing undissolved particles in a vessel at least partially filled with a fluid. The method includes:

(а) получение по меньшей мере одного изображения частиц в сосуде, полученного в заданных условиях формирования изображения;(a) obtaining at least one image of the particles in the vessel, obtained under predetermined imaging conditions;

(б) обнаружение частиц и определение информации, указывающей на видимый размер обнаруженных частиц на изображении, на основании указанного по меньшей мере одного изображения;(b) detecting particles and determining information indicating the apparent size of the detected particles in the image, based on the specified at least one image;

(в) определение информации о популяции частиц видимого размера, указывающей на распределение видимого размера обнаруженных частиц;(c) determining information about the population of visible size particles, indicating the distribution of the visible size of the detected particles;

(г) определение информации о популяции частиц фактического размера, указывающей на распределение фактического размера обнаруженных частиц, на основании (i) информации о популяции частиц видимого размера, (ii) данных о калибровочной популяции, указывающих на распределение видимого размера одной или более совокупностей частиц стандартного размера, изображение которых получено в условиях, соответствующих заданным условиям формирования изображения.(d) determining the actual size particle population information indicative of the actual size distribution of the detected particles, based on (i) the apparent size particle population information, (ii) the calibration population data indicating the apparent size distribution of one or more standard particle populations size, the image of which was obtained under conditions corresponding to the specified conditions of image formation.

Еще один вариант реализации представляет собой устройство для подсчета и определения размера нерастворенных частиц в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, содержащее по меньшей мере один процессор, выполненный с возможностью:Another embodiment is a device for counting and determining the size of undissolved particles in a vessel at least partially filled with a fluid medium, containing at least one processor configured to:

(а) получения по меньшей мере одного изображения частиц в сосуде, полученного в заданных условиях формирования изображения;(a) obtaining at least one image of the particles in the vessel, obtained under predetermined imaging conditions;

(б) обнаружения частиц и определения информации, указывающих на видимый размер обнаруженных частиц на изображении, на основании указанного по меньшей мере одного изображения;(b) detecting particles and determining information indicative of the apparent size of the detected particles in the image, based on the specified at least one image;

(в) определения информации о популяции частиц видимого размера, указывающей на распределение видимого размера обнаруженных частиц;(c) determining information about the population of visible size particles, indicating the distribution of the visible size of the detected particles;

(г) определения информации о популяции частиц фактического размера, указывающей на распределение фактического размера обнаруженных частиц, на основании (i) информации о популяции частиц видимого размера, (ii) данных о калибровочной популяции, указывающих на распределение видимого размера одной или более совокупностей частиц стандартного размера, изображение которых получено в условиях, соответствующих заданным условиям формирования изображения.(d) determining the actual size particle population information indicative of the actual size distribution of the detected particles based on (i) the apparent size particle population information, (ii) the calibration population data indicating the apparent size distribution of one or more standard particle populations size, the image of which was obtained under conditions corresponding to the specified conditions of image formation.

Еще один вариант реализации изобретения представляет собой компьютерный программный продукт для неразрушающего подсчета и определения размера нерастворенных частиц в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, содержащий энергонезависимые машинно-считываемые указания, которые при исполнении их процессором обеспечивают следующие действия процессора:Another embodiment of the invention is a computer program product for non-destructive counting and determination of the size of undissolved particles in a vessel at least partially filled with a fluid medium, containing non-volatile machine-readable instructions that, when executed by a processor, provide the following processor actions:

(а) получение по меньшей мере одного изображения частиц в сосуде, полученного в заданных условиях формирования изображения;(a) obtaining at least one image of the particles in the vessel, obtained under predetermined imaging conditions;

(б) обнаружение частиц и определение данных, указывающих на видимый размер обнаруженных частиц на изображении, на основании указанного по меньшей мере одного изображения;(b) detecting particles and determining data indicative of the apparent size of the detected particles in the image, based on the specified at least one image;

(в) определение информации о популяции частиц видимого размера, указывающей на распределение видимого размера обнаруженных частиц;(c) determining information about the population of visible size particles, indicating the distribution of the visible size of the detected particles;

(г) определение информации о популяции частиц фактического размера, указывающей на распределение фактического размера обнаруженных частиц, на основании(d) determining the actual size particle population information indicative of the actual size distribution of the detected particles, based on

- 2 038813 (i) информации о популяции частиц видимого размера, (ii) данных о калибровочной популяции, указывающих на распределение видимого размера одной или более совокупностей частиц стандартного размера, изображение которых получено в условиях, соответствующих заданным условиям формирования изображения.- 2,038813 (i) information on the population of visible size particles, (ii) data on the calibration population indicating the apparent size distribution of one or more aggregates of standard size particles, which were imaged under conditions corresponding to the specified imaging conditions.

Еще один вариант реализации изобретения представляет собой способ неразрушающего обнаружения нерастворенной частицы в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, включающий:Another embodiment of the invention is a method for non-destructive detection of an undissolved particle in a vessel at least partially filled with a fluid, comprising:

(а) использование по меньшей мере одного устройства формирования изображения для формирования изображения частицы;(a) using at least one imaging device to form an image of the particle;

(б) обработку изображения для определения данных о местоположении, указывающих на местоположение частицы в сосуде;(b) image processing to determine location data indicative of the location of the particle in the vessel;

(в) обнаружение частицы по меньшей мере частично на основании данных о местоположении, причем обнаружение частицы по меньшей мере частично на основании данных о местоположении включает определение наличия частицы на участке сосуда;(c) detecting a particle based at least in part on the location data, wherein detecting the particle based at least in part on the location data comprises determining the presence of a particle at a portion of the vessel;

(г) использование датчика для определения характеристики частицы при расположении частицы на указанном участке сосуда;(d) using a sensor to determine the characteristics of the particle when the particle is located in the specified area of the vessel;

(д) создание данных характеристики частицы, указывающих на определенную характеристику;(e) generating particle characteristic data indicative of a specific characteristic;

(е) соотношение данных характеристики частицы с данными идентификации частицы.(e) the relationship of the particle characteristic data to the particle identification data.

Еще один вариант реализации изобретения представляет собой устройство для неразрушающего обнаружения нерастворенной частицы в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, содержащее:Another embodiment of the invention is a device for non-destructive detection of undissolved particles in a vessel at least partially filled with a fluid medium, comprising:

(а) по меньшей мере одно устройство формирования изображения, расположенное с возможностью формирования изображения частицы;(a) at least one imaging device located to form an image of the particle;

(б) по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью определения характеристики частицы при расположении частицы на указанном участке сосуда;(b) at least one sensor configured to determine the characteristics of the particle when the particle is located on the specified portion of the vessel;

(в) по меньшей мере один процессор, находящийся в рабочей связи с каждым из по меньшей мере одного устройства формирования изображения и датчиком, выполненный с возможностью:(c) at least one processor in operative communication with each of the at least one imaging apparatus and sensor, configured:

обр аботки изображения для определения данных о местоположении, указывающих на местоположение частицы в сосуде;processing the image to determine location data indicative of the location of the particle in the vessel;

обн аружения частицы по меньшей мере частично на основании данных о местоположении, определения наличия частицы на участке сосуда;detecting the particle based at least in part on the location data, determining the presence of the particle at the site of the vessel;

исп ользования сигнала от датчика для определения характеристики частицы при расположении частицы на указанном участке сосуда;using the signal from the sensor to determine the characteristics of the particle when the particle is located in the specified area of the vessel;

создания данных характеристики частицы, указывающих на определенную характеристику; соотношения данных характеристики частицы с данными идентификации частицы.generating particle characteristic data indicative of a specific characteristic; the relationship of the particle characteristic data with the particle identification data.

Еще один вариант реализации изобретения представляет собой устройство для неразрушающего обнаружения нерастворенной частицы в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, в которой сосуд содержит прозрачную трубчатую стенку сосуда, проходящую вдоль продольной оси, а устройство содержит: устройство формирования изображения, выполненное с возможностью получения одного или более изображений частицы в текучей среде, причем устройство формирования изображения содержит по меньшей мере один оптический элемент для формирования изображения, расположенный с возможностью формирования изображения частицы на датчик; источник освещения, расположенный по меньшей мере частично в плоскости, проходящей через сосуд, и по существу ортогональной относительно продольной оси сосуда, причем источник освещения выполнен с возможностью по существу полного устранения лучей света, испускаемых источником и отражающихся или преломляющихся от поверхности стенки сосуда, изображение которых по меньшей мере один оптический элемент формирует на датчик.Another embodiment of the invention is a device for non-destructive detection of an undissolved particle in a vessel at least partially filled with a fluid medium, in which the vessel contains a transparent tubular wall of the vessel extending along the longitudinal axis, and the device comprises: an imaging device configured to obtain one or more images of a particle in a fluid medium, the imaging apparatus comprising at least one imaging optical element arranged to form an image of the particle onto the sensor; an illumination source located at least partially in a plane passing through the vessel and substantially orthogonal with respect to the longitudinal axis of the vessel, the illumination source being configured to substantially completely eliminate rays of light emitted by the source and reflected or refracted from the surface of the vessel wall, the image of which at least one optical element forms on the sensor.

Еще один вариант реализации изобретения представляет собой способ неразрушающего обнаружения нерастворенной частицы в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, в которой сосуд содержит прозрачную трубчатую стенку сосуда, проходящую вдоль продольной оси, а способ включает: использование устройства формирования изображения для получения одного или более изображений частицы в текучей среде, причем устройство формирования изображения содержит по меньшей мере один оптический элемент для формирования изображения, расположенный с возможностью формирования изображения частицы на датчик; и освещение сосуда посредством источника освещения, расположенного по меньшей мере частично в плоскости, проходящей через сосуд, и по существу ортогональной относительно продольной оси сосуда, причем источник освещения выполнен с возможностью по существу полного устранения лучей света, испускаемых источником и отражающихся или преломляющихся от поверхности стенки сосуда, изображение которых по меньшей мере один оптический элемент формирует на датчик.Another embodiment of the invention is a method for non-destructive detection of an undissolved particle in a vessel at least partially filled with a fluid medium, in which the vessel comprises a transparent tubular vessel wall extending along a longitudinal axis, and the method includes: using an imaging device to obtain one or more imaging a particle in a fluid medium, the imaging apparatus comprising at least one imaging optical element arranged to form an imaging of the particle onto the sensor; and illuminating the vessel with an illumination source located at least partially in a plane passing through the vessel and substantially orthogonal to the longitudinal axis of the vessel, the illumination source being configured to substantially eliminate light rays emitted by the source and reflected or refracted from the wall surface vessels, the image of which is formed by at least one optical element on the sensor.

В отличие от других систем и технологий обнаружения частиц, системы и технологии согласно настоящему изобретению являются неразрушающими - нет необходимости в удалении текучей среды из сосуда для обнаружения, подсчета и идентификации частиц в сосуде. В результате системы и технологии согласно настоящему изобретению могут быть использованы для исследования изменений и взаимодей- 3 038813 ствий между частицами, текучей средой и сосудом в течение длительных промежутков времени, например, в течение нескольких минут, часов, дней, месяцев или лет. Кроме того, системы и технологии согласно настоящему изобретению не обязательно подразумевают или приводят к разрушению еще более хрупких частиц, таких как мелкие белковые агрегаты, в сосуде. Настоящие системы и технологии также позволяют получать данные временного ряда, т.е. данные, отображающие траектории частиц в движущейся текучей среде. Вследствие того, что в настоящих системах использованы данные временного ряда вместо однокадровых фотографических изображений сосуда, настоящие системы позволяют обеспечивать более точную оценку количества частиц в сосуде и размеров частиц. Настоящие системы также позволяют получать дополнительные данные о каждой из частиц, такие как морфология частицы и состав частицы, на основании данных о перемещении частицы. Например, тонущие частицы обычно обладают большей плотностью по сравнению с всплывающими частицами.Unlike other particle detection systems and technologies, the systems and technologies of the present invention are non-destructive — there is no need to remove fluid from the vessel to detect, count, and identify particles in the vessel. As a result, the systems and technologies of the present invention can be used to investigate changes and interactions between particles, fluid, and vessel over extended periods of time, such as minutes, hours, days, months, or years. In addition, the systems and technologies of the present invention do not necessarily imply or result in the destruction of even more fragile particles, such as small protein aggregates, in the vessel. Present systems and technologies also make it possible to obtain time series data, i.e. data representing the trajectories of particles in a moving fluid. Due to the fact that the present systems use time-series data instead of single-frame photographic images of the vessel, the present systems allow for more accurate estimates of the number of particles in the vessel and the size of the particles. The present systems also provide additional information about each of the particles, such as particle morphology and particle composition, based on particle movement data. For example, sinking particles are usually denser than floating particles.

Настоящее краткое описание является исключительно иллюстративным и не должно считаться каким-либо образом ограничивающим. В дополнение к вышеописанным иллюстративным аспектам, примерам реализации и признакам, специалисту будут очевидны дальнейшие аспекты, примеры реализации и признаки, описанные со ссылкой на нижеприведенные чертежи и подробное описание.This summary is illustrative only and should not be considered in any way limiting. In addition to the above-described illustrative aspects, exemplary implementations and features, further aspects, exemplary implementations and features described with reference to the following drawings and detailed description will be apparent to those skilled in the art.

Перечень фигур чертежей и иных материаловList of figures of drawings and other materials

На сопутствующих чертежах, включенных в настоящее описание и являющихся его частью, показаны примеры реализации раскрытой технологии; чертежи вкупе с описанием предназначены для иллюстрации принципов раскрытой технологии.The accompanying drawings, included in this description and forming part of it, show examples of the implementation of the disclosed technology; the drawings, in conjunction with the description, are intended to illustrate the principles of the disclosed technology.

На фиг. 1А-1С показаны блок визуального осмотра, модуль формирования изображения при визуальном осмотре и платформа визуального осмотра, соответственно; каждый из указанных элементов может быть использован для обнаружения и идентификации частиц в емкости, по меньшей мере частично заполненной текучей средой.FIG. 1A-1C show a visual inspection unit, a visual inspection imaging unit and a visual inspection platform, respectively; each of these elements can be used to detect and identify particles in a container at least partially filled with fluid.

На фиг. 2А показаны подготовка пробы, загрузка и работа систем визуального осмотра по фиг. 1А-1С.FIG. 2A illustrates sample preparation, loading, and operation of the visual inspection systems of FIG. 1A-1C.

На фиг. 2В показаны обработанные изображения частиц и их траекторий в движущейся текучей среде в сосуде, полученные посредством системы иллюстративного визуального осмотра.FIG. 2B shows processed images of particles and their trajectories in a moving fluid in a vessel, obtained through an illustrative visual inspection system.

На фиг. 3А-3С показаны три вида встряхивания сосуда, содержащего текучую среду и одну или более частиц, в ходе подготовки к обнаружению и идентификации частиц: вращение цилиндрического сосуда (фиг. 3А), переворачивание и вращение шприца (фиг. 3В), встряхивание шприца (фиг. 3С).FIG. 3A-3C show three types of shaking of a vessel containing a fluid and one or more particles in preparation for detection and identification of particles: rotation of the cylindrical vessel (FIG. 3A), inversion and rotation of the syringe (FIG. 3B), shaking of the syringe (FIG. . 3C).

На фиг. 4 показана лучевая оптическая диаграмма телецентрической линзы, используемой для формирования изображения цилиндрического сосуда.FIG. 4 shows an optical beam diagram of a telecentric lens used to form an image of a cylindrical vessel.

На фиг. 5А показаны мениск текучей среды и регистрируемый объем в цилиндрическом сосуде, содержащем текучую среду.FIG. 5A shows a meniscus of a fluid and a detectable volume in a cylindrical vessel containing a fluid.

На фиг. 5В показаны искажение и слепые пятна в цилиндрической емкости, образованные вследствие формы емкости.FIG. 5B shows distortion and blind spots in a cylindrical container due to the shape of the container.

На фиг. 5С и 5D показаны приемы компенсации искажения и слепых пятен при получении изображения цилиндрических сосудов.FIG. 5C and 5D show techniques for compensating for distortion and blind spots when imaging cylindrical vessels.

На фиг. 5Е показаны искажение и слепые пятна в цилиндрической емкости, образованные вследствие формы емкости, для частиц в различных точках внутри емкости.FIG. 5E shows distortion and blind spots in a cylindrical container due to the shape of the container for particles at various points within the container.

На фиг. 5F показаны теоретические модели искажения, вызванного цилиндрической емкостью; каждая модель соответствует одной и той же емкости, заполненной текучей средой с различным коэффициентом преломления. На чертеже также показаны соответствующие экспериментальные измерения, подтверждающие верность теоретических моделей.FIG. 5F shows theoretical models for cylindrical capacitance distortion; each model corresponds to the same container filled with a fluid with a different refractive index. The drawing also shows the corresponding experimental measurements, confirming the validity of the theoretical models.

На фиг. 5G показано использование корректирующего оптического элемента для корректировки искажения в цилиндрической емкости, образованной вследствие формы емкости.FIG. 5G shows the use of a correcting optical element to correct distortion in a cylindrical container formed due to the shape of the container.

На фиг. 5Н показан детализованный вид корректирующего оптического элемента по фиг. 5G.FIG. 5H is a detailed view of the correcting optical element of FIG. 5G.

На фиг. 5I показано устройство для выбора одного или более корректирующих оптических элементов.FIG. 5I shows an apparatus for selecting one or more correcting optical elements.

На фиг. 6A-6D показаны системы отслеживания частиц с несколькими формирователями изображения для получения данных временного ряда для движущихся частиц с множества углов (фиг. 6А и 6В), с большими частотами кадров с одного угла (фиг. 6С), при различных пространственных разрешениях с одного угла (фиг. 6D).FIG. 6A-6D show particle tracking systems with multiple imaging devices for obtaining time series data for moving particles from multiple angles (FIGS. 6A and 6B), with high frame rates from one angle (FIG. 6C), at different spatial resolutions from one angle. (Fig. 6D).

На фиг. 7А и 7В проиллюстрирован запуск процесса формирования изображения и освещения для формирования изображения частиц посредством двухдатчиковых устройств формирования изображения.FIG. 7A and 7B illustrate triggering the imaging and illumination process for particle imaging by dual sensor imaging devices.

На фиг. 8 показана схематическая диаграмма приспособляемой многоцелевой конфигурации освещения, содержащей источники света, расположенные перед исследуемым сосудом, за ним, под ним.FIG. 8 is a schematic diagram of an adaptable multipurpose lighting configuration comprising light sources in front of, behind, below the test vessel.

На фиг. 9А-9С проиллюстрировано освещение под различными углами для различения разных видов частиц при использовании источников света по фиг. 8.FIG. 9A-9C illustrate lighting at different angles to distinguish different types of particles using the light sources of FIG. eight.

На фиг. 9D показана диаграмма последовательности освещения и хронирования при использовании конфигураций по фиг. 9А-9С для различения разных видов частиц.FIG. 9D is a lighting and timing sequence diagram using the configurations of FIG. 9A-9C to distinguish between different types of particles.

На фиг. 10А-10С показан блик от сосуда, частично заполненного текучей средой (фиг. 10А), и размещение источников света вне зоны, заданной поворотом устройства формирования изображения вокруг продольной оси сосуда (фиг. 10В и 10С).FIG. 10A-10C show the flare from a vessel partially filled with fluid (FIG. 10A) and the placement of the light sources outside of the area defined by rotating the imager about the longitudinal axis of the vessel (FIGS. 10B and 10C).

- 4 038813- 4 038813

На фиг. 10D, 10E показана альтернативная схема освещения для уменьшения или устранения блика от сосуда.FIG. 10D, 10E show an alternative lighting scheme for reducing or eliminating flare from the vessel.

На фиг. 11 показана схематическая диаграмма конфигурации, подходящей для формирования изображения поляризующих (например, киральных) частиц.FIG. 11 is a schematic diagram of a configuration suitable for imaging polarizing (eg, chiral) particles.

На фиг. 12 показана схематическая диаграмма конфигурации, подходящей для возбуждения и формирования изображения флуоресцентных частиц.FIG. 12 is a schematic diagram of a configuration suitable for exciting and imaging fluorescent particles.

На фиг. 13А и 13В показаны проекционные изображения максимальной яркости пластинок стекла (фиг. 13А) и белка (фиг. 13В), полученные посредством раскрытой системы визуального осмотра.FIG. 13A and 13B are projection images of maximum brightness for glass (FIG. 13A) and protein (FIG. 13B) slabs obtained by the disclosed visual inspection system.

На фиг. 14 показаны блок-схемы, иллюстрирующие общее обнаружение частиц и процесс идентификации, а также подпроцессы предварительной обработки изображения, отслеживания частиц и статистического анализа.FIG. 14 shows block diagrams illustrating the general particle detection and identification process, as well as sub-processes for image preprocessing, particle tracking, and statistical analysis.

На фиг. 15А и 15В показан кадр данных временного ряда до (фиг. 15А) и после (фиг. 15В) вычитания фона.FIG. 15A and 15B show a time series data frame before (FIG. 15A) and after (FIG. 15B) background subtraction.

На фиг. 16А показан кадр данных временного ряда, на котором показана частица в виде восьмибитного полутонного изображения (слева).FIG. 16A shows a time series data frame showing the particle as an eight-bit halftone image (left).

На фиг. 16В показан приближенный вид кадра данных временного ряда, показанного на фиг. 16В.FIG. 16B is an approximate view of the time series data frame shown in FIG. 16B.

На фиг. 16С и 16D показаны варианты с определенными границами кадров данных временного ряда, показанных на фиг. 16А и 16В, соответственно.FIG. 16C and 16D illustrate options with defined boundaries for the time series data frames shown in FIG. 16A and 16B, respectively.

На фиг. 17A-17D показано, как два последовательных кадра данных временного ряда (фиг. 17А) могут быть использованы для осуществления предсказательного отслеживания (фиг. 17B-17D).FIG. 17A-17D show how two consecutive frames of time series data (FIG. 17A) can be used to perform predictive tracking (FIGS. 17B-17D).

На фиг. 18А показан полутонный кадр данных временного ряда, на котором видно несколько частиц.FIG. 18A shows a half-tone frame of time series data showing several particles.

На фиг. 18В показан вариант с определенными границами изображения по фиг. 18А, используемый для определения расположения геометрического центра частицы.FIG. 18B depicts the edge-to-edge embodiment of FIG. 18A used to locate the geometric center of a particle.

На фиг. 19 показаны последовательные кадры данных временного ряда, иллюстрирующие столкновение/загораживание частиц.FIG. 19 shows sequential frames of time series data illustrating particle collision / obstruction.

На фиг. 20А показан кадр данных временного ряда, на котором показаны две соседние частицы на выделенном участке.FIG. 20A is a time series data frame showing two adjacent particles in a highlighted area.

На фиг. 20В-20Е показаны последовательные кадры данных временного ряда, на которых показано загораживание частиц, четко видное при прохождении частиц на выделенном участке фиг. 20А мимо друг друга.FIG. 20B-20E show sequential time series data frames showing particle occlusion clearly visible as particles pass through the highlighted region of FIG. 20A past each other.

На фиг. 21А-21С показано очевидное загораживание движущейся частицы вследствие вычитания фона артефакта, такого как царапина или частицы грязи, на стенке сосуда для прямых траекторий (фиг. 21А), криволинейных траекторий (фиг. 21В), параболических траекторий (фиг. 21С).FIG. 21A-21C show the apparent obstruction of a moving particle due to subtraction of background artifact such as a scratch or dirt particles on the vessel wall for straight paths (FIG. 21A), curved paths (FIG. 21B), parabolic paths (FIG. 21C).

На фиг. 22А-22С показано определение расположения центра массы частиц неправильной формы с использованием данных обратного временного ряда (фиг. 22В и 22С), использование данных о расположении центра массы для определения траектории частицы (фиг. 22А).FIG. 22A-22C show the determination of the center of mass of irregularly shaped particles using inverse time series data (FIGS. 22B and 22C), using the center of mass location data to determine the trajectory of the particle (FIG. 22A).

На фиг. 23A-23D показана гидродинамика, отмеченная и смоделированная в цилиндрических сосудах. На фиг. 23А показаны изменения формы мениска. На фиг. 23В и 23С показано образование вихрей в заполненном текучей средой сосуде, а на фиг. 23D показаны траектории частиц в иллюстративном вихре.FIG. 23A-23D show fluid dynamics marked and modeled in cylindrical vessels. FIG. 23A shows changes in the shape of the meniscus. FIG. 23B and 23C show the formation of vortices in a fluid-filled vessel, and FIGS. 23D shows the trajectories of particles in an illustrative vortex.

На фиг. 24А и 24В показаны приближенные виды последовательных кадров данных обратного временного ряда, на которых столкновения частиц не были верно установлены (фиг. 24А), и показан тот же график после исправления ошибок (фиг. 24В).FIG. 24A and 24B are approximate views of successive frames of reverse time series data in which particle collisions were not correctly identified (FIG. 24A), and the same plot after error correction (FIG. 24B) is shown.

На фиг. 25А-25Е показана временная зависимость измерения размера частиц вследствие перемещения частиц.FIG. 25A-25E show the time dependence of particle size measurement due to particle movement.

На фиг. 25F показан график зависимого от времени диаметра Фере для частицы, показанной на фиг. 25С.FIG. 25F is a plot of Feret diameter over time for the particle shown in FIG. 25C.

На фиг. 26А показаны кадры обработанных данных временного ряда на различных интервалах, причем линиями отмечены различные траектории частиц.FIG. 26A shows frames of processed time series data at different intervals, with lines representing different particle paths.

На фиг. 26В показано иллюстративные данные измерения нескольких зависимых от времени свойств частиц, соответствующих траекториям частиц по фиг. 26А.FIG. 26B shows exemplary measurement data of several time-dependent particle properties corresponding to the particle paths of FIG. 26A.

На фиг. 27A-27F показано обнаружение интересующего участка посредством заднего освещения под углом. На фиг. 27А показано исходное изображение (кадр данных временного ряда), подвергаемое выделению контуров (фиг. 27В), определению границ полутонов (фиг. 27С), идентификации мениска и основания пробирки (фиг. 27D), определению интересующего участка (ограниченного пунктиром на фиг. 27Е), обрезке (фиг. 27F) для формирования изображения видимой в емкости текучей среды.FIG. 27A-27F show the detection of a region of interest by means of an angled backlight. FIG. 27A shows the original image (time series data frame) subjected to contouring (FIG.27B), halftone boundaries (FIG.27C), identifying the meniscus and base of the tube (FIG.27D), determining the region of interest (delimited by the dotted line in FIG.27E) ), cropping (FIG. 27F) to form an image of the fluid visible in the container.

На фиг. 28А-28С показано определение объема заполненности подсвеченной сзади пробирки. На фиг. 28А показано необработанное изображение пробирки. На фиг. 28В показан интересующий участок (ограниченный пунктиром), определенный путем определения границ и выделения контуров. Дефекты на поверхности пробирки (показанные на фиг. 28С) могут затруднять определение объема заполненности.FIG. 28A-28C show the determination of the fill volume of a backlit tube. FIG. 28A shows a raw image of a tube. FIG. 28B shows a region of interest (delimited by a dotted line) defined by defining boundaries and extracting outlines. Defects on the surface of the tube (shown in Fig. 28C) can make it difficult to determine the fill volume.

На фиг. 29A-29D показано определение объема заполненности подсвеченной снизу пробирки. На фиг. 29А и 29В показаны псевдоцветные изображения частично заполненного сосуда (фиг. 29А) и пустого сосуда (фиг. 29В). На фиг. 29С и 29D показано автоматическое обнаружение мениска частично запол- 5 038813 ненного, пустого, частично наполненного сосудов.FIG. 29A-29D show the determination of the fill volume of a bottom highlighted tube. FIG. 29A and 29B show pseudo-color images of a partially filled vessel (FIG. 29A) and an empty vessel (FIG. 29B). FIG. 29C and 29D show automatic meniscus detection for partially filled, empty, partially filled vessels.

На фиг. 30 показан процессор, выполненный с возможностью обработки данных временного ряда.FIG. 30 shows a processor configured to process time series data.

На фиг. 31 показан пример определения границ полутонов изображения, включающий яркую частицу и тусклую частицу.FIG. 31 shows an example of determining the boundaries of halftones of an image including a bright particle and a dim particle.

На фиг. 32 показана гистограмма видимых размеров частиц для популяции частиц стандартного размера (100 мкм).FIG. 32 shows a histogram of apparent particle sizes for a population of standard particle sizes (100 μm).

На фиг. 33 показаны кривые данных о видимых размерах частиц для двух популяций частиц, причем каждая популяция содержит частицы указанного стандартного размера (мкм).FIG. 33 shows the apparent particle size data curves for two populations of particles, each population containing particles of the specified standard size (μm).

На фиг. 34 показаны кривые калибровки данных о видимых размерах частиц для четырех популяций частиц, причем каждая популяция содержит частицы указанного стандартного размера (мкм).FIG. 34 shows the calibration curves of the apparent particle size data for four populations of particles, each population containing particles of the specified standard size (μm).

На фиг. 35 показано согласование наложения кривых калибровки на кривую данных о видимых размерах частиц в пробе.FIG. 35 shows the matching of the overlay of the calibration curves to the curve of the apparent particle size data in the sample.

На фиг. 36 показано сравнение результатов использования двух приемов подсчета и определения размеров частиц: биннинга без обработки и LENS.FIG. 36 shows a comparison of the results of using two counting and particle sizing techniques: unprocessed binning and LENS.

На фиг. 37 показан процесс подсчета и определения размеров частиц с использованием различных приемов определения размеров частиц, размер которых ниже и выше порогового значения размера.FIG. 37 shows the process of counting and sizing particles using various techniques for sizing particles below and above the size threshold.

На фиг. 3 8А-3 8С показаны системы отслеживания частиц с несколькими устройствами формирования изображения для получения данных временного ряда для движущихся частиц под несколькими углами.FIG. 3 8A-3 8C show particle tracking systems with multiple imaging devices for obtaining time series data for moving particles at multiple angles.

На фиг. 39 показано перемещение сквозь емкость лучей света, принимаемых каждым из двух устройств формирования изображения (левая панель) и каждым из трех устройств формирования изображения (правая панель) систем отслеживания частиц по фиг. 38А-С.FIG. 39 shows the movement through the container of light rays received by each of the two imaging devices (left panel) and each of the three imaging devices (right panel) of the particle tracking systems of FIG. 38A-C.

На фиг. 40 показаны результаты обнаружения частиц автоматической системой обнаружения частиц (обозначенной как APT) по сравнению с результатами визуального осмотра человеком.FIG. 40 shows the results of particle detection by an automatic particle detection system (referred to as APT) compared to the results of human visual inspection.

На фиг. 41 показаны результаты обнаружения и классификации частиц автоматической системой обнаружения частиц.FIG. 41 shows the results of particle detection and classification by an automatic particle detection system.

На фиг. 42 показана таблица, суммирующая линейность количества частиц в виде функции разбавления пробы для автоматической системы обнаружения частиц.FIG. 42 is a table summarizing particle count linearity as a function of sample dilution for an automated particle detection system.

На фиг. 43 проиллюстрирована точность автоматической системы обнаружения частиц, используемой для обнаружения и подсчета частиц белковых агрегатов.FIG. 43 illustrates the accuracy of an automatic particle detection system used to detect and count particles of protein aggregates.

На фиг. 44 показаны результаты обнаружения частиц белковых агрегатов автоматической системой обнаружения частиц (обозначенной как APT) по сравнению с результатами визуального осмотра человеком.FIG. 44 shows the results of particle detection of protein aggregates by an automatic particle detection system (referred to as APT) compared to the results of human visual inspection.

На фиг. 45 показан спектрометр, используемый с блоком визуального осмотра.FIG. 45 shows a spectrometer used with a visual inspection unit.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

На фиг. 1А показан иллюстративный вариант автоматизированного блока 100 визуального осмотра, выполненного с возможностью неразрушающего обнаружения и/или идентификации частиц в прозрачной емкости 10, по меньшей мере частично заполненной текучей средой, такой как белоксодержащий лекарственный препарат, лекарственные средства, продукты биотехнологии, напитки и другие светопроницаемые текучие среды, оборот которых регулирует Управление США по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.FIG. 1A shows an illustrative embodiment of an automated visual inspection unit 100 capable of non-destructive detection and / or identification of particles in a transparent container 10 at least partially filled with a fluid such as a protein-containing drug, drugs, biotechnology products, beverages, and other translucent fluids. environments regulated by the United States Food and Drug Administration.

Несмотря на то, что обнаружение наличия или отсутствия частицы может быть осуществлено путем осмотра участков емкости, внешняя сторона которых имеет неравномерную форму (например, тыльной части), в стандартных вариантах реализации, для осуществления измерений характеристик частиц, например, подсчета и определения размера, может быть необходим осмотр частиц через по существу равномерную вертикальную стенку емкости с целью уменьшения искажений. Данный подход накладывает ограничения на минимальный объем заполнения вследствие того, что очевидное двухмерное поперечное сечение текучей среды в емкости 10, доступное для осмотра блоком 100, должно иметь подходящую площадь для обеспечения приемлемой статистики. Требуемый объем заполнения зависит от окружного диаметра емкости (для меньших емкостей требуется меньший объем заполнения). В различных вариантах реализации внутренний объем емкости может быть заполнен текучей средой по меньшей мере на 1%, по меньшей мере на 5%, по меньшей мере на 10%, по меньшей мере на 20%, по меньшей мере на 30%, по меньшей мере на 40%, по меньшей мере на 50%, по меньшей мере на 60%, по меньшей мере на 70%, по меньшей мере на 80%, по меньшей мере на 90% или по меньшей мере на 100%.While detecting the presence or absence of a particle can be accomplished by inspecting portions of the container that have an irregular shape on the outside (e.g., the back), in standard embodiments, particle characteristics measurements such as counting and sizing can be performed. inspecting the particles through a substantially uniform vertical vessel wall is necessary to reduce distortion. This approach imposes restrictions on the minimum fill volume due to the fact that the apparent two-dimensional cross-section of the fluid in the container 10, accessible for inspection by the block 100, must have a suitable area to provide acceptable statistics. The required filling volume depends on the circumferential diameter of the container (smaller containers require less filling volume). In various embodiments, the internal volume of the container can be filled with fluid by at least 1%, at least 5%, at least 10%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, or at least 100%.

В различных вариантах реализации приемы обнаружения частиц, раскрытые в настоящем описании, имеют оптическую природу. Соответственно, в некоторых вариантах реализации стенки емкости 10 в достаточной мере прозрачны на длине волны освещения для обеспечения визуализации размещенной внутри емкости текучей среды. Например, в некоторых вариантах реализации емкость 10 может быть выполнена из прозрачного боросиликатного стекла, но могут быть использованы и другие подходящие материалы. Мутность текучей среды, размещенной внутри сосуда, также представляет важность и должна быть достаточно низкой для обеспечения желаемой степени визуализации. В некоторых вариантах реализации мутность текучей среды находится в пределах от 0 до 100 NTU (нефелометрических единиц мутности), предпочтительно в пределах от 0 до 20 NTU, более предпочтительно в пределах от 0 до 10 NTU.In various embodiments, the particle detection techniques disclosed herein are optical in nature. Accordingly, in some embodiments, the walls of container 10 are sufficiently transparent at the wavelength of illumination to render the fluid within the container visible. For example, in some embodiments, container 10 can be made of clear borosilicate glass, but other suitable materials can be used. The turbidity of the fluid disposed within the vessel is also important and should be low enough to provide the desired degree of visualization. In some embodiments, the turbidity of the fluid is in the range of 0 to 100 NTU (nephelometric turbidity units), preferably in the range of 0 to 20 NTU, more preferably in the range of 0 to 10 NTU.

- 6 038813- 6 038813

Стандартные приемы измерения мутности приведены, например, в Методическом пособии Агентства охраны окружающей среды, Положения о мутности, глава 3 (апрель 1999 г.).Standard practices for measuring turbidity are given, for example, in EPA Toolkit, Turbidity Regulations, Chapter 3 (April 1999).

Приведенные в качестве примера системы выполнены с возможностью обнаружения и идентификации прозрачных и/или светопроницаемых частиц, преломляющих и/или рассеивающих свет (например, белковых агрегатов, осколков или пластинок стекла, и масляных капель), частиц, отражающих свет (например, частичек металла), и/или частиц, поглощающих свет (например, частиц технического углерода и пластика), на основании различий в их оптических характеристиках. Некоторые из раскрытых блоков 100 визуального осмотра выполнены с возможностью обнаружения всех трех видов частиц путем использования последовательностей освещения, подобных раскрытым в нижеприведенном описании. Раскрытые блоки 100 визуального осмотра могут также быть выполнены с возможностью специализированного обнаружения, идентификации и/или отслеживания белков, которые могут присутствовать в виде плотно связанных агрегатов, слабо связанных ватоподобных структур с большим содержанием воды, (светоотражающих) кристаллов, студенистых структур и/или аморфных агрегатов.Exemplary systems are configured to detect and identify transparent and / or translucent particles refracting and / or scattering light (e.g. protein aggregates, glass shards or plates, and oil droplets), light-reflecting particles (e.g. metal particles) , and / or light-absorbing particles (eg, carbon black and plastic particles) based on differences in their optical characteristics. Some of the disclosed visual inspection units 100 are configured to detect all three types of particles using illumination sequences such as those disclosed in the description below. The disclosed visual inspection units 100 may also be configured to specifically detect, identify, and / or track proteins that may be present as tightly bound aggregates, loosely bound cotton-like structures with a high water content, (light reflecting) crystals, gelatinous structures, and / or amorphous aggregates.

Термин белок, а также синонимичный ему термин полипептид в самом широком значении относится к веществу, состоящему из двух или более субъединиц -аминокислот, аналогов аминокислот или пептидомиметиков. Субъединицы могут быть связаны посредством пептидных связей. В еще одном варианте реализации субъединицы могут быть связаны посредством других связей, например, сложноэфирных связей, эфирных связей и т.д. В настоящем описании термин аминокислота относится к естественным и/или синтетическим аминокислотам, включая глицин и оптические изомеры D и L, аналоги аминокислот и пептидомиметики. Пептид, состоящий из трех или более амнокислот часто называют олигопептидом, если они имеет короткую пептидную цепь. При наличии длинной пептидной цепи, пептид называют полипептидом или белком. Термин пептидный фрагмент в настоящем описании также относится к пептидной цепи.The term protein, as well as the synonymous term polypeptide in its broadest sense, refers to a substance consisting of two or more subunits of α-amino acids, amino acid analogs or peptidomimetics. Subunits can be linked through peptide bonds. In yet another embodiment, the subunits can be linked through other linkages, for example, ester linkages, ether linkages, etc. As used herein, the term amino acid refers to natural and / or synthetic amino acids, including glycine and the D and L optical isomers, amino acid analogs, and peptidomimetics. A peptide composed of three or more amino acids is often called an oligopeptide if it has a short peptide chain. When there is a long peptide chain, the peptide is called a polypeptide or protein. The term peptide fragment as used herein also refers to a peptide chain.

Емкость 10 может представлять собой прямоугольный или цилиндрический сосуд, выполненный из стекла или пластика (например, кювету, бутыль, картридж, пробирку или шприц); емкость также может иметь другую форму и/или может быть выполнена из другого материала, при условии обеспечения визуализации содержимого емкости на длине волны формирования изображения. Несмотря на то, что в определенных вариантах реализации обеспечена ясная и невозмущенная визуализация содержимого емкости, в еще одних вариантах реализации периоды формирования изображения могут совпадать с периодами, в ходе которых емкость невозмущена, и/или может быть использована последующая обработка с целью компенсирования искажения записанных данных.The container 10 can be a rectangular or cylindrical vessel made of glass or plastic (eg, a cuvette, bottle, cartridge, test tube, or syringe); the container can also have a different shape and / or can be made of a different material, provided that the contents of the container can be visualized at the imaging wavelength. While certain implementations provide clear and unperturbed rendering of the contents of the container, in still other implementations the imaging periods may coincide with the periods during which the container is unperturbed and / or post-processing can be used to compensate for distortion of the recorded data. ...

Блок 100 содержит устройство 110 формирования изображения с собирающей оптикой, проецирующее изображения содержимого емкости на датчик. В данном случае собирающая оптика содержит телецентрическую линзу 114, а датчик представляет собой прибор с зарядовой связью (ПЗС) 112. Память 140, связанная с ПЗС 112, записывает и хранит поток изображений, отображающих содержимое емкости, а процессор 130, связанный с памятью 140, анализирует записанную последовательность изображений согласно нижеприведенному описанию с целью обнаружения и идентификации частиц в емкости 10. Специалисту будет очевидно, что процессор 130 может быть выполнен в совокупности с соответствующим образом настроенным универсальным компьютером (например, использующим процессор Intel® Core™ i5 или Advanced Micro Devices Athlon™), программируемой пользователем вентильной матрицей (например, Altera® Stratix® or Xilinx® Spartan®-6 FPGA) или специализированной интегральной микросхемой. Память 140 может представлять собой твердотельную память (например, флэш-память), оптический диск (например, CD или DVD) или магнитный носитель и может иметь любой выбранный объем (например, 1 ГБ, 10 ГБ, 100 ГБ или больше).Block 100 includes a collecting optics imaging apparatus 110 that projects images of the contents of the container onto the sensor. In this case, the collecting optics comprises a telecentric lens 114, and the sensor is a charge coupled device (CCD) 112. A memory 140 associated with the CCD 112 records and stores a stream of images representing the contents of the container, and a processor 130 associated with the memory 140, analyzes the captured image sequence as described below to detect and identify particles in vessel 10. It will be apparent to the skilled person that the 130 processor can be configured in conjunction with a suitably configured general purpose computer (for example, using an Intel® Core ™ i5 processor or Advanced Micro Devices Athlon ™), a field programmable gate array (such as an Altera® Stratix® or Xilinx® Spartan®-6 FPGA), or an ASIC. The memory 140 can be solid state memory (eg, flash memory), an optical disc (eg, CD or DVD), or magnetic media, and can be any selected size (eg, 1 GB, 10 GB, 100 GB or more).

Система освещения 120, содержащая один или более источников света 122а и 122b, расположенных вокруг емкости 10, освещает емкость 10 и ее содержимое в ходе формирования изображения. Блок 100 визуального осмотра может быть встроен в модуль 160 осмотра, также содержащий шпиндель 150, встряхивающее устройство, ультразвуковой вибратор или другой встряхиватель с целью обеспечения вращения, встряхивания или иного возбуждения содержимого емкости до осуществления формирования изображения, а также с целью удержания емкости 10 в ходе формирования изображения, согласно фиг. 1(b).An illumination system 120 comprising one or more light sources 122a and 122b located around the container 10 illuminates the container 10 and its contents during imaging. The visual inspection unit 100 may be incorporated into the inspection module 160, also containing a spindle 150, a shaker, an ultrasonic vibrator, or other shaker to rotate, shake, or otherwise excite the contents of the container prior to imaging, and to hold the container 10 during forming the image, according to FIG. 1 (b).

На фиг. 1(с) показана средне-/высокоскоростная платформа 170 визуального осмотра, содержащая один или более модулей осмотра 160-1 - 160-5 (в целом обозначенных как модули 160 осмотра), автомат 180, поднос 172 для сосудов, в индивидуальных углублениях для емкостей которого размещены неосмотренные и/или осмотренные емкости 10. После получения соответствующих указаний от пользователя или автоматического контроллера (не показан), автомат 180 перемещает емкость 10 с подноса 172 для сосудов в модуль 190 осмотра, получающий и записывающий данные временного ряда для частиц, перемещающихся по емкости 10. Затем автомат 180 возвращает емкость 10 на поднос 172 для сосудов.FIG. 1 (c) shows a medium / high speed visual inspection platform 170 comprising one or more inspection modules 160-1 through 160-5 (collectively referred to as inspection modules 160), an automatic machine 180, a vessel tray 172, in individual vessel recesses. of which the uninspected and / or inspected containers 10 are located. Upon receipt of appropriate instructions from the user or an automatic controller (not shown), the machine 180 moves the container 10 from the container tray 172 to the inspection module 190, which receives and records time series data for particles moving along containers 10. The machine 180 then returns the container 10 to the container tray 172.

В некоторых вариантах верхний слой подноса 172 для сосудов и/или края углублений для емкостей выполнены из полиформальдегидной смолы Делрин® или другого сходного материала, а внутренние края углублений для емкостей выполнены скошенными для предотвращения возникновения царапин на емкостях 10 при их введении в углубления для емкостей и удалении из них. Поднос 172 для сосудов мо- 7 038813 жет содержать слой основания, выполненный из алюминия или другого сходного материала, слабо поддающегося деформации или растрескиванию. Стенки углублений для емкостей обычно выполнены толстыми для обеспечения надежного удержания сосудов при переносе подноса 172 (например, человеком) к платформе 170 визуального осмотра и от нее. В зависимости от конструкции подноса 170 для сосудов, он может удерживать емкости 10 в заданных положениях с предельным допуском в пределах порядка микрон с целью облегчения извлечения и введения емкостей автоматом 180, который может работать с точностью до порядка микрон.In some embodiments, the top layer of the receptacle tray 172 and / or the edges of the receptacles are made of Delrin® polyformaldehyde resin or other similar material, and the inner edges of the receptacles are beveled to prevent scratching the receptacles 10 when they are inserted into the receptacles, and removing from them. The receptacle tray 172 may contain a base layer made of aluminum or other similar material that is not easily deformable or cracked. The walls of the receptacle recesses are typically thick to provide a secure hold of the receptacles when the tray 172 is transported (eg, by a person) to and from the viewing platform 170. Depending on the design of the receptacle tray 170, it can hold the receptacles 10 in predetermined positions within the micron range to facilitate the removal and insertion of the receptacles by an automatic machine 180 that can operate to micron precision.

Автомат 180 представляет собой подъемно-транспортную систему, извлекающую сосуды с подноса 172, перемещающую каждую емкость 10 вдоль рельсы 182, проходящей от участка над подносом 172 до участка над шпинделями 160, и размещающую емкость 10 на определенный шпиндель 160. Некоторые автоматы могут также быть выполнены с возможностью обеспечения вращения емкости 10 до размещения емкости 10, что позволяет устранить необходимость в использовании шпинделя 160. В еще одном варианте реализации автомат 180 может содержать шестиосную механическую руку, выполненную с возможностью обеспечения вращения, колебания и/или встряхивания (т.е. выполнения нижеописанного встряхивания иглы вперед-назад) емкости 10, что также позволяет устранить необходимость в использовании шпинделя 160. Специалисту будет очевидно, что в раскрытых системах и процессах визуального осмотра могут быть использованы другие механизмы и последовательности загрузки и встряхивания.The machine 180 is a lifting and transport system that retrieves the containers from the tray 172, moves each container 10 along a rail 182 extending from the area above the tray 172 to the area above the spindles 160, and places the container 10 on a specific spindle 160. Some machines may also be implemented allowing the container 10 to rotate prior to placing the container 10, thereby eliminating the need for a spindle 160. In another embodiment, the machine 180 may include a six-axis mechanical arm configured to rotate, oscillate, and / or shake (i.e. shaking the needle back and forth) of the container 10, which also obviates the need for the spindle 160. One skilled in the art will appreciate that other loading and shaking mechanisms and sequences may be used in the disclosed visual inspection systems and processes.

Работа платформы 170 осуществляется согласно фиг. 2(а). На этапе 202 подлежащие осмотру емкости 10 чистят (например, вручную с использованием подходящих растворителей), затем размещают на поднос 172 на этапе 204. Автомат 180 извлекает емкость 10 с подноса 172 и размещает его на шпинделе 160. Затем, на этапе 206 процессор 130 определяет размер и местоположение мениска и/или интересующего участка (например, части емкости 10, заполненной текучей средой) на основании изображения неподвижной емкости 10, полученного устройством 110 формирования изображения. В еще одном варианте реализации пользователь может указать расположение мениска и/или интересующего участка в случае, если объем заполнения, форма и объем емкости известны с достаточной степенью точности. После обнаружения интересующего участка процессором 130, шпиндель 160 вращает и останавливает вращение емкости 10 на этапе 208, что приводит к перемещению текучей среды и подвешиванию частиц в движущейся текучей среды в емкости 10. На этапе 210 устройство 110 формирования изображения записывает данные временного ряда в памяти 140 в виде последовательности статических изображений (называемых кадрами), отображающей фотографические изображения интересующего участка, снятые через равномерные промежутки времени.Platform 170 operates in accordance with FIG. 2 (a). In step 202, containers 10 to be inspected are cleaned (e.g., manually using suitable solvents), then placed on tray 172 in step 204. Machine 180 removes container 10 from tray 172 and places it on spindle 160. Next, in step 206, processor 130 determines the size and location of the meniscus and / or area of interest (eg, a portion of the container 10 filled with fluid) based on an image of the stationary container 10 obtained by the imaging apparatus 110. In yet another embodiment, the user can specify the location of the meniscus and / or region of interest if the fill volume, shape and volume of the container are known with sufficient accuracy. Upon detection of a region of interest by processor 130, spindle 160 rotates and stops rotation of container 10 at step 208, resulting in fluid movement and suspension of particles in the moving fluid in container 10. At step 210, imaging apparatus 110 records time series data in memory 140 as a series of still images (called frames) displaying photographic images of an area of interest taken at regular intervals.

После получения устройством 110 формирования изображения достаточного объема данных временного ряда, процессор 130 вычитает данные фона, которые могут представлять собой грязь и/или царапины на одной или более поверхностях емкости. Процессор также может отфильтровывать шум из данных временного ряда образом, очевидным специалисту, а также может осуществлять определение порога яркости согласно нижеприведенному описанию. Процессор 130 также реверсирует временной порядок данных временного ряда. То есть, если каждый кадр данных временного ряда имеет метку 1, 2, ..., n-1, n, указывающую на порядок получения указанного кадра, то метки кадров данных обратного временного ряда упорядочены следующим образом: n, n-1, ..., 2, 1. При необходимости, процессор 130 также выбирает начальную и конечную точки анализируемых данных согласно нижеприведенному описанию. (Специалисту будет очевидно, что процессор 130 может выполнять вычитание фона, фильтрацию шума, определение порога яркости, реверсию данных временного ряда и/или определение начальной/конечной точки в любом порядке.) Процессор 130 отслеживает частицы, движущиеся в текучей среде или вместе с ней, на этапе 214, а затем определяет размеры, подсчитывает количество и/или другим образом охарактеризовывает частицы на основании их траекторий на этапе 214.Once the imager 110 has acquired sufficient time series data, the processor 130 subtracts background data, which may represent dirt and / or scratches on one or more surfaces of the container. The processor can also filter out noise from the time series data in a manner obvious to a person skilled in the art, and can also perform luminance threshold determination as described below. Processor 130 also reverses the temporal order of the time series data. That is, if each data frame of the time series has a mark 1, 2, ..., n-1, n, indicating the order of receipt of the specified frame, then the marks of the data frames of the reverse time series are ordered as follows: n, n-1,. .., 2, 1. If necessary, the processor 130 also selects the start and end points of the analyzed data as described below. (One of ordinary skill in the art will appreciate that the processor 130 can perform background subtraction, noise filtering, luminance threshold determination, time series data reversal, and / or start / end point determination in any order.) Processor 130 tracks particles moving in or with a fluid , in step 214, and then sizing, counting, and / or otherwise characterizing the particles based on their trajectories in step 214.

Каждый модуль 160 осмотра может выполнять один общий вид осмотра, что позволяет осуществлять параллельное исследование емкостей 10; число модулей 160 может быть скорректировано в зависимости от требуемой пропускаемой способности. В других вариантах реализации каждый модуль 160 может быть выполнен с возможностью выполнения различных видов осмотра. Например, каждый модуль 160 может осматривать частицы на различных длинах волны излучения: модуль 160-1 может осуществлять поиск частиц, реагирующих на свет видимого спектра (т.е. на излучение с длиной волны от примерно 390 нм до примерно 760 нм), модуль 160-2 может исследовать емкости с использованием излучения в ближнем инфракрасном диапазоне (760-1400 нм), модуль 160-3 может исследовать емкости с использованием инфракрасного излучения коротковолновой области спектра (1.4-3.0 мкм), модуль 160-4 может исследовать частицы на длинах волн ультрафиолетового спектра (10-390 нм), а модуль 160-5 может исследовать частицы на длинах волн рентгеновского излучения (менее 10 нм). В еще одном варианте реализации один или более модулей 160 могут быть использованы для поиска эффектов поляризации и/или флуоресценции частиц.Each inspection module 160 can perform one general inspection, which allows parallel inspection of the containers 10; the number of modules 160 can be adjusted depending on the required bandwidth. In other implementations, each module 160 may be configured to perform different types of inspection. For example, each module 160 can inspect particles at different wavelengths of radiation: module 160-1 can search for particles that respond to light in the visible spectrum (i.e., radiation with a wavelength of about 390 nm to about 760 nm), module 160 -2 can investigate capacities using near infrared radiation (760-1400 nm), module 160-3 can investigate capacities using infrared radiation in the short wavelength range (1.4-3.0 μm), module 160-4 can examine particles at wavelengths ultraviolet spectrum (10-390 nm), and module 160-5 can examine particles at X-ray wavelengths (less than 10 nm). In yet another embodiment, one or more modules 160 may be used to search for polarization and / or fluorescence effects of particles.

В вариантах реализации с различными видами модулей 160 первый модуль 160-1 может осуществлять предварительный осмотр, а последующий осмотр зависит от результатов предварительного осмотра. Например, первый модуль 160-1 может осуществлять осмотр в видимом спектре, результаты которого показывают, что определенная емкость содержит частицы, чувствительные к поляризации. Затем про- 8 038813 цессор 130 может отдать команду модулю 160-2, выполненному с возможностью осуществления измерений на основании поляризации, на осмотр емкости с целью подтверждения (или опровержения) наличия чувствительных к поляризации частиц. Данные временного ряда в видимом спектре, полученные модулем 160-1, могут указывать на наличие нескольких частиц в определенной емкости 10, но не на вид частиц, в результате чего процессор 130 может отдать команду на инфракрасный осмотр модулю 160-3.In embodiments with different types of modules 160, the first module 160-1 may perform a preliminary inspection, and the subsequent inspection depends on the results of the preliminary inspection. For example, the first module 160-1 may perform visual inspection, the results of which indicate that a certain container contains polarization-sensitive particles. The processor 130 may then instruct the polarization-based measurement module 160-2 to inspect the container to confirm (or deny) the presence of polarization-sensitive particles. Visible time-series data obtained by module 160-1 may indicate the presence of multiple particles in a specific container 10, but not the type of particles, as a result of which the processor 130 can command an infrared inspection to the module 160-3.

Встряхивание емкости для обеспечения перемещения частицShaking the container to move the particles

Согласно вышеприведенному описанию механическое встряхивание емкости 10 приводит к взвешиванию частиц на дне емкости 10 или на внутренних стенках емкости в текучей среде внутри емкости. В определенных вариантах реализации, пользователь и/или система визуального осмотра выбирает и осуществляет последовательность встряхивания, приводящую текучую среду в емкости в ламинарный режим течения, в котором течение текучей среды происходит в виде параллельных слоев без завихрений, турбулентного движения или нарушений слоев. В гидродинамике ламинарный поток представляет собой режим течения, отличающийся высоким рассеиванием импульса и низким кругооборотом импульса другими словами, ламинарный поток представляет собой противоположность неровного, турбулентного потока. Встряхивание также приводит к взвешиванию частиц в движущейся текучей среде. Впоследствии трение приводит к остановке движения текучей среды, после чего частицы могут прилепляться к стенкам емкости или оседать на дне емкости.As described above, mechanically shaking the container 10 results in the suspension of particles at the bottom of the container 10 or on the inner walls of the container in the fluid within the container. In certain embodiments, the user and / or the visual inspection system selects and performs a shaking sequence that induces the fluid in the container into a laminar flow pattern in which the fluid flows in parallel layers without eddy, turbulent motion, or layer disturbances. In hydrodynamics, laminar flow is a flow pattern characterized by high momentum dispersion and low momentum circulation; in other words, laminar flow is the opposite of an uneven, turbulent flow. Shaking also causes the particles to be suspended in the moving fluid. Subsequently, friction stops the movement of the fluid, after which the particles can stick to the walls of the container or settle at the bottom of the container.

По сравнению с турбулентным потоком, ламинарный поток обеспечивает более плавное движение частиц, что облегчает оценку траекторий частиц. (Естественно, процессор также может быть выполнен с возможностью оценки траекторий частиц и в некоторых турбулентных режимах течения при условии, что частота кадров датчика достаточно велика для снятия изображений плавных участков траекторий частиц.) При необходимости емкость может подвергаться встряхиванию, обеспечивающему по существу ламинарный поток. Например, шпиндель может вращать емкость с определенной скоростью (или профилем скорости) в течение определенного промежутка времени, определенными на основании измерений поведения текучей среды в емкостях различного размера и формы и/или различной степени наполнения сосуда и вязкости текучей среды.Compared to turbulent flow, laminar flow provides smoother particle movement, making it easier to estimate particle trajectories. (Naturally, the processor can also be configured to estimate particle trajectories in some turbulent flow conditions, provided that the sensor frame rate is high enough to capture images of smooth sections of particle trajectories.) If necessary, the container can be shaken to provide a substantially laminar flow. For example, the spindle can rotate the container at a certain speed (or speed profile) for a certain period of time, determined based on measurements of the behavior of the fluid in containers of different sizes and shapes and / or different degrees of filling of the vessel and the viscosity of the fluid.

В одном из вариантов реализации серводвигатель или шаговый двигатель приводит в действие шпиндель, удерживающий цилиндрическую емкость, что приводит к вращению емкости вокруг ее центральной оси согласно фиг. 3(а). Вращение емкости 10 с достаточной скоростью заставляет даже тяжелые частицы (такие как частицы металла) подниматься со дна емкости 10 и проникать в жидкость. При использовании со многими жидкостями и частицами двигатель приводит в движение шпиндель, удерживающий емкость 10, со скоростью вращения 300 об/мин в течение примерно трех секунд. (Для возбуждения тяжелых частиц могут быть необходимы более высокие скорости вращения). По окончании вращения в течение трех секунд, двигатель резко останавливается, а текучая среда может свободно течь во вновь неподвижной емкости. В это время устройство 110 формирования изображения начинает записывать видеоизображение текущей с вращением текучей среды. Память 140 сохраняет видеоизображение в течение примерно до 7-15 с, в зависимости от размера исследуемой емкости (память 140 сохраняет видеоизображение меньшей длительности при исследовании текучей среды в меньших емкостях вследствие того, что жидкость в меньших емкостях быстрее замедляется из-за большего эффекта трения о стенку).In one embodiment, a servo motor or stepper motor drives a spindle holding a cylindrical container, which causes the container to rotate about its central axis as shown in FIG. 3 (a). Rotating the container 10 at a sufficient speed causes even heavy particles (such as metal particles) to rise from the bottom of the container 10 and penetrate into the liquid. When used with many liquids and particles, the motor drives the spindle holding the container 10 at 300 rpm for about three seconds. (Higher rotational speeds may be necessary to excite heavy particles.) At the end of rotation within three seconds, the engine stops abruptly, and the fluid can flow freely in the newly stationary container. At this time, the imaging apparatus 110 begins to record a video image of the rotating fluid. Memory 140 stores video images for up to about 7-15 seconds, depending on the size of the container being examined (memory 140 stores video images for a shorter duration when examining a fluid in smaller containers due to the fact that the liquid in smaller containers slows down faster due to the greater effect of friction about wall).

В еще одном варианте реализации шпиндель вращает емкость 10 в рамках двухфазной последовательности встряхивания/формирования изображения. В ходе первой фазы шпиндель вращает емкость 10 со скоростью 300 об/мин в течение трех секунд, что приводит к взвешиванию менее плотных (и меньших по размеру) частиц, таких как белки, в движущейся текучей среде. Затем устройство 110 формирования изображения записывает видеоизображение белков в движущейся текучей среды. После получения устройством 110 формирования изображения достаточного объема данных временного ряда начинается вторая фаза: шпиндель вращает емкость 10 со скоростью примерно 1600-1800 об/мин, что приводит к взвешиванию более плотных частиц, таких как частицы металла, в движущейся текучей среды, а устройство 110 формирования изображения получает данные временного ряда, отображающие перемещение более плотных частиц в емкости 10. Высокоскоростное вращение во второй фазе может быть достаточно интенсивным для временного растворения или денатурирования белковых агрегатов, которые могут заново формироваться после замедления или остановки течения текучей среды. Двухфазный принцип работы позволяет обнаруживать плотные частицы, возбуждение которых может не быть достигнуто при низкоскоростном вращении, и белки, которые могут подвергаться денатурированию при высокоскоростном вращении.In yet another embodiment, the spindle rotates the container 10 in a two-phase shake / imaging sequence. During the first phase, the spindle rotates the container 10 at 300 rpm for three seconds, which results in the weighing of less dense (and smaller) particles, such as proteins, in the moving fluid. The imaging apparatus 110 then records video images of the proteins in the moving fluid. Once sufficient time series data is acquired by the imaging device 110, the second phase begins: the spindle rotates the container 10 at a speed of about 1600-1800 rpm, which leads to the weighing of denser particles, such as metal particles, in the moving fluid, and the device 110 imaging acquires time series data representing the movement of denser particles in vessel 10. The high speed rotation in the second phase can be intense enough to temporarily dissolve or denature protein aggregates that may re-form after slowing or stopping fluid flow. The two-phase principle of operation allows the detection of dense particles, the excitation of which may not be achieved with low speed rotation, and proteins, which can be denatured during high speed rotation.

В раскрытых системах могут быть использованы и другие последовательности вращения в зависимости от следующих параметров (без ограничения): вязкости текучей среды, степени наполнения сосуда текучей средой, вида текучей среды, поверхностного натяжения, формы емкости, размера емкости, материала емкости, текстуры емкости, размеров частиц, форм частиц, видов частиц и плотности частиц. Например, раскрытые системы могут вращать более крупные емкости в течение более длительных промежутков времени перед получением изображения содержимого емкости. Точный профиль встряхивания для заданной комбинации текучей среды/емкости может быть вычислен, охарактеризован и/или опреде- 9 038813 лен экспериментальным путем.In the disclosed systems, other rotation sequences can be used depending on the following parameters (without limitation): fluid viscosity, degree of filling of the vessel with fluid, type of fluid, surface tension, container shape, container size, container material, container texture, dimensions particles, particle shapes, particle species and particle density. For example, the disclosed systems can rotate larger containers for longer periods of time before imaging the contents of the container. The exact shaking profile for a given fluid / container combination can be calculated, characterized and / or determined experimentally.

В случае если модуль визуального осмотра использует заданную последовательность встряхивания для в достаточной мере известной комбинации текучей среды/емкости, модуль может запускать процесс получения данных только тогда, когда жидкость (и взвешенные частицы) находятся в ламинарном режиме течения. В еще одном варианте реализации модуль может получать дополнительные данные временного ряда, а процессор может автоматически выбирать начальный и конечный кадры на основании выбранной комбинации текучей среды/емкости и/или последовательности встряхивания.If the visual inspection module uses a predetermined shaking sequence for a sufficiently known fluid / container combination, the module can only trigger the acquisition process when the fluid (and suspended solids) are in laminar flow. In yet another implementation, the module can obtain additional time series data and the processor can automatically select the start and end frames based on the selected fluid / container combination and / or shake sequence.

В некоторых вариантах реализации процесс получения данных может быть запущен на основании обнаруженной характеристики потока текучей среды в емкости. Например, согласно подробному нижеприведенному описанию, в некоторых вариантах реализации представляется возможным обнаружить мениск текучей среды в емкости и отслеживать перемещение мениска с целью определения момента времени, в котором вихрь в текучей среде ослабляется после вращения. В некоторых из подобных случаев, процесс получения данных может начинаться в момент возвращения обнаруженного перемещения мениска в по существу стабильное состояние.In some implementations, the data acquisition process can be triggered based on the detected characteristic of the fluid flow in the container. For example, as detailed below, in some implementations, it is possible to detect a meniscus of a fluid in a container and track the movement of the meniscus to determine the point in time at which the vortex in the fluid weakens after rotation. In some of these cases, the acquisition process may begin when the detected meniscus movement returns to a substantially stable state.

Любые из вышеописанных систем визуального осмотра могут также быть использованы для обнаружения и/или идентификации присущих и инородных частиц в шприце 12, по меньшей мере частично заполненном лекарственным средством 32 или другой текучей средой, согласно фиг. 3В. Шприцы 12 зачастую хранят иглой книзу. Соответственно, в игле 34 шприца могут оседать частицы. Для обеспечения визуализации указанных частиц автомат или человек переворачивает шприц 12 - т.е. автомат или человек поворачивает шприц 12 на 180° вокруг оси, перпендикулярной его продольной оси, в результате чего игла 34 обращена кверху. Частицы, осевшие в игле 34, падают в вертикальном направлении, что обеспечивает возможность их визуализации посредством устройства 110 формирования изображения. Автомат или человек может также вращать шприц в ходе его переворачивания с целью полного возбуждения текучей среды.Any of the above-described visual inspection systems can also be used to detect and / or identify intrinsic and foreign particles in a syringe 12 at least partially filled with a drug 32 or other fluid as shown in FIG. 3B. Syringes 12 are often stored with the needle pointing down. Accordingly, particles can be deposited in the syringe needle 34. To ensure the visualization of these particles, an automaton or a person turns over the syringe 12 - i.e. an automaton or a person rotates the syringe 12 by 180 ° about an axis perpendicular to its longitudinal axis, with the result that the needle 34 is directed upward. The particles deposited in the needle 34 fall in the vertical direction, which allows them to be visualized by the imaging apparatus 110. The machine or person can also rotate the syringe as it is inverted to fully excite the fluid.

Многие шприцы 12 имеют цилиндры с относительно небольшими внутренними диаметрами (например, около 5 мм), что в значительной мере увеличивает эффект трения о стенку. Для многих лекарственных средств 32 трение о стенку приводит к остановке всего поворотного движения текучей среды примерно за 1 с. Для анализа частиц на практике подобное временное окно крайне мало. Тем не менее, осторожное встряхивание шприца 12 вокруг оси, перпендикулярной его продольной оси, согласно фиг. 3(с), обеспечивает перемещение частиц длительностью более одной секунды. Боковое встряхивание, которое может быть выполнено автоматом или вручную, возбуждает частицы в результате перемещения шприца 12 и движения пузырька или пузырьков 30 воздуха, колеблющихся внутри цилиндра шприца 12. Вышеописанные модули, блоки и платформы визуального осмотра выполнены с возможностью изменения конфигурации и могут быть использованы с указанным альтернативным способом встряхивания.Many syringes 12 have barrels with relatively small internal diameters (eg, about 5 mm), which greatly increases the wall friction effect. For many drugs 32, wall friction causes the entire pivotal movement of the fluid to stop in about 1 second. For particle analysis in practice, such a time window is extremely small. However, gently shaking the syringe 12 about an axis perpendicular to its longitudinal axis as shown in FIG. 3 (c), allows particles to move for more than one second. Side shaking, which can be done automatically or manually, excites the particles as a result of movement of the syringe 12 and the movement of an air bubble or bubbles 30 vibrating within the barrel of the syringe 12. The above-described modules, blocks and visual inspection platforms are configurable and can be used with with the specified alternative shaking method.

По завершении встряхивания система визуального осмотра должна оставаться неподвижной для выполнения фазы записи видеоизображения. Вследствие высокой разрешающей способности широко используемых устройств формирования изображения пространственное разрешение изображений является очень точным (например, примерно 10 мкм или меньше) и может быть по меньшей мере равно по точности дифракционному пределу. В некоторых конфигурациях небольшое (например, в 10 мкм) перемещение пробы соответствует целому пикселу перемещения на полученном изображении. Подобное перемещение негативно влияет на эффективность удаления статических элементов (вычитания фона), что в свою очередь ухудшает рабочие характеристики инструментов анализа и точность выводимых данных.Once shaking is complete, the visual inspection system must remain stationary to complete the video recording phase. Due to the high resolution of commonly used imaging devices, the spatial resolution of the images is very precise (eg, about 10 μm or less) and can be at least equal in accuracy to the diffraction limit. In some configurations, a small (for example, 10 μm) movement of the sample corresponds to a whole pixel of movement in the acquired image. This movement negatively affects the efficiency of removing static elements (background subtraction), which in turn degrades the performance of the analysis tools and the accuracy of the output.

С учетом вышеуказанного, ключевым конструктивным соображением является устранение вибрации. В определенных вариантах реализации основание примерной системы визуального осмотра механически изолировано от лабораторной среды, например, посредством гасящих вибрацию амортизаторов, платформ и/или прокладок. В дополнение, внутри блока, источники вибрации, такие как компьютеры и автоматизированные контроллеры, могут быть механически изолированы от остальной части системы. В еще одном варианте реализации получение данных может быть синхронизировано с остаточным перемещением емкости относительно устройства формирования изображения или может быть выполнено посредством камеры, осуществляющей сдвиг пикселов или какие-либо другие компенсирующие движение меры. Указанное остаточное перемещение может также быть зафиксировано для проведения последующей обработки с целью устранения негативных эффектов движения изображения.With this in mind, vibration elimination is a key design consideration. In certain embodiments, the base of the exemplary visual inspection system is mechanically isolated from the laboratory environment, for example, by vibration damping dampers, platforms, and / or spacers. In addition, within the unit, vibration sources such as computers and automated controllers can be mechanically isolated from the rest of the system. In yet another embodiment, the acquisition of data may be synchronized with the residual movement of the container relative to the imaging apparatus, or may be performed by a camera performing pixel shift or some other motion compensating measures. This residual movement can also be captured for post-processing to eliminate the negative effects of image movement.

Конфигурации устройства формирования изображенияImaging device configurations

В примерных системах визуального осмотра могут быть использованы стандартные доступные формирователи изображения с любым подходящим датчиком, включая, без ограничения, прибор с зарядовой связью (ПЗС) или матрицы комплементарных металло-оксидных полупроводников (КМОП). Выбор датчика довольно широк и в некоторой степени зависит от требований, накладываемых определенной областью применения. Например, датчики с высокой частотой кадров обеспечивают возможность точного картографирования траекторий быстро перемещающихся частиц (например, в жидкостях низкой вязкости). Чувствительность и шумовые рабочие характеристики также важны вследствие того, что многие частицы белков в растворе прозрачны и слабо рассеивают свет, в результате чего их изображения слаборазличимы.Exemplary visual inspection systems can use standard available imaging devices with any suitable sensor, including, but not limited to, charge-coupled device (CCD) or complementary metal oxide semiconductor (CMOS) arrays. The choice of sensor is quite wide and depends to some extent on the requirements imposed by a particular field of application. For example, high frame rate sensors provide the ability to accurately map the trajectories of rapidly moving particles (for example, in low viscosity fluids). Sensitivity and noise performance are also important due to the fact that many of the protein particles in solution are transparent and weakly scatter light, making their images subtle.

- 10 038813- 10 038813

Для улучшения шумовых характеристик датчик может быть охлажден способом, известным из уровня техники. Для большинства областей применения наилучшими рабочими характеристиками обладают монохромные датчики, обеспечивающие незначительно большую разрешающую способность по сравнению с цветными камерами, также обладающие более высокой чувствительностью. Тем не менее для небольшой подгруппы областей применения могут быть предпочтительны цветные датчики вследствие того, что они фиксируют цвет частицы, что может быть крайне важным при установлении ее источника (например, при исследовании волокон одежды). Например, при исследовании качества продукта (также называемом технической экспертизой) цветные датчики могут быть использованы для различения различных видов материалов (например, волокон), потенциально способных загрязнять лекарственное средство на производственном предприятии.To improve the noise performance, the sensor can be cooled in a manner known in the art. For most applications, monochrome sensors provide the best performance with slightly higher resolution than color cameras and also have higher sensitivity. However, for a small subset of applications, color sensors may be preferable due to the fact that they capture the color of the particle, which can be extremely important in determining its source (for example, when examining the fibers of clothing). For example, in product quality testing (also called technical expertise), color sensors can be used to distinguish between different types of materials (eg fibers) that could potentially contaminate a drug in a manufacturing facility.

Для осуществления полного осмотра емкости, зона осмотра устройства формирования изображения должна охватывать весь объем текучей среды. В то же время, устройство формирования изображения должно быть выполнено с возможностью различения мелких частиц. Системы визуального осмотра позволяют обеспечить крупные зоны осмотра и высокую разрешающую способность с широкоформатными датчиками высокой разрешающей способности, такими как 8-мегапиксельный ПЗС-датчик Allied Vision Technologies (AVT) Prosilica GX3300, обладающий разрешающей способностью 3296x2472 пикселов. Другие подходящие датчики включают 5-мегапиксельные камеры ACT Pike F505-B и Basler Pilot piA2400-17gm. После осуществления выбора оптических средств для получения полного изображения несущего жидкость корпуса шприца BD Hypak объемом 1 мл, ПЗС-датчик AVT Prosilica GX3300 получает данные временного ряда с пространственным разрешением примерно 10 мкм на пиксел в обоих поперечных размерах. Комбинация высокой скорости и высокого разрешения предполагает, что для записи данных временного ряда могут быть необходимы высокая скорость передачи данных и большие размеры файлов. Вследствие вышеуказанного, нижеописанные приемы сжатия видеоизображений специально подобраны с целью снижения требований к хранению данных с сохранением достоверности мелких деталей частиц, заснятых на изображении.For a complete inspection of the container, the inspection area of the imaging device must cover the entire volume of the fluid. At the same time, the imaging apparatus must be capable of distinguishing between small particles. Visual inspection systems allow for large inspection areas and high resolution with high-resolution wide-format sensors such as the 8-megapixel Allied Vision Technologies (AVT) Prosilica GX3300 CCD sensor with 3296x2472 pixel resolution. Other suitable sensors include the 5MP ACT Pike F505-B and Basler Pilot piA2400-17gm cameras. After selecting the optics for a complete imaging of the liquid carrying body of a BD Hypak 1 ml syringe, the AVT Prosilica GX3300 CCD sensor acquires time series data with a spatial resolution of approximately 10 µm per pixel in both lateral dimensions. The combination of high speed and high resolution suggests that high bit rates and large file sizes may be required to record time series data. As a result of the above, the video compression techniques described below have been specially selected to reduce the storage requirements while maintaining the fidelity of the fine details of the particles captured in the image.

Собирающая оптика, передающая изображение интересующего участка на датчик, должна быть выбрана таким образом, что она обеспечивает четкие изображения всего объема с минимальным размером пятна, равным или меньшим, чем размер пиксела датчика, для обеспечения работы системы с наибольшей разрешающей способностью.The collection optics that feed the image of the region of interest to the sensor should be selected so that they provide clear images of the entire volume with a minimum spot size equal to or less than the sensor pixel size to ensure the system operates at the highest resolution.

Кроме того, собирающая оптика предпочтительно обладает глубиной резкости, достаточно большой для охвата всего объема пробы.In addition, the collecting optics preferably have a depth of field large enough to cover the entire sample volume.

Телецентрические линзы, такие как линза 114 по фиг. 4, особенно хорошо подходят для визуального осмотра объемов текучей среде вследствие того, что они специально выполнены нечувствительными к глубине резкости. Специалисту будет понятно, что телецентрическая линза представляет собой многокомпонентную линзу, в которой основные лучи коллимированы и параллельны оптической оси на изображении и/или пространстве объекта, что приводит к постоянной степени увеличения вне зависимости от изображения и/или местоположения объекта. Другими словами, для объекта, расположенного в некоторых пределах расстояний от устройства формирования изображения с телецентрической линзой, изображение объекта, полученное устройством формирования изображения, является четким и имеет постоянную степень увеличения вне зависимости от расстояния объекта от устройства формирования изображения. Это позволяет получать изображения, на которых частицы на задней части емкости 10 выглядят сходно с частицами на передней части емкости 10. Использование телецентрической линзы также позволяет снизить обнаружение внешнего освещения при условии использования равномерного темного фона. Подходящие телецентрические линзы 114 включают широкоформатную телецентрическую линзу Edmund Optics NT62-901 и телецентрическую линзу Edmund Optics NT56-675 TECHSPEC Silver Series 0.16x.Telecentric lenses such as lens 114 of FIG. 4 are particularly well suited for visual inspection of fluid volumes due to the fact that they are specially designed to be insensitive to depth of field. One skilled in the art will understand that a telecentric lens is a multicomponent lens in which the main beams are collimated and parallel to the optical axis in the image and / or object space, resulting in a constant magnification regardless of the image and / or location of the object. In other words, for an object located within a certain range of distances from the telecentric lens imaging apparatus, the image of the object obtained by the imaging apparatus is sharp and has a constant magnification regardless of the distance of the object from the imaging apparatus. This allows images to be obtained in which the particles on the back of the container 10 look similar to the particles on the front of the container 10. The use of a telecentric lens can also reduce the detection of ambient light when a uniform dark background is used. Suitable telecentric lenses 114 include the Edmund Optics NT62-901 wide angle telecentric lens and the Edmund Optics NT56-675 TECHSPEC Silver Series 0.16x telecentric lens.

Присущие емкостям слепые пятнаInherent blind spots

Одной из задач практически любой системы визуального осмотра является обеспечение стопроцентного осмотра всего объема емкости. Однако на практике емкость может иметь фиксированные участки, на которых частицы не могут быть обнаружены, как показано на фиг. 5А. Во-первых, в анализ может быть сложно включить жидкость вокруг мениска вследствие того, что сам мениск рассеивает свет таким образом, что детектор на данном участке может быть насыщен, и при этом любые частицы или другие интересующие элементы могут быть скрыты. Во-вторых, в случае использования флакона основание емкости обычно изогнуто по углам (этот участок обычно называют ножкой). Изогнутая ножка искажает и по существу скрывает любые частицы, в достаточной мере приближающиеся ко дну флакона. В-третьих, при использовании шприца, резиновая затычка содержит центральный конус, слегка выпячивающийся в объем емкости. Несмотря на то, что наконечник указанного конуса довольно мал, он потенциально может скрывать частицы. Наименее заметные слепые пятна вызваны кривизной сосуда.One of the tasks of almost any visual inspection system is to ensure one hundred percent inspection of the entire volume of the container. In practice, however, the container may have fixed regions where particles cannot be detected, as shown in FIG. 5A. First, it can be difficult to include fluid around the meniscus in the analysis due to the meniscus itself scattering light in such a way that the detector in this area can be saturated, and any particles or other elements of interest can be hidden. Secondly, in the case of using a bottle, the base of the container is usually curved at the corners (this area is usually called the leg). The curved stem distorts and essentially hides any particles that are sufficiently close to the bottom of the bottle. Thirdly, when using a syringe, the rubber plug contains a central cone that slightly protrudes into the volume of the container. Although the tip of this cone is quite small, it has the potential to hide particles. The least noticeable blind spots are caused by the curvature of the vessel.

Цилиндрические емкости также могут являться причиной линзового эффекта, показанного на фиг. 5В (обозначен изогнутыми лучами 18), который негативно сказывается на работе телецентрической линзы. Изогнутые стенки емкости также образуют слепые пятна 14.Cylindrical containers can also be responsible for the lens effect shown in FIG. 5B (denoted by curved beams 18), which adversely affects the operation of the telecentric lens. The curved walls of the container also form blind spots 14.

На фиг. 5Е показан пример линзового эффекта, вызванного цилиндрической емкостью 10. Камера/наблюдатель расположены в нижней части чертежа. Согласно вышеприведенному описанию телецен- 11 038813 трическая линза может быть использована при получении изображения частиц в емкости 10 для обеспечения единообразного вида частиц на изображении, не зависящего от их положения в емкости, т.е. их расстояния от камеры. С этой целью, в некоторых вариантах реализации выбранная глубина резкости телецентрической линзы превышает диаметр объема текучей среды. В некоторых вариантах реализации кривизна емкости нарушает данный принцип при отсутствии корректирующего оптического элемента.FIG. 5E shows an example of a lens effect caused by a cylindrical container 10. The camera / viewer is located at the bottom of the drawing. As described above, a telecentric lens can be used when imaging particles in container 10 to provide a uniform appearance of particles in the image, regardless of their position in the container, i. E. their distance from the camera. To this end, in some embodiments, the selected depth of field of the telecentric lens is greater than the diameter of the fluid volume. In some embodiments, the curvature of the capacitance violates this principle in the absence of a correcting optical element.

Согласно чертежу, форма и степень увеличения изображенной частицы в емкости 10 зависит от положения частицы в емкости. Частица 510, расположенная по центру емкости на первом плане, абсолютно не искажена (верхний инсет). Идентичная частица 502, расположенная сбоку на заднем плане, искажена в наибольшей мере (нижний инсет). Нужно отметить, что при использовании цилиндрической емкости искажение возникает лишь вдоль горизонтальной оси (что видно на втором инсете).As shown, the shape and magnification of the illustrated particle in the container 10 depends on the position of the particle in the container. Particle 510, located in the center of the container in the foreground, is absolutely not distorted (top inset). Identical particle 502, located on the side in the background, is most distorted (bottom inset). It should be noted that when using a cylindrical container, distortion occurs only along the horizontal axis (as can be seen in the second inset).

С целью уменьшения указанных эффектов между телецентрической линзой 114 и емкостью 10 размещена необязательная корректировочная оптика, такая как корректировочная линза 116 согласно фиг. 5С. Дополнительная оптика 118 пространственной коррекции может обеспечивать дополнительную компенсацию искажения, вызванного формой емкости, согласно фиг. 5D. В различных вариантах реализации, в дополнение или вместо корректировочной линзы 116 и оптики 118 могут быть использованы любые подходящие корректировочные оптические элементы, например, специально подобранные в расчете на кривизну емкости 10 и/или коэффициент преломления текучей среды.To mitigate these effects, an optional correction optics such as a correction lens 116 according to FIG. 5C. Additional spatial correction optics 118 may provide additional compensation for capacitance shape distortion, as shown in FIG. 5D. In various implementations, in addition to or in place of the correction lens 116 and optics 118, any suitable correction optics may be used, for example, specially selected based on the curvature of the container 10 and / or the refractive index of the fluid.

Например, в некоторых вариантах реализации может быть разработана модель линзового эффекта, вызванного цилиндрической емкостью 10. Модель может быть основана на подходящем наборе параметров, характеризующих оптическое искажение, включая, например, внешний диаметр емкости, внутренний диаметр емкости, коэффициент преломления емкости, коэффициент преломления текучей среды, длину волны светового излучения. Модель может быть разработана с использованием любых известных из уровня техники приемов, включая, например, метод отслеживания траектории луча. На фиг. 5F показаны примеры теоретических моделей линзового эффекта для двух различных групп параметров емкости (сверху слева, снизу слева), а также экспериментальные данные для соответствующих физических условий (сверху справа, снизу справа). Из чертежа видно, что теоретическая модель точно совпадает с экспериментальными данными.For example, in some embodiments, a model of the lens effect caused by a cylindrical container 10 can be developed. The model can be based on a suitable set of parameters characterizing optical distortion, including, for example, the outer diameter of the container, the inner diameter of the container, the refractive index of the container, the refractive index of the fluid. medium, wavelength of light radiation. The model can be developed using any technique known in the art, including, for example, a ray tracing technique. FIG. 5F shows examples of theoretical models of the lensing effect for two different groups of capacitance parameters (top left, bottom left), as well as experimental data for the corresponding physical conditions (top right, bottom right). It can be seen from the drawing that the theoretical model exactly matches the experimental data.

Согласно фиг. 5G и 5Н, корректирующий оптический элемент 503 (представленный на чертеже линзой) использован для корректировки вышеописанного линзового эффекта. Конструкция корректирующего оптического элемента может быть основана на теоретической оптической модели емкости, на экспериментальных данных, описывающих оптические свойства емкости, или на комбинациях двух указанных видов данных. Согласно чертежу, корректирующий оптический элемент 503 выполнен из преломляющего материала и имеет переднюю и заднюю поверхности цилиндрической формы. В некоторых вариантах реализации конструкция линзы может быть определена с использованием свободных параметров, включающих радиус передней и задней поверхностей, толщину линзы, коэффициент преломления линзы, местоположение линзы относительно емкости.As shown in FIG. 5G and 5H, a correcting optical element 503 (represented by a lens in the drawing) is used to correct the above-described lens effect. The design of the corrective optical element can be based on a theoretical optical model of the capacitance, on experimental data describing the optical properties of the capacitance, or on combinations of the two indicated types of data. According to the drawing, the correcting optical element 503 is made of a refractive material and has cylindrical front and rear surfaces. In some embodiments, the lens design can be determined using free parameters, including the radius of the front and back surfaces, the thickness of the lens, the refractive index of the lens, the location of the lens relative to the container.

В некоторых вариантах реализации передняя и задняя поверхности линзы могут иметь другую форму, например, параболическую или произвольную желаемую форму. В некоторых вариантах реализации смягчение требований к цилиндрической форме поверхностей позволяет увеличить размер пространства параметров для конструкции корректирующего оптического элемента 503, что позволяет обеспечить улучшенную коррекцию искажений.In some embodiments, the front and back surfaces of the lens may have a different shape, for example, parabolic or any desired shape. In some implementations, the relaxation of the requirements for cylindrical shape of the surfaces allows an increase in the size of the parameter space for the design of the correction optic element 503, which allows for improved distortion correction.

В некоторых вариантах реализации корректирующий оптический элемент 503 может содержать несколько элементов, что дополнительно повышает пространство конструктивных параметров. В некоторых вариантах реализации корректирующий оптический элемент 503 может корректировать другие виды оптического искажения, аберрации или другие эффекты. Например, при использовании освещения с несколькими длинами волн, корректирующий оптический элемент 503 может быть использован для коррекции хроматической аберрации.In some embodiments, the correction optics 503 may include multiple elements to further enhance design space. In some embodiments, correction optics 503 can correct other types of optical distortion, aberration, or other effects. For example, when using multiple wavelength illumination, the correction optics 503 can be used to correct chromatic aberration.

В некоторых вариантах реализации корректирующий оптический элемент 503 может быть выполнен с возможностью коррекции искажения, вызванного определенным видом емкости и/или текучей среды. Вследствие того, что один автоматизированный блок 100 визуального осмотра может быть использован с несколькими видами емкостей, в некоторых вариантах реализации может быть желательно обеспечить возможность избирательной замены корректирующего оптического элемента 503 для обеспечения его соответствия определенной исследуемой емкости 10. Например, на фиг. 51 показана стойка 504, на которой размещено несколько корректирующих оптических элементов 503. Стойка может быть перемещена (вручную или автоматически) с целью размещения выбранного элемента в оптической цепи для устройства 110 формирования изображения. Необходимо понимать, что, несмотря на то, что на чертеже показана стойка, в различных вариантах реализации может быть использован любой другой механизм, подходящий для выбора одного оптического элемента из набора, состоящего из множества оптических элементов.In some embodiments, the correction optics 503 may be configured to correct for distortion caused by a particular type of container and / or fluid. Due to the fact that a single automated visual inspection unit 100 can be used with several types of containers, in some implementations it may be desirable to allow selective replacement of the correction optic element 503 to match the specific container 10 under investigation. For example, in FIG. 51, a post 504 is shown that houses a plurality of correcting optics 503. The post can be moved (manually or automatically) to position a selected element in an optical circuit for imaging apparatus 110. It is to be understood that although a rack is shown in the drawing, any other mechanism may be used in various implementations suitable for selecting one optical element from a set of multiple optical elements.

Альтернативные системы визуального осмотра могут содержать адаптивную оптику для компенсации искажения, вызванного кривизной емкости. Например, телецентрическая линза 114 может быть выполнена с возможностью формирования изображения емкости 10, отраженного от деформируемого зер- 12 038813 кала, такого как зеркало на основе микроэлектромеханической системы (MEMS). Датчик 112 использует данные фона для выведения природы и степени аберраций, вызванных кривизной поверхности, дефектами поверхности, другими дефектами емкости 10. Датчик 112 отправляет указанную информацию обратно на деформируемое зеркало, которое реагирует путем корректировки его поверхности с целью компенсации аберраций. Например, деформируемое зеркало может изгибаться или искривляться в одном направлении с целью компенсации кривизны емкости. Вследствие того, что деформируемое зеркало реагирует динамически, оно может быть использовано для компенсации аберраций, присущих каждой отдельной емкости 10.Alternative visual inspection systems may include adaptive optics to compensate for distortion caused by capacitance curvature. For example, telecentric lens 114 may be configured to image a container 10 reflected from a deformable fecal mirror, such as a microelectromechanical system (MEMS) mirror. Sensor 112 uses background data to infer the nature and extent of aberrations caused by surface curvature, surface defects, and other defects in capacitance 10. Sensor 112 sends this information back to the deformable mirror, which reacts by correcting its surface to compensate for aberrations. For example, a deformable mirror can bend or bend in one direction to compensate for the curvature of the container. Due to the fact that the deformable mirror reacts dynamically, it can be used to compensate for the aberrations inherent in each individual container 10.

Кроме того, отслеживание частиц может быть настроено на обнаружение исчезновения частиц на известных участках, соответствующих указанным слепым пятнам, что позволяет программе прогнозировать возможность и время возможного последующего повторного появления частицы на видеоизображении согласно нижеприведенному описанию.In addition, the particle tracking can be configured to detect the disappearance of particles in known areas corresponding to the indicated blind spots, which allows the program to predict the possibility and timing of possible subsequent particle reappearance in the video image, as described below.

Дополнительные приемы решения проблем, связанных со слепыми пятнами (например, посредством использования нескольких устройств формирования изображения), описаны ниже.Additional techniques for dealing with blind spots (eg, by using multiple imaging devices) are described below.

Частота кадров камерыCamera frame rate

Нижеописанное эффективное отслеживание частиц с использованием алгоритма ближайшего совпадения (поглощающего алгоритма) может быть рассмотрено в виде функции трех основных факторов: скорости формирования изображения (частоты кадров) камеры, плотности частицы (на двухмерном изображении) и стандартной скорости частицы. Для обеспечения практически эффективного отслеживания с использованием алгоритма ближайшего совпадения камера должна иметь частоту кадров, достаточно быструю для соответствия нижеследующему критерию:Effective particle tracking using the closest match (absorbing) algorithm described below can be thought of as a function of three main factors: camera imaging rate (frame rate), particle density (in 2D), and standard particle velocity. For nearly effective closest match tracking, the camera must have a frame rate fast enough to meet the following criteria:

частота кадров камеры>максимальная скорость частицы/минимальное расстояние между частицами.camera frame rate> maximum particle speed / minimum distance between particles.

На практике, при проецировании трехмерного объема на двухмерное изображение возможен вариант, при котором частицы кажутся максимально приближенными друг к другу (или даже загораживающими друг друга), в то время как в действительности они в достаточной мере разнесены в пространстве в емкости. Принимая во внимание указанный факт, представляется более целесообразным рассматривать среднее расстояние от близлежащей частицы, а не очевидное минимальное расстояние между частицами. Нужно отметить, что расстояние от близлежащей частицы представляет собой расстояние между соседними частицами на отдельно взятом кадре данных временного ряда, а расстояние ближайшего совпадения относится к расстоянию между положениями, отмеченными для одной частицы на последовательных кадрах данных временного ряда. Перерасчет критерия скорости камеры в соответствии с расстоянием ближайшего совпадения дает:In practice, when projecting a three-dimensional volume onto a two-dimensional image, it is possible that the particles appear as close as possible to each other (or even block each other), while in reality they are sufficiently spaced apart in the container. Taking into account this fact, it seems more appropriate to consider the average distance from a nearby particle, rather than the obvious minimum distance between particles. It should be noted that the distance from a nearby particle is the distance between neighboring particles on a single time series data frame, and the closest match distance refers to the distance between the positions marked for one particle on successive time series data frames. Recalculating the camera speed criterion in accordance with the distance of the closest match gives:

частота кадров камеры>максимальная скорость частицы/минимальное расстояние между частицами.camera frame rate> maximum particle speed / minimum distance between particles.

В альтернативных системах визуального осмотра вместо приемов отслеживания частиц на основе ближайшего совпадения (поглощающих приемов) могут быть использованы прогнозные приемы отслеживания. В прогнозных приемах данные об известной траектории частицы вкупе с данными о пространственных ограничениях емкости и ожидаемом поведении текучей среды используют для оценки наиболее вероятного положения частицы на следующем кадре. При безошибочном выполнении указанный подход может позволить более точно отслеживать частицы, перемещающиеся со скоростью на интенсивных изображениях.In alternative visual inspection systems, predictive tracking techniques may be used instead of closest match (absorbing) particle tracking techniques. Predictive techniques use data on the known trajectory of a particle, together with data on spatial capacity constraints and expected fluid behavior, to estimate the most likely position of the particle in the next frame. If performed correctly, this approach can allow for more accurate tracking of particles moving at speed in intense images.

При попытках обнаружить и измерить крайне малые частицы в относительно больших емкостях предпочтительно максимально увеличить пространственную разрешающую способность датчика изображений. В целом, непосредственный эффект указанного увеличения заключается в понижении максимально возможной частоты кадров датчика.When trying to detect and measure extremely small particles in relatively large containers, it is preferable to maximize the spatial resolution of the image sensor. In general, the direct effect of this increase is to lower the maximum possible frame rate of the sensor.

Визуальный осмотр с использованием нескольких устройств формирования изображенияVisual inspection using multiple imaging devices

При использовании одной камеры качество осмотра может быть снижено вследствие наличия известных слепых пятен. Кроме того, наложение трехмерного изображения распределения частиц на двухмерное изображение может привести к неясностям вследствие загораживания частиц (например, согласно фиг. 5Е, на которой частица по центру емкости на заднем плане загорожена частицей по центру на переднем плане). В альтернативных системах визуального осмотра (например, согласно фиг. 6) данная проблема может быть в принципе решена путем корреляции результатов, полученных от двух или более систем формирования изображения. При корреляции информации позиционной траектории, полученных от двух или более камер, могут быть построены подробные трехмерные карты траекторий, которые могут быть более надежными и менее подверженными ошибкам вследствие окклюзии (согласно нижеприведенному описанию) по сравнению с двухмерными картами траекторий.When using a single camera, the quality of the inspection may be reduced due to the presence of known blind spots. In addition, superimposing a 3D image of a particle distribution on a 2D image can lead to confusion due to obstruction of particles (eg, as shown in FIG. 5E, in which a particle in the center of the container in the background is obstructed by a particle in the center of the foreground). In alternative visual inspection systems (eg, as shown in FIG. 6), this problem can in principle be solved by correlating the results obtained from two or more imaging systems. By correlating positional trajectory information from two or more cameras, detailed 3D trajectory maps can be generated that can be more reliable and less prone to errors due to occlusion (as described below) than 2D trajectory maps.

Увеличение пространственной разрешающей способности устройства формирования изображения также ограничивает скорость получения данных (частоту кадров) для отдельно взятой концентрации частиц и скорости частиц. При исследовании неизвестных емкостей не может быть гарантии, что концентрация частиц будет в достаточной мере низка. В то же время, для обеспечения взвешивания тяжелых частиц, таких как стекло или металл, в текучей среде может быть необходима довольно высокая скорость вращения в емкости, что приводит к высокой скорости движения частиц на полученном потоке видеоизображения. Один из способов решения указанного противоречия заключается в использовании рас- 13 038813 крытого в нижеприведенном описании инновационного аппаратного обеспечения для формирования изображения. При использовании лучших из доступных на рынке датчиков и рассеивании частицами в емкости достаточного объема света, скорость получения данных может быть дополнительно увеличена путем уплотнения данных от двух или более датчиков с постоянным надежным запуском посредством специального источника запуска.Increasing the spatial resolution of the imaging apparatus also limits the data acquisition rate (frame rate) for a given particle concentration and particle velocity. When examining unknown containers, there can be no guarantee that the particle concentration will be sufficiently low. At the same time, in order to ensure the suspension of heavy particles, such as glass or metal, in a fluid medium, a rather high rotation speed in the container may be required, which leads to a high speed of particle movement on the resulting video stream. One way to solve this contradiction is to use the innovative imaging hardware covered in the description below. By using the best sensors available on the market and scattering enough light into the container by particles, the data acquisition rate can be further increased by compaction of data from two or more sensors with constant reliable triggering through a dedicated trigger source.

Кроме того, примерные системы визуального осмотра могут быть выполнены с возможностью обеспечения пространственного разрешения выше 10 мкм вследствие устранения необходимости полного осмотра емкости и рассмотрения лишь части объема. В целом данный прием подходит для исследования невидимых частиц, в особенности белковых агрегатов, вследствие того, что более мелкие частицы обычно присутствуют в больших количествах и более равномерно распределены по объему. В еще одном варианте реализации примерные системы визуального осмотра могут обеспечивать полный обзор емкости и высокое пространственное разрешение путем использования нескольких устройств формирования изображения с различными степенями увеличения для параллельного получения данных временного ряда на обширном участке и с высоким разрешением.In addition, exemplary visual inspection systems may be configured to provide spatial resolution above 10 microns by eliminating the need for a complete inspection of the container and viewing only a fraction of the volume. In general, this technique is suitable for the study of invisible particles, especially protein aggregates, due to the fact that smaller particles are usually present in large quantities and are more evenly distributed throughout the volume. In yet another embodiment, exemplary visual inspection systems can provide a complete view of the vessel and high spatial resolution by using multiple imaging devices at varying magnifications to acquire wide area and high resolution time series data in parallel.

Различные степени увеличения могут быть использованы одновременно, например согласно фиг. 6А, на которой один формирователь 1102 изображения используют для осмотра всей емкости, а второй формирователь 1104 с большей степенью увеличения (например, объектив микроскопа с длинным фокусным расстоянием) используют для детализации изображения более мелкого подобъема и исследования, например, крайне малых частиц (например, частиц с диаметром примерно 10 мкм, 5 мкм, 1 мкм или меньше). Другие системы визуального осмотра могут содержать несколько устройств 1102, 1104 и 1106 формирования изображения, расположенных вокруг емкости, подсвеченного посредством одного или более колец светодйодов 1120, установленных выше и ниже емкости 10 согласно фиг. 6В. Идентичные формирователи 1102 изображения, размещенные в различных точках, обеспечивают бинокулярный обзор. Формирователь 1104 изображения с объективом микроскопа с длинным фокусным расстоянием обеспечивает высокое разрешение для подобъема емкости 10, а формирователь 1106 изображения с альтернативным датчиком (например, инфракрасным датчиком, болометром, и т.д) обеспечивает дополнительные данные временного ряда.Different degrees of magnification can be used simultaneously, for example as shown in FIG. 6A, in which one imager 1102 is used to inspect the entire container, and a second imager 1104 at a higher magnification (e.g., a long focal length microscope lens) is used to detail a smaller sub-volume and examine, for example, extremely small particles (e.g. particles with a diameter of about 10 μm, 5 μm, 1 μm or less). Other visual inspection systems may include multiple imaging devices 1102, 1104, and 1106 positioned around a container, illuminated by one or more rings of LEDs 1120 positioned above and below container 10 of FIG. 6B. Identical imaging devices 1102 placed at different points provide binocular vision. A long focal length microscope imager 1104 provides high resolution for a subvolume of container 10, and an alternative sensor (eg, infrared sensor, bolometer, etc.) imager 1106 provides additional time series data.

На фиг. 6С и 6D показаны альтернативные конфигурации формирования изображения, использующие свойства телецентрического формирования изображения. На задней апертуре телецентрической линзы, 50/50 светоделительный куб 1202 разделяет проецируемое изображение на два отдельных отвода изображения. Каждый из отводов изображения может содержать низкоскоростной датчик 1222 с высокой разрешающей способностью, работающий поочередно с датчиком 1222 в другом отводе, согласно фиг. 6С, с целью удвоения частоты кадров. Другими словами, использование двух датчиков 1222 одновременно с относительным сдвигом фазы полуцикла увеличивает разрешение по времени в два раза. Потоки изображения затем могут быть совмещены с обеспечением одного видеоизображения с двойной (относительно номинальной для датчика) частотой кадров.FIG. 6C and 6D show alternative imaging configurations using telecentric imaging properties. At the rear aperture of the telecentric lens, a 50/50 beamsplitter cube 1202 divides the projected image into two separate image taps. Each of the image taps may include a low speed, high resolution sensor 1222 operating in turn with a sensor 1222 in the other arm, as shown in FIG. 6C, in order to double the frame rate. In other words, using two sensors 1222 at the same time with a relative phase shift of a half-cycle doubles the time resolution. The image streams can then be combined to provide a single video image at double (relative to the sensor's nominal) frame rate.

В еще одном варианте реализации каждый отвод может содержать другой датчик, согласно фиг. 6D, например, с целью компенсации компромисса, связанного с матрицей датчиков для формирования изображения: чем выше разрешающая способность камеры, тем меньше максимально возможная частота кадров камеры (например, 10-50 или 15-25 кадров в секунду при полном разрешении, 50-200 кадров в секунду при низком разрешении и т.д). Наиболее важным параметром работы датчика для точного отслеживания частиц является высокое разрешение по времени (высокая частота кадров). Однако для точного определения размеров частиц наиболее важным параметром работы датчика является высокое пространственное разрешение (наибольшее возможное количество пикселов на изображении). В настоящее время основным ограничивающим фактором для пространственного разрешения и скорости передачи данных является шина передачи данных. Известные формирователи изображения могут получать данные временного ряда для емкости высотой 4 см с пространственным разрешением примерно 10 мкм на пиксел и скоростью передачи данных примерно 25 кадров в секунду для стандартной шины персонального компьютера (например, двойной шины GigE или CameraLink).In yet another embodiment, each tap may include a different sensor, as shown in FIG. 6D, for example, to compensate for the tradeoff of a sensor array for imaging: the higher the resolution of the camera, the lower the maximum possible frame rate of the camera (e.g. 10-50 or 15-25 frames per second at full resolution, 50-200 frames per second at low resolution, etc.). The most important sensor performance parameter for accurate particle tracking is its high time resolution (high frame rate). However, for accurate particle size determination, the most important sensor performance parameter is high spatial resolution (the largest possible number of pixels in the image). Currently, the main limiting factor for spatial resolution and data rate is the data bus. Prior art imaging devices can acquire time series data for a 4 cm high container with a spatial resolution of about 10 µm per pixel and a data rate of about 25 frames per second for a standard personal computer bus (eg, dual GigE bus or CameraLink).

На фиг. 6D показан один из способов достижения большой частоты кадров и высокого разрешения: изображение текучей среды получают посредством низкоскоростного датчика 1222 с высокой разрешающей способностью и посредством датчика 1224 с более низкой пространственной разрешающей способностью, но с более высокой частотой кадров. Внешний запуск может обеспечить соизмеримую синхронизацию двух камер. Вследствие того, что камеры фиксируют копии одного изображения, данные камер могут быть непосредственно скоррелированы для обеспечения улучшенного анализа частиц.FIG. 6D illustrates one way to achieve high frame rate and high resolution: a fluid image is acquired by a low speed, high resolution sensor 1222 and by a sensor 1224 with a lower spatial resolution, but at a higher frame rate. An external trigger can provide comparable synchronization between the two cameras. Because cameras capture copies of a single image, camera data can be directly correlated to provide improved particle analysis.

На фиг. 7А и 7В проиллюстрировано хронирование и управление источниками 120 освещения и несколькими камерами. На фиг. 7А и на фиг. 7В, контроллер 702 запуска испускает два сигнала запуска, обозначенные позициями ARM 1 и ARM 2 на фиг. 7А и 7В, причем сигналы выведены путем прореживания основного импульсного сигнала. Сигнал ARM 1 запуска приводит в действие первую камеру (позиция 1102а на фиг. 7А, 1222а на фиг. 7В), а сигнал ARM 2 запуска приводит в действие вторую камеру (позиция 1102b на фиг. 7A, 1222b на фиг. 7В) поочередно. Другими словами, под действием сигналов запуска первая и вторая камеры получают поочередные последовательности кадров. Контроллер 702 за- 14 038813 пуска может также приводить в действие источник 120 освещения посредством сигнала освещения, при получении которого источник 120 освещения освещает емкость при каждом получении изображения первой или второй камерой. Также возможны и другие последовательности запуска; например, контроллер 702 запуска может приводить в действие дополнительные камеры и/или комбинации камер с высокой и низкой разрешающими способностями, получающие изображения с различной частотой кадров.FIG. 7A and 7B illustrate timing and control of lights 120 and multiple cameras. FIG. 7A and FIG. 7B, the trigger controller 702 emits two trigger signals, designated ARM 1 and ARM 2 in FIG. 7A and 7B, the signals being derived by decimating the main pulse signal. The trigger signal ARM 1 drives the first camera (item 1102a in FIGS. 7A, 1222a in FIG. 7B) and the trigger signal ARM 2 drives the second camera (item 1102b in FIGS. 7A, 1222b in FIG. 7B) in turn. In other words, the first and second cameras receive sequential frame sequences under the action of the triggers. The trigger controller 702 may also drive the illumination source 120 with an illumination signal, upon receipt of which the illumination source 120 illuminates the container each time the first or second camera acquires an image. Other startup sequences are also possible; for example, trigger controller 702 can drive additional cameras and / or combinations of high and low resolution cameras to capture images at different frame rates.

Специалисту будет очевидно, что в равной степени возможны и другие конфигурации. Например, датчики формирования изображения на каждом из отводов могут быть взаимно эквивалентны, но собирающая оптика может быть разной. Один отвод может содержать дополнительную оптику для увеличения изображения с целью детализации определенного участка изображения с обеспечением широкопольного и увеличенного видов одновременно.It will be apparent to the skilled person that other configurations are equally possible. For example, the imaging sensors at each of the taps may be mutually equivalent, but the converging optics may be different. One arm can contain additional optics to enlarge the image in order to detail a specific area of the image, providing wide-field and enlarged views at the same time.

Конфигурации освещенияLighting configurations

Заявленные системы визуального осмотра используют особенности взаимодействия различных частиц со светом для обнаружения и идентификации частиц в емкостях, содержащих жидкость. Взаимодействие частицы со светом представляет собой сложную функцию ряда факторов, включающих размер частицы, ее форму, коэффициент преломления, коэффициент отражения и непрозрачность. Белоксодержащие частицы могут в основном рассеивать свет путем его преломления, а пластинчатые частицы стекла могут в основном отражать свет. Некоторые частицы, например, коллагеновые волокна, могут изменять присущие свету физические свойства, такие как вращение и поляризация. Высокоточное обнаружение и дифференциация могут быть обеспечены путем адаптации детектора, частицы и геометрии света с целью максимального увеличения контраста между различными видами частиц.The claimed visual inspection systems use the interaction of various particles with light to detect and identify particles in containers containing liquid. The interaction of a particle with light is a complex function of a number of factors, including particle size, shape, refractive index, reflectance, and opacity. Protein-containing particles can mainly scatter light by refraction, and plate-like glass particles can mainly reflect light. Certain particles, such as collagen fibers, can change the physical properties of light, such as rotation and polarization. High-precision detection and differentiation can be achieved by adapting the detector, particle and light geometry to maximize the contrast between different types of particles.

На фиг. 8-12 показаны различные конфигурации освещения, адаптированные или выполненные с возможностью переключения/привода в различные виды освещения для конкретных видов частиц, емкости и/или текучей среды. Например, источники света могут освещать частицы с обеспечением максимального повышения объема света, отражаемого или преломляемого ими по направлению к детектору, причем фон оставляют темным с целью максимального увеличения контраста между изображениями частиц и фоном. Кроме того, источники могут испускать излучение с любой подходящей длиной волны или в любых диапазонах значений длины волны. Например, источники могут излучать широкополосный белый свет (390-760 нм), узкополосный луч (например, 632 нм) или даже ультрафиолетовое или рентгеновское излучение. Подходящие диапазоны включают: 10-3000 нм, 100-390 нм (ультрафиолетовый), 390760 нм (видимый), 760-1400 нм (ближний инфракрасный), 1400-3000 нм (средневолновый инфракрасный). Также возможно и рентгеновское излучение (<10 нм). В полной совокупности раскрытый в настоящем изобретении объем вариантов освещения позволяет заявленным системам визуального осмотра обнаруживать и идентифицировать весь диапазон частиц, которые могут присутствовать в лекарственных препаратах.FIG. 8-12 show different lighting configurations adapted or switchable / actuated to different lighting types for particular types of particles, container and / or fluid. For example, light sources can illuminate particles to maximize the amount of light reflected or refracted by them towards the detector, leaving the background dark to maximize the contrast between the particle images and the background. In addition, sources can emit radiation at any suitable wavelength or in any wavelength range. For example, sources can emit broadband white light (390-760 nm), a narrow-band beam (eg 632 nm), or even ultraviolet or X-ray radiation. Suitable ranges include: 10-3000 nm, 100-390 nm (ultraviolet), 390 760 nm (visible), 760-1400 nm (near infrared), 1400-3000 nm (mid infrared). X-rays are also possible (<10 nm). In its entirety, the scope of illumination options disclosed in the present invention allows the claimed visual inspection systems to detect and identify the full range of particles that may be present in medicinal products.

Вследствие того, что некоторые частицы крайне слабо рассеивают свет, зачастую предпочтительно облучать пробу наибольшим возможным объемом света. Верхняя граница возможного облучения пробы в первую очередь зависит от светочувствительности исследуемого продукта. Также может быть необходим взвешенный выбор длины волны, в особенности для биологических продуктов; конкретный выбор зависит от облучаемого продукта. Монохромный красный свет с длиной волны около 630 нм представляет собой золотую середину, а излучение указанной длины волны широко доступно в недорогих источниках света.Due to the fact that some particles are extremely weak in scattering light, it is often preferable to irradiate the sample with as much light as possible. The upper limit of possible sample irradiation primarily depends on the photosensitivity of the test product. Weighted choice of wavelength may also be necessary, especially for biological products; the specific choice depends on the irradiated product. Monochrome red light with a wavelength of about 630 nm represents a sweet spot, and this wavelength is widely available in inexpensive light sources.

Матрицы светодиодов, такие как ряд матриц светодиодов LDL2 компании CCS Lighting, эффективны при освещении частиц, встречающихся в фармацевтических продуктах; однако также могут быть использованы коллимированные лазерные лучи. В некоторых случаях светооптика может структурировать или формовать луч излучения, коллимируемый внутри объема текучей среды (а не вне емкости). В случае если нагревание источника света при использовании альтернативных источников света нежелательно, свет может быть доставлен на участок осмотра посредством использования оптических волноводов или оптических волокон 124 согласно фиг. 8.LED arrays such as CCS Lighting's range of LDL2 LED arrays are effective at illuminating particles found in pharmaceutical products; however, collimated laser beams can also be used. In some cases, light optics can structure or shape a radiation beam collimated inside the volume of the fluid medium (and not outside the container). In the event that heating the light source using alternative light sources is undesirable, light can be delivered to the inspection site using optical waveguides or optical fibers 124 of FIG. eight.

Длина волны освещения может быть выбрана на основании светопоглотительной и/или отражающей способности текучей среды и/или анализируемых частиц; указанный процесс особенно важен при исследовании светочувствительных фармацевтических продуктов. Красный свет (630 нм) обеспечивает приемлемый баланс между низкой светопоглотительной способностью белка и низкой светопоглотительной способностью воды. Стробирование освещения, синхронизированное с получением данных временного ряда, помогает сохранить целостность светочувствительных фармацевтических продуктов путем минимизирования воздействия падающего на продукты света. Стробирование обладает двумя дополнительными преимуществами: светодиоды в указанном режиме работают более экономично, а стробирование уменьшает эффект вызванной движением размытости изображения, способной при отсутствии корректировки негативно влиять на измерения размеров частиц согласно нижеприведенному описанию.The illumination wavelength can be selected based on the light absorption and / or reflectivity of the fluid and / or the analyzed particles; this process is especially important in the study of photosensitive pharmaceutical products. Red light (630 nm) provides an acceptable balance between low light absorption of protein and low light absorption of water. Lighting gating, synchronized with time series data, helps preserve the integrity of light-sensitive pharmaceutical products by minimizing exposure to incident light. Gating has two additional benefits: LEDs operate more economically in this mode, and gating reduces the effect of motion blur, which, if uncorrected, can negatively affect particle size measurements, as described below.

На фиг. 8 показана примерная изменяемая система 120 освещения, содержащая несколько источников 122a-122f света (в совокупности называемых источниками 122 света), которые могут представлять собой светодиоды, лазеры, флуоресцентные лампы или лампы накаливания, импульсные лампы или любой другой подходящий источник света или комбинацию подходящих источников света. Источники 122FIG. 8 illustrates an exemplary variable lighting system 120 comprising multiple light sources 122a-122f (collectively referred to as light sources 122), which may be LEDs, lasers, fluorescent or incandescent lamps, flash lamps, or any other suitable light source or combination of suitable sources. Sveta. Sources 122

- 15 038813 света могут испускать видимое, инфракрасное и/или ультрафиолетовое излучение. Источники света по желанию могут быть узкополосными или широкополосными и могут быть фильтрованы посредством соответствующих оптических фильтров или поляризаторов. На фиг. 8, например, поляризатор 126 поляризует свет, испускаемый источником 122f света, обеспечивающим фоновое освещение емкости. В дополнение к фоновому светильнику 122f, система 120 освещения содержит четыре источника 122a-122d света, расположенные на углах прямоугольной призмы вокруг емкости 10. Другой источник 122е освещает емкость 10 снизу посредством оптического волокна 124, связанного с коллиматором 126, направленным ко дну емкости 10. В некоторых случаях волокно 124 и коллиматор 126 могут быть размещены внутри полого вала 128 шпинделя, используемого для вращения сосуда.- 15,038813 lights can emit visible, infrared and / or ultraviolet radiation. The light sources can be narrow-band or wide-band as desired and can be filtered by means of appropriate optical filters or polarizers. FIG. 8, for example, polarizer 126 polarizes light emitted from light source 122f providing background illumination of the container. In addition to the background light 122f, the lighting system 120 includes four light sources 122a-122d located at the corners of a rectangular prism around the vessel 10. Another source 122e illuminates the vessel 10 from below via an optical fiber 124 coupled to a collimator 126 directed towards the bottom of the vessel 10. In some cases, the fiber 124 and collimator 126 may be located within the hollow shaft 128 of the spindle used to rotate the vessel.

Несколько источников 122 света, показанных на фиг. 8, могут быть использованы для определения оптических свойств определенной частицы для обеспечения дифференциации, основанной на взаимодействии данной частицы со светом. Специалисту будет ясно, что различные частицы разным образом взаимодействуют со светом. Распространенные виды взаимодействия включают рассеивание, отражение, окклюзию или изменение поляризации света согласно табл. 1, в которой символ X указывает на видимость частицы данного вида при использовании заданного типа освещения; примеры показаны на фиг. 9A9D и на фиг. 11 (описаны ниже). Символ М указывает на возможную видимость частиц данного вида при использовании заданного типа освещения, но частицы могут также быть обнаружены/дифференцированы путем сегментации изображения при последующей обработке и посредством приемов идентификации объектов.Several light sources 122 shown in FIG. 8 can be used to determine the optical properties of a particular particle to provide differentiation based on the interaction of the given particle with light. It will be clear to the skilled person that different particles interact with light in different ways. Common types of interactions include scattering, reflection, occlusion or polarization change of light according to table. 1, in which the X indicates the visibility of a given type of particle when using a given type of lighting; examples are shown in FIG. 9A9D and FIG. 11 (described below). The M symbol indicates the possible visibility of particles of a given type using a given type of illumination, but particles can also be detected / differentiated by image segmentation during subsequent processing and by means of object identification techniques.

Таблица 1. Взаимодействие различных видов частиц со светомTable 1. Interaction of various types of particles with light

Вид частицыParticle type

Белок Пластинки Светонепроницаемые Целлюлоза Воздух частицыProtein Plates Opaque Cellulose Air Particles

Преобладающее взаимодействиеPrevailing interaction

Способ Рассеивание Отражение Окклюзия Смена Рассеивание освещения поляризацииMethod Diffusion Reflection Occlusion Change Diffuse illumination polarization

Задний угол XXXXXBack angle XXXXX

Снизу XМBottom XM

ФоноваяX подсветкаBackgroundX illumination

Поляризующий ММ ХМ светPolarizing MM XM light

На фиг. 9А-9С показаны различные примеры освещения, которые могут быть реализованы в системе 120 освещения по фиг. 8 (некоторые источники 122 света опущены в целях ясности) для обеспечения дифференциации видов частиц на основании их взаимодействия со светом. На фиг. 9А источники 122а и 122b света обеспечивают освещение со стороны заднего угла, пригодное для визуализации белков, а также большинства видов частиц, рассеивающих свет. На фиг. 9В источник 122е света обеспечивает освещение снизу, пригодное для визуализации светоотражающих частиц, таких как пластинки стекла, отражающих свет по направлению к формирователю 110 изображения (обозначен горизонтальной стрелкой); частицы, рассеивающие, но не отражающие, свет (например, белки) могут быть невидимыми для датчика (диагональная стрелка). На фиг. 9С источник 122f света обеспечивает равномерную фоновую подсветку сзади, пригодную для визуализации частиц, окклюдирующих свет, таких как частицы металла, частицы темного пластика и волокна. Специалисту будет очевидно, что также возможны и другие источники света и/или примеры и последовательности освещения.FIG. 9A-9C show various examples of lighting that may be implemented in the lighting system 120 of FIG. 8 (some light sources 122 have been omitted for clarity) to differentiate particle species based on their interaction with light. FIG. 9A, light sources 122a and 122b provide back corner illumination suitable for imaging proteins as well as most types of light scattering particles. FIG. 9B, the light source 122e provides illumination from below, suitable for rendering light reflecting particles, such as glass plates, reflecting light towards the imager 110 (indicated by the horizontal arrow); particles that scatter but do not reflect light (eg proteins) may not be visible to the sensor (diagonal arrow). FIG. 9C, the light source 122f provides a uniform backlighting from the back, suitable for rendering particles occluding light, such as metal particles, dark plastic particles and fibers. It will be apparent to those skilled in the art that other light sources and / or examples and lighting sequences are also possible.

На фиг. 9D показано последовательное использование способов освещения по фиг. 9А-9С для получения данных временного ряда для рассеивающих, отражающих и/или окклюдирующих частиц. В данном случае система, содержащая равномерную фоновую подсветку, освещение от задних углов, нижнее освещение и одну камеру, поочередно освещает каждый кадр таким образом, что в любой момент времени активен лишь один определенный источник 122 света (или комбинация источников 122 света). При использовании одного устройства формирования изображения (не показан) для каждого полученного кадра данных временного ряда использован лишь один набор источников света. Повторение указан- 16 038813 ной последовательности позволяет обеспечить видеоизображение для каждой конфигурации освещения.FIG. 9D illustrates the sequential use of the lighting techniques of FIG. 9A-9C to obtain time series data for scattering, reflective and / or occluding particles. In this case, a system comprising uniform backlight, rear corner lighting, bottom lighting, and a single camera alternately illuminates each frame such that only one specific light source 122 (or combination of lights 122) is active at any one time. When using one imaging device (not shown), only one set of light sources is used for each acquired time series data frame. Repetition of the specified 16,038813 sequence allows for video imaging for each lighting configuration.

Получение последовательности видеоизображений с использованием вышеописанных способов освещения в определенной последовательности обеспечивает почти одновременное видеоизображение для каждого источника 122 света. По завершении процесса данный способ обеспечивает три перемежающихся видеоизображения, по одному для каждого способа освещения. На каждом видеоизображении частица на отдельно взятом кадре может коррелировать с указанной частицей на других двух видеоизображениях, полученных при использовании чередующихся способов освещения (незначительная разница во времени между кадрами при этом в расчет не принимается). Используя общую информацию, полученную на основании взаимодействия отдельно взятой частицы с различными способами освещения, можно сделать вывод о материальном составе частицы.Acquiring a sequence of video images using the above-described lighting techniques in sequence provides a nearly simultaneous video image for each light source 122. Upon completion of the process, this method provides three intermittent video images, one for each illumination method. In each video image, a particle in a single frame can correlate with a specified particle in the other two video images obtained using alternating lighting methods (a slight time difference between frames is not taken into account). Using the general information obtained on the basis of the interaction of a single particle with different methods of illumination, it is possible to draw a conclusion about the material composition of the particle.

Указанный способ может быть комбинирован с другой информацией выделения объектов на изображении с целью повышения определенности. Например, видеоизображения могут быть автоматически разделены для определения объектов на каждом кадре. Такая информация как размер, форма, яркость, гладкость и т.д. может быть автоматически определена для каждого объекта и для каждого способа освещения. Указанный процесс может способствовать дифференциации различных видов частиц, обладающих сходными показателями видимости при использовании каждого из различных способов освещения.This method can be combined with other information of the selection of objects in the image in order to increase the certainty. For example, video images can be automatically split to identify objects at each frame. Information such as size, shape, brightness, smoothness, etc. can be automatically determined for each object and for each lighting method. This process can help differentiate between different types of particles that have similar visibility when using each of the different lighting methods.

На фиг. 10А-10С показан способ уменьшения блика, вызванного нежелательным отражением/преломлением света, испускаемого источниками 122 света, от емкости 10. Освещение емкости 10 приводит к появлению нежелательного блика на изображениях, полученных формирователями 110 изображения, оптические оси которых совпадают с направлением движения света от источников 122 света, отражающегося от поверхности емкости. Блик может скрывать частицы, обнаруживаемые в иных обстоятельствах, и насыщает участки датчика. Блик, обнаруживаемый датчиком, может быть уменьшен или устранен путем размещения устройства 110 формирования изображения или источников 122 света таким образом, что оптическая ось устройства формирования изображения не совпадает или не проходит параллельно лучам света, испускаемым источниками 122 света и отражающимся от емкости. Например, размещение источника или источников 122 света вне закрытой зоны, заданной вращением устройства формирования изображения вокруг продольной оси емкости 10, позволяет снизить объем нежелательного отраженного и/или преломленного света, принимаемого датчиком. В еще одном варианте реализации зона 100 может быть задана в виде плоскости, ортогональной центральной оси цилиндрической емкости, толщина которой равна высоте вертикальных стенок емкостей. Специалисту будет очевидно, что емкости, имеющие более сложные формы, например вогнутые боковые стенки, могут иметь другие закрытые зоны и другую корректировочную оптику.FIG. 10A-10C show a method for reducing glare caused by unwanted reflection / refraction of light emitted by light sources 122 from container 10. Illumination of container 10 results in unwanted glare in images obtained by imaging devices 110, the optical axes of which coincide with the direction of movement of light from the sources. 122 light reflected from the surface of the container. Flare can obscure otherwise detectable particles and saturate areas of the sensor. The flare detected by the sensor can be reduced or eliminated by positioning the imaging apparatus 110 or light sources 122 such that the optical axis of the imaging apparatus does not align or parallel with the light rays emitted by the light sources 122 and reflected from the container. For example, placing the light source or sources 122 outside of an enclosed area defined by rotating the imaging apparatus about the longitudinal axis of the container 10 can reduce the amount of unwanted reflected and / or refracted light received by the sensor. In another embodiment, the area 100 may be defined as a plane orthogonal to the central axis of the cylindrical container, the thickness of which is equal to the height of the vertical walls of the containers. It will be apparent to the skilled person that containers having more complex shapes, such as concave side walls, may have different closed areas and different correction optics.

Наклонное освещение боковых стенок емкости с точки выше или ниже зоны 1000 или непосредственно снизу от основания емкости также позволяет уменьшить блик, обнаруживаемый устройством 110 формирования изображения. Освещение емкости 10 снизу (например, посредством источника 122е света (фиг. 8)) также позволяет обеспечить отличный контраст между частицами, отражающими свет (например, пластинками стекла) и частицами, рассеивающими свет (например, частицами белка).Oblique illumination of the sidewalls of the container from a point above or below zone 1000, or directly below the base of the container, also reduces the flare detected by the imaging apparatus 110. Illumination of the container 10 from below (eg, by light source 122e (FIG. 8)) also allows excellent contrast between light reflecting particles (eg glass slabs) and light scattering particles (eg protein particles).

На фиг. 10D, 10E показана альтернативная схема освещения для уменьшения или устранения блика из емкости 10, в которой один или более источников 122 света размещены в вышеописанной закрытой зоне (например, в горизонтальной плоскости емкости 10).FIG. 10D, 10E illustrate an alternative illumination scheme for reducing or eliminating glare from container 10, in which one or more light sources 122 are located in the above-described closed area (for example, in the horizontal plane of the container 10).

На фиг. 10D, 10E показана модель лучевой оптики, демонстрирующая перемещение лучей снаружи от датчика устройства 110 формирования изображения, сквозь оптику формирования изображения устройства формирования изображения (согласно чертежу, включая телецентрическую линзу) и обратно сквозь емкость 10. Источник света, расположенный вдоль любого из лучей, проходящих обратно от датчика, преломляет или отражает свет на датчик, тем самым потенциально скрывая емкость 10 и его содержимое. Однако необходимо отметить, что обеспечены два участка 1001, расположенные в горизонтальной плоскости емкости 10 поблизости от внешней стенки емкости 10. Согласно фиг. 10Е при размещении одного или более источников 122 света на участках 1001 может быть уменьшен или по существу устранен блик от источников света.FIG. 10D, 10E show a model of beam optics showing the movement of beams outside of the sensor of the imaging apparatus 110, through the imaging optics of the imaging apparatus (as shown, including the telecentric lens) and back through the container 10. A light source located along any of the rays passing through back from the sensor, refracts or reflects light onto the sensor, thereby potentially hiding the container 10 and its contents. However, it should be noted that two portions 1001 are provided located in the horizontal plane of the container 10 in the vicinity of the outer wall of the container 10. As shown in FIG. 10E, by placing one or more light sources 122 on portions 1001, glare from light sources can be reduced or substantially eliminated.

Нужно отметить, что вследствие использования в показанном примере телецентрической линзы в модели лучевой оптики необходимо рассматривать лишь лучи, падающие на датчик по нормали. Тем не менее, с учетом дополнительных лучей, сходный подход может быть применен и для других видов оптики формирования изображения. Например, в некоторых вариантах реализации может быть обеспечено обратное прохождение представительного ряда лучей от датчика (например, включая исходные лучи системы формирования изображения) для определения участков, лишенных или по существу лишенных проходящих обратно лучей. Источники освещения могут быть размещены на обнаруженных участках, что позволяет избежать блика.It should be noted that due to the use of a telecentric lens in the shown example in the model of ray optics, it is necessary to consider only the rays incident on the sensor along the normal. However, given the additional beams, a similar approach can be applied to other types of imaging optics. For example, in some embodiments, a representative set of beams from the sensor (eg, including the original beams of the imaging system) can be traversed back to identify areas that are devoid of, or substantially devoid of, backward beams. Lights can be placed on the detected areas to avoid glare.

На фиг. 11 показана конструкция для различения удлиненных белковых агрегатов от целлюлозы и/или волокон (натуральных или синтетических) посредством поляризованного света. Система 120 освещения излучает свет по направлению к емкости 10, размещенному между скрещенными поляризаторами 900, обеспечивающими черное изображение при отсутствии частиц. Частицы, изменяющие (например, вращающие) поляризацию падающего света, на данных временного ряда, обнаруженных устройстFIG. 11 shows a design for distinguishing elongated protein aggregates from cellulose and / or fibers (natural or synthetic) by means of polarized light. Illumination system 120 emits light towards container 10 positioned between crossed polarizers 900 to provide a black image in the absence of particles. Particles that change (for example, rotate) the polarization of the incident light, on the time series data detected by the device

- 17 038813 вом 110 формирования изображения, выглядят белыми.- 17 038813 VOM 110 imaging, appear white.

В случае если интересующие частицы обладают известной флуоресцентностью, для идентификации частицы может быть использовано флуоресцентное формирование изображения согласно фиг. 12. В данном случае источник 920 освещения излучает синий свет, возбуждающий интересующую частицу. Узкополосный (например, зеленый) фильтр 922, размещенный перед устройством 110 формирования изображения, позволяет лишь флуоресценции от возбужденных частиц достичь детектора. Данные длины волн освещения и фильтра могут быть выбраны для обеспечения соответствия специфическим интересующим длинам волн.In case the particles of interest have known fluorescence, fluorescence imaging can be used to identify the particle according to FIG. 12. In this case, illumination source 920 emits blue light to excite the particle of interest. A narrow band (eg, green) filter 922 placed in front of the imager 110 allows only fluorescence from the excited particles to reach the detector. The given illumination and filter wavelengths can be selected to match the specific wavelengths of interest.

Наконец, могут быть обнаружены (и идентифицированы) частицы, не рассеивающие (преломляющие) и не отражающие свет, например, небольшие частицы черного светонепроницаемого материала. Для обнаружения подобных светонепроницаемых частиц проба должна быть освещена непосредственно сзади. В таком случае частицы могут быть различены в виде темных элементов на ярком фоне. Изображения светонепроницаемых частиц при необходимости могут быть инвертированы для получения изображений, обладающих той же полярностью, что и изображения рассеивающих и отражающих частиц (т.е. в результате чего частицы представлены в виде светлых пятен на темном фоне вместо черных пятен на светлом фоне).Finally, non-scattering (refractive) or non-reflective particles, such as small particles of black opaque material, can be detected (and identified). To detect such opaque particles, the sample must be illuminated directly from behind. In this case, the particles can be distinguished as dark elements against a bright background. The images of opaque particles can be inverted, if necessary, to obtain images that have the same polarity as the images of the scattering and reflective particles (i.e., resulting in particles as light spots on a dark background instead of black spots on a light background).

Специфические платформы визуального осмотра для обнаружения пластинокSpecific visual inspection platforms for plate detection

Как известно специалисту, пластинки стекла представляют собой тонкие, гибкие частицы или хлопья стекла, образованные в результате химических реакций на внутренних поверхностях стеклянных емкостей. Заявленные системы и приемы могут быть использованы и/или адаптированы для обнаружения, идентификации и подсчета пластинок стекла с целью минимизирования вероятности назначения лекарственных средств, содержащих пластинки стекла для предотвращения назначения лекарственных средств с содержанием (избыточного количества) пластинок стекла. Заявленные системы и приемы могут также быть использованы и/или адаптированы для изучения образования пластинок стекла, зависящего от состава рассматриваемого препарата; пластинки стекла отличаются от белков и других видов частиц тем, что они отражают и рассеивают свет. Не ограничиваясь какой-либо отдельной теорией, отметим, что предположительно определенные условия в большей мере способствуют или препятствуют образованию пластинок стекла. Например, стеклянные флаконы, изготовленные путем тюбинга и/или под воздействием высоких температур, обычно менее устойчивы к образованию пластинок, чем формованные стеклянные флаконы. Растворы лекарственных средств, приготовленные с высоким уровнем рН (щелочные) и с некоторыми буферами, такими как цитрат и тартрат, также способствуют образованию пластинок. Промежуток времени, в течение которого продукт подвержен воздействию внутренней поверхности емкости, а также температура лекарственного препарата также влияют на вероятность образования пластинок стекла. Для получения дополнительной информации, см., например, Указания изготовителям лекарственных средств Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США: Образование пластинок стекла в некоторых инъекционных препаратах (25 марта 2011 г.) (www.fda.gov/Drugs/DrugSafety/ucm248490.htm), в полном объеме включенные в настоящую заявку путем ссылки.As known to those skilled in the art, flakes of glass are thin, flexible particles or flakes of glass formed by chemical reactions on the inner surfaces of glass containers. The claimed systems and techniques can be used and / or adapted for the detection, identification and counting of glass plates in order to minimize the likelihood of prescribing drugs containing glass plates to prevent the prescription of drugs containing (excess) glass plates. The claimed systems and techniques can also be used and / or adapted to study the formation of glass plates, depending on the composition of the drug in question; glass plates differ from proteins and other types of particles in that they reflect and scatter light. Without being limited to any particular theory, we note that presumably certain conditions are more conducive to or prevent the formation of glass plates. For example, glass vials made by tubing and / or high temperatures are generally less lamellar resistant than molded glass vials. Drug solutions prepared at high pH (alkaline) levels and with some buffers such as citrate and tartrate also promote platelet formation. The length of time that the product is exposed to the inner surface of the container and the temperature of the drug will also affect the likelihood of glass flake formation. For more information, see, for example, FDA Drugs Manufacturers Guidelines: Glass Plate Formation in Certain Injectables (March 25, 2011) (www.fda.gov/Drugs/DrugSafety /ucm248490.htm), incorporated by reference in its entirety into this application.

Для создания системы дифференциации, основанной на указанном принципе, устройство формирования изображения может быть стандартным образом подогнано к флакону таким образом, что свет падает через дно емкости (ортогонально относительно оси камеры). Данная конфигурация позволяет получать лишь незначительный сигнал от светорассеивающих частиц (например, белков) и мощный сигнал от частиц, отражающих свет (например, пластинок стекла). Другими словами, по мере проплывания пластинок по сосуду они периодически сверкают на изображении. Указанный прием обладает высокой специфичностью дифференциации частиц-пластинок от белковых агрегатов. Кроме того, сигнал, полученный с использованием указанного приема формирования изображения, коррелирует с концентрацией пластинок внутри флакона. В результате данный прием не только может быть использован для неразрушающего обнаружения пластинок в коммерческих продуктах, но также и в качестве инструмента для определения рецептур лекарственных средств, приводящих к повышенному/пониженному наличию пластинок.To create a differentiation system based on this principle, the imaging device can be standardly fitted to the bottle in such a way that light falls through the bottom of the container (orthogonal to the camera axis). This configuration allows only a small signal from light scattering particles (eg proteins) and a strong signal from reflecting particles (eg glass plates) to be received. In other words, as the plates float through the vessel, they periodically sparkle in the image. This method has a high specificity of differentiation of particle-plates from protein aggregates. In addition, the signal obtained using this imaging technique correlates with the concentration of the plates inside the vial. As a result, this technique can not only be used for non-destructive detection of plaques in commercial products, but also as a tool for determining drug formulations leading to increased / decreased availability of plaques.

На фиг. 13А и 13В показаны проекционные изображения максимальной яркости (MIP) пластинок стекла (фиг. 13А) и белка (фиг. 13В), полученные посредством раскрытой системы визуального осмотра. Известные MIP-изображения используют в компьютерной томографии для обеспечения визуализации трехмерного пространства, рассматриваемого вдоль одной пространственной оси, например, оси z. Обычное MIP-изображение отображает максимальное значение данных, полученное вдоль оптического луча, параллельного оси визуализации. Однако в данном случае MIP-изображения по фиг. 13А и 13В представляют собой визуализацию данных, отображающих эволюцию двухмерного изображения во времени, т.е. они представляют собой проекции вдоль временной оси, а не пространственной оси.FIG. 13A and 13B show maximum luminance projection (MIP) images of glass (FIG. 13A) and protein (FIG. 13B) slabs obtained by the disclosed visual inspection system. Known MIP images are used in computed tomography to provide visualization of three-dimensional space viewed along one spatial axis, for example, the z-axis. A normal MIP image displays the maximum data value taken along an optical beam parallel to the imaging axis. However, in this case, the MIP of FIG. 13A and 13B are visualizations of data depicting the evolution of a 2D image over time, i. E. they are projections along the time axis, not the space axis.

Для формирования MIP-изображений по фиг. 13А и 13В процессор выбирает максимальное значение по меньшей мере некоторых пикселов из данных временного ряда, где каждый пиксел отображает объем света, отраженного (и/или переданного) от соответствующей точки пространства в сосуде. При картографировании полученных значений получают MIP-изображение, подобное показанным на фиг. 13А и 13В, отображающее наиболее яркое ранее зафиксированное значение пикселов. Процессор оценивает MIPTo generate the MIPs of FIG. 13A and 13B, the processor selects the maximum value of at least some of the pixels from the time series data, where each pixel represents the amount of light reflected (and / or transmitted) from a corresponding point in space in the vessel. By mapping the obtained values, a MIP image similar to that shown in FIG. 13A and 13B, displaying the brightest previously recorded pixel value. Processor evaluates MIP

- 18 038813 изображение путем подсчета количества пикселов на MIP-изображении, значение которых превышает заданное пороговое значение. В случае превышения оценочным значением ранее зафиксированного значения, отображающего количество пластинок в сходном сосуде, процессор устанавливает, что в данном сосуде статистически вероятно содержание пластинок стекла. Процессор может также определять степень загрязнения пластинками путем оценки количества, среднего размера и/или распределения по размеру пластинок стекла на основании MIP-изображения.- 18 038813 image by counting the number of pixels in the MIP that exceed a specified threshold. If the estimated value exceeds the previously recorded value representing the number of plates in a similar vessel, the processor determines that the content of glass plates is statistically probable in this vessel. The processor can also determine the degree of fouling by the slabs by estimating the number, average size and / or size distribution of the slabs of glass based on the MIP image.

Заявленные системы могут также быть использованы для различения пластинок стекла и других частиц в сосуде, например, на основании отличий в объеме света, отражаемого частицами в виде функции времени, и/или на основании отличий в объеме света, передаваемого частицами. Некоторые непластинчатые частицы могут отражать свет, получаемый от источника света, освещающего сосуд снизу (например, источника 122е на фиг. 8), на детектор. Частицы стекла, частицы металла и инородные волокна, например, могут постоянно появляться на изображении при использовании конфигурации с освещением емкости снизу. Указанные виды частиц неизменно обнаруживаются по мере их перемещения по емкости, в отличие от пластинок, обнаружение которых зависит от их пространственной ориентации, и которые различимы лишь на протяжении нескольких кадров каждый раз, когда их местоположение приводит к отражению ими света по направлению к формирователю изображения. Для изображений данных временного ряда при освещении снизу может быть применено отслеживание частиц с целью отслеживания постоянно видимых, но движущихся частиц. Затем указанные траектории могут быть удалены из вычисления MIP, используемого для оценки количества пластинок, или, в еще одном варианте реализации, могут быть включены в способ получения общей информации света для определения вида взаимодействия отдельно взятой частицы с другими пространственными ориентациями освещения. Например, металлическая частица, отражающая свет, может быть отслежена при использовании конфигурации с освещением снизу. Однако указанная частица поглощает свет при освещении посредством фоновой подсветки сзади (например, посредством источника 122f света на фиг. 8). При использовании обоих указанных показателей может быть обеспечена дифференциация частицы металла и частицы стекла, отражающей свет при освещении снизу, но не поглощающей фоновый свет.The claimed systems can also be used to distinguish between glass plates and other particles in a vessel, for example, based on differences in the volume of light reflected by the particles as a function of time, and / or based on differences in the volume of light transmitted by the particles. Some non-platelike particles can reflect light received from a light source illuminating the vessel from below (eg, source 122e in FIG. 8) onto a detector. Glass particles, metal particles and foreign fibers, for example, can constantly appear in the image when using the bottom illumination configuration. These types of particles are invariably detected as they move through the container, in contrast to the plates, the detection of which depends on their spatial orientation, and which are distinguishable only for a few frames each time their location causes them to reflect light towards the imaging device. For images of time series data under illumination from below, particle tracking can be applied to track constantly visible but moving particles. These paths can then be removed from the MIP calculation used to estimate the number of plates, or, in another implementation, can be included in a method of obtaining general information of light to determine the type of interaction of a single particle with other spatial orientations of illumination. For example, a metal particle reflecting light can be tracked using a bottom lighting configuration. However, the specified particle absorbs light when illuminated by a backlight from the back (for example, by the light source 122f in FIG. 8). By using both of these indicators, differentiation between a metal particle and a glass particle that reflects light when illuminated from below, but does not absorb background light, can be ensured.

Обнаружение, отслеживание и определение характеристик частицDetection, tracking and characterization of particles

Согласно вышеприведенному описанию блок 100 визуального осмотра по фиг. 1 может записывать высококачественный и обладающий высоким разрешением монохромный поток изображений (данные временного ряда) ярких частиц, изображение которых получено на темном фоне. (В еще одном варианте реализации частицы могут быть отображены в виде темных точек на белом фоне.) Вследствие того, что лекарственный препарат может содержать широкий ряд принципиально различных частиц, данные временного ряда могут быть проанализированы с использованием ряда различных подходов с целью дифференциации объектов на изображении и фона. Зачастую появления частицы на одном изображении (кадре данных временного ряда) недостаточно для точной количественной оценки особо важных показателей (например, количества/размера частиц). Например, видимое изображение одной частицы на одном кадре данных временного ряда может в действительности представлять собой изображение двух или более частиц, сталкивающихся друг с другом или проходящих мимо друг друга, что может привести к неточному подсчету частиц и/или оценке размеров частиц.As described above, the visual inspection unit 100 of FIG. 1 can record a high-quality, high-resolution monochrome image stream (time series data) of bright particles imaged against a dark background. (In yet another embodiment, the particles can be displayed as dark dots on a white background.) Because a drug can contain a wide variety of fundamentally different particles, time series data can be analyzed using a number of different approaches to differentiate objects in the image. and background. Often, the appearance of a particle in one image (time series data frame) is not enough to accurately quantify highly important parameters (for example, the number / size of particles). For example, a visible image of one particle in one frame of time series data may actually be an image of two or more particles colliding with or passing each other, which can lead to inaccurate particle counts and / or particle size estimates.

Временная корреляция объектов на изображении на нескольких кадрах последовательности видеоизображения позволяет повысить точность подсчета количества частиц и измерения их размеров. Процесс сопоставления объектов на последовательных кадрах с образованием зависимой от времени траектории для каждой частицы называют отслеживанием, регистрацией или присвоением частиц. Существуют приемы отслеживания частиц, предназначенные для других областей применения (например, в области экспериментальной гидродинамики). Однако в данных областях обычно используют четко определенные сферические трассирующие частицы. Применение указанного принципа в области лекарственных препаратов и других жидкостей требует значительно более сложного решения. Кроме того, для некоторых видов частиц, временной анализ (отслеживание) не всегда является практичным. В подобных случаях в качестве альтернативы может быть применен статистический подход, позволяющий получать данные измерения характеристик частиц.The temporal correlation of objects in the image on several frames of the video sequence allows to increase the accuracy of counting the number of particles and measuring their sizes. The process of matching objects on successive frames to form a time-dependent trajectory for each particle is called tracking, registering, or assigning particles. There are particle tracking techniques for other applications (eg experimental fluid dynamics). However, these areas usually use well-defined spherical tracer particles. The application of this principle in the field of drugs and other liquids requires a much more complex solution. In addition, for some types of particles, temporal analysis (tracking) is not always practical. In such cases, as an alternative, a statistical approach can be applied, which allows obtaining data from measurements of particle characteristics.

На фиг. 14 приведен обзор процесса высокоуровневого обнаружения и идентификации 1300 частиц, начинающегося с получения 1310 данных временного ряда. Данные временного ряда (и/или данные обратного временного ряда) подвергают предварительной обработке 1320, после чего предварительно обработанные данные обратного временного ряда используют для двухмерной идентификации и измерения 1330 частиц, которое может включать статистический анализ 1340 и/или отслеживание 1350 частиц на основании данных обратного временного ряда. Согласно вышеприведенному описанию данные обратного временного ряда представляют собой данные временного ряда, порядок кадров которых представлен в обратном хронологическом порядке. Формирование 1360 отчета происходит после завершения идентификации и измерения 1330 частиц.FIG. 14 provides an overview of the high-level 1300 particle detection and identification process, starting with 1310 time series data. The time series data (and / or inverse time series data) is preprocessed 1320, after which the preprocessed inverse time series data is used for two-dimensional identification and measurement of 1330 particles, which may include statistical analysis 1340 and / or tracking 1350 particles based on the inverse data. time series. As described above, reverse time series data is time series data whose frame order is presented in reverse chronological order. The 1360 report is generated after the identification and measurement of 1330 particles is completed.

Предварительная обработка данных временного рядаTime series data preprocessing

Предварительная обработка 1320 включает удаление 1321 статических элементов (вычитание фона), подавление/фильтрацию 1322 шума на изображении, определение 1323 порога яркости. При удале- 19 038813 нии 1321 статических элементов используют тот факт, что вращение емкости возбуждает жидкость и содержащиеся в ней частицы. Их динамическое движение позволяет отличать их от других объектов на изображении. Вследствие того, что процесс формирования изображения запускают по завершении вращения емкости, любой движущийся объект принимают за возможную частицу. Следовательно, статические элементы не представляют важности и могут быть удалены с изображения в целях пущей ясности.Preprocessing 1320 includes removing 1321 static elements (background subtraction), suppression / filtering 1322 noise in the image, determining 1323 a brightness threshold. When removing 1321 static elements, the fact that the rotation of the container excites the liquid and the particles contained in it is used. Their dynamic movement allows them to be distinguished from other objects in the image. Due to the fact that the imaging process is started after the rotation of the container is completed, any moving object is mistaken for a possible particle. Consequently, static elements are not important and can be removed from the image for greater clarity.

В одном из вариантов реализации проекция минимальной яркости позволяет сформировать иллюстративный шаблон для статических элементов на изображении. Статические элементы включают, например, царапины, грязь и дефекты, могущие присутствовать на стенке емкости. Указанное изображение статических элементов затем может быть вычтено из всей последовательности видеоизображений с целью формирования новой последовательности видеоизображений, содержащей лишь движущиеся элементы на темном фоне. Например, на фиг. 15А и 15В показан один кадр данных временного ряда до и после удаления статических элементов. Блик, царапины и другие статические элементы скрывают некоторые участки емкости на фиг. 15А. Вычитание фона позволяет удалить множество статических элементов с получением изображения (фиг. 15В), содержащего более четко различимые движущиеся частицы.In one implementation, the minimum luminance projection provides an illustrative pattern for static elements in an image. Static elements include, for example, scratches, dirt and defects that may be present on the vessel wall. This static element image can then be subtracted from the entire video sequence to form a new video sequence containing only moving elements on a dark background. For example, in FIG. 15A and 15B show one frame of time series data before and after removal of static elements. Flare, scratches, and other static elements obscure some portions of the container in FIG. 15A. Subtraction of the background removes many static elements to obtain an image (FIG. 15B) containing more clearly visible moving particles.

Проблема, связанная с указанным подходом, заключается в том, что большинство дефектов стекла, таких как царапины на поверхности, рассеивают относительно значительный объем света, и выглядят ярко-белыми на полученном изображении вследствие насыщения пикселов детектора. Вычитание указанных элементов может привести к образованию мертвых участков на изображении. При прохождении частиц за указанными подсвеченными дефектами или перед ними частицы могут быть частично загорожены или могут даже полностью исчезать. Для решения указанной проблемы изображение статических элементов может быть сохранено, проанализировано и использовано для корреляции местоположения дефектов с положением частиц с целью максимального снижения влияния дефектов поверхности на данные определения размеров и подсчета частиц. (Также нужно отметить, что рекомендована предварительная чистка сосуда перед использованием системы с целью максимально возможного удаления дефектов поверхности.) Данные также могут быть отфильтрованы 1322, например, для удаления высокочастотного и/или низкочастотного шума. Например, наложение пространственного полосового фильтра на данные (обратного) временного ряда позволяет удалить и/или подавить данные, превышающие первую пространственную частоту или вторую пространственную частоту.The problem with this approach is that most glass defects, such as scratches on the surface, scatter a relatively significant amount of light, and appear bright white in the resulting image due to saturation of the detector pixels. Subtracting these elements can lead to the formation of dead areas in the image. When particles pass behind or in front of said illuminated defects, the particles can be partially obstructed or even completely disappear. To solve this problem, the image of static elements can be stored, analyzed and used to correlate the location of defects with the position of the particles in order to minimize the effect of surface defects on the data of sizing and counting particles. (It should also be noted that pre-cleaning the vessel before using the system is recommended to remove surface defects as much as possible.) Data can also be filtered 1322, for example, to remove high frequency and / or low frequency noise. For example, superimposing a spatial bandpass filter on (inverse) time series data can remove and / or suppress data exceeding the first spatial frequency or the second spatial frequency.

После удаления фоновых элементов, определяют пороговое значение 1323 данных временного ряда путем приведения значения яркости каждого пиксела к одному из заданного числа значений. Приведены черно-белые изображения, показанные на фиг. 16А и 16С, и нормированные в соответствии с восьмибитной шкалой, показанной слева (другие возможные шкалы включают 16-битную и 32-битную шкалу). Каждый пиксел имеет значение яркости от 0 до 255, где нулевое значение соответствует отсутствию обнаруженного света, а значение 255 соответствует наивысшему объему обнаруженного света. Приведение указанных значений яркости (127 и ниже) к нулю и приведение указанных значений яркости (128 и выше) к 255 позволяет получить черно-белые изображения, показанные на фиг. 16В и 16D. Специалисту будет очевидно, что также возможны и другие пороговые значения (а также множественные пороговые значения).After removing the background elements, a threshold value 1323 of the time series data is determined by converting the luminance value of each pixel to one of a predetermined number of values. The black and white images shown in FIG. 16A and 16C, and normalized according to the eight-bit scale shown on the left (other possible scales include 16-bit and 32-bit). Each pixel has a luminance value between 0 and 255, where zero represents no detected light and 255 represents the highest amount of light detected. Bringing the indicated brightness values (127 and below) to zero and reducing the indicated brightness values (128 and above) to 255 allows obtaining black-and-white images shown in FIG. 16B and 16D. It will be apparent to those skilled in the art that other thresholds (as well as multiple thresholds) are also possible.

Обнаружение частицParticle detection

Эффективное обнаружение частиц на изображении основано на ряде приемов обработки и сегментации изображения. Под термином сегментация понимают вычислительный процесс, в ходе которого интересующие объекты на изображении упрощают с получением дискретных, удобных для работы элементов. Способы сегментации для выделения объектов из изображения широко используют, например, в области медицинской визуализации, а указанные приемы применяют для идентификации частиц. В целом, изображения, полученные от камеры, подвергают предварительной обработке с использованием определения порога яркости, вычитания фона (статических элементов), фильтрации (например, полосовой фильтрации) и/или других приемов с целью максимального увеличения контраста. По завершении предварительной обработки процессор 130 сегментирует изображение и соответствующим образом классифицирует указанные участки. Подходящие подходы к сегментации включают, без ограничения, доверительное соединение, водораздел, функцию уровня, разделение графа, подход на основе сжатия, группирование, наращивание областей, многомасштабный подход, выделение контуров, подходы на основе гистограмм. После получения изображений сегментация может позволить получить дополнительную информацию для осуществления корреляции определенного элемента на полученном изображении с видом частицы. Например, информация об определенном сегментированном элементе, такая как площадь, периметр, яркость, четкость и другие характеристики, затем может быть использована для определения вида частицы.Effective particle detection in an image is based on a number of image processing and segmentation techniques. The term segmentation is understood as a computational process during which objects of interest in the image are simplified to obtain discrete, easy-to-use elements. Segmentation techniques for separating objects from an image are widely used, for example, in the field of medical imaging, and these techniques are used to identify particles. In general, images from the camera are preprocessed using luminance threshold detection, background (static) subtraction, filtering (eg, bandpass filtering), and / or other techniques to maximize contrast. Upon completion of preprocessing, the processor 130 segments the image and classifies the areas accordingly. Suitable segmentation approaches include, but are not limited to, confidence join, watershed, level function, graph splitting, squeeze-based approach, clustering, region augmentation, multi-scale approach, contouring, histogram-based approaches. Once images are acquired, segmentation can provide additional information to correlate a specific element in the resulting image with a particle view. For example, information about a particular segmented element, such as area, perimeter, brightness, clarity, and other characteristics, can then be used to determine the type of particle.

Отслеживание частиц и реверсирование временного рядаParticle tracking and time series reversal

Особую важность представляет тот факт, что ни один из известных из уровня техники инструментов для идентификации частиц в полной мере не принимает во внимание временное поведение частиц при их перемещении по флакону. При проведении измерений на основании одного фотографического изображения подсчет и определение размеров частиц могут быть неточными. Однако данные временного ряда обеспечивают более полную картину поведения частицы, которая может быть раскрыта при осуществлении отслеживания 1340 частиц, позволяющего формировать времязависимые динамические таб- 20 038813 лицы для каждой отдельной частицы, что обеспечивает значительно более надежное и точное измерение ее основных свойств. Отслеживание частиц представляет собой прием, широко используемый в видеомикроскопии, а также в технической гидродинамике (в последней области данный прием часто называют измерением скорости по отслеживанию траекторий частиц).Of particular importance is the fact that none of the prior art particle identification tools fully takes into account the temporal behavior of the particles as they move through the vial. When measurements are taken from a single photographic image, particle counting and sizing may not be accurate. However, time series data provide a more complete picture of particle behavior, which can be uncovered by tracking 1340 particles, allowing time-dependent dynamic tabs to be generated for each individual particle, which provides a much more reliable and accurate measurement of its basic properties. Particle tracking is a technique widely used in video microscopy, as well as in technical hydrodynamics (in the latter field, this technique is often referred to as velocity measurement by tracking the trajectories of particles).

Несмотря на то, что измерение скорости по отслеживанию траекторий частиц известно из уровня техники, в большинстве решений, связанных с отслеживанием частиц, предполагают, что перемещение частиц в промежутке между последовательными кадрами видеоизображения незначительно, и указанное перемещение меньше стандартного расстояния между частицами на отдельно взятом изображении. В подобных случаях достаточно связывания положений частиц путем определения ближайших соседних частиц на двух изображениях. Однако во многих областях применения данная модель не является подходящей. Вследствие высокой скорости вращения (например, примерно 300 об/мин, 1600 об/мин и/или 1800 об/мин) и потенциально высоких концентраций частиц, вероятен вариант, в котором частицы перемещаются в промежутке между последовательными кадрами на расстояние, значительно превышающее стандартное расстояние между частицами. Указанная проблема может быть решена путем использования определенного вида прогнозного отслеживания, включающего поиск частицы на участке, прогнозируемом на основании ранее отмеченного перемещения частицы. Прогнозное отслеживание включает оценку физических уравнений для осуществления математического прогнозирования примерного будущего положения частицы на следующем кадре согласно фиг. 17. Для повышения производительности указанная фаза прогнозного отслеживания может быть дополнена данными о местном поведении текучей среды (если таковые имеются), например, согласно описанию со ссылкой на фиг. 21С.Although the measurement of velocity by tracking particle trajectories is known in the art, most particle tracking solutions assume that the movement of particles between successive frames of the video image is negligible, and the specified movement is less than the standard distance between particles in a single image. ... In such cases, it is sufficient to link the positions of the particles by determining the nearest neighboring particles in two images. However, in many applications this model is not suitable. Due to high rotational speeds (for example, about 300 rpm, 1600 rpm and / or 1800 rpm) and potentially high particle concentrations, it is likely that particles move between successive frames at a distance significantly greater than the standard distance between the particles. This problem can be solved by using a certain type of predictive tracking, including searching for a particle in the area predicted based on the previously noted movement of the particle. Predictive tracking includes evaluating physical equations to mathematically predict the approximate future position of a particle in the next frame, as shown in FIG. 17. To improve performance, this predictive tracking phase may be supplemented with local fluid behavior data (if any), for example as described with reference to FIG. 21C.

Формирование точного прогноза определенной траектории может требовать наличия элементов известных данных, на которых основывается построение траектории. Проблема заключается в том, что в начале последовательности изображений, когда частицы перемещаются с наивысшей скоростью, известных данных, на которых основан прогноз положения, может быть мало или они могут вовсе отсутствовать. Однако со временем трение о стенку в емкости приводит к замедлению и последующей полной остановке движения вращающейся текучей среды. При фиксировании данных временного ряда в течение достаточного промежутка времени можно получить кадры, на которых частицы значительно замедляются или даже останавливаются.Accurately predicting a specific trajectory may require elements of known data on which to build the trajectory. The problem is that at the beginning of the sequence of images, when the particles are moving at the fastest speed, there may be little or no known data on which the position prediction is based. However, over time, friction against the wall in the container leads to a deceleration and subsequent complete stop of the movement of the rotating fluid. If you capture the time series data for a sufficient period of time, you can get frames in which the particles slow down significantly or even stop.

Реверсирование хронологии видеоизображения 1331, в результате которого частицы на изображении изначально неподвижны и медленно ускоряются по мере просмотра видеоизображения, позволяет обеспечить элементы известных данных для определения траектории. В начале видеоизображения, когда частицы теперь движутся очень медленно, для построения начальной фазы каждой из траекторий может быть использован принцип ближайшего совпадения. Затем, в надлежащий момент времени, система может перейти в прогнозный режим. Подобное реверсирование хронологии полученных данных значительно повышает производительность.Reversing the history of the video image 1331, whereby the particles in the image are initially stationary and slowly accelerate as the video image is viewed, allows for the provision of elements of known data to determine the trajectory. At the beginning of the video, when the particles are now moving very slowly, the principle of nearest coincidence can be used to plot the initial phase of each of the trajectories. Then, at the appropriate time, the system can go into predictive mode. This reversal of the history of acquired data significantly improves performance.

На фиг. 17 показан обзор процесса прогнозного отслеживания с реверсированием хронологии. Задача отслеживания частиц заключается в образовании связи между положением частицы ai на кадре i с ее положением ai+1 на кадре i+1, согласно фиг. 17(а). Указанный процесс не вызывает затруднений, если расстояние перемещения частицы а между кадрами меньше расстояния d от ближайшей к ней соседней частицы b. В случае если направление перемещения частицы неизвестно или случайно, наиболее простая методология заключается в обеспечении зоны поиска, обычно представляющей собой круг с радиусом rs, причем значение rs выбирают таким образом, что оно больше ожидаемого диапазона перемещения частицы, но меньше стандартного расстояния d между частицами, согласно фиг. 17(b). После реверсирования хронологии видеоизображения, согласно фиг. 17(с), частицы на изображении начинают медленно двигаться. Однако через некоторое время частицы на изображении ускоряются, и способ поиска по ближайшему совпадению может начать давать неверные результаты. Первые несколько кадров данных обратного временного ряда частично определяют траекторию, обеспечивая некоторый объем данных о скорости и ускорении частицы. Указанная информация может быть подставлена в соответствующие уравнения для обеспечения прогноза примерного местоположения частицы на кадре i+1, согласно фиг. 17(d). Вышеописанный способ отслеживания значительно более эффективен по сравнению с простым отслеживанием ближайшего совпадения, особенно в пробах с высокой плотностью и/или высокой скоростью частиц.FIG. 17 shows an overview of the historical reversal predictive tracking process. The task of tracking particles is to form a connection between the position of the particle ai on frame i with its position ai +1 on frame i + 1, according to FIG. 17 (a). The specified process does not cause difficulties if the distance of movement of the particle a between frames is less than the distance d from the nearest neighboring particle b to it. In the event that the direction of movement of the particle is unknown or random, the simplest methodology is to provide a search area, usually a circle with a radius r s , and the value of r s is chosen such that it is greater than the expected range of movement of the particle, but less than the standard distance d between particles, according to FIG. 17 (b). After reversing the video history, as shown in FIG. 17 (c), the particles in the image begin to move slowly. However, after a while, the particles in the image are accelerated, and the closest match method may start to give incorrect results. The first few frames of the inverse time series data partially define the trajectory, providing some data on the particle's velocity and acceleration. This information can be substituted into the appropriate equations to predict the approximate location of the particle in frame i + 1, as shown in FIG. 17 (d). The above tracking method is significantly more efficient than simple closest match tracking, especially in samples with high density and / or high particle velocity.

Обнаружение центра массыCenter of mass detection

На фиг. 18А и 18В показано обнаружение центра массы для частиц на данных (обратного) временного ряда после определения порога яркости. Сначала процессор 130 преобразует полутоновое изображение (фиг. 18А) в изображение с определенным порогом яркости (фиг. 18В). Каждая частица на изображении представлена в виде двухмерной проекции, форма и размер которой зависят от формы, размера и пространственной ориентации частицы в момент снятия кадра. Затем процессор вычисляет геометрический центр, или центр тяжести, каждой из двухмерных проекций (например, обозначенных координатами xi и yi) посредством любого подходящего способа (например, способом вертикали, геометрического разложения и т.д.). Процессор 130 может осуществлять покадровое сравнение местоположения центра тяжести определенной частицы для определения траектории частицы.FIG. 18A and 18B show the detection of the center of mass for particles on (inverse) time series data after the brightness threshold has been determined. First, the processor 130 converts a grayscale image (FIG. 18A) into an image with a certain threshold of brightness (FIG. 18B). Each particle in the image is presented in the form of a two-dimensional projection, the shape and size of which depend on the shape, size and spatial orientation of the particle at the moment of taking the frame. The processor then calculates the geometric center, or center of gravity, of each of the two-dimensional projections (eg, indicated by xi and yi coordinates) by any suitable method (eg, vertical, geometric decomposition, etc.). Processor 130 may compare frame by frame the location of the center of gravity of a particular particle to determine the trajectory of the particle.

- 21 038813- 21 038813

Загораживание частицParticle occlusion

Каждая из раскрытых в настоящем описании систем визуального осмотра проецирует трехмерный объем (емкость и ее содержимое) на двухмерную поверхность датчика формирования изображения. При использовании отдельно взятого двухмерного датчика траектории частиц могут пересекаться в трехмерном объеме. При этом одна частица может частично или полностью загораживать другую согласно фиг. 19. На фиг. 19(1), на последовательности изображений идентифицирована новая частица; отслеживание частицы на последовательности изображений позволяет получить ряд последовательных этапов, согласно фиг. 19(2). Для поиска потенциальных совпадений на последовательных кадрах используют зону поиска согласно фиг. 19(3). Периодически в зоне поиска находится несколько вероятных частиц, согласно фиг. 19(4), и в этом случае система выбирает наилучшее совпадение. Специалисту будет очевидно, что наилучшее совпадение может быть выбрано посредством любого из комбинации различных подходов. Например, данные, отображающие вероятную частицу на одном кадре, могут быть сравнены и/или коррелированы с данными, отображающими частицу на предыдущем кадре. Сравнение и/или корреляция параметров, включая без ограничения размер, форму, яркость и/или изменения вида на изображении, позволяют получить совпадение для вероятной частицы. Раскрытые системы визуального осмотра выполнены с возможностью различения столкновений, загораживаний и временных исчезновений частиц, например, загораживания согласно фиг. 19(5). После повторного обнаружения частицы согласно фиг. 19(6) путь частицы может быть построен заново. Заявленные системы также позволяют разрешать конфликты, вызванные столкновением двух путей (и их зон поиска) с обеспечением построения правильных траекторий согласно фиг. 19(7).Each of the visual inspection systems disclosed herein projects a three-dimensional volume (container and contents) onto a two-dimensional surface of an imaging sensor. When using a single 2D sensor, particle paths can intersect in a 3D volume. In this case, one particle can partially or completely obscure the other, according to FIG. 19. FIG. 19 (1), a new particle is identified in the sequence of images; Tracking a particle in a sequence of images allows a number of successive steps to be obtained, as shown in FIG. 19 (2). To search for potential matches on successive frames, the search area of FIG. 19 (3). Several probable particles are periodically found in the search area, as shown in FIG. 19 (4), in which case the system selects the best match. It will be apparent to those skilled in the art that the best match can be selected through any of a combination of different approaches. For example, data displaying a probable particle in one frame can be compared and / or correlated with data displaying a particle in a previous frame. Comparison and / or correlation of parameters, including but not limited to size, shape, brightness, and / or changes in appearance in the image, allows for a match for a likely particle. The disclosed visual inspection systems are configured to discriminate between collisions, obstructions, and temporary disappearances of particles, such as obstruction according to FIG. 19 (5). After re-detecting the particle according to FIG. 19 (6) the particle path can be rebuilt. The claimed systems also make it possible to resolve conflicts caused by the collision of two paths (and their search zones) while ensuring the construction of correct trajectories according to FIG. 19 (7).

На фиг. 20 показан другой случай загораживания частицы на двухмерном изображении: фиг 20(а) представляет собой обычное изображение взвешенных частиц. На фиг. 20(b)-(е) показаны увеличенные виды выделенного участка по фиг. 20(а), на котором две частицы приближаются друг к другу с противоположных сторон. На следующих кадрах данных (обратного) временного ряда видно, что в результате загораживания две частицы на изображении кажутся одной, неестественно крупной частицей. В случае частичного загораживания (фиг. 20(с)) на подобном изображении частицы могут выглядеть как одна неестественно крупная частица. В случае полного загораживания (фиг. 20(d)) более мелкая частица может полностью пропасть из поля зрения, и общее количество подсчитываемых частиц может уменьшиться на 1 частицу. Указанная ситуация может быть чрезвычайно важна при исследовании лекарственных препаратов вследствие того, что искусственно завышенное измерение размера может быть достаточным для превышения нормативного регламента несмотря на то, что рассматриваемый препарат содержит лишь допустимые, невидимые частицы. К моменту времени, показанному на фиг. 20(е), частицы вышли за пределы друг друга, и может быть возобновлено независимое отслеживание. Система визуального осмотра может автоматически исправлять ошибки, вызванные загораживанием, путем анализа траекторий частиц и последующих времязависимых профилей размера, что приводит к более низкому числу ложных отказов.FIG. 20 shows another case of particle obstruction in a two-dimensional image: FIG. 20 (a) is a conventional image of suspended particles. FIG. 20 (b) - (e) are enlarged views of the highlighted area of FIG. 20 (a), in which two particles approach each other from opposite sides. In the following data frames of the (reverse) time series, it can be seen that, as a result of occlusion, two particles in the image appear to be one, unnaturally large particle. In the case of partial occlusion (Fig. 20 (c)), in such an image, the particles may appear as one unnaturally large particle. In the case of complete occlusion (Fig. 20 (d)), the finer particle may completely disappear from the field of view, and the total number of particles counted may decrease by 1 particle. This situation can be extremely important in the study of medicinal products due to the fact that an artificially overestimated measurement of the size may be sufficient to exceed the normative regulation, despite the fact that the drug in question contains only permissible, invisible particles. At the point in time shown in FIG. 20 (e), particles have moved outside each other and independent tracking can be resumed. The visual inspection system can automatically correct occlusion errors by analyzing particle trajectories and subsequent time-dependent size profiles, resulting in a lower false rejection rate.

Подсчет потерянных частицCounting Lost Particles

Согласно вышеприведенному описанию частицы могут исчезать с участка последовательности видеоизображений по ряду причин. Частицы могут проходить через слепое пятно и/или мертвый участок, образованный в результате удаления статических элементов, согласно вышеприведенному описанию. Наконец, некоторые виды частиц могут проявлять оптическое поведение, заключающееся в их появлении и исчезновении (блеске) при рассмотрении посредством оптики формирования изображения. В подобных случаях процессор может прогнозировать перемещение указанных потерянных частиц согласно нижеприведенному описанию. При повторном появлении частицы на ожидаемом местоположении в пределах заданного промежутка времени процессор может связывать траектории и интерполировать виртуальные данные о частице для промежуточных кадров. Нужно отметить, что с нормативной точки зрения важно обеспечивать соответствующее обозначение виртуальных данных о частице для обеспечения возможности отличать указанные виртуальные данные от истинных, измеренных данных о частице.As described above, particles can disappear from a portion of a video sequence for a number of reasons. Particles can pass through the blind spot and / or dead spot resulting from the removal of static elements, as described above. Finally, some types of particles can exhibit optical appearance and disappearance (brilliance) behavior when viewed through imaging optics. In such cases, the processor can predict the movement of said lost particles as described below. When the particle reappears at the expected location within a given time interval, the processor can associate trajectories and interpolate virtual data about the particle for intermediate frames. It should be noted that from a regulatory point of view, it is important to provide appropriate labeling of the virtual data about the particle in order to be able to distinguish the indicated virtual data from the true, measured data about the particle.

На фиг. 21А-21С показан один из приемов отслеживания и повторного обнаружения потерянных частиц, т.е. частиц, временно исчезающих из поля зрения на протяжении последовательности видеоизображений. Исчезновение может быть вызвано загораживанием за другой (более крупной) частицей, загораживанием за дефектом поверхности, прохождением через известное слепое пятно или просто свойством оптической геометрии частицы (например, некоторые виды частиц могут быть видимыми лишь при определенных пространственных ориентациях). Нахождение или повторное обнаружение частиц, исчезающих из поля зрения, позволяет повысить точность обнаружения и идентификации частиц.FIG. 21A-21C show one technique for tracking and re-detecting lost particles, i. E. particles temporarily disappearing from the field of view during the sequence of video images. The disappearance can be caused by obstruction behind another (larger) particle, obstruction behind a surface defect, passing through a known blind spot, or simply by a property of the optical geometry of the particle (for example, some types of particles can be visible only in certain spatial orientations). Finding or re-detecting particles that disappear from the field of view improves the accuracy of particle detection and identification.

На фиг. 21А показано прогнозное отслеживание для обнаружения частицы, загороженной дефектом на поверхности емкости. Дефект поверхности рассеивает значительный объем света, насыщая соответствующий участок изображения. После удаления статических объектов указанный участок становится мертвой зоной на изображении. Любые частицы, проходящие через указанную зону, временно исчезают. Процессор 130 может заново обнаружить потерянные частицы путем формирования виртуальных частиц на ограниченном количестве этапов. В случае повторного появления и обнаружения частицы,FIG. 21A shows predictive tracking for detecting a particle obstructed by a defect on the surface of a container. A surface defect scatters a significant amount of light, saturating the corresponding area of the image. After removing static objects, the specified area becomes a dead zone in the image. Any particles passing through the specified area temporarily disappear. The processor 130 can re-detect the lost particles by generating virtual particles in a limited number of steps. In case of reappearance and detection of a particle,

- 22 038813 пути частиц совмещают.- 22 038813 the paths of the particles are combined.

В частности, процессор 130 использует прогнозное отслеживание для определения скорости частицы до ее исчезновения. Процессор также может использовать прогнозное отслеживание и скорость частицы для экстраполяции ожидаемого местоположения частицы. В случае повторного появления частицы в ожидаемом местоположении виртуальные местоположения могут быть связаны между собой с образованием полной траектории. В случае если частица не появляется повторно в течение заданного промежутка времени, она может быть помечена как безвозвратно утерянная, и ее отслеживание прекращают.In particular, processor 130 uses predictive tracking to determine the speed of a particle before it disappears. The processor can also use predictive tracking and particle velocity to extrapolate the expected location of the particle. If the particle reappears at the expected location, the virtual locations can be linked to form a complete trajectory. If a particle does not appear again within a specified period of time, it can be marked as irretrievably lost, and its tracking is stopped.

На фиг. 21В показан способ отслеживания частицы, испытывающей значительное ускорение или изменение направления в период, когда частица невидима. Вместо прогнозирования траектории частицы процессор 130 ретроспективно связывает фрагменты траекторий с использованием данных о природе местного поведения текучей среды. В данном случае процессор 130 объединил траектории путем рассмотрения характеристик ламинарного потока текучей среды при заданной скорости и шкале.FIG. 21B shows a method for tracking a particle undergoing significant acceleration or direction change during a period when the particle is invisible. Instead of predicting the trajectory of the particle, the processor 130 retrospectively associates the fragments of the trajectories using data about the nature of the local fluid behavior. In this case, the processor 130 has combined the trajectories by considering the characteristics of the laminar fluid flow at a given speed and scale.

На фиг. 21С показано исчезновение и повторное появление частиц при прохождении ими известных слепых пятен. В данном примере частица проходит через известное слепое пятно на дальнем крае емкости. Программирование процессора 130 с использованием информации о местоположении слепого пятна на изображении емкости позволяет процессору 130 реконструировать траекторию.FIG. 21C shows the disappearance and reappearance of particles as they pass through known blind spots. In this example, the particle passes through the known blind spot at the far end of the container. Programming processor 130 using blind spot location information in the container image allows processor 130 to reconstruct the trajectory.

Частицы неправильной формыIrregular particles

Некоторые частицы не имеют сферическую форму или недостаточно малы для рассмотрения в виде точки, используемого в большинстве приемов отслеживания частиц. По существу, многие частицы имеют неправильную форму и могут катиться и вращаться относительно камеры по мере их перемещения по текучей среде согласно фиг. 22А-22С. В некоторых случаях частица неправильной формы может выглядеть на изображении в виде двух отдельных частиц, каждая из которых имеет свою траекторию, согласно фиг. 22В. Подобное непредсказуемое перемещение установленного центра массы двухмерного объекта может скрывать истинное перемещение частицы. Указанное поведение серьезно затрудняет процесс прогнозного отслеживания. Система визуального осмотра по настоящему изобретению может обладать функцией, позволяющей учитывать очевидно искаженное перемещение частицы неправильной формы, например, путем вычисления средней траектории, согласно фиг. 22А и 22С, частицы неправильной формы.Some particles are not spherical or not small enough to be viewed as a point, which is used in most particle tracking techniques. As such, many particles are irregular in shape and can roll and rotate relative to the chamber as they travel through the fluid as shown in FIG. 22A-22C. In some cases, a particle of irregular shape may appear in the image as two separate particles, each of which has its own trajectory, as shown in FIG. 22B. Such an unpredictable movement of the established center of mass of a 2D object can obscure the true movement of the particle. This behavior seriously complicates the predictive tracking process. The visual inspection system of the present invention may have a function to account for apparently distorted movement of an irregularly shaped particle, for example, by calculating an average trajectory as shown in FIG. 22A and 22C, irregularly shaped particles.

Специфическая гидродинамика емкости/продуктаSpecific vessel / product hydrodynamics

Перемещение частиц в емкости по окончании вращения представляет собой результат комбинации перемещения текучей среды и гравитационного воздействия. Движение текучей среды представляет собой функцию вязкости текучей среды, объема наполнения, формы и размера емкости, изначальной скорости вращения. Производительность отслеживания частиц может быть значительно улучшена путем включения данных о физических ограничениях жидкостной системы в процесс построения траектории.The movement of particles in the container at the end of rotation is the result of a combination of fluid movement and gravity. Fluid movement is a function of fluid viscosity, fill volume, container shape and size, and initial rotational speed. Particle tracking performance can be significantly improved by incorporating the physical constraints of the fluid system into the trajectory construction process.

Гидродинамика жидкостей, вращаемых в известных емкостях, может при определенных условиях быть удивительно сложной. Включение данных гидродинамики (в отношении емкостей, широко используемых в фармакологии) в процесс построения траектории представляет собой область значительной инновации и развития по сравнению с уровнем техники.The hydrodynamics of fluids rotating in known containers can be surprisingly complex under certain conditions. The incorporation of hydrodynamic data (in relation to containers widely used in pharmacology) in the trajectory construction process is an area of significant innovation and development over the prior art.

На фиг. 23 показаны некоторые примеры поведения текучей среды в известных емкостях, причем результаты вычислительной модели сравнивают с фактическими траекториями частиц, полученными посредством платформы визуального осмотра. В ходе исследования были обнаружены неожиданные тонкости: например, на фиг. 23(d) показано перемещение частиц вдоль узкого вертикального столба в центре флакона, вызванное ослаблением вихря, образованного в ходе фазы вращения (фиг. 23(а)). По мере вертикального перемещения текучей среды в указанном центральном столбе кверху, жидкость может подхватывать и переносить кверху тяжелые частицы, которые теоретически должны тонуть. Указанная ситуация может, например, привести к ошибкам при идентификации пузырьков, которые теоретически должны всплывать, и инородных частиц, которые всплывают вследствие движения текучей среды, специфичного для данной емкости.FIG. 23 shows some examples of fluid behavior in prior art containers, with the results of the computational model being compared to actual particle paths obtained by the visual inspection platform. In the course of the study, unexpected subtleties were discovered: for example, in FIG. 23 (d) shows the movement of particles along a narrow vertical column in the center of the vial caused by the weakening of the vortex generated during the rotation phase (FIG. 23 (a)). As the vertical movement of the fluid in the specified central column upward, the fluid can pick up and carry upward heavy particles, which in theory should sink. This situation can, for example, lead to errors in the identification of bubbles, which theoretically should float, and foreign particles, which float due to the movement of the fluid, specific to the given container.

Заявленные системы визуального осмотра могут использовать известные данные об ожидаемой гидродинамике лекарственных препаратов для получения более точных результатов, что невозможно в других случаях. Комбинирование физической модели, подобной показанной на фиг. 23, с отслеживанием частиц представляет собой значительное усовершенствование существующей технологии.The claimed systems of visual inspection can use the known data on the expected hydrodynamics of drugs to obtain more accurate results, which is not possible in other cases. Combining a physical model like that shown in FIG. 23 with particle tracking represents a significant improvement over existing technology.

Коррекция ошибокCorrection of errors

Несмотря на то, что системы визуального осмотра по настоящему изобретению демонстрируют надежность в большинстве экспериментальных условий, сложность решения задачи отслеживания большого числа частиц, перемещающихся в маленьком трехмерном объеме, подразумевает постоянное наличие риска допущения ошибок, в основном выражающихся в формировании неверных траекторий между последовательными кадрами при столкновении частиц. Указанный феномен показан на фиг. 24А.Although the visual inspection systems of the present invention demonstrate robustness under most experimental conditions, the difficulty of tracking a large number of particles moving in a small 3D volume implies a constant risk of errors, mainly resulting in incorrect trajectories between successive frames when collision of particles. This phenomenon is shown in FIG. 24A.

Понимание физических ограничений системы визуального осмотра может заключать в себе преимущество. В целом основной вид локального движения текучей среды вокруг каждой частицы представляет собой ламинарное движение (а не турбулентное или случайное). По существу это означает, что при наличии достаточно быстрой камеры естественные траектории частиц в данной системе должны незначительно варьироваться без неожиданных резких изменений направления, в особенности при прохо- 23 038813 ждении частицами центра емкости, показанного на изображении. После завершения изначального связывания траекторий система может ретроспективно анализировать траектории с целью обнаружения подобных ошибок. В случае если ошибки обнаружены, система может сравнить проходящие поблизости траектории с целью возможного обнаружения более физически закономерного решения. Указанный процесс показан на фиг. 24В.Understanding the physical limitations of a visual inspection system can be beneficial. In general, the main type of local fluid movement around each particle is laminar (rather than turbulent or random) movement. Essentially, this means that given a fast enough camera, the natural trajectories of particles in a given system should vary slightly without unexpected abrupt changes in direction, especially as the particles pass the center of the container shown in the image. After the initial linking of trajectories is complete, the system can retrospectively analyze the trajectories to detect such errors. If errors are found, the system can compare the trajectories passing nearby in order to possibly find a more physically logical solution. This process is shown in FIG. 24V.

Точный подсчет количества частицAccurate particle counting

Количество частиц может быть выведено на основании подсчета количества частиц на фотографическом изображении, снятом в один момент времени (например, согласно фиг. 24А) после обнаружения частиц, причем каждой частице присваивают порядковый номер. Данный подход прост, но при его использовании подсчет количества частиц в объеме вследствие ряда причин зачастую неполон. Например, одна или несколько частиц могут быть загорожены другой частицей или дефектом поверхности. Частицы могут быть расположены в известных (или неизвестных) слепых пятнах. Кроме того, крайне малые или тусклые частицы могут периодически появляться и исчезать из поля зрения по мере их перемещения между значениями пределов измерения.The number of particles can be inferred from a count of the number of particles in a photographic image taken at one point in time (eg, as shown in FIG. 24A) after detecting the particles, with each particle being assigned a sequential number. This approach is simple, but when used, the counting of the number of particles in the volume is often incomplete for a number of reasons. For example, one or more particles may be obscured by another particle or surface defect. Particles can be located in known (or unknown) blind spots. In addition, extremely small or dim particles can periodically appear and disappear from the field of view as they move between the measurement limits.

Одно из преимуществ отслеживания частиц, раскрытого в настоящем описании, заключается в том, что указанный процесс позволяет учитывать все указанные проблемы. В результате, для обеспечения надежного отслеживания частиц подсчет частиц может быть усовершенствован путем подсчета количества отдельных путей частиц (согласно фиг. 24В), а не количества частиц на одном изображении или статистического анализа нескольких изображений. Подсчет количества траекторий частиц вместо количества частиц на одном кадре (или наборе кадров) представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с известными приемами отслеживания частиц. Повышение точности варьируется в зависимости от количества и размеров присутствующих частиц. В целом, по мере увеличения количества частиц повышается вероятность загораживания, и, соответственно, повышение точности вследствие временных возможностей заявленного процесса отслеживания частиц увеличивается пропорционально.One of the advantages of particle tracking disclosed herein is that the process allows for all of these problems. As a result, particle counting can be improved to provide reliable particle tracking by counting the number of individual particle paths (as shown in FIG. 24B) rather than the number of particles in a single image or statistical analysis of multiple images. Counting the number of particle trajectories instead of the number of particles in one frame (or set of frames) is a significant improvement over the known particle tracking techniques. The increase in accuracy will vary depending on the number and size of particles present. In general, as the number of particles increases, the likelihood of obstruction increases, and, accordingly, the increase in accuracy due to the timing of the claimed particle tracking process increases proportionally.

Точный подсчет размера частицAccurate particle size counting

Известные системы измерения частиц измеряют размер частиц на основании статических изображений. Наиболее часто указанный процесс осуществляют путем измерения длины самой длинной очевидной оси частицы, или диаметра Фере, согласно фиг. 25, в соответствии с нормативными и/или промышленными стандартами, которые могут принимать за размер частицы самую большую протяженность частицы. Согласно данному определению волос длиной 1 мм находится в одной классификационной категории со сферической частицей диаметром 1 мм. С учетом вышеуказанного, максимальный диаметр Фере представляет собой разумный показатель измерения на основании двухмерного изображения. Тем не менее, измерение размера частицы на основании статических изображении влечет за собой ряд значительных проблем.Known particle measuring systems measure particle size based on static images. Most often, this process is carried out by measuring the length of the longest apparent axis of the particle, or the Feret diameter, as shown in FIG. 25, in accordance with regulatory and / or industry standards, which can be taken as the largest particle size. According to this definition, hairs with a length of 1 mm are in the same classification category with a spherical particle with a diameter of 1 mm. Considering the above, the maximum Feret diameter is a reasonable measurement based on the 2D image. However, measurement of particle size from static images entails a number of significant problems.

Во-первых, на двухмерной проекции трехмерного объема несколько частиц могут легко перекрывать друг друга с образованием на изображении одной, значительно более крупной частицы. В области промышленности, в которой регулирующие структуры устанавливают очень строгие верхние границы допускаемого размера частиц, вышеуказанное является крайне значительной проблемой, в особенности в области изготовления, в которой подобный подход может приводить к ложным отказам, в особенности при изучении проб с плотными популяциями частиц.First, in a two-dimensional projection of a three-dimensional volume, several particles can easily overlap each other to form one, much larger particle in the image. In an industrial field in which regulatory structures impose very strict upper bounds on the particle size tolerance, the above is an extremely significant problem, especially in the manufacturing field, where such an approach can lead to false rejections, especially when studying samples with dense populations of particles.

Во-вторых, частицы неправильной формы могут непредсказуемо поворачиваться (относительно камеры) по мере их перемещения по емкости. При использовании единственного двухмерного фотографического изображения может быть невозможно с точностью гарантировать, что наибольшая протяженность отдельно взятой частицы ортогональна оси осмотра камеры. Следовательно, система может систематически занижать размеры частиц, что может нести за собой крайне нежелательные последствия в строго регулируемой области промышленности. Изучение времязависимого максимального диаметра Фере частицы по мере ее перемещения по емкости посредством отслеживания частицы обеспечивает значительно более точное измерение наибольшей протяженности частицы.Second, irregularly shaped particles can rotate unpredictably (relative to the camera) as they move through the container. When using a single two-dimensional photographic image, it may not be possible to accurately ensure that the greatest extent of a single particle is orthogonal to the camera's viewing axis. Consequently, the system can systematically underestimate the particle size, which can have extremely undesirable consequences in a highly regulated industry. Studying the time-dependent maximum Feret diameter of a particle as it travels through the container by tracking the particle provides a much more accurate measurement of the longest particle size.

В-третьих, по мере перемещения частиц по цилиндрической емкости ось длины частиц обычно соответствует направлению движения окружающего тока текучей среды, согласно фиг. 25А и 25В. В целом, при использовании цилиндрической емкости это означает, что удлиненные частицы могут казаться крупнее по центру изображения по сравнению с дальними боковыми краями. Устройство формирования изображения обычно обнаруживает максимальный очевидный размер частицы (диаметр Фере) при перемещении частицы ортогонально относительно оптической оси датчика формирования изображения. При отслеживании отдельной частицы по мере ее прохождения по емкости может быть точно измерено правильное максимальное удлинение частицы, чего сложно добиться при использовании процедуры статического измерения.Third, as the particles move through the cylindrical container, the particle length axis usually corresponds to the direction of movement of the surrounding fluid current, as shown in FIG. 25A and 25B. In general, when using a cylindrical container, this means that elongated particles may appear larger in the center of the image compared to the far side edges. The imaging apparatus typically detects the maximum apparent particle size (Feret diameter) when the particle moves orthogonally to the optical axis of the imaging sensor. By tracking an individual particle as it travels through the vessel, the correct maximum particle elongation can be accurately measured, which is difficult to achieve with a static measurement procedure.

Наконец, несмотря на все попытки минимизировать эффект размытости изображения путем стробирования освещения (согласно вышеприведенному описанию), по-прежнему возможно возникновение некоторой размытости изображения в начале последовательности формирования изображения, когда жидкость и частицы перемещаются с максимальной скоростью. При использовании времязависимого анализа размера частиц, артефакты данных, вызванные размытостью изображения (которая обычно уве- 24 038813 личивает измеренный размер частиц), могут быть обнаружены и погашены.Finally, despite all attempts to minimize the blurring effect by strobing lighting (as described above), it is still possible for some blurring to occur at the start of the imaging sequence when fluid and particles move at maximum speed. By using time-dependent particle size analysis, data artifacts caused by image blur (which typically increase the measured particle size) can be detected and suppressed.

На фиг. 25С-25Е показан процесс использования данных временного ряда для отслеживания траекторий частиц с целью обеспечения более точных измерений размера частиц. На фиг. 25С показан типичный путь 100-микронной полимерной микросферы по флакону после его вращения. Частицы перемещаются наиболее быстро относительно камеры вследствие того, что на изображении они пересекают центр емкости в момент, когда их скорость ортогональна направлению осмотра, согласно фиг. 25D. Например, в случае если изначальная скорость вращения составляет 300 об/мин, а радиальное местоположение частицы rp составляет 5 мм, то скорость частицы vp составляет примерно 9.4 м/с. При указанной скорости время экспозиции камеры, составляющее всего лишь 10 мкс, удваивает очевидный размер частицы вследствие размытости изображения. На фиг. 25Е показано, насколько серьезно размытость изображения может влиять на изображения: слева частицы движутся быстро (примерно 300 об/мин) и кажутся вытянутыми; справа те же частицы неподвижны и выглядят более круглыми.FIG. 25C-25E show the process of using time series data to track particle trajectories to provide more accurate particle size measurements. FIG. 25C shows the typical path of a 100 micron polymer microsphere through a vial after rotation. The particles move most rapidly relative to the camera due to the fact that in the image they cross the center of the container at the moment when their speed is orthogonal to the viewing direction, according to FIG. 25D. For example, if the initial rotation speed is 300 rpm, and the radial location of the particle rp is 5 mm, then the particle velocity vp is about 9.4 m / s. At this speed, a camera exposure time of as little as 10 μs doubles the apparent particle size due to image blur. FIG. 25E shows how severe image blur can affect images: on the left, particles move quickly (about 300 rpm) and appear elongated; on the right, the same particles are stationary and appear more round.

На фиг. 25F показан график зависимого от времени диаметра Фере для частицы, показанной на фиг. 25С. Вследствие воздействия линзового эффекта цилиндрической емкости, очевидный размер частицы поблизости от края емкости (точка D на правой оси) уменьшен. Наиболее точная оценка максимального размера частицы осуществлена при прохождении частицей центра емкости с небольшой скоростью (точка В на правой оси). При излишне высокой скорости (что обычно происходит в течение первых нескольких секунд после вращения емкости) размытость изображения приводит к увеличению очевидного размера частицы (точка А на правой оси). Со временем, под действием силы трения текучей среды, частица полностью прекращает движение (точка С на правой оси). В этом случае пиковые значения среднего диапазона (точка В на правой оси) представляют собой наиболее точный показатель максимального размера частицы.FIG. 25F is a plot of Feret diameter over time for the particle shown in FIG. 25C. Due to the lens effect of the cylindrical container, the apparent particle size near the edge of the container (point D on the right axis) is reduced. The most accurate estimate of the maximum particle size was carried out when the particle passed the center of the container at a low speed (point B on the right axis). At an excessively high speed (which usually occurs within the first few seconds after rotating the container), blurring of the image leads to an increase in the apparent size of the particle (point A on the right axis). Over time, under the action of the frictional force of the fluid, the particle stops moving completely (point C on the right axis). In this case, the mid-range peaks (point B on the right axis) represent the most accurate indication of the maximum particle size.

Определение характеристик частицParticle characterization

На фиг. 26А показаны последовательные кадры данных временного ряда, содержащие частицы и их траектории. Примерно планарные пути отображают траектории 100-микронных полимерных микросфер, имитирующих белковые агрегаты. Указанные частицы, обладающие практически нейтральной плавучестью, перемещаются вместе с текучей средой и значительно не всплывают и не тонут. Вертикальные направленные книзу пути отображают траектории 100-микронных бусин стекла, изначально вращавшихся вместе с текучей средой, но затем потонувших по мере прогресса последовательности. Поднимающиеся кверху пути отображают траектории пузырьков воздуха и частиц с положительной плавучестью.FIG. 26A shows sequential frames of time series data containing particles and their paths. The roughly planar pathways represent the trajectories of 100 micron polymer microspheres that mimic protein aggregates. These particles, which have practically neutral buoyancy, move with the fluid and do not significantly float or sink. The vertical downward paths represent the trajectories of 100-micron glass beads that initially rotated with the fluid, but then sank as the sequence progressed. The upward paths represent the trajectories of air bubbles and particles with positive buoyancy.

Отслеживание частиц позволяет измерять ряд времязависимых свойств, способных обеспечить важные ориентиры, указывающие на природу исследуемых частиц. Например, пузырьки воздуха, обычно считающиеся безвредными с нормативной точки зрения, могут провоцировать ошибки в известных оптических механизмах осмотра, что приводит к ложноположительным результатам и ложным отказам. В данном случае времязависимое перемещение частицы (пузырьки воздуха обычно поднимаются в вертикальном направлении по мере замедления движения текучей среды) обеспечивает крайне очевидную характеристику, которая может быть легко идентифицирована на основании траектории, полученной путем отслеживания частиц. Сходным образом частицы с нейтральной плавучестью могут не всплывать и не тонуть в значительной мере, в то время как плотные частицы тонут и падают на дно емкости. Более легкие частицы могут быть подхвачены вихрем, образованным вращающейся текучей средой, а тяжелые частицы могут иметь прямолинейные траектории.Particle tracking allows the measurement of a number of time-dependent properties that can provide important clues to the nature of the particles being investigated. For example, air bubbles, generally considered to be normatively harmless, can cause errors in known optical inspection mechanisms, leading to false positives and false failures. In this case, the time-dependent movement of the particle (air bubbles usually rise in the vertical direction as the fluid decelerates) provides an extremely obvious characteristic that can be easily identified based on the trajectory obtained by tracking the particles. Likewise, particles with neutral buoyancy may not float or sink to a significant extent, while dense particles sink and fall to the bottom of the tank. Lighter particles can be picked up by the vortex generated by the rotating fluid, and heavier particles can have rectilinear trajectories.

В целом, процесс отслеживания частиц обеспечивает времязависимую динамическую таблицу, сходную с показанной на фиг. 26В, содержащую подробности, касающиеся всех интересующих параметров, включая местоположение, скорость перемещения, направление перемещения, ускорение, размер (т.е. двухмерную площадь), размер (максимальный диаметр Фере), удлинение, сферичность, контраст и яркость. Указанные параметры обеспечивают комплекс признаков, который может быть использован для классификации частицы (отнесения ее к определенному виду). Указанный подход, выполнимый посредством решения отслеживания частиц, хорошо подходит для большинства интересующих частиц. Возможность распределения частиц по категориям отдельно для каждой частицы на основании подобного диапазона времязависимых измерений является особым преимуществом настоящего изобретения.In general, the particle tracking process provides a time-dependent spreadsheet similar to that shown in FIG. 26B containing details of all parameters of interest, including location, travel speed, direction of travel, acceleration, size (i.e., two-dimensional area), size (maximum Feret diameter), elongation, sphericity, contrast, and brightness. These parameters provide a set of features that can be used to classify a particle (assign it to a specific species). This approach, accomplished by a particle tracking solution, works well for most particles of interest. The ability to categorize particles separately for each particle based on a similar range of time-dependent measurements is a particular advantage of the present invention.

Сжатие видеоизображенияVideo compression

Использование датчиков формирования изображения с крайне высокой разрешающей способностью способствует визуализации крайне малых частиц в сравнительно крупной емкости. Для обеспечения точного построения траектории также необходимо максимально увеличить скорость формирования изображения. Комбинация указанных требований приводит к получению файлов видеоизображения крайне большого размера, например, 1 ГБ, 2 ГБ, 5 ГБ, 10 ГБ или больше. В некоторых областях применения может быть необходимым архивирование исходного видеоизображения в дополнение к данным анализа. Даже для наборов проб среднего размера наличие файлов большого размера может привести к непомерно высоким затратам на хранение данных.The use of extremely high resolution imaging sensors facilitates the imaging of extremely small particles in a relatively large vessel. To ensure accurate trajectory construction, it is also necessary to maximize the imaging speed. A combination of these requirements results in extremely large video files such as 1 GB, 2 GB, 5 GB, 10 GB or more. In some applications it may be necessary to archive the original video in addition to the analysis data. Even for medium sample sets, large file sizes can lead to prohibitive storage costs.

Для уменьшения размеров файлов данных (обратного) временного ряда может быть применено сжатие видеоизображения данных (обратного) временного ряда. Для сохранения точности данных о частицах может потребоваться использование сжатия видеоизображения без потерь. Исследования показы- 25 038813 вают, что более широко используемые (и более экономичные) системы сжатия с потерями (например,To reduce the size of the data files of the (reverse) time series, video compression of the (reverse) time series data can be applied. Lossless video compression may be required to maintain the accuracy of the particle data. Research has shown that the more widely used (and more economical) lossy compression systems (e.g.

MPEG) могут в значительной мере исказить и внести помехи в изображение с образованием на нем ряда нежелательных визуальных артефактов.MPEG) can significantly distort and interfere with the image with the formation of a number of unwanted visual artifacts.

Несмотря на то, что сжатие без потерь в целом сравнительно неэффективно по сравнению со сжатием с потерями, может быть предпринят ряд шагов, позволяющих повысить эффективность сжатия без потерь. На большинстве кадров данных временного ряда показано небольшое число мелких, ярких объектов на темном фоне. Темный фон не содержит полезной информации. Фон не является полностью черным, а сформирован из крайне слабого случайного шума. Замена указанного фона на полностью черный фон позволяет в значительной мере упростить изображение и обеспечивает значительно более эффективную работу стандартных способов сжатия без потерь (например, zip или Huffyuv).Although lossless compression is generally relatively inefficient compared to lossy compression, a number of steps can be taken to improve the efficiency of lossless compression. Most time series data frames show a small number of small, bright objects against a dark background. A dark background does not contain useful information. The background is not completely black, but is formed from extremely weak random noise. Replacing the specified background with a completely black background greatly simplifies the image and makes standard lossless compression methods (such as zip or Huffyuv) work much more efficiently.

Указанный процесс известен из уровня техники. Инновация настоящего изобретения заключается в принятии конкретного решения о том, что фактически является фоном на отдельно взятом кадре. В ходе других процессов сжатия устанавливают пороговое значение яркости и предполагают, что все пикселы на изображении, значение яркости которых ниже порогового, являются частью фона. В широком смысле указанный подход является эффективным, но может привести к небольшому уменьшению размеров изображения сохраняемых частиц, а также может привести к полному удалению крайне тусклых частиц с яркостью того же порядка, что и верхняя граница присущего изображению случайного фонового шума.This process is known from the prior art. The innovation of the present invention lies in making a concrete decision about what is actually the background in a given frame. Other compression processes set a luminance threshold and assume that all pixels in the image below the luminance value are part of the background. In a broad sense, this approach is effective, but it can lead to a small reduction in the size of the image of the stored particles, and can also lead to the complete removal of extremely dim particles with a brightness of the same order of magnitude as the upper limit of the random background noise inherent in the image.

Несмотря на то, что указанные известные приемы способны работать с данными (обратного) временного ряда, использованное в приведенных вариантах реализации сжатие включает уникальный этап, на котором обеспечен анализ фона с целью обнаружения тусклых частиц до использования разрушающего процесса определения порогового значения. Данный процесс обеспечивает наилучший баланс между сохранением точности данных и максимальным снижением требований к хранению данных.While these prior art techniques are capable of working with (inverse) time series data, the compression used in these embodiments includes a unique step in which background analysis is provided to detect faint particles prior to using a destructive threshold determination process. This process provides the best balance between maintaining data accuracy and minimizing data storage requirements.

Определение объема наполнения и менискаDetermination of filling volume and meniscus

Автоматизированные примеры реализации платформы визуального осмотра позволяют точно определять объем наполнения пробы, что является важным в исследовательских областях применения, где нет гарантии постоянства объема наполнения на протяжении всего периода экспериментальной работы. Указанный процесс особенно полезен при работе с особо крупными файлами данных, например файлами, формируемыми в ходе работы датчиков изображения высокого разрешения, оказывающей давление на работу по передаче и хранению данных. По этой причине может быть желательно ограничить снимаемое изображение таким образом, что оно охватывает лишь объем текучей среды, так как любая дополнительная информация не представляет интереса.Automated examples of the implementation of the visual inspection platform allow you to accurately determine the volume of the sample filling, which is important in research applications where there is no guarantee of a constant filling volume throughout the entire period of experimental work. This process is especially useful when dealing with particularly large data files, such as files generated by high-resolution image sensors, which put pressure on data transmission and storage operations. For this reason, it may be desirable to constrain the captured image so that it only covers the volume of the fluid, since any additional information is not of interest.

В показанных системах могут быть использованы, например, автоматизированные алгоритмы выделения контуров или распознавания объектов для обнаружения границ емкости на изображении, согласно фиг. 27-29 и нижеприведенному описанию. Вследствие того, что мениск и основание флакона представляют собой уникальные объекты, для точной идентификации их положения на изображении может быть использован ряд возможных конфигураций освещения и/или приемов обработки изображения. Интересующий участок определяют путем измерения объема наполнения и определения участка изображения, занятого текучей средой. В частности, согласно фиг. 8, конфигурации, в которых использованы источники света 122f (фоновая подсветка), 122е (подсветка снизу) и комбинация источников 122а и 122b (освещение с заднего угла), могут быть использованы для определения объема наполнения согласно нижеприведенному описанию.The systems shown can use, for example, automated contouring or object recognition algorithms to detect container boundaries in an image, as shown in FIG. 27-29 and the description below. Because the meniscus and base of the bottle are unique objects, a number of possible lighting configurations and / or image processing techniques can be used to accurately identify their position in the image. The region of interest is determined by measuring the fill volume and determining the region of the image occupied by the fluid. In particular, referring to FIG. 8, configurations in which light sources 122f (backlight), 122e (bottom light), and a combination of sources 122a and 122b (backlight) are used can be used to determine the fill volume as described below.

На фиг. 27A-27F показано автоматическое обнаружение интересующего участка внутри емкости с использованием освещения 122а и 122b с заднего угла по фиг. 8. На фиг. 27А показано статичное изображение емкости, на котором основание сосуда и мениск ясно различимы в виде четких, ярких объектов. В качестве примера процессор может использовать выделение контуров с целью идентификации вертикальных стенок емкости и ширины w интересующего участка, согласно фиг. 27В. Для обнаружения мениска и основания флакона, вид которых может быть менее предсказуем, в процессе могут быть использованы определение порога яркости и сегментация с целью обеспечения упрощенного изображения интересующего участка (показанного на фиг. 27С). На указанном этапе процессор может автоматически идентифицировать емкости, которые могут быть неподходящими для анализа частиц, например, емкости, поверхности которых поцарапаны и/или покрыты грязью. Эффективность системы может быть нарушена в результате излишней мутности, дефектов поверхности емкости или излишне высокой концентрации частиц (в результате чего отдельные частицы уже не могут быть выделены на изображении). Если процессор определяет, что емкость является подходящей, объекты, соответствующие мениску и основанию флакона, могут затем быть выделены и упрощены, согласно фиг. 27D. Процессор задает вертикальную высоту h интересующего участка в виде расстояния между нижним краем мениска и верхним краем основания флакона, согласно фиг. 27Е. Наконец, процессор может обрезать исходный поток изображений с использованием значений ширины и высоты интересующего участка, в результате чего снимают лишь участок изображения, занятый видимой текучей средой, согласно фиг. 27F.FIG. 27A-27F show automatic detection of a region of interest within a container using illumination 122a and 122b from the rear corner of FIG. 8. In FIG. 27A shows a static view of a container in which the base of the container and the meniscus are clearly visible as crisp, bright objects. As an example, the processor may use contouring to identify the vertical walls of the container and the width w of the region of interest, as shown in FIG. 27B. To detect the meniscus and base of the vial, which may be less predictable, the process can use luma threshold and segmentation to provide a simplified image of the region of interest (shown in FIG. 27C). At this point, the processor can automatically identify containers that may not be suitable for particle analysis, such as containers whose surfaces are scratched and / or covered with dirt. System performance can be compromised by excessive turbidity, vessel surface defects, or excessive particle concentration (as a result of which individual particles can no longer be highlighted in the image). If the processor determines that the container is suitable, the objects corresponding to the meniscus and base of the vial can then be highlighted and simplified as shown in FIG. 27D. The processor defines the vertical height h of the region of interest as the distance between the lower edge of the meniscus and the upper edge of the base of the bottle, as shown in FIG. 27E. Finally, the processor can trim the original image stream using the width and height values of the region of interest, so that only the visible fluid region of the image is captured as shown in FIG. 27F.

На фиг. 28А-28С показан сходный процесс обнаружения мениска, выполняемый на основании данных, полученных с использованием конфигурации фонового освещения (например, источника 122f света на фиг. 8). На фиг. 28А показан кадр данных временного ряда, отображающий обычную емкость, изобра- 26 038813 жение которого получают с использованием фоновой подсветки. Мениск, стенки и основание легко различимы, и могут быть автоматически обнаружены посредством выделения контуров согласно фиг. 28В. Тем не менее, такие дефекты, как большие царапины, могут нарушить точность процесса обнаружения мениска при использовании фоновой подсветки (фиг. 28В) или подсветки с заднего угла (например, согласно фиг. 29С, описание приведено ниже). В одном примере реализации для идентификации мениска и основания флакона используют определение порога яркости изображения. Вследствие того, что указанные объекты являются относительно крупными, а также благодаря их форме, они рассеивают относительно большой объем света по направлению к детектору, и они могут быть легко идентифицированы вследствие того, что они значительно отличаются от любых других возможно присутствующих объектов.FIG. 28A-28C show a similar meniscus detection process performed based on data obtained using a background illumination configuration (eg, light source 122f in FIG. 8). FIG. 28A shows a time series data frame depicting a typical capacitance, which is imaged using backlighting. The meniscus, walls, and base are easily distinguishable and can be automatically detected by the outlining according to FIG. 28B. However, defects such as large scratches can interfere with the accuracy of the meniscus detection process when using backlighting (FIG. 28B) or backlighting (for example, referring to FIG. 29C, described below). In one embodiment, an image luminance threshold determination is used to identify the meniscus and base of the vial. Due to the fact that these objects are relatively large, and also due to their shape, they scatter a relatively large amount of light towards the detector, and they can be easily identified due to the fact that they are significantly different from any other objects possibly present.

На фиг. 29A-29D показано обнаружение мениска в цилиндрическом сосуде с приблизительно планарным дном. Автоматическое определение объема наполнения начинается с определения порога яркости (фиг. 29А) с целью обнаружения мениска, что позволяет установить интересующий участок, а также является мерой объема наполнения. Затем, на фиг. 29В, освещение под углом позволяет подсвечивать дефекты поверхности, такие как царапины (показаны на чертеже), пыль, отпечатки пальцев, дефекты стекла или конденсат, способные затруднить выделение контуров. Освещение флакона снизу (например, посредством источника 122е света по фиг. 8), согласно фиг. 29С, подсвечивает мениск образом, (относительно) нечувствительным к дефектам поверхности - в данном примере мениск виден даже несмотря на то, что поверхность сильно исцарапана. Освещение снизу также позволяет дифференцировать пустые флаконы и полные флаконы, согласно фиг. 29D, и точно определять высоту мениска при любом уровне заполнения между указанными крайними значениями. Освещение флакона снизу повышает эффективность обнаружения мениска вследствие того, что оно нивелирует ошибки, вызванные наличием царапин и других дефектов поверхности (фиг. 27С). Устройство источника 122е света таким образом, что он освещает сосуд под небольшим углом, дополнительно снижает чувствительность к дефектам поверхности. При освещении шприцов, которые сложно освещать снизу ввиду отсутствия прозрачного основания емкости, сходный эффект может быть достигнут путем освещения под малым углом.FIG. 29A-29D show the detection of a meniscus in a cylindrical vessel with an approximately planar bottom. The automatic detection of the fill volume begins by determining the brightness threshold (Fig. 29A) in order to detect the meniscus, which allows the location of interest to be identified, and is also a measure of the fill volume. Then, in FIG. 29B, angled illumination illuminates surface imperfections such as scratches (shown in the drawing), dust, fingerprints, glass imperfections, or condensation that can make it difficult to distinguish outlines. Illumination of the bottle from below (eg, by the light source 122e of FIG. 8) as shown in FIG. 29C, illuminates the meniscus in a manner that is (relatively) insensitive to surface imperfections - in this example, the meniscus is visible even though the surface is severely scratched. The illumination from below also makes it possible to differentiate between empty vials and full vials, as shown in FIG. 29D, and accurately determine the meniscus height at any fill level between the specified extremes. Bottom illumination of the vial enhances meniscus detection by eliminating errors caused by scratches and other surface defects (FIG. 27C). Arranging the light source 122e so that it illuminates the vessel at a slight angle further reduces sensitivity to surface defects. When illuminating syringes that are difficult to illuminate from below due to the lack of a transparent container base, a similar effect can be achieved by lighting at a low angle.

Приемы исследования, сходные с вышеописанным обнаружением мениска, могут также быть использованы для скрининга объектов, способных негативно сказаться на любых последующих попытках идентификации и анализа взвешенных в текучей среде частиц. Подобные варианты могут включать идентификацию излишне мутных жидкостей, сильно поврежденных емкостей (включая большое число царапин или обломки на поверхности), и жидкостей, в которых концентрация частиц настолько высока, что отдельные частицы уже не могут быть выделены на изображении.Testing techniques similar to the above-described meniscus detection can also be used to screen for objects that could adversely affect any subsequent attempts to identify and analyze particles suspended in the fluid. Such options may include identifying excessively cloudy liquids, severely damaged containers (including a large number of scratches or debris on the surface), and liquids in which the concentration of particles is so high that individual particles can no longer be distinguished in the image.

Процессоры и памятьProcessors and memory

Специалисту будет очевидно, что раскрытые в настоящем описании процессоры могут содержать любое подходящее устройство, обеспечивающее обработку и хранение данных, и содержащее устройства ввода-вывода, позволяющие запускать программы-приложения и т.п. Примеры процессоров могут быть встроены в интегральные микросхемы, программируемые пользователем вентильные матрицы, и/или любую другую подходящую архитектуру. Раскрытые процессоры могут также быть связаны с другими вычислительными устройствами, включая другие процессор и/или компьютер-серверы посредством сетей связи. Сеть связи может являться частью сети удаленного доступа, глобальной сети (например, сети Интернет), всемирной группы компьютеров, локальной вычислительной сети или глобальной вычислительной сети, а также межсетевых шлюзов, использующих соответствующие протоколы (TCP/IP, Bluetooth, etc.) для обеспечения взаимной связи. Также возможны и другие архитектуры электронных устройств и компьютерных сетей.One of ordinary skill in the art will appreciate that the processors disclosed herein may comprise any suitable device capable of processing and storing data, and including input / output devices capable of running application programs and the like. Examples of processors may be embedded in integrated circuits, field programmable gate arrays, and / or any other suitable architecture. The disclosed processors may also be associated with other computing devices, including other processor and / or server computers, through communications networks. A communication network can be part of a dial-up network, a wide area network (for example, the Internet), a worldwide group of computers, a local area network or a wide area network, as well as gateways using appropriate protocols (TCP / IP, Bluetooth, etc.) to provide mutual connection. Other architectures of electronic devices and computer networks are also possible.

На фиг. 30 приведена диаграмма внутренней структуры примерного процессора 50. Процессор 50 содержит системную шину 79, причем шина представляет собой набор аппаратных линий, используемых для передачи данных между компонентами компьютерной или обрабатывающей системы. Шина 79 по существу представляет собой общий канал, соединяющий различные элементы компьютерной системы (например, процессор, дисковый накопитель, память, порты ввода-вывода, сетевые порты и т.д.), позволяющий обеспечивать передачу информации между элементами. С системной шиной 79 связан интерфейс 82 устройства ввода-вывода для подсоединения различных устройств ввода и вывода (например, клавиатуры, мыши, дисплеев, принтеров, громкоговорителя и т.д.) к процессору 50. Сетевой интерфейс 86 позволяет обеспечивать связь компьютера с различными другими устройствами, связанными с сетью. Память 90 обеспечивает энергозависимое и/или энергонезависимое хранение инструкций 92 программного обеспечения компьютера и данных 94, используемых для выполнения примера реализации раскрытых систем и приемов визуального осмотра. Дисковый накопитель 5 обеспечивает (дополнительное) энергонезависимое хранение инструкций 92 программного обеспечения компьютера и данных 94, используемых для выполнения примера реализации визуального осмотра. Центральный блок 84 процессора также связан с системной шиной 79 и обеспечивает выполнение компьютерных команд.FIG. 30 is a diagram of the internal structure of an exemplary processor 50. Processor 50 includes a system bus 79, the bus being a set of hardware lines used to transfer data between components of a computer or processing system. Bus 79 is essentially a common channel connecting various elements of a computer system (eg, processor, disk drive, memory, I / O ports, network ports, etc.), allowing information to be transferred between elements. Associated with the system bus 79 is an I / O device interface 82 for connecting various input and output devices (e.g., keyboards, mice, displays, printers, speakers, etc.) to the processor 50. The network interface 86 allows the computer to communicate with various others. devices connected to the network. Memory 90 provides volatile and / or nonvolatile storage of computer software instructions 92 and data 94 used to perform an example implementation of the disclosed systems and visual inspection techniques. The disk drive 5 provides (optional) non-volatile storage of computer software instructions 92 and data 94 used to perform an example visual inspection implementation. The central processor unit 84 is also connected to the system bus 79 and provides the execution of computer instructions.

В одном из вариантов реализации работа 92 процессора и данные 94 представляют собой компьютерный программный продукт (в целом обозначенный позицией 92), содержащий машиночитаемый носитель (например, съемный носитель данных, такой как один или более DVD-ROM дисков, CD-ROM дисков, дискет, магнитных лент и т.д), обеспечивающий по меньшей мере часть программных командIn one embodiment, processor operation 92 and data 94 is a computer program product (generally designated 92) containing a computer-readable medium (e.g., removable storage media such as one or more DVD-ROMs, CD-ROMs, floppy disks , magnetic tapes, etc.), providing at least part of the program instructions

- 27 038813 для раскрытых систем визуального осмотра. Компьютерный программный продукт может быть установлен посредством любой подходящей процедуры установки программного обеспечения, известной из уровня техники. В еще одном варианте реализации по меньшей мере часть программных команд может также быть загружена посредством кабеля, средства связи и/или беспроводного соединения. В других вариантах реализации примерные программы представляют собой сигнальный продукт 107, передаваемый компьютерной программой, выполненный в виде передаваемого сигнала в среде распространения (например, радиоволне, инфракрасной волне, звуковой волне или электрической волне, передаваемой по глобальной сети, такой как сеть Интернет, или по другой сети или сетям). Указанный носитель или сигналы обеспечивают по меньшей мере часть программных команд для раскрытых процессов или программы 92.- 27 038813 for deployed visual inspection systems. The computer software product can be installed by any suitable software installation procedure known in the art. In yet another embodiment, at least a portion of the software instructions can also be downloaded via cable, communication means, and / or wireless connection. In other implementations, the example programs are a signal product 107 transmitted by a computer program implemented as a transmitted signal in a propagation medium (e.g., radio wave, infrared wave, sound wave, or electric wave transmitted over a wide area network such as the Internet, or other network or networks). The specified medium or signals provide at least part of the program instructions for the disclosed processes or programs 92.

В других вариантах реализации передаваемый сигнал представляет собой аналоговую несущую волну или цифровой сигнал, передаваемый в среде распространения. Например, передаваемый сигнал может представлять собой оцифрованный сигнал, передаваемый по глобальной сети (например, сети Интернет), сети дальней связи или другой сети. В одном из вариантов реализации передаваемый сигнал представляет собой сигнал, передаваемый в среде распространения в течение промежутка времени, такой как команды для программного приложения, отправляемые в виде пакетов данных по сети в течение нескольких миллисекунд, секунд, минут или более. В еще одном варианте реализации машиночитаемый носитель компьютерного программного продукта 92 представляет собой среду распространения, которую может получать и считывать процессор 50, например, путем приема среды распространения и идентификации передаваемого сигнала, заключенного в среде распространения согласно вышеприведенному описанию сигнального продукта, передаваемого компьютерной программой.In other implementations, the transmitted signal is an analog carrier wave or a digital signal transmitted in a propagation medium. For example, the transmitted signal can be a digitized signal transmitted over a wide area network (eg, the Internet), a long-distance network, or other network. In one implementation, the transmitted signal is a signal transmitted in a propagation medium over a period of time, such as commands for a software application sent as data packets over a network over a period of several milliseconds, seconds, minutes, or more. In yet another embodiment, the computer-readable medium of the computer program product 92 is a distribution medium that can be received and read by the processor 50, for example, by receiving the distribution medium and identifying a transmitted signal included in the distribution environment as described above for the signal product transmitted by the computer program.

В целом, термин носитель или временный носитель охватывает описанные сигналы переходного процесса, передаваемые сигналы, среду распространения, носитель данных и т.п.In general, the term medium or temporary medium encompasses the described transient signals, transmission signals, propagation medium, storage medium, and the like.

Охлаждение датчикаSensor cooling

В вышеописанных вариантах реализации для получения изображений частиц используют электронные датчики. Электронные датчики, такие как ПЗС-датчики, подвержены различным видам случайного шума, нарушающего точность измеренного сигнала, особенно при получении сигнала низкой силы. В некоторых вариантах реализации датчики могут быть охлаждены для снижения шума. Охлаждение может быть осуществлено с использованием любой подходящей технологии, включая, например, использование термоэлектрических холодильников, теплообменников (например, криоохладителей), охлаждения жидким азотом и комбинацию вышеприведенных технологий.In the above embodiments, electronic sensors are used to obtain particle images. Electronic sensors, such as CCD sensors, are susceptible to various types of random noise that interfere with the accuracy of the measured signal, especially when receiving a low signal strength. In some implementations, the sensors may be cooled to reduce noise. Cooling can be carried out using any suitable technology, including, for example, the use of thermoelectric refrigerators, heat exchangers (eg, cryo-coolers), liquid nitrogen cooling, and a combination of the above technologies.

В различных вариантах реализации снижение шума обеспечивает преимущество при обнаружении частиц, в особенности связанное с обнаружением белковых агрегатов. В стандартных областях применения белковые агрегаты могут быть относительно крупными (например, до нескольких сотен микрон в диаметре), но физическая структура указанных агрегатных частиц зачастую является весьма свободной, с низкой плотностью (значительная часть частицы может быть пористой и заполненной окружающей средой) и низким контрастом коэффициента преломления относительно окружающей среды. Вследствие указанных физических свойств белковые агрегаты могут рассеивать относительно небольшие объемы света по сравнению с другими частицами, такими как фрагменты стекла или волокна.In various embodiments, noise reduction provides an advantage in particle detection, particularly associated with the detection of protein aggregates. In standard applications, protein aggregates can be relatively large (for example, up to several hundred microns in diameter), but the physical structure of these aggregate particles is often quite loose, with low density (a significant part of the particle can be porous and filled with the environment) and low contrast. refractive index relative to the environment. Due to these physical properties, protein aggregates can scatter relatively small amounts of light compared to other particles such as glass fragments or fibers.

Значительная часть шума, воздействующего на современные электронные датчики изображения, имеет тепловую природу. Указанный шум воздействует на нижнюю часть динамического диапазона датчика. Например, в некоторых вариантах реализации нижние Х% (например, 10%) динамического диапазона заняты шумом и должны быть удалены в ходе процесса определения порога яркости изображения (например, согласно вышеприведенному описанию). Минимальное пороговое значение для обнаружения частицы должно превышать указанное значение ~Х%, что позволяет удалять из сигнала данные низкой яркости. Указанное удаление может предотвратить точное обнаружение тусклых частиц, таких как белковые агрегаты. При снижении шума, например путем охлаждения датчика, может быть использовано более низкое пороговое значение, что позволяет обеспечивать улучшенное обнаружение сигналов низкой яркости.Much of the noise affecting modern electronic image sensors is thermal in nature. The specified noise affects the lower part of the sensor's dynamic range. For example, in some implementations, the bottom X% (eg, 10%) of the dynamic range is occupied by noise and must be removed during the image luminance threshold determination process (eg, as described above). The minimum threshold for particle detection must be greater than the specified value of ~ X% to remove low brightness data from the signal. This removal can prevent accurate detection of dull particles such as protein aggregates. When reducing noise, for example by cooling the sensor, a lower threshold can be used to provide improved detection of low brightness signals.

На фиг. 31 проиллюстрирована вышеописанная проблема, связанная с определением порогового значения. На панели А фиг. 31 показан обрезанный сегмент типичной последовательности данных, полученной посредством заявленных устройств и способов. Согласно чертежу, изображения представляют собой восьмибитные полутоновые изображения, т.е. каждый пиксел может иметь значение яркости, линейно варьирующееся от 0 (черный) до 255 (белый). Изображение содержит две частицы, одна из которых является относительно яркой, а другая - крайне тусклой. На панели В фиг. 31 приведена гистограмма яркости, демонстрирующая данные яркости фона, соответствующие участку на изображении, не содержащему частиц.FIG. 31 illustrates the above-described threshold determination problem. Panel A of FIG. 31 shows a cropped segment of a typical data sequence obtained by the claimed devices and methods. According to the drawing, the images are eight-bit grayscale images, i.e. each pixel can have a luminance value that varies linearly from 0 (black) to 255 (white). The image contains two particles, one of which is relatively bright and the other extremely dim. Panel B of FIG. 31 is a luminance histogram showing background luminance data corresponding to an area in an image that does not contain particles.

Датчик демонстрирует гауссову кривую фонового шума на нижнем конце гистограммы яркости по меньшей мере частично вследствие тепловых эффектов. Ширина указанной кривой определяет пороговое значение для обнаружения частиц. В целом, во избежание их удаления при определении порогового значения яркости, частицы должны быть значительно ярче фонового шума.The sensor exhibits a Gaussian background noise curve at the lower end of the luminance histogram, at least in part due to thermal effects. The width of the specified curve determines the threshold value for particle detection. In general, particles should be significantly brighter than background noise to avoid removing them when determining the brightness threshold.

На панели С, фиг. 31, показана гистограмма яркости для яркой частицы.Panel C, FIG. 31, a brightness histogram for a bright particle is shown.

- 28 038813- 28 038813

Изображение частицы содержит значительное число пикселов, расположенных справа от порогового значения на гистограмме, и, следовательно, частица легко обнаруживается после определения порогового значения.The particle image contains a significant number of pixels located to the right of the threshold value in the histogram, and therefore the particle is easily detected after the threshold value is determined.

С другой стороны, согласно панели D, фиг. 31, более тусклая частица содержит относительно небольшое число пикселов выше порогового значения, и вероятно ее удаление в ходе процесса определения порогового значения и сегментации. Однако при использовании охлаждения или других приемов снижения минимального уровня шума, приводящих к смещению порогового значения влево, возможен вариант, при котором более тусклая частица может быть обнаружена.On the other hand, according to panel D of FIG. 31, the fainter particle contains relatively few pixels above the threshold and is likely to be removed during the thresholding and segmentation process. However, when using cooling or other techniques to reduce the noise floor, leading to a shift of the threshold value to the left, it is possible that a dimmer particle can be detected.

Подсчет на основании света и неразрушающее определение размера (LENS)Light based counting and non-destructive sizing (LENS)

В некоторых вариантах реализации, при осуществлении неразрушающего определения размера и подсчета частиц в емкости имеют место заметные артефакты, вызванные самой емкостью. Жидкая межфазная граница преломляет свет, проходящий через флакон, что вызывает заметные искажения на изображении или изображениях частиц, используемых в ходе процедуры определения размера и подсчета. В результате частицы заданного размера могут казаться, например, вплоть до 4 раз крупнее на изображении, в зависимости от их пространственного местоположения во флаконе. Нужно отметить, что при использовании цилиндрической емкости изображение частицы обычно растянуто только вдоль боковой оси, но не вдоль вертикальной оси флакона. (См. фиг. 5Е, на которой показаны указанные эффекты.)In some implementations, when performing non-destructive sizing and counting of particles in the container, there are observable artifacts caused by the container itself. The liquid interface refracts light passing through the vial, causing noticeable distortion in the image or particle images used during the sizing and counting procedure. As a result, particles of a given size can appear, for example, up to 4 times larger in the image, depending on their spatial location in the vial. It should be noted that when using a cylindrical container, the particle image is usually stretched only along the lateral axis, but not along the vertical axis of the bottle. (See Fig. 5E for these effects.)

Согласно вышеприведенному описанию, в некоторых вариантах реализации указанные эффекты искажения могут быть скорректированы (например, уменьшены или даже устранены) посредством приемов использования корректировочной оптики. Однако в некоторых вариантах реализации подобная оптическая коррекция может быть неполной или недоступной. В таких случаях невозможна прямая корреляция размера частицы и соответствующего изображения на детекторе.As described above, in some implementations, these distortion effects can be corrected (eg, reduced or even eliminated) through correction optics techniques. However, in some implementations, such optical correction may be incomplete or unavailable. In such cases, a direct correlation between the particle size and the corresponding image on the detector is impossible.

Например, на фиг. 32 показана гистограмма определенного размера изображения для популяции частиц (полимерных микросфер) стандартного размера (на чертеже они имеют диаметр 100 мкм) в текучей среде, полученного посредством системы, в которой вызванное емкостью искажение не скорректировано (соответствует ситуации, показанной на фиг. 5Е). Ясно видна значительная вариабельность очевидных размеров частицы вследствие воздействия эффектов искажения емкости.For example, in FIG. 32 shows a histogram of a determined image size for a population of standard size particles (polymer microspheres) (in the drawing they have a diameter of 100 μm) in a fluid obtained by a system in which the distortion caused by capacitance is not corrected (corresponds to the situation shown in Fig. 5E). Significant variability in apparent particle sizes due to the effects of capacitance distortion is clearly visible.

Указанная вариабельность затрудняет дифференциацию популяций частиц различных размеров вследствие того, что на очевидном участке на детекторе может иметь место значительное перекрывание значений размера для каждой популяции частиц. Например, на фиг. 33 показаны гистограммы определенного размера изображения для двух популяций частиц стандартного размера (на чертеже они имеют диаметр 100 мкм и 140 мкм) в текучей среде. Ясно видно значительное перекрывание двух гистограмм для двух популяций частиц различного размера.This variability makes it difficult to differentiate populations of particles of different sizes due to the fact that at an obvious location on the detector there can be a significant overlap of size values for each population of particles. For example, in FIG. 33 shows histograms of defined image size for two populations of standard size particles (in the figure they have diameters of 100 μm and 140 μm) in a fluid. There is clearly a significant overlap of the two histograms for two populations of particles of different sizes.

В некоторых вариантах реализации для получения точной информации о размерах даже при наличии вышеописанного эффекта искажения может быть применен способ обработки. Процесс обработки калибруют с использованием данных, полученных с использованием известных стандартов размеров. Например, на фиг. 34 показаны полученные экспериментальным путем гистограммы видимого размера для четырех различных популяций частиц (полимерных микросфер) стандартного размера. Несмотря на то, что показаны четыре кривые калибровки, в различных вариантах реализации может быть использовано любое подходящее число кривых. В некоторых вариантах реализации может быть использовано по меньшей мере две, по меньшей мере три, по меньшей мере четыре, по меньшей мере пять или по меньшей мере шесть кривых. В некоторых вариантах реализации число кривых находится в пределах от 2 до 100 или в любых подпределах, например от 4 до 6. В некоторых вариантах реализации может быть интерполирован набор экспериментальных кривых калибровки с целью выработки дополнительных кривых (например, соответствующих значениям размера между экспериментально измеренными значениями).In some implementations, a processing method may be applied to obtain accurate sizing information even in the presence of the above-described distortion effect. The machining process is calibrated using data obtained using known dimensional standards. For example, in FIG. 34 shows experimentally obtained apparent size histograms for four different populations of standard size particles (polymer microspheres). Although four calibration curves are shown, any suitable number of curves may be used in various implementations. In some embodiments, at least two, at least three, at least four, at least five, or at least six curves may be used. In some implementations, the number of curves ranges from 2 to 100, or any sub-range, such as 4 to 6. In some implementations, a set of experimental calibration curves may be interpolated to generate additional curves (for example, corresponding to size values between experimentally measured values ).

В некоторых вариантах реализации кривые калибровки могут соответствовать популяциям частиц, имеющим фактические размеры, отличающиеся друг от друга на любую подходящую величину, например, по меньшей мере 1 мкм, по меньшей мере 5 мкм, по меньшей мере 10 мкм, по меньшей мере 20 мкм, или более, в пределах от 1 мкм до 1000 мкм или в любых подпределах.In some embodiments, the calibration curves may correspond to populations of particles having actual sizes that differ from each other by any suitable amount, for example, at least 1 micron, at least 5 microns, at least 10 microns, at least 20 microns, or more, in the range from 1 micron to 1000 microns, or any sub-limits.

После определения кривых калибровки, может быть получена кривая распределения видимых размеров для пробы, содержащей частицы неизвестного размера (например, на основании статического изображения или изображений или с использованием любого другого подходящего приема). Кривая пробы может быть получена в идентичных или сходных экспериментальных условиях (например, при использовании того же или сходного по размеру и форме емкости, идентичных или сходных свойств текучей среде, условий освещения, условий формирования изображения и т.д.). Указанную кривую пробы сравнивают с кривыми калибровки для получения информации, указывающей на размеры частиц в пробе.Once the calibration curves have been determined, an apparent size distribution curve can be obtained for a sample containing particles of unknown size (eg, from a static image or images, or using any other suitable technique). The sample curve can be obtained under identical or similar experimental conditions (eg, using the same or similar container in size and shape, identical or similar fluid properties, lighting conditions, imaging conditions, etc.). The specified sample curve is compared to the calibration curves to provide information indicative of the particle size of the sample.

Например, в некоторых вариантах реализации взвешенное наложение кривых калибровки сравнивают с кривой пробы. Взвешивание наложения варьируют для обеспечения согласования этого наложения на кривую пробы, например, с использованием любых подходящих приемов приближения, известных из уровня техники. Взвешивание ближайшего согласования на кривую пробы затем обеспечивает информацию о фактических размерах частицы в пробе. Например, в некоторых вариантах реализации число раз появлений каждой кривой калибровки в наложении с наилучшим согласованием соответствуетFor example, in some embodiments, a weighted overlay of calibration curves is compared to a sample curve. The weighting of the overlap is varied to ensure that the overlap is consistent with the sample curve, for example using any suitable approximation known in the art. Weighing the closest match onto the sample curve then provides information about the actual particle size in the sample. For example, in some implementations, the number of times each calibration curve appears in the best fit overlay corresponds to

- 29 038813 количеству частиц указанного размера в пробе.- 29 038813 the number of particles of the specified size in the sample.

На фиг. 35 показано согласование наложения кривых калибровки на кривую экспериментальной пробы. В данном случае проба подготовлена таким образом, что известно, что диаметр частиц находится в пределах от 75 до 125 μм. На фиг. 36 показаны полученные на основании наилучшего согласования подсчеты частиц по размеру, сравненные с подсчетами частиц по размеру, полученные путем простого разбиения значений случайной величины видимого размера на интервалы, без обработки, на основании соответствующего изображения. Необработанные данные содержат значительное число фиктивных подсчетов, находящихся вне фактических пределов значений размера от 75 до 125 мкм. С другой стороны, результаты, полученные на основании наилучшего согласования кривых калибровки, демонстрируют значительно сниженное количество фиктивных подсчетов.FIG. 35 shows the matching of the overlay of the calibration curves to the curve of the experimental sample. In this case, the sample is prepared in such a way that the particle diameter is known to be in the range of 75 to 125 μm. FIG. 36 shows best fit particle size counts compared to particle size counts obtained by simply dividing the apparent size random variable into intervals, without processing, based on the corresponding image. The raw data contains a significant number of bogus counts outside the actual size range of 75 to 125 µm. On the other hand, the results obtained based on the best fit of the calibration curves show a significantly reduced number of bogus counts.

Нужно отметить, что, несмотря на то, что описан один возможный подход к сравнению данных пробы и данных калибровки, могут быть использованы и другие подходящие способы. Например, в некоторых вариантах реализации, кривая пробы может быть разложена с использованием кривых калибровки в качестве базисных функций, сходно с разложением Фурье формы волны с использованием синусоидальных базисных функций. В целом, может быть использован любой подходящий прием свертки, развертки, разложения, или другой прием.It should be noted that while one possible approach to comparing sample data and calibration data has been described, other suitable methods may be used. For example, in some implementations, the sample curve can be decomposed using the calibration curves as basis functions, similar to the Fourier decomposition of the waveform using sinusoidal basis functions. In general, any suitable convolution, sweep, decomposition, or other technique can be used.

В некоторых вариантах реализации, приемы подсчета на основе света и неразрушающего определения размера (LENS) могут быть использованы в комбинации с вышеописанными приемами отслеживания частиц. Например, прием LENS обычно работает лучше в случаях, если форма частиц примерно соответствует форме частиц стандартных размеров, использованных для получения данных калибровки. Кроме того, приемы обычно хорошо работают при наличии большого количества частиц (например, больше 10, больше 50, больше 100 или более) с обеспечением большего набора данных для обработки алгоритмом.In some implementations, light-based counting and non-destructive sizing (LENS) techniques can be used in combination with the above-described particle tracking techniques. For example, LENS reception generally works best in cases where the particle shape is approximately the same as the standard particle size used to obtain the calibration data. In addition, the techniques usually work well when there are a large number of particles (eg, greater than 10, greater than 50, greater than 100, or more) providing a larger dataset for the algorithm to process.

Тем не менее, в некоторых областях применения количество частиц может быть небольшим. В некоторых областях применения исследование сфокусировано на более крупных частицах в пробе. Кроме того, в некоторых областях применения проба может содержать частицы, имеющие форму, отличающуюся от формы частиц стандартного размера. Например, волокна имеют удлиненную форму, отличную от сферической, которая используется во многих стандартах. В подобных условиях приемы LENS могут работать неэффективно.However, in some applications, the amount of particles may be small. In some applications, research focuses on the larger particles in the sample. In addition, in some applications, the sample may contain particles having a shape other than the standard particle size. For example, fibers have an elongated shape other than the spherical shape used in many standards. Under these conditions, LENS techniques may not work effectively.

В целом, при использовании вышеописанных приемов может быть подсчитано любое количество частиц. В некоторых вариантах реализации верхняя граница количества частиц, которая может быть подсчитана, определена на основании загораживания одной частицы другой в пробе. В целом, при повышении количества частиц в емкости повышается вероятность того, что две частицы на двухмерном детекторе не будут представлены в виде отдельных частиц. Вышеуказанный принцип представляет собой функцию количества частиц в объеме и размера частиц. Обычно крупные частицы занимают большую площадь на детекторе (и, следовательно, возникает больше случаев загораживания для количества частиц на миллилитр по сравнению с более мелкими частицами). Например, в определенных условиях, во флаконе объемом 10 см3, заполненном 8 мл текучей среды, может быть подсчитано примерно до 500 частиц диаметром 50 мкм, а повышение концентрации приводит к неполному подсчету и эффектам завышенного размера вследствие загораживания частиц.In general, any number of particles can be counted using the above techniques. In some embodiments, the upper bound on the number of particles that can be counted is determined based on the occlusion of one particle by another in the sample. In general, as the number of particles in the container increases, the likelihood that the two particles will not appear as separate particles on the 2D detector increases. The above principle is a function of the number of particles in the volume and the size of the particles. Usually large particles take up a large area on the detector (and therefore more occlusion occurs for particles per milliliter compared to smaller particles). For example, under certain conditions, in a flask of 10 cm3 filled with 8 ml of fluid can be estimated to about 500 particles of a diameter of 50 microns and an increased concentration leads to incomplete counting and effects due to shielding oversized particles.

Тем не менее, вышеприведенные приемы отслеживания частиц могут быть эффективными при подсчете и определении размера относительно крупных частиц. Соответственно, в некоторых вариантах реализации может быть использован подход, представляющий собой гибрид двух подходов. На фиг. 37 показан пример реализации подобного гибридного процесса. На этапе 3701 последовательность изображений снимают, например, посредством любого из раскрытых в настоящем описании подходов. На этапе 3702 последовательность изображений обрабатывают (например, фильтруют, определяют порог яркости, сегментируют и т.д.). На этапе 3703 данные о частицах, полученные на этапе 3702, могут быть подвергнуты предварительному скринингу с обнаружением частиц, размер которых превышает пороговое значение. Указанные крупные частицы могут быть удалены из набора данных и обработаны на этапе 3704 с использованием приемов отслеживания. Указанный процесс может обеспечить качественные, времязависимые измерения размеров крупных частиц. При наличии фона из более мелких частиц (ниже порогового значения размера) указанные частицы могут быть обработаны на этапе 3705 с использованием приемов LENS. Данные, полученные с использованием двух различных подходов, могут затем быть совмещены на этапе 3706 для формирования общего отчета о частицах в исследуемой емкости.However, the above particle tracking techniques can be effective in counting and sizing relatively large particles. Accordingly, in some implementations, an approach that is a hybrid of the two approaches can be used. FIG. 37 shows an example of the implementation of such a hybrid process. At block 3701, the sequence of images is captured, for example, using any of the approaches disclosed herein. At 3702, the image sequence is processed (eg, filtered, luma threshold is determined, segmented, etc.). At 3703, the particle data obtained at 3702 may be pre-screened to detect particles that are larger than a threshold. These large particles can be removed from the dataset and processed at block 3704 using tracking techniques. This process can provide high-quality, time-dependent measurements of the size of large particles. If there is a background of smaller particles (below the size threshold), these particles can be processed in step 3705 using LENS techniques. The data obtained using two different approaches can then be combined at block 3706 to generate a general report of the particles in the test vessel.

В различных вариантах реализации пороговое значение размера, используемое для определения используемого приема, может представлять собой любое подходящее пороговое или минимальное значение, составляющее примерно 1 мкм или больше, например, примерно в пределах от 1 до 400 мкм по ширине или диаметру частицы или в любых подпределах, например, от примерно 1 до примерно 50 мкм, от примерно 50 до примерно 250 мкм или от примерно 75 до примерно 100 мкм. В некоторых вариантах реализации данные о частицах, отправляемые на обработку с использованием каждого из приемов, могут быть выбраны на основе других критериев, отличных от размера, например, на основании информации, относящейся к форме частицы. В целом, может быть использована любая подходящая комбинация критериев.In various embodiments, the size cutoff used to determine the technique used can be any suitable cutoff or minimum value of about 1 micron or greater, such as about 1 to 400 microns across the width or diameter of the particle, or any sub-range. for example, from about 1 to about 50 microns, from about 50 to about 250 microns, or from about 75 to about 100 microns. In some embodiments, the particle data sent for processing using each of the techniques may be selected based on criteria other than size, such as information related to the shape of the particle. In general, any suitable combination of criteria can be used.

- 30 038813- 30 038813

Получение трехмерного изображения и приемы обнаружения частиц3D Imaging and Particle Detection Techniques

Согласно вышеприведенному описанию, в некоторых вариантах реализации автоматизированный блок 100 визуального осмотра может содержать два или более устройства 110 формирования изображения, что позволяет обеспечить получение трехмерного изображения содержимого емкости 10.As described above, in some embodiments, the automated visual inspection unit 100 may comprise two or more imaging devices 110 to provide a three-dimensional image of the contents of the container 10.

Например, на фиг. 38А-С показан блок 100, содержащий три устройства 110 формирования изображения. Согласно чертежу, устройства 110 формирования изображения расположены по кругу вокруг емкости 10 с промежутками в 120°, но в различных вариантах реализации может быть использовано большее или меньшее количество датчиков. Углы между соседними датчиками формирования изображения необязательно равны друг другу, но в некоторых вариантах реализации конфигурация с равными углами позволяет упростить нижеописанные приемы обработки изображения.For example, in FIG. 38A-C show a block 100 containing three imaging devices 110. As shown, the imaging devices 110 are arranged in a circle around the container 10 at 120 ° intervals, but more or fewer sensors may be used in various implementations. The angles between adjacent imaging sensors are not necessarily equal to each other, but in some implementations, the equal angle configuration simplifies the imaging techniques described below.

В некоторых вариантах реализации все устройства 110 формирования изображения по существу идентичны. Устройства 110 формирования изображения могут быть подогнаны таким образом, что все они расположены на одной физической высоте относительно емкости 10, а емкость 10 расположена по центру зоны осмотра каждого из устройств формирования изображения.In some implementations, all imaging devices 110 are substantially identical. The imaging devices 110 can be adjusted so that they are all located at the same physical height with respect to the container 10, and the container 10 is located in the center of the viewing area of each of the imaging devices.

В некоторых вариантах реализации, небольшие ошибки при размещении могут иметь место даже в случае аккуратной оптимизации указанного физического взаиморасположения. Для решения указанной проблемы устройства 110 формирования изображения могут быть откалиброваны путем формирования изображения известного калибровочного прибора. Любые достаточно мелкие боковые или вертикальные отклонения от подгонки могут в таком случае быть обнаружены путем получения повторной пробы и соответствующего сдвига полученных изображений. В некоторых вариантах реализации изображения могут быть обработаны с целью корректировки вариабельности чувствительности или других различий в рабочих характеристиках между различными датчиками, используемыми в устройствах 110 формирования изображения.In some implementations, small placement errors may occur even if the specified physical relationship is carefully optimized. To solve this problem, the imaging devices 110 can be calibrated by imaging a known calibration tool. Any sufficiently small lateral or vertical deviations from fit can then be detected by re-sampling and shifting the resulting images accordingly. In some implementations, images may be processed to correct for sensitivity variability or other performance differences between different sensors used in imaging devices 110.

На фиг. 38С показан один отвод изображения для блока 100. Согласно вышеприведенному подробному описанию, при использовании телецентрической конфигурации формирования изображения можно удостовериться, что лишь лучи, по существу параллельные оси формирования изображения, достигают поверхности датчика устройства 110 формирования изображения. Согласно фиг. 39, при использовании геометрических приемов лучевой оптики (или других подходящих приемов) может быть сформирована модель лучей внутри емкости 10, проходящих сквозь стенку емкости и достигающих поверхности датчика.FIG. 38C shows one fade for block 100. As described in detail above, by using a telecentric imaging configuration, it can be ensured that only beams substantially parallel to the imaging axis reach the sensor surface of the imaging apparatus 110. As shown in FIG. 39, using ray optics geometric techniques (or other suitable techniques), a model of rays within the container 10 can be generated, passing through the container wall and reaching the sensor surface.

При наличии известных векторов луча из двухмерного изображения может быть взята точка или участок, и указанная яркость может быть отправлена обратно в емкость 10. При рассмотрении горизонтальных рядов двухмерного изображения по одному, может быть картографирована двухмерная горизонтальная решетка внутри объема емкости. Горизонтальные решетки, связанные с каждым из трех устройств 110 формирования изображения, могут быть наложены друг на друга с образованием общей карты. При повторении указанного процесса для дополнительных горизонтальных рядов датчиков может быть построена вертикальная стопка двухмерных решеток с образованием трехмерной (3D) структуры, например, соответствующей всему объему емкости 10 или его части.Given known beam vectors, a point or region can be taken from the 2D image and the specified brightness can be sent back to the vessel 10. By examining the horizontal rows of the 2D image one at a time, the 2D horizontal grating within the vessel volume can be mapped. Horizontal lattices associated with each of the three imaging devices 110 may be superimposed on each other to form a common map. By repeating this process for additional horizontal rows of sensors, a vertical stack of two-dimensional lattices can be built to form a three-dimensional (3D) structure, for example, corresponding to the entire volume of the container 10 or part of it.

Возможные частицы могут быть идентифицированы в полученной трехмерной структуре посредством определения порогового значения яркости, сходного с раскрытым в вышеприведенном описании. Определение порогового значения может быть выполнено на исходных двухмерных изображениях, полученных от устройств 110 формирования изображения, или может быть осуществлено на горизонтальных картах внутри трехмерной структуры после наложения.Potential particles can be identified in the resulting three-dimensional structure by defining a brightness threshold similar to that disclosed in the above description. The threshold determination may be performed on the original 2D images obtained from the imaging devices 110, or may be performed on horizontal maps within the 3D structure after being superimposed.

Вероятные частицы могут быть идентифицированы с использованием трехмерной структуры с определенным пороговым значением яркости, в результате чего может быть получено непосредственное измерение трехмерного положения частицы в объеме текучей среды емкости 10. В стандартных областях применения измерение трехмерного положения является точным для большей части объема текучей среды, но в некоторых случаях, в которых устройства 110 формирования изображения содержат телецентрические линзы, могут возникать слепые пятна, вызванные кривизной сосуда, и сопутствующий линзовый эффект (например, согласно фиг. 39, правая панель).Probable particles can be identified using a three-dimensional structure with a defined brightness threshold, resulting in a direct measurement of the three-dimensional position of the particle in the fluid volume of the container 10. In standard applications, the three-dimensional position measurement is accurate for most of the fluid volume, but in some cases where imaging devices 110 include telecentric lenses, blind spots caused by vessel curvature and an accompanying lensing effect may occur (eg, as shown in FIG. 39, right panel).

При использовании трех отводов изображения, установленных под углом в 120° согласно чертежу, слепые пятна близко коррелируют парами (см. фиг. 39, правая панель). Точное определение трехмерного положения на трех участках слепых пятен 3901 может быть исключено. Однако на указанных участках данные о местоположении могут быть установлены путем изучения двухмерных данных, полученных от ближайшего отвода изображения.Using three image taps set at 120 ° as shown in the figure, the blind spots closely correlate in pairs (see FIG. 39, right panel). Accurate determination of the three-dimensional position in the three areas of blind spots 3901 can be excluded. However, in these areas, the position data can be established by examining the 2D data obtained from the nearest image point.

В различных вариантах реализации проблема слепого пятна может быть уменьшена или устранена путем увеличения числа отводов датчиков для обеспечения перекрывающего формирования изображения.In various embodiments, the blind spot problem can be reduced or eliminated by increasing the number of sensor taps to provide overlapping imaging.

Несмотря на то, что описан один из примеров использования нескольких устройств 110 формирования изображения для получения трехмерной информации о содержимом емкости 10, нужно понимать, что могут быть использованы и другие приемы. Например, в вариантах реализации, в которых использованы два устройства формирования изображения, для определения трехмерной информации могут быть использованы стереоскопические приемы формирования изображения.While one example of the use of multiple imaging devices 110 has been described to obtain three-dimensional information about the contents of the container 10, it should be understood that other techniques could be used. For example, in embodiments that use two imaging devices, stereoscopic imaging techniques may be used to determine three-dimensional information.

- 31 038813- 31 038813

В некоторых вариантах реализации, например, в которых исследуемая проба статична или движется медленно, трехмерная информация может быть получена с использованием вращающегося отвода изображения, сходно с медицинскими вычислительными аппаратами для томографии. Вращающийся отвод изображения получает временной ряд двухмерных изображений, снятых с различных точек, который может быть использован для построения трехмерной информации, например, посредством любого подходящего способа, такого как способы, известные из уровня техники в области медицинской визуализации. В случае если изображения получают с высокой скоростью по отношению к динамике пробы, трехмерное изображение может обеспечивать точную трехмерную информацию для обнаружения частиц.In some implementations, for example, where the test sample is static or moving slowly, three-dimensional information can be obtained using a rotary image pickup, similar to medical tomography computers. The rotary image capture acquires a time series of 2D images taken from different points that can be used to construct 3D information, for example, by any suitable method, such as those known in the medical imaging art. In case the images are acquired at a high speed relative to the dynamics of the sample, the 3D image can provide accurate 3D information for particle detection.

В некоторых вариантах реализации трехмерная информация, полученная посредством вышеописанных приемов, может подходить для обнаружения положения вероятной частицы, но не являются идеальными для определения других характеристик частицы, например, размера или формы частицы. Соответственно, в некоторых вариантах реализации может быть использован гибридный подход. Например, в некоторых вариантах реализации трехмерное местоположение частицы устанавливают на основании трехмерной информации (например, трехмерной структуры, построенной согласно вышеприведенному описанию). После установления трехмерного положения частиц, с указанным положением могут быть связаны результаты измерения размеров и формы, полученные на основании двухмерных изображений, полученных от некоторых или всех устройств 110 формирования изображения.In some embodiments, the three-dimensional information obtained by the techniques described above may be suitable for detecting the position of a candidate particle, but are not ideal for determining other characteristics of the particle, such as particle size or shape. Accordingly, in some implementations, a hybrid approach can be used. For example, in some embodiments, the 3D location of a particle is established based on 3D information (eg, a 3D structure constructed as described above). Once the three-dimensional position of the particles has been established, dimensional and shape measurements from some or all of the imaging devices 110 can be associated with the location.

В некоторых вариантах реализации отслеживание частиц может быть осуществлено на основании трехмерных данных положения, например, посредством приемов трехмерного отслеживания, сходных с вышеописанными приемами двухмерного отслеживания.In some embodiments, particle tracking may be performed based on 3D position data, for example, using 3D tracking techniques similar to the above-described 2D tracking techniques.

В некоторых вариантах реализации трехмерное отслеживание обладает преимуществами, в особенности при его использовании с двухмерными изображениями, полученными от каждого из устройств 110 формирования изображения.In some embodiments, 3D tracking is beneficial, especially when used with 2D images obtained from each of the imaging devices 110.

При использовании трехмерного отслеживания загораживание одной частицы другой (например, согласно фиг. 5Е) уменьшено или устранено. В некоторых вариантах реализации загораживания возможны, например, при исследовании плотных проб в слепых пятнах, при котором истинно трехмерное позиционирование неэффективно.By using 3D tracking, occlusion of one particle by another (eg, as shown in FIG. 5E) is reduced or eliminated. In some embodiments, obstructions are possible, for example, when examining dense samples in blind spots, in which true three-dimensional positioning is ineffective.

Сходно с двухмерным отслеживанием согласно вышеприведенному описанию, в некоторых вариантах прием прогнозного отслеживания может быть использован в контексте трехмерного изображения с использованием информации, связанной с гидродинамикой в емкости 10.Similar to 2D tracking as described above, in some embodiments, predictive tracking reception can be used in the context of a 3D image using information related to fluid dynamics in vessel 10.

В некоторых вариантах реализации, по завершении отслеживания положений трехмерных частиц информация о характеристиках частиц (например, размере и форме) может быть сгруппированна из двухмерных данных, полученных от нескольких устройств 110 формирования изображения, в множественные времязависимые наборы данных для каждой частицы. В некоторых вариантах реализации указанный прием может обеспечить более точное измерение характеристик (например, размера или формы) отдельных частиц по сравнению с измерением посредством одного датчика формирования изображения. Например, в некоторых вариантах реализации данный подход позволяет обеспечить более четкое обнаружение и измерение размеров удлиненный частиц вследствие того, что вид частицы на изображении более не зависит исключительно от ее пространственной ориентации относительно одного устройства 110 формирования изображения.In some embodiments, upon completion of tracking the positions of the three-dimensional particles, information about particle characteristics (e.g., size and shape) may be grouped from the two-dimensional data obtained from multiple imaging devices 110 into multiple time-dependent datasets for each particle. In some embodiments, the technique can provide a more accurate measurement of characteristics (eg, size or shape) of individual particles compared to measurement with a single imaging sensor. For example, in some embodiments, this approach allows for clearer detection and sizing of elongated particles due to the fact that the appearance of a particle in an image is no longer solely dependent on its spatial orientation relative to a single imaging device 110.

В некоторых вариантах реализации указанный подход может быть использован для ослабления линзового эффекта, вызванного кривизной емкости 10. При использовании трехмерного положения частицы, измеренный размер частицы на двухмерных изображениях, полученных каждым из устройств 110 формирования изображения, может быть скорректирован с целью компенсации линзового эффекта, например, путем изменения бокового (горизонтального) компонента измерения размера с использованием коэффициента пересчета линзового эффекта. Указанный коэффициент пересчета может быть определен на основании оптической модели перемещения света через емкость 10 для каждого из устройств 110 формирования изображения согласно вышеприведенному описанию.In some embodiments, this approach can be used to mitigate the lens effect caused by the curvature of the capacitance 10. By using the three-dimensional position of the particle, the measured particle size in the two-dimensional images obtained by each of the imaging devices 110 can be adjusted to compensate for the lens effect, for example , by changing the side (horizontal) component of the dimension measurement using a lens effect scaling factor. The specified conversion factor may be determined based on the optical model of the movement of light through the container 10 for each of the imaging devices 110 according to the above description.

Спектральное обнаружениеSpectral detection

На фиг. 45 показан датчик 4500 (на чертеже показан в виде дифракционного спектрометра), который может быть использован с блоком 100 визуального осмотра раскрытого в настоящем описании вида. Например, датчик 4500 может образовывать четвертый отвод изображения, используемый с примером реализации блока 100 по фиг. 38А.FIG. 45 shows a sensor 4500 (shown as a diffraction spectrometer) that may be used with a visual inspection unit 100 of the type disclosed herein. For example, sensor 4500 may form a fourth image finger used with the exemplary embodiment of block 100 of FIG. 38A.

Датчик 4500 может быть использован для обнаружения характеристики (например, спектральной характеристики) одной или более частиц в емкости 10. Например, согласно чертежу, емкость 10 подсвечена посредством широкополосных источников 122 света. Датчик 4500 получает свет от емкости 10 через корректирующую искажение оптику 4501 (например, любого вышеописанного вида) и телецентрическую линзу 4501. Свет от линзы 4501 направляют на дифракционную решетку 4503, разделяющую компоненты спектра света, изображение которых затем получают на датчике 4504 формирования изображения. В некоторых вариантах реализации дифракционная решетка 4503 работает таким образом, что местоположение падающего света вдоль одного измерения датчика 4504 (например, вертикального измерения) соответствует длине волны света. Другое измерение на датчике 4504 формирования изображенияThe sensor 4500 can be used to detect a characteristic (eg, spectral characteristic) of one or more particles in the vessel 10. For example, as shown, the vessel 10 is illuminated by broadband light sources 122. Sensor 4500 receives light from container 10 through distortion-correcting optics 4501 (eg, of any kind described above) and telecentric lens 4501. Light from lens 4501 is directed to a diffraction grating 4503 that separates light spectrum components, which are then imaged by imaging sensor 4504. In some embodiments, the diffraction grating 4503 operates such that the location of the incident light along one measurement of the sensor 4504 (eg, a vertical measurement) corresponds to the wavelength of the light. Another measurement at imaging sensor 4504

- 32 038813 соответствует различным пространственным точкам внутри емкости 10. То есть датчик 4500 обеспечивает спектральные данные для участка емкости, например, в выбранной конфигурации участок показан в виде горизонтального куска емкости 10.- 32 038813 corresponds to different spatial points within the vessel 10. That is, the sensor 4500 provides spectral data for a section of the vessel, for example, in the selected configuration, the section is shown as a horizontal piece of the vessel 10.

По мере перемещения частиц через указанную центральную горизонтальную плоскость может быть зафиксирован их стереоскопический профиль. В то же время, согласно подробному вышеприведенному описанию, стандартные отводы изображения блока 100 могут быть использованы для отслеживания положения частицы внутри емкости (например, в трех измерениях). Указанные данные могут быть использованы для определения момента проникновения отдельно взятой частицы на участок обнаружения, фиксируемый датчиком 4500. При проникновении частицы на участок датчик 4500 фиксирует характеристику (например, спектральный профиль) частицы. Блок 100 может вырабатывать данные, связанные с указанной характеристикой, и может связывать указанные данные с данными, указывающими на природу частицы в данных отслеживания.As the particles move through the specified central horizontal plane, their stereoscopic profile can be recorded. At the same time, according to the detailed description above, the standard taps of the block 100 can be used to track the position of the particle within the container (for example, in three dimensions). This data can be used to determine the moment of penetration of a single particle into the detection area recorded by the sensor 4500. When a particle enters the area, the sensor 4500 records the characteristic (eg, spectral profile) of the particle. Block 100 can generate data associated with the specified characteristic, and can associate the specified data with data indicative of the nature of the particle in the tracking data.

В различных вариантах реализации, данные характеристик могут быть использованы для любой подходящей цели, например, для определения вида частицы. Например, спектральные данные об отдельно взятой частице могут быть комбинированы с данными о размере, форме, перемещении частицы или с другими данными о частице с целью определения вида частицы.In various implementations, the characteristic data can be used for any suitable purpose, for example, to determine the type of particle. For example, spectral data for a single particle can be combined with data about size, shape, particle movement, or other data about a particle to determine the type of particle.

В некоторых вариантах реализации датчик 4500 и освещающие источники 122 света могут быть модифицированы с обеспечением возможности обнаружения флуоресценции частицы или любых других подходящих характеристик. В целом, может быть обнаружена любая спектральная характеристика частиц, включая цвет, спектр поглощения, спектр излучения или спектр пропускания, или комбинацию любых из указанных характеристик.In some embodiments, the sensor 4500 and illuminating light sources 122 may be modified to detect particle fluorescence or any other suitable characteristic. In general, any spectral characteristic of the particles can be detected, including color, absorption spectrum, emission spectrum, or transmission spectrum, or a combination of any of these characteristics.

Несмотря на то, что в вышеописанном примере датчик 4500 включен в блок 100, содержащий три отвода изображения, в других вариантах реализации может быть использовано любое количество отводов изображения, например один, два, четыре, пять или более отводов. В некоторых вариантах реализации, в которых использован один отвод изображения, датчик 4500 может быть подогнан к отводу изображения, например, путем использования светоделительной пластины (не показана) для разделения луча света, получаемого от емкости 10, и передачи компонентов луча на один отвод изображения и на датчик 4500. В других вариантах реализации, например, в которых использовано несколько отводов изображения, датчик 4500 может быть ориентирован под любым подходящим углом относительно устройств формирования изображения.Although in the above example, the sensor 4500 is included in the block 100 containing three image taps, in other implementations, any number of image taps may be used, for example, one, two, four, five or more taps. In some implementations that use a single image arm, the sensor 4500 can be tailored to the image arm, for example, by using a beam splitter (not shown) to split the light beam received from the receptacle 10 and transmit the beam components to a single image arm, and to the sensor 4500. In other implementations, for example, in which multiple image taps are used, the sensor 4500 may be oriented at any suitable angle with respect to the imaging devices.

Измерение свойств пробы на местеOn-site measurement of sample properties

В некоторых вариантах реализации блок 100 осмотра может содержать один или более детекторов (не показаны), которые могут быть использованы для измерения коэффициента преломления текучей среды в емкости 10. Например, в некоторых вариантах реализации через заполненную текучей средой часть емкости 10 может быть направлен узкий неосевой коллимированный лазерный луч, обнаруживаемый с целью измерения смещения луча вследствие преломления в емкости 10. Если известны материал и геометрия емкости 10, указанная информация может быть использована для определения коэффициента преломления текучей среды. В различных вариантах реализации может быть использован любой другой подходящий прием определения коэффициента преломления.In some embodiments, inspection unit 100 may include one or more detectors (not shown) that may be used to measure the refractive index of a fluid in vessel 10. For example, in some embodiments, a narrow off-axis collimated laser beam, detected to measure the displacement of the beam due to refraction in vessel 10. If the material and geometry of vessel 10 are known, this information can be used to determine the refractive index of the fluid. In various embodiments, any other suitable technique for determining the refractive index may be used.

В некоторых вариантах реализации измеренный коэффициент преломления текучей среды может быть использован в качестве вводного параметра для любых схем обработки данных, раскрытых в настоящем описании (например, обработки данных с целью компенсации линзовых эффектов, вызванных кривизной емкости 10).In some embodiments, the measured refractive index of the fluid can be used as an input to any of the data processing schemes disclosed herein (eg, data processing to compensate for lens effects caused by the curvature of capacitance 10).

В некоторых вариантах реализации блок 100 осмотра может также содержать один или более детекторов (не показаны), которые могут быть использованы для определения информации, указывающей на форму емкости 10. Например, в некоторых вариантах реализации через заполненную воздухом (например, верхнюю) часть емкости 10 может быть направлен узкий неосевой коллимированный лазерный луч, обнаруживаемый с целью измерения смещения луча по сравнению с эталоном. Указанное отклонение может быть использовано для точного измерения толщины стенки емкости (например, с точностью до 0.25 мм или меньше). В различных вариантах реализации может быть использован любой другой подходящий прием определения формы емкости.In some embodiments, the inspection unit 100 may also comprise one or more detectors (not shown) that can be used to determine information indicative of the shape of the container 10. For example, in some embodiments, through an air-filled (e.g., top) portion of the container 10 a narrow, non-axial collimated laser beam can be directed to be detected to measure the displacement of the beam relative to the reference. The specified deviation can be used to accurately measure the wall thickness of the vessel (for example, with an accuracy of 0.25 mm or less). In various embodiments, any other suitable technique for determining the shape of the container may be used.

В некоторых вариантах реализации обнаруженные геометрические данные могут быть использованы, например, согласно вышеприведенному описанию, для определения коэффициента преломления текучей среды в емкости 10. В некоторых вариантах реализации обнаруженные геометрические данные могут быть использованы в качестве вводного параметра для различных приемов обработки данных, раскрытых в настоящем описании (например, обработки данных с целью компенсации линзовых эффектов, вызванных кривизной емкости 10), или для любой другой подходящей цели.In some implementations, the detected geometric data can be used, for example, as described above, to determine the refractive index of the fluid in the vessel 10. In some implementations, the detected geometric data can be used as an input to various data processing techniques disclosed herein. description (for example, data processing to compensate for lens effects caused by the curvature of the capacitance 10), or for any other suitable purpose.

Формирование изображения методом погруженияImmersion imaging

Согласно настоящему подробному описанию, в различных вариантах реализации преломляющие свойства текучей среды в емкости 10 могут вызывать нежелательные эффекты искажения изображения. В некоторых вариантах реализации указанные эффекты могут быть уменьшены путем заполнения всего (или части) пространства между емкостью 10 и устройством формирования изображения 110, исполь- 33 038813 зуемым для формирования изображения емкости, средой с коэффициентом преломления, более близким к коэффициенту преломления текучей среды, чем к коэффициенту преломления воздуха.As described herein, in various embodiments, the refractive properties of the fluid in the container 10 may cause undesirable image distortion effects. In some embodiments, these effects can be mitigated by filling all (or part) of the space between the container 10 and the imaging device 110 used to imaging the container with a medium with a refractive index closer to that of the fluid than to the refractive index of air.

В некоторых вариантах реализации рефракционное искажение может быть дополнительно уменьшено путем обеспечения совпадения коэффициента преломления емкости 10 коэффициенту преломления текучей среды, расположенной внутри емкости.In some embodiments, refractive distortion can be further reduced by ensuring that the refractive index of the container 10 matches the refractive index of the fluid located within the container.

В некоторых вариантах реализации указанные приемы формирования изображения методом погружения могут обеспечить снижение или устранение необходимости в использовании корректировочной оптики и/или обработки, используемой для уменьшения искажения (например, линзового эффекта согласно вышеприведенному подробному описанию).In some implementations, these immersion imaging techniques can reduce or eliminate the need for correction optics and / or processing used to reduce distortion (eg, lensing as detailed above).

Регулирование температуры пробыSample temperature control

В некоторых вариантах реализации блок 100 осмотра может содержать одно или более устройств (не показаны) для регулирования температуры пробы внутри емкости 10. Например, в некоторых вариантах реализации устройство регулирования температуры может быть использовано для изменения температуры емкости в пределах от 0°С до 40°С, от 0°С до 100°С или в других подходящих пределах. В некоторых вариантах реализации устройство регулирования температуры может поддерживать температуру на уровне заданного значения, например значения, варьирующегося менее чем на 5°С, 2.5°С, 1°С, 0.1°С, 0.01 °С или меньше.In some embodiments, the inspection unit 100 may include one or more devices (not shown) to control the temperature of the sample within the vessel 10. For example, in some embodiments, the temperature control device may be used to vary the temperature of the vessel from 0 ° C to 40 ° C. C, from 0 ° C to 100 ° C, or in other suitable ranges. In some embodiments, the temperature control device can maintain the temperature at a predetermined value, for example, a value varying by less than 5 ° C, 2.5 ° C, 1 ° C, 0.1 ° C, 0.01 ° C, or less.

Регулирование температуры может иметь особое преимущество в областях применения, в которых регулирование температуры важно для препятствования разрушению проб в ходе процесса обнаружения. В некоторых вариантах реализации исследования термозависимой и времязависимой стабильности термочувствительных продуктов могут быть проведены путем контролируемого изменения температуры пробы. Например, платформа может быть использована для измерения растворения (или, в некоторых случаях, образования) белковых агрегатов по мере контролируемого повышения температуры лекарственного препарата от, например, 4°С (температура охлаждения) до 20°С (комнатная температура) или до 37°С (температура тела человека).Temperature control can be particularly advantageous in applications where temperature control is important to prevent sample degradation during the detection process. In some embodiments, temperature- and time-dependent stability studies of temperature-sensitive products can be conducted by controlling the temperature of the sample. For example, the platform can be used to measure the dissolution (or, in some cases, formation) of protein aggregates as the temperature of the drug rises in a controlled manner from, for example, 4 ° C (refrigeration temperature) to 20 ° C (room temperature) or 37 ° C (human body temperature).

В различных вариантах реализации регулирование температуры может быть обеспечено любым подходящим способом. В некоторых вариантах реализации среда внутри блока осмотра может быть герметично закрыта и теплоизолирована, а регулирование температуры может быть осуществлено посредством, например, агрегата кондиционирования воздуха. В некоторых вариантах реализации в держатель пробы для емкости 10 могут быть встроены нагревательная спираль и термоэлектрический охладитель (например, на основе эффекта Пельтье). В вариантах реализации, в которых на подносе расположено несколько емкостей, регулирование температуры подноса может быть осуществлено через поднос посредством нагревающей/охлаждающей рабочей текучей среды (например, путем проведения рабочей текучей среды через теплообменник). В целом, один или более датчиков температуры и/или термостатов могут быть использованы для обеспечения замкнутой системы регулирования температуры.In various embodiments, temperature control may be provided in any suitable manner. In some embodiments, the environment inside the inspection unit may be hermetically sealed and thermally insulated, and temperature control may be accomplished by, for example, an air conditioning unit. In some embodiments, a heating coil and a thermoelectric cooler (eg, based on the Peltier effect) may be incorporated into the sample holder for container 10. In embodiments in which multiple containers are disposed on the tray, temperature control of the tray may be through the tray by means of a heating / cooling working fluid (eg, by passing the working fluid through a heat exchanger). In general, one or more temperature sensors and / or thermostats can be used to provide a closed loop temperature control system.

Приемы многократного осмотраMultiple examination techniques

В некоторых вариантах реализации блок 100 осмотра может осуществлять повторный осмотр отдельно взятой пробы с изменением одного или более рабочих параметров (например, скорости вращения), которые могут быть выбраны на основании результатов первого осмотра. Указанный процесс может быть многократно повторен с целью лучшей корректировки рабочего параметра для определенной исследуемой пробы.In some embodiments, the inspection unit 100 may re-inspect a single sample with one or more operating parameters (eg, rotational speed) that may be selected based on the results of the first inspection. This process can be repeated many times in order to better adjust the operating parameter for a particular test sample.

Например, в некоторых вариантах реализации осмотр может быть повторен (например, с измененной скоростью вращения) в случае, если полученные данные обнаружения частиц и определения их размеров находятся вне диапазона ожидаемых результатов (что указывает на ошибку в изначальном обзоре).For example, in some implementations, the inspection may be repeated (eg, with a changed rotational speed) if the received particle detection and particle size measurements are outside the range of expected results (indicating an error in the original review).

Картографирование эталона фона для автоматической калибровкиBackground reference mapping for automatic calibration

Согласно вышеприведенному подробному описанию, в различных вариантах реализации желательным является определение характеристик эффектов искажения (например, линзовых эффектов), вызванных преломлением света, проходящего через емкость 10 к формирователю 110 изображения. В некоторых вариантах реализации сам блок 100 осмотра может быть использован для картографирования искажений, вызванных емкостью 10. Полученная карта может затем быть использована для компенсирования указанных эффектов в ходе обработки изображения.As described in detail above, in various implementations, it is desirable to characterize distortion effects (eg, lens effects) caused by refraction of light passing through the container 10 to the imaging device 110. In some embodiments, the inspection unit 100 itself can be used to map the distortions caused by the capacitance 10. The resulting map can then be used to compensate for these effects during image processing.

Например, в некоторых вариантах реализации один или более указателей калибровки (например, решетка) может быть размещен за емкостью 10 в качестве фона для устройства 110 формирования изображения. Рефракционное искажение может быть обнаружено и картографировано путем обнаружения указанных указателей на полученном изображении (например, с использованием выделения контуров или других подходящих приемов обнаружения объектов) и сравнения их вида на изображении с их известным фактическим видом.For example, in some implementations, one or more calibration indicators (eg, a grating) may be placed behind the container 10 as a background for the imaging apparatus 110. Refractive distortion can be detected and mapped by detecting specified pointers in the resulting image (for example, using edge enhancement or other suitable object detection techniques) and comparing their appearance in the image with their known actual appearance.

В некоторых вариантах реализации указанный подход может быть использован для корректировки искажения, вызванного нецилиндрическими емкостями, например, емкостями, обладающими вращательной симметрией по оси, но с различными длинами периферии вокруг оси (такими как емкости, форма которых напоминает форму современных бутылок для прохладительных напитков).In some implementations, this approach can be used to correct for distortion caused by non-cylindrical containers, for example, containers with axial rotational symmetry, but with different circumferential lengths around the axis (such as containers that resemble the shape of modern soft drink bottles).

- 34 038813- 34 038813

Автоматическое обнаружение и подавление колебанийAutomatic vibration detection and suppression

Согласно вышеприведенному описанию, в некоторых вариантах реализации колебания могут снизить качество работы блока 100 осмотра. В результате колебаний обычно статичные объекты (такие, как косметические дефекты на поверхности емкости) вибрируют в ходе формирования изображения. Это может снизить качество работы на этапе удаления статичных объектов вследствие формирования небольших, но значительных вибрирующих ореолов, не удаляемых в ходе удаления статичных элементов и способных приводить к получению неверных результатов при осуществлении последующих алгоритмов обнаружения частиц. В различных вариантах реализации для снижения эффекта колебаний может быть использован один или более нижеописанных приемов.As described above, in some embodiments, fluctuations can degrade the performance of the inspection unit 100. As a result of vibration, normally static objects (such as cosmetic defects on the surface of a container) vibrate during imaging. This can reduce the quality of work at the stage of removing static objects due to the formation of small but significant vibrating halos that are not removed during removal of static elements and can lead to incorrect results when implementing subsequent particle detection algorithms. In various embodiments, one or more of the techniques described below may be used to reduce the effect of oscillation.

В некоторых вариантах реализации элементы вибрирующих ореолов, образующиеся вокруг удаленных статичных элементов, могут быть подавлены путем увеличения размера участка изображения, соответствующего обнаруженным статичным элементам (например, на толщину от одного до нескольких пикселов), в результате чего участки изображения, содержащие тонкие вибрирующие ореолы, также удаляют до начала этапа анализа частиц. Однако в некоторых вариантах реализации недостаток данного подхода заключается в том, что он уменьшает по существу доступную площадь датчика.In some embodiments, vibrating halos formed around distant static elements can be suppressed by increasing the size of the image area corresponding to the detected static features (for example, by one to several pixels thick), resulting in areas of the image containing thin vibrating halos. also removed prior to starting the particle analysis step. However, in some implementations, the disadvantage of this approach is that it reduces the substantially available sensor area.

В некоторых вариантах реализации для обнаружения наличия вибрирующих элементов может быть использован алгоритм скрининга. Например, элементы могут быть обнаружены путем обработки изображения с целью обнаружения вибрирующих элементов, не перемещающихся по изображению. В некоторых вариантах реализации указанные элементы могут также быть идентифицированы на основании их пространственной близости к обнаруженным статичным элементам.In some embodiments, a screening algorithm may be used to detect the presence of vibrating elements. For example, elements can be detected by image processing to detect vibrating elements that do not move across the image. In some embodiments, these elements can also be identified based on their spatial proximity to the detected static elements.

В некоторых вариантах реализации показатели вибрации емкости могут быть обнаружены на основании полученных изображений, например, при использовании выделения контуров с целью обнаружения перемещения стенок емкости, в результате чего система может автоматически обнаруживать и, возможно, предупреждать пользователя о неприемлемо высоком уровне колебаний среды.In some embodiments, vessel vibration indications may be detected based on captured images, for example, by using contouring to detect movement of vessel walls, whereby the system can automatically detect and possibly alert the user to unacceptably high levels of vibration in the environment.

В некоторых вариантах реализации показатели вибрации емкости могут быть обнаружены посредством физических датчиков. Например, в некоторых вариантах реализации головка инструмента, удерживающего и манипулирующего емкостью в ходе осмотра, может содержать устройства обнаружения движения (например, высокоточные акселерометры), обеспечивающие обратную связь, на основании которой система может автоматически предупреждать пользователей о наличии уровня колебаний, превышающего установленное пороговое значение.In some embodiments, capacitance vibration indications may be detected by physical sensors. For example, in some implementations, the head of a tool holding and manipulating a container during inspection may include motion detection devices (e.g., high-precision accelerometers) that provide feedback so the system can automatically alert users of the presence of vibration levels above a predetermined threshold. ...

ПримерыExamples of

Ниже приведены примерные характеристики производительности примера реализации блока 100 визуального осмотра раскрытого в настоящем описании вида.The following are exemplary performance characteristics of an example implementation of the visual inspection unit 100 of the type disclosed herein.

Согласно фиг. 40, блок 100 был использован с емкостями 10, каждая из которых содержала одну полимерную сферу известного размера. Были выполнены множественные процессы обнаружения (n=80) для каждой емкости, и процентное значение обнаружения было измерено (обозначено на чертеже столбцами APT). Согласно чертежу, процентное значение обнаружения в системе составило свыше 90% для частиц с диаметром от 15 до 200 мкм. Процентные значения обнаружения при выполнении идентичной задачи обученным человеком представлены для сравнения (обозначены на чертеже столбцами человек). Необходимо отметить, что способность человека к обнаружению частиц резко падает при обнаружении частиц размером менее 200 мкм.As shown in FIG. 40, block 100 was used with containers 10, each containing one polymer sphere of known size. Multiple detection processes (n = 80) were performed for each container, and the percentage of detection was measured (indicated by the APT columns in the drawing). According to the drawing, the percentage of detection in the system was over 90% for particles with a diameter of 15 to 200 microns. Detection percentages for an identical task by a trained person are presented for comparison (denoted by human columns in the figure). It should be noted that a person's ability to detect particles drops dramatically when particles smaller than 200 microns are detected.

Согласно фиг. 41, в ходе другого эксперимента блок 100 был использован с емкостями, содержащими частицы с диаметром выше и ниже границы видимого спектра в 125 мкм. Блок 100 идентифицировал частицу, а также классифицировал частицы на основании размера, различая частицы размером выше и ниже границы видимого спектра в 125 мкм. Согласно чертежу, процентное значение обнаружения в системе составило свыше 90% для частиц с диаметром от 15 до 200 мкм. Блок 100 также точно распределил обнаруженные частицы по категориям с крайне высокой степенью точности.As shown in FIG. 41, in another experiment, block 100 was used with containers containing particles with diameters above and below the 125 µm limit of the visible spectrum. Block 100 identified the particle and also classified the particles based on size, distinguishing between particles above and below the 125 µm limit of the visible spectrum. According to the drawing, the percentage of detection in the system was over 90% for particles with a diameter of 15 to 200 microns. Block 100 also accurately categorized the detected particles with an extremely high degree of accuracy.

Согласно фиг. 42, был обеспечен ряд растворов для нескольких стандартных размеров частиц, причем каждый ряд состоял из емкостей, содержащих частицы в заданной концентрации. Полученные емкости были проанализированы блоком 100 для получения данных о количестве частиц, а для определения значений R2 линейности подсчета против обратного коэффициента разбавления была использована регрессия. Согласно чертежу, значение R2 составило свыше 0.95 для размеров частиц от 15 до 200 мкм, что указывает на отличную линейность.As shown in FIG. 42, a number of solutions were provided for several standard particle sizes, each row consisted of containers containing particles at a predetermined concentration. The resulting capacities were analyzed by block 100 to obtain particle count data and regression was used to determine the R 2 values of linearity versus inverse dilution factor. According to the drawing, the R 2 value was over 0.95 for particle sizes from 15 to 200 µm, indicating excellent linearity.

Согласно фиг. 43, возбужденная проба, содержащая частицы белка, была проанализирована блоком 100 для определения количества частиц, сгруппированного по размеру частиц. Показана точность подсчета количества частиц для каждой группы на протяжении 10 циклов. Размер частиц белка неизвестен, в результате чего абсолютное сравнение точности определения размеров невозможно, но, тем не менее, согласно чертежу, система обладает высокой точностью при подсчете и определении размеров белков. Нормированная ошибка измерения составила 3%, что указывает на отличную точность.As shown in FIG. 43, an excited sample containing protein particles was analyzed by block 100 to determine the number of particles grouped by particle size. The accuracy of counting the number of particles for each group is shown for 10 cycles. The particle size of the protein is unknown, making an absolute comparison of sizing accuracy impossible, but nevertheless, according to the drawing, the system is highly accurate in counting and sizing proteins. The normalized measurement error was 3%, which indicates excellent accuracy.

Согласно фиг. 44, блок 100 был также протестирован на обнаружение пустых и содержащих частицы белка флаконов. Показатели работы блока 100 были сравнены с показателями работы квалифицированного оператора визуального осмотра при рассмотрении одного и того же набора флаконов. Блок 100As shown in FIG. 44, block 100 was also tested to detect empty vials containing protein particles. The performance of unit 100 was compared to that of a qualified visual inspection operator when viewing the same set of vials. Block 100

- 35 038813 (обозначенный на чертеже столбцами APT) верно определил все 40 флаконов с частицами белка и 80 пустых флаконов в течение трех циклов. Самосовпадение при классификации видимых и невидимых частиц составило 100%. Результат человека составил лишь около 85% в обеих категориях.- 35 038813 (indicated by the APT columns in the drawing) correctly identified all 40 vials of protein particles and 80 empty vials for three cycles. Self-coincidence in the classification of visible and invisible particles was 100%. The human result was only about 85% in both categories.

ЗаключениеConclusion

Специалисту будет очевидно, что процессы, включенные в автоматизированную систему и способ неразрушающего обнаружения и идентификации частиц (обработка данных временного ряда, полученных посредством визуального осмотра), могут быть реализованы в виде изделия, содержащего машиночитаемый носитель. Например, указанный машиночитаемый носитель может содержать считываемое запоминающее устройство, такое как жесткий диск, CD-ROM, DVD-ROM, компьютерную дискету или компоненты твердотельной памяти (ПЗУ, ОЗУ), на котором хранится машиночитаемые сегменты программного кода. Машиночитаемый носитель может также содержать средство связи или передающее средство, такое как шина или канал связи, являющийся оптическим, проводным или беспроводным, несущее сегменты программного кода в виде цифровых или аналоговых сигналов передачи данных.One skilled in the art will appreciate that the processes included in the automated system and method for non-destructive particle detection and identification (processing time series data obtained by visual inspection) can be implemented as an article containing a computer-readable medium. For example, said computer-readable medium may comprise a readable storage device such as a hard disk, CD-ROM, DVD-ROM, computer floppy disk, or solid state memory (ROM, RAM) components that store computer-readable program code segments. The computer-readable medium may also comprise communication or transmission means, such as a bus or communication channel, which is optical, wired or wireless, carrying segments of program code in the form of digital or analog data transmission signals.

В настоящем описании использована блок-схема. Использование блок-схемы не должно рассматриваться как ограничивающее порядок выполняемых операций. Раскрытый в настоящем описании материал содержит иллюстрации других компонентов, расположенных внутри или соединенных с другими отличными компонентами. Нужно понимать, что подобная проиллюстрированная архитектура приведена исключительно в качестве примера, и по существу может быть реализовано множество других вариантов архитектуры, обеспечивающих идентичные функции. В принципиальном смысле, любая конфигурация компонентов, обеспечивающая идентичные функции, по существу связана с обеспечением желаемых функций. Следовательно, любые два компонента, комбинированные с обеспечением определенной функции, могут быть рассмотрены как связанные друг с другом с обеспечением желаемых функций, вне зависимости от архитектуры или промежуточных компонентов. Сходным образом, любые два компонента, связанные подобным образом, могут быть рассмотрены как находящиеся в рабочем соединении или в рабочей связи друг с другом с обеспечением желаемой функции, а любые два компонента, выполненные с возможностью подобной связи, могут быть рассмотрены как выполненные с возможностью рабочей связи друг с другом с обеспечением желаемой функции. Конкретные примеры выполненных с возможностью рабочей связи компонентов включают, без ограничения, физически соединяемые и/или физически взаимодействующие компоненты, и/или выполненные с возможностью беспроводного взаимодействия, и/или взаимодействующие беспроводным путем компоненты, и/или логически взаимодействующие, и/или выполненные с возможностью логического взаимодействия компоненты.In the present description, a block diagram is used. The use of a flowchart should not be construed as limiting the order of operations performed. The material disclosed herein contains illustrations of other components located within or connected to other distinct components. It should be understood that such an illustrated architecture is intended solely as an example, and as such, many other architectures may be implemented providing identical functionality. In a fundamental sense, any configuration of components that provide identical functionality is essentially concerned with providing the desired functionality. Therefore, any two components combined to provide a specific function can be viewed as related to each other to provide the desired functionality, regardless of architecture or intermediate components. Likewise, any two components in a similar manner can be considered to be in operable connection or in operative communication with each other to provide the desired function, and any two components configured to such communication can be considered to be operable. communication with each other to ensure the desired function. Specific examples of operable components include, but are not limited to, physically connectable and / or physically interacting components and / or wirelessly and / or wirelessly communicating components and / or logically interacting and / or configured with the possibility of logical interaction of the components.

В том, что касается использования по существу любых терминов во множественном и/или единственном числе, специалист может свободно переводить множественное число в единственное и/или единственное число во множественное в зависимости от контекста и/или области применения. Различные варианты единственного и/или множественного числа могут быть указаны в настоящем описании в целях ясности.With regard to the use of essentially any terms in the plural and / or singular, one skilled in the art is free to translate the plural to the singular and / or the singular to the plural depending on the context and / or field of application. Various variants of the singular and / or plural may be indicated in the present description for purposes of clarity.

Специалист должен понимать, что, в целом, термины, используемые в настоящем описании, в особенности в нижеследующей формуле изобретения (например, в тексте пунктов формулы изобретения) по существу являются открытыми терминами (например, термин содержащий нужно понимать как содержащий без ограничения, термин имеющий нужно понимать как имеющий по меньшей мере, термин включает нужно понимать как включает без ограничения и т.д. Специалисту также будет очевидно, что при намерении указания определенного числа в тексте пункта формулы, указанное намерение открытым текстом внесено в текст пункта формулы, а при отсутствии подобного указания подобное намерение не имеет места. Например, для облегчения понимания, нижеприведенные пункты формулы изобретения могут содержать вводные фразы по меньшей мере один и один или более в качестве введения в текст пункта формулы.The specialist should understand that, in general, the terms used in the present description, especially in the following claims (for example, in the text of the claims) are essentially open terms (for example, the term containing should be understood as containing without limitation, the term having should be understood as having at least the term includes, it should be understood as including without limitation, etc. It will also be obvious to a person skilled in the art that if you intend to indicate a certain number in the text of a claim, the indicated intention is included in the text of the claim in plain text, and in the absence of For example, for ease of understanding, the following claims may contain at least one and one or more introductory phrases as an introduction to the text of the claim.

В случае если в тексте пункта формулы указано определенное число, специалисту будет очевидно, что указанный текст необходимо понимать как охватывающий по меньшей мере указанное число (например, простое указание двух элементов без дополнительных указаний обычно означает по меньшей мере два элемента, или два или более элемента).If a certain number is indicated in the text of a claim, it will be obvious to a person skilled in the art that the said text must be understood as covering at least the indicated number (for example, a simple indication of two elements without additional indications usually means at least two elements, or two or more elements ).

Кроме того, в случаях использования фразы, аналогичной по меньшей мере одному из А, Б и В, и т.д., подобная конструкция в целом полагается на то, что специалисту будет очевиден смысл фразы (например, система, содержащая по меньшей мере один из А, Б и В без ограничения включает системы, содержащие только А, только Б, только В, А и Б, А и В, Б и В и/или А, Б и В, и т.д) В случаях использования фразы, аналогичной по меньшей мере одному из А, Б или В и т.д., подобная конструкция в целом полагается на то, что специалисту будет очевиден смысл фразы (например, система, содержащая по меньшей мере один из А, Б или В без ограничения включает системы, содержащие только А, только Б, только В, А и Б, А и В, Б и В и/или А, Б и В и т.д)In addition, in cases of using a phrase similar to at least one of A, B and C, etc., such a construction generally relies on the fact that a specialist will understand the meaning of the phrase (for example, a system containing at least one from A, B and C without limitation includes systems containing only A, only B, only C, A and B, A and C, B and C and / or A, B and C, etc.) In cases where the phrase is used analogous to at least one of A, B or C, etc., such a construction generally relies on the fact that the specialist will understand the meaning of the phrase (for example, a system containing at least one of A, B or C without limitation includes systems containing only A, only B, only C, A and B, A and C, B and C and / or A, B and C, etc.)

Специалисту также будет очевидно, что практически любой разделительный союз и/или фраза, предоставляющая два или более альтернативных термина в описании, формуле изобретения и на чертежах, учитывает вероятность включения одного из терминов, любого из терминов, или обоих терминов. Например, фраза А или Б учитывает вероятность А или Б или А и Б.It will also be apparent to those skilled in the art that virtually any dividing union and / or phrase providing two or more alternative terms in the description, claims, and drawings is subject to the likelihood of including one of the terms, either of the terms, or both. For example, phrase A or B takes into account the likelihood of A or B or A and B.

- 36 038813- 36 038813

В настоящей заявке термин оптический элемент может относиться к одному или нескольким светопреломляющим, светоотражающим, дифракционным, голографическим, поляризующим или фильтрующим элементам в любой подходящей комбинации. В настоящей заявке такие термины как свет, оптический или другие смежные термины относятся не только к свету, различимому человеком, но также могут включать, например, свет ультрафиолетового, видимого и инфракрасного участков электромагнитного спектра.In this application, the term optical element can refer to one or more refractive, reflective, diffractive, holographic, polarizing or filtering elements in any suitable combination. In this application, terms such as light, optical or other related terms not only refer to light perceptible to humans, but can also include, for example, light from the ultraviolet, visible and infrared regions of the electromagnetic spectrum.

Настоящее описание иллюстративных примеров реализации выполнено в целях иллюстрации и описания. Описание не должно рассматриваться как всеобъемлющее или ограниченное исключительно раскрытой формой, и возможны модификации и варианты раскрытых материалов, которые также могут быть очевидны при реализации раскрытых примеров реализации. Объем изобретения задан сопутствующей формулой изобретения и эквивалентами пунктов формулы изобретения.The present description of illustrative examples of implementation is made for purposes of illustration and description. The description should not be construed as comprehensive or limited solely by the disclosed form, and modifications and variations of the disclosed materials are possible, which may also be obvious when the disclosed embodiments are implemented. The scope of the invention is defined by the accompanying claims and the equivalents of the claims.

Claims (14)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ неразрушающего обнаружения нерастворенной частицы в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, включающий:1. A method for non-destructive detection of an undissolved particle in a vessel at least partially filled with a fluid medium, comprising: (a) использование по меньшей мере одного устройства формирования изображения для формирования изображения частицы;(a) using at least one imaging device to form an image of the particle; (b) обработку изображения для определения данных о местоположении, указывающих на местоположение частицы в сосуде;(b) image processing to determine location data indicative of the location of the particle in the vessel; (c) обнаружение частицы по меньшей мере частично на основании данных о местоположении, причем обнаружение частицы по меньшей мере частично на основании данных о местоположении включает определение наличия частицы на участке сосуда;(c) detecting a particle based at least in part on the location data, wherein detecting the particle based at least in part on the location data comprises determining the presence of a particle at a portion of the vessel; (d) использование датчика для определения характеристики частицы при расположении частицы на указанном участке сосуда;(d) using a sensor to determine the characteristics of the particle when the particle is located in the specified area of the vessel; (e) создание данных характеристики частицы, указывающих на определенную характеристику;(e) generating particle characteristic data indicative of a specific characteristic; (f) соотношение данных характеристики частицы с данными идентификации частицы.(f) correlation of particle characteristic data with particle identification data. 2. Способ по п.1, в котором:2. The method according to claim 1, wherein: по меньшей мере одно устройство формирования изображения содержит по меньшей мере два устройства формирования изображения, размещенные с обеспечением формирования изображения частицы с различных ракурсов с целью получения каждым из них, соответственно, одного или более двухмерных изображений частицы в текучей среде;at least one imaging apparatus comprises at least two imaging apparatus arranged to form images of a particle from different angles in order to obtain each of them, respectively, one or more two-dimensional images of a particle in a fluid medium; обработка изображения для определения данных о местоположении включает комбинирование двухмерных изображений, полученных от по меньшей мере двух устройств формирования изображения, для определения трехмерных данных, указывающих на местоположение частицы в сосуде; а обнаружение частицы включает обнаружение частицы по меньшей мере частично на основании трехмерных данных.image processing for determining location data includes combining two-dimensional images obtained from at least two imaging devices to determine three-dimensional data indicative of the location of the particle in the vessel; and detecting a particle includes detecting a particle based at least in part on three-dimensional data. 3. Способ по п.2, в котором характеристика частицы содержит спектральную характеристику.3. The method of claim 2, wherein the particle characteristic comprises a spectral characteristic. 4. Способ по п.3, в котором датчик содержит спектрометр, расположенный с возможностью обнаружения одной или более спектральных характеристик света, падающего с участка сосуда.4. The method of claim 3, wherein the sensor comprises a spectrometer disposed to detect one or more spectral characteristics of light incident from a portion of the vessel. 5. Способ по п.4, в котором участок сосуда содержит по существу планарный слой текучей среды в сосуде.5. The method of claim 4, wherein the portion of the vessel comprises a substantially planar layer of fluid in the vessel. 6. Способ по п.5, в котором датчик содержит телецентрическое устройство формирования изображения, размещенное с возможностью формирования изображения участка сосуда на спектрометр.6. The method of claim 5, wherein the sensor comprises a telecentric imaging device positioned to image a portion of the vessel onto a spectrometer. 7. Способ по п.4, в котором одна или более спектральных характеристик включает цвет, спектр поглощения, или спектр пропускания, или комбинацию указанных характеристик.7. The method of claim 4, wherein the one or more spectral characteristics include color, absorption spectrum, or transmission spectrum, or a combination of these characteristics. 8. Устройство для неразрушающего обнаружения нерастворенной частицы в сосуде, по меньшей мере частично заполненном текучей средой, содержащее:8. A device for non-destructive detection of undissolved particles in a vessel at least partially filled with a fluid medium, comprising: (a) по меньшей мере одно устройство формирования изображения, расположенное с возможностью формирования изображения частицы;(a) at least one imaging device located so as to form an image of the particle; (b) по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью определения характеристики частицы, когда частица расположена на участке сосуда;(b) at least one sensor configured to detect a characteristic of a particle when the particle is located at a portion of the vessel; (c) по меньшей мере один процессор, находящийся в рабочей связи с каждым из по меньшей мере одного устройства формирования изображения и датчиком, выполненный с возможностью:(c) at least one processor in operative communication with each of the at least one imaging apparatus and sensor, configured: обр аботки изображения от по меньшей мере одного устройства формирования изображения для определения данных о местоположении, указывающих на местоположение частицы в сосуде;processing an image from the at least one imaging device to determine location data indicative of the location of the particle in the vessel; обн аружения частицы по меньшей мере частично на основании данных о местоположении и идентификации наличия частицы на участке сосуда;detecting the particle based at least in part on the location data and identifying the presence of the particle at the site of the vessel; исп ользования сигнала от датчика для определения характеристики частицы при расположении частицы на указанном участке сосуда;using the signal from the sensor to determine the characteristics of the particle when the particle is located in the specified area of the vessel; соз дание данных характеристики частицы, указывающих на определенную характеристику;creating particle characteristic data indicative of a specific characteristic; соотношения данных характеристики частицы с данными идентификации частицы.the relationship of the particle characteristic data with the particle identification data. - 37 038813- 37 038813 9. Устройство по п.8, в котором:9. The device according to claim 8, in which: по меньшей мере одно устройство формирования изображения содержит по меньшей мере два устройства формирования изображения, размещенных с обеспечением формирования изображения частицы с различных ракурсов с целью получения каждым из них, соответственно, одного или более двухмерных изображений частицы в текучей среде;at least one imaging device comprises at least two imaging devices arranged to form images of a particle from different angles in order to obtain each of them, respectively, one or more two-dimensional images of a particle in a fluid medium; процессор выполнен с возможностью комбинирования двухмерных изображений, полученных по меньшей мере от двух устройств формирования изображения, для определения трехмерных данных, указывающих на местоположение частицы в сосуде; и процессор выполнен с возможностью обнаружения частицы по меньшей мере частично на основании трехмерных данных.the processor is configured to combine two-dimensional images obtained from at least two imaging devices to determine three-dimensional data indicative of the location of the particle in the vessel; and the processor is configured to detect the particle based at least in part on the 3D data. 10. Устройство по п.9, в котором характеристика частицы содержит спектральную характеристику.10. The apparatus of claim 9, wherein the particle characteristic comprises a spectral characteristic. 11. Устройство по п.10, в котором датчик содержит спектрометр, расположенный с возможностью обнаружения одной или более спектральных характеристик света, падающего с участка сосуда.11. The apparatus of claim 10, wherein the sensor comprises a spectrometer disposed to detect one or more spectral characteristics of light incident from a portion of the vessel. 12. Устройство по п.11, в котором участок сосуда содержит по существу планарный слой текучей среды в сосуде.12. The apparatus of claim 11, wherein the portion of the vessel comprises a substantially planar layer of fluid in the vessel. 13. Устройство по п.12, в котором датчик содержит телецентрическое устройство формирования изображения, размещенное с возможностью формирования изображения участка сосуда на спектрометр.13. The apparatus of claim 12, wherein the sensor comprises a telecentric imaging device arranged to form an image of a portion of the vessel onto a spectrometer. 14. Устройство по п.11, в котором одна или более спектральных характеристик включает цвет, спектр поглощения, или спектр пропускания, или комбинацию указанных характеристик.14. The apparatus of claim 11, wherein the one or more spectral characteristics include color, absorption spectrum, or transmission spectrum, or a combination of these characteristics.
EA201992857A 2012-08-20 2012-08-29 Methods and apparatus for nondestructive detection of undissolved particles in a fluid EA038813B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261691211P 2012-08-20 2012-08-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201992857A1 EA201992857A1 (en) 2020-06-30
EA038813B1 true EA038813B1 (en) 2021-10-22

Family

ID=71138801

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201992857A EA038813B1 (en) 2012-08-20 2012-08-29 Methods and apparatus for nondestructive detection of undissolved particles in a fluid
EA202192044A EA202192044A3 (en) 2012-08-20 2012-08-29 METHODS AND DEVICES FOR NON-DESTRUCTIVE DETECTION OF UNDISOLUTE PARTICLES IN FLUID

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA202192044A EA202192044A3 (en) 2012-08-20 2012-08-29 METHODS AND DEVICES FOR NON-DESTRUCTIVE DETECTION OF UNDISOLUTE PARTICLES IN FLUID

Country Status (1)

Country Link
EA (2) EA038813B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024052440A1 (en) * 2022-09-09 2024-03-14 F. Hoffmann-La Roche Ag Inspection system and method for a closed medical container

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4083612A1 (en) 2021-04-28 2022-11-02 Stevanato Group S.P.A. Apparatus and method for inspecting containers which are at least partially transparent to a predetermined electromagnetic radiation
CN117611799B (en) * 2023-11-28 2024-10-01 杭州深度视觉科技有限公司 Penicillin bottle defect detection method and device based on image recognition

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02159539A (en) * 1988-12-14 1990-06-19 Toshiba Corp Floc image camera apparatus for water purifying plant
US5905568A (en) * 1997-12-15 1999-05-18 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Stereo imaging velocimetry
JP2002267612A (en) * 2001-03-13 2002-09-18 Hitachi Eng Co Ltd Device and system for inspecting foreign matter in liquid filled in transparent container or the like
JP2003270240A (en) * 2002-03-18 2003-09-25 Sefa Technology Kk Method and apparatus for measurement of sedimentation velocity of liquid sample
JP2004028930A (en) * 2002-06-28 2004-01-29 Hitachi Industries Co Ltd Device and method for detecting foreign matter in container
US20080291438A1 (en) * 2004-07-30 2008-11-27 Eagle Vision Systems B.V. Apparatus and Method for Checking of Containers

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02159539A (en) * 1988-12-14 1990-06-19 Toshiba Corp Floc image camera apparatus for water purifying plant
US5905568A (en) * 1997-12-15 1999-05-18 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Stereo imaging velocimetry
JP2002267612A (en) * 2001-03-13 2002-09-18 Hitachi Eng Co Ltd Device and system for inspecting foreign matter in liquid filled in transparent container or the like
JP2003270240A (en) * 2002-03-18 2003-09-25 Sefa Technology Kk Method and apparatus for measurement of sedimentation velocity of liquid sample
JP2004028930A (en) * 2002-06-28 2004-01-29 Hitachi Industries Co Ltd Device and method for detecting foreign matter in container
US20080291438A1 (en) * 2004-07-30 2008-11-27 Eagle Vision Systems B.V. Apparatus and Method for Checking of Containers

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024052440A1 (en) * 2022-09-09 2024-03-14 F. Hoffmann-La Roche Ag Inspection system and method for a closed medical container

Also Published As

Publication number Publication date
EA202192044A2 (en) 2021-11-30
EA201992857A1 (en) 2020-06-30
EA202192044A3 (en) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7216146B2 (en) Method and apparatus for nondestructive detection of undissolved particles in fluids
EA038813B1 (en) Methods and apparatus for nondestructive detection of undissolved particles in a fluid
EA044111B1 (en) METHODS AND DEVICES FOR NON-DESTRUCTIVE DETECTION OF UNDISSOLVED PARTICLES IN A FLUID