ES2959361T3 - Escaneo con enfoque automático en tiempo real - Google Patents

Abstract

Enfoque automático en tiempo real. En una realización, un aparato de escaneo incluye un sensor de imágenes, un sensor de enfoque, una lente objetivo y procesador(es) configurados para analizar datos de imágenes capturados por los sensores de imágenes y enfoque, y mover la lente objetivo. El enfoque automático en tiempo real durante el escaneo de una muestra se logra determinando un valor Z verdadero para la lente del objetivo para un punto de una muestra y para cada una de una pluralidad de regiones de la muestra. Los valores -Z verdaderos y/o las superficies calculadas a partir de ellos se utilizan para determinar un valor Z previsto para una región no escaneada de la muestra. La lente del objetivo se ajusta al valor Z previsto al comienzo de la región no escaneada. Después de escanear la región, se determina un valor Z verdadero para la región y se compara con el valor Z previsto. Se inicia una nueva exploración de la región si la comparación excede un umbral predeterminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Escaneo con enfoque automático en tiempo real

Antecedentes

Campo de la invención

La presente divulgación se refiere en general a patología digital y, más particularmente, se refiere al autoenfoque en tiempo real de un aparato de escaneo de placas digitales.

Técnica relacionada

La patología digital es un entorno de información basado en imágenes, habilitado por tecnología informática que permite la gestión de la información generada a partir de una placa física. La patología digital está habilitada en parte por la microscopía virtual, que es la práctica de escanear un espécimen en una placa de vidrio físico y crear una imagen de placa digital que se puede almacenar, ver, administrar y analizar en un monitor de ordenador. Con la capacidad de obtener imágenes de una placa de vidrio completo, el campo de la patología digital se ha disparado y actualmente se considera una de las vías más prometedoras de la medicina de diagnóstico para lograr diagnósticos, pronósticos y predicciones aún mejores, más rápidos y baratos de enfermedades importantes, como el cáncer.

Un objetivo principal para la industria de la patología digital es disminuir el tiempo de escaneo. Se puede reducir el tiempo de escaneo cambiando al enfoque en tiempo real durante el escaneo real. Para lograr datos de imagen enfocada de alta calidad utilizando el enfoque en tiempo real durante el escaneo real, el dispositivo de escaneo debe poder determinar el siguiente valor Z (por ejemplo, la distancia entre la lente del objetivo y la muestra) para la lente del objetivo. Por lo tanto, lo que se necesita es un sistema y un método que supere estos importantes problemas que se encuentran en los sistemas convencionales descritos anteriormente.

El documento WO 2017/053891 A1 se refiere al enfoque en tiempo real en imágenes de escaneo de líneas. En una realización, un sistema para adquirir una imagen digital de una muestra en una placa de microscopio comprende una platina configurada para soportar una muestra, una lente de objetivo que tiene un único eje óptico que es ortogonal a la platina, un sensor de imágenes y un sensor de enfoque. El sistema comprende además al menos un divisor de haz acoplado ópticamente a la lente de objetivo y configurado para recibir un campo de visión correspondiente al eje óptico de la lente de objetivo, y simultáneamente proporcionar al menos una primera parte del campo de visión al sensor de imágenes y al menos una segunda parte del campo de visión al sensor de enfoque. El sensor de enfoque puede adquirir simultáneamente imágenes a una pluralidad de distancias focales diferentes y/o adquirir simultáneamente un par de imágenes reflejadas, comprendiendo cada una de ellas píxeles adquiridos a una pluralidad de distancias focales diferentes.

El documento US 2014/0204196 A1 se relaciona con un sistema de enfoque e imagen que utiliza una señal de error. Los sistemas y técnicas para un microscopio óptico de escaneo y/u otro sistema de obtención de imágenes apropiado incluyen componentes para escanear y recoger imágenes enfocadas de una muestra de tejido y/u otro objeto dispuesto en una placa. El sistema de enfoque descrito en el presente documento permite determinar el mejor enfoque para cada instantánea a medida que se captura una instantánea, lo que puede denominarse "enfoque sobre la marcha". El mejor enfoque se puede determinar usando una función de error generada según el movimiento de una lente de enfoque oscilante. Los dispositivos y técnicas proporcionados en el presente documento conducen a reducciones significativas en el tiempo necesario para formar una imagen digital de un área en una placa de patología y permiten la creación de imágenes digitales de alta calidad de una muestra con un alto rendimiento.

Compendio

La invención está definida por las reivindicaciones independientes.

En una realización, el aparato de escaneo incluye un sensor de imágenes, un sensor de enfoque y un procesador configurado para analizar los datos de imagen capturados por el sensor de imágenes y el sensor de enfoque. La posición a lo largo de la trayectoria óptica de los píxeles individuales del sensor de enfoque varía para cada línea de datos de imagen que se captura, y la posición a lo largo de la trayectoria óptica de los píxeles individuales del sensor de imágenes es la misma para cada línea de datos de imagen que es capturado.

Inicialmente, el procesador selecciona un punto de macro enfoque en la muestra y escanea un único campo de visión que incluye el punto de macro enfoque en una pluralidad de planos de imagen, cambiando la distancia relativa entre la lente del objetivo y la muestra. Esto se puede lograr moviendo la lente del objetivo hacia arriba y hacia abajo en la trayectoria óptica. Los datos de la imagen en cada plano de la imagen se analizan para determinar el plano de la imagen con el mayor contraste. La posición de la lente de objetivo que coloca los píxeles del sensor de imágenes en el plano de imagen de mayor contraste se denomina "Z verdadera" y también puede denominarse distancia de la lente de objetivo a la muestra (por ejemplo, una altura de la lente de objetivo), en donde la distancia es relativa al intervalo de posibles posiciones de la lente de objetivo a lo largo de la trayectoria óptica. Después de determinar el valor Z verdadero para el punto de macro enfoque, se determina la mayor distancia a través de la superficie de la muestra y se escanea una serie de regiones a lo largo de una línea que abarca esa mayor distancia a través de la muestra.

Cada región de la serie de regiones es preferiblemente un conjunto contiguo de campos de visión del sensor de imágenes y del sensor de enfoque a través de la muestra. En una realización, un conjunto contiguo de campos de visión puede incluir 1.000 campos de visión, donde cada campo de visión individual representa una única línea de escaneo y el conjunto de campos de visión se denomina ''búfer''. El término ''búfer'' no está vinculado a ningún número específico de líneas de escaneo ni a ningún segmento de memoria física específico y, por lo tanto, el tamaño de un búfer puede variar de acuerdo con, por ejemplo, los segmentos de memoria física o la velocidad del aparato de escaneo, donde la velocidad se puede definir por la velocidad de la platina o por la velocidad de captura de datos de imagen.

En una realización, se escanean una pluralidad de búferes de referencia a lo largo de una línea que representa la mayor distancia a través de la muestra, y se determina un valor Z verdadero para cada búfer de referencia calculando una relación del valor de contraste del sensor de enfoque y el valor de contraste desde el sensor de imágenes para cada píxel a lo largo de todas las líneas de escaneo en la búfer de referencia, para determinar un vector de relación de contraste promedio para la búfer de referencia. El vector de relación de contraste promedio incluye el valor de relación de contraste promedio para cada columna de píxeles en el búfer de referencia. A continuación, se analiza el vector de relación de contraste promedio para determinar un valor de relación de contraste máximo único en todas las columnas de píxeles, y la ubicación del píxel correspondiente al valor de relación de contraste máximo único se convierte en el valor Z verdadero para el búfer de referencia.

En una realización, después de que se determinan los valores Z verdaderos para el punto de macro enfoque y la pluralidad de búferes de referencia, el escaneo de imágenes comienza con una primera franja en un borde de la muestra. La primera franja se separa en una pluralidad de búferes de imágenes para escanear. El valor Z verdadero más cercano (en la distancia X-Y a través de la muestra) entre el punto de macro enfoque, la pluralidad de búferes de referencia y los búferes de imagen se utiliza al escanear cada búfer de imagen de la primera franja. Además, el procesador comienza a calcular una superficie de muestra global utilizando los valores de Z verdadero para el punto de macro enfoque y los búferes de referencia y los valores de Z verdadero que se calculan para cada búfer de imagen después de escanear el búfer de imagen respectivo. A medida que se escanean franjas adicionales, los valores Z verdaderos para cada búfer de imagen se determinan como se describe anteriormente y se utilizan para optimizar la superficie global.

Además de la superficie global, también se calculan una o más superficies de muestra locales utilizando los valores Z verdaderos del búfer de imágenes cercanas y del búfer de referencia. En una realización, una superficie local se limita a incluir valores Z verdaderos de búfer cercanas que se encuentran dentro de una región en forma de L de 2 milímetros que rodea la siguiente zona de influencia de imagen que se va a escanear. Al escanear el siguiente búfer de imagen, se utiliza la superficie local (si está disponible) para determinar un valor Z previsto en el que se coloca la lente del objetivo al comienzo del escaneo de ese siguiente búfer de imagen. En una realización, la pendiente de la superficie local, el valor Z verdadero más cercano entre el punto de macro enfoque, la pluralidad de búfer de referencia, el búfer de imagen y la distancia (por ejemplo, 1.000 líneas = 0,25 milímetros) al inicio del siguiente búfer de imagen se utilizan para determinar el valor Z previsto para el siguiente búfer de imagen. La lente del objetivo se mueve al valor Z previsto, de modo que la lente del objetivo esté en el valor Z previsto cuando se escanea la primera línea de escaneo del siguiente búfer de imagen. Después de escanear cada búfer de imagen, se determina el valor Z verdadero para el búfer respectivo y el valor Z previsto utilizado para el escaneo se compara con el valor Z verdadero. En una realización, si el valor absoluto de la diferencia entre el valor Z verdadero y el valor Z previsto es mayor que 0,9 micrómetros, entonces el procesador hace que al menos el búfer de imagen respectiva se vuelva a escanear aplicando la lógica de nueva franja. Alternativamente, se puede volver a escanear toda la franja o una pluralidad de búferes de imágenes que rodean el búfer de imágenes respectiva.

En una realización, se divulga un aparato de escaneo digital que comprende: un sensor de enfoque y un sensor de imágenes colocado en la trayectoria óptica de una lente de objetivo; un procesador configurado para ajustar una altura de la lente de objetivo durante el escaneo de una muestra mediante: seleccionar un punto de macro enfoque en una muestra, en donde el punto de macro enfoque está dentro de un intervalo predeterminado de un borde de la muestra y dentro del mismo intervalo predeterminado de una longitud máxima a lo largo de la muestra; escanear un único campo de visión de datos de imagen que incluye el punto de macro enfoque en una pluralidad de planos de imagen correspondientes a una pluralidad de posiciones de altura de una lente de objetivo; determinar un valor de contraste para cada uno de la pluralidad de planos de imagen; identificar un primer valor Z verdadero (Z1) correspondiente a un plano de imagen que tiene un valor de contraste más alto; escanear una pluralidad de búferes de datos de imagen a lo largo de la longitud máxima a través de la muestra, en donde cada búfer de datos de imagen comprende una pluralidad de líneas de escaneo y cada línea de escaneo comprende una pluralidad de píxeles de manera que cada búfer comprende un número de filas de píxeles igual a un número de la pluralidad de líneas de escaneo y un número de columnas de píxeles igual a un número de la pluralidad de píxeles; determinar un valor de relación de contraste para cada búfer mediante: determinar un valor de relación de contraste para cada píxel en una búfer seleccionada; determinar un valor de relación de contraste promedio para cada columna de píxeles en la búfer seleccionada; y determinar un valor de relación de contraste para la búfer seleccionada basándose en el valor de relación de contraste promedio para cada columna de píxeles en la búfer seleccionada; identificar una pluralidad de valores Z verdadero adicionales (Z2 - Zn) correspondientes a cada valor de relación de contraste para cada búfer; almacenar los valores Z verdaderos (Z1 - Zn) con la información de ubicación X-Y correspondiente para la búfer o campo de visión respectivo, incluido el punto de macro enfoque; determinar una ubicación X-Y de la siguiente parte de la muestra a escanear; identificar un valor Z verdadero más cercano basándose en una comparación de la ubicación X-Y determinada y las ubicaciones X-Y almacenadas; ajustar la posición de altura de la lente de objetivo para llegar a un plano de imagen correspondiente al valor Z verdadero más cercano a una posición inicial de la siguiente parte de la muestra que se va a escanear. El proceso puede configurarse además para: determinar un valor Z posterior para una primera parte de la muestra, en donde la primera parte de la muestra se escaneó recientemente al valor Z verdadero; comparar el valor Z posterior para la primera parte de la muestra con el valor Z verdadero en el que se escaneó la primera parte de la muestra; iniciar un nuevo escaneo de la primera parte de la muestra si la diferencia entre el valor Z posterior y el valor Z verdadero es mayor que un valor predeterminado.

En una realización, se divulga un método que comprende: seleccionar un punto de macro enfoque en una muestra, en donde el punto de macro enfoque está dentro de un intervalo predeterminado de un borde de la muestra y dentro del mismo intervalo predeterminado de una longitud máxima a través de la muestra; escanear un único campo de visión de datos de imagen que incluye el punto de macro enfoque en una pluralidad de planos de imagen correspondientes a una pluralidad de posiciones de altura de una lente de objetivo; determinar un valor de contraste para cada uno de la pluralidad de planos de imagen; identificar un primer valor Z verdadero (Z1) correspondiente a un plano de imagen que tiene un valor de contraste más alto; escanear una pluralidad de búferes de datos de imagen a lo largo de la longitud máxima a través de la muestra, en donde cada búfer de datos de imagen comprende una pluralidad de líneas de escaneo y cada línea de escaneo comprende una pluralidad de píxeles de manera que cada búfer comprende un número de filas de píxeles igual a un número de la pluralidad de líneas de escaneo y un número de columnas de píxeles igual a un número de la pluralidad de píxeles; determinar un valor de relación de contraste para cada búfer mediante: determinar un valor de relación de contraste para cada píxel en una búfer seleccionada; determinar un valor de relación de contraste promedio para cada columna de píxeles en la búfer seleccionada; y determinar un valor de relación de contraste para la búfer seleccionada basándose en el valor de relación de contraste promedio para cada columna de píxeles en la búfer seleccionada; identificar una pluralidad de valores Z verdadero adicionales (Z2 - Zn) correspondientes a cada valor de relación de contraste para cada búfer; almacenar los valores Z verdaderos (Z 1 - Zn) con la información de ubicación X-Y correspondiente para la búfer o campo de visión respectivo, incluido el punto de macro enfoque; determinar una ubicación X-Y de la siguiente parte de la muestra que se va a escanear; identificar un valor Z verdadero más cercano basándose en una comparación de la ubicación X-Y determinada y las ubicaciones X-Y almacenadas; ajustar la posición de altura de la lente de objetivo para llegar a un plano de imagen correspondiente al valor Z verdadero más cercano a una posición inicial de la siguiente parte de la muestra que se va a escanear. El método puede comprender además: determinar un valor Z posterior para una primera parte de la muestra, en donde la primera parte de la muestra se escaneó recientemente al valor Z verdadero; comparar el valor Z posterior para la primera parte de la muestra con el valor Z verdadero en el que se escaneó la primera parte de la muestra; iniciar un nuevo escaneo de la primera parte de la muestra si la diferencia entre el valor Z posterior y el valor Z verdadero es mayor que un valor predeterminado.

Otras características y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes para los expertos en la técnica después de revisar la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La estructura y funcionamiento de la presente invención se entenderán a partir de una revisión de la siguiente descripción detallada y de los dibujos adjuntos en los que números de referencia similares se refieren a piezas similares y en los que:

La FIG. 1 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de inicialización de ejemplo para el enfoque automático en tiempo real en un aparato de escaneo digital, según una realización;

La FIG. 2 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para escanear una muestra usando enfoque automático en tiempo real, según una realización;

La FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para validar datos de imágenes ya escaneadas usando enfoque automático en tiempo real, según una realización;

Las FIGS. 4A-4F son diagramas de bloques que ilustran una placa de ejemplo con una muestra y un proceso para el enfoque automático en tiempo real, según una realización;

La FIG. 5A es un diagrama de bloques que ilustra un dispositivo habilitado para procesador de ejemplo que puede usarse en relación con las realizaciones descritas en el presente documento;

La FIG. 5B es un diagrama de bloques que ilustra una cámara de escaneo de líneas de ejemplo que tiene una única matriz lineal, según una realización;

La FIG. 5C es un diagrama de bloques que ilustra una cámara de escaneo de líneas de ejemplo que tiene tres matrices lineales, según una realización; y

La FIG. 5D es un diagrama de bloques que ilustra una cámara de escaneo de líneas de ejemplo que tiene una pluralidad de matrices lineales, según una realización.

Descripción detallada

Ciertas realizaciones divulgadas en el presente documento proporcionan un flujo de trabajo de escaneo para implementar el enfoque automático en tiempo real. Por ejemplo, un método divulgado en el presente documento permite iniciar un escaneo de enfoque automático en tiempo real determinando un valor Z verdadero para una lente de objetivo en un punto macro en una muestra, y determinando un valor Z verdadero para una lente de objetivo para cada uno de una pluralidad de búferes de referencia (es decir, regiones contiguas) en la muestra. Los valores de Z verdadero se utilizan para calcular una superficie global y local de la muestra. Los valores de Z verdadero y las superficies calculadas a partir de ellos se utilizan para determinar un valor de Z previsto para un búfer de imagen no escaneada (es decir, una región contigua) de la muestra. Durante el escaneo, la lente del objetivo se puede mover (por ejemplo, hacia arriba o hacia abajo), de modo que llegue al valor Z previsto al comienzo (por ejemplo, la primera línea de escaneo) del búfer de imágenes no escaneadas. Después de escanear cada búfer de imagen, se determina un valor Z verdadero para el búfer de imagen respectivo y se compara con el valor Z previsto para el búfer de imagen respectivo. Si la diferencia entre el valor Z previsto y el valor Z verdadero para la región excede un umbral predeterminado, se inicia un nuevo escaneo del búfer de imagen respectiva.

Después de leer esta descripción, resultará evidente para un experto en la técnica cómo implementar la invención en diversas realizaciones alternativas y aplicaciones alternativas. Sin embargo, aunque en el presente documento se describirán diversas realizaciones de la presente invención, se entiende que estas realizaciones se presentan a modo de ejemplo únicamente y no de limitación. Como tal, esta descripción detallada de diversas realizaciones alternativas no debe interpretarse como limitante del alcance o amplitud de la presente invención tal como se establece en las reivindicaciones adjuntas.

En una realización, el aparato de escaneo digital descrito en el presente documento puede utilizar la configuración de sensores de imagen y enfoque descritos en la Publicación de Patente Internacional. No. WO/2017/053891. Por ejemplo, el sensor 20 de imágenes y el sensor 30 de enfoque, descritos en la Publicación de Patente Internacional. No. WO/2017/053891, pueden utilizarse como sensor de imágenes y sensor de enfoque, respectivamente, descritos en el presente documento.

La FIG. 1 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de inicialización de ejemplo para el enfoque automático en tiempo real en un aparato de escaneo digital, según una realización. El proceso ilustrado se puede llevar a cabo mediante un sistema de aparato de escaneo digital, como los descritos con respecto a las FIGS. 5A-5D. Inicialmente, en la etapa 10, se selecciona una ubicación de un punto de macro enfoque. La ubicación del punto de macro enfoque está preferiblemente dentro de un intervalo predeterminado de un borde de la muestra, y también está preferiblemente dentro del mismo intervalo predeterminado de la distancia más larga a través de la superficie de la muestra. En una realización, el alcance predeterminado está determinado por el alcance perpendicular del sensor de enfoque con respecto a la trayectoria óptica.

Una vez que se determina la ubicación del punto de macro enfoque, se escanea un campo de visión de la muestra que incluye el punto de macro enfoque en todos los planos de imagen disponibles, como se muestra en la etapa 20. El universo de planos de imagen disponibles está determinado por el conjunto de posibles distancias relativas entre la lente de objetivo y la muestra. En una realización simple, los ajustes de enfoque se realizan ajustando la posición de la lente del objetivo a lo largo del eje óptico y, por lo tanto, los planos de imagen disponibles están determinados por las posiciones de la lente del objetivo más cercana y lejana y las posiciones incrementales de la lente del objetivo entre estas posiciones más cercanas y lejanas.

A continuación, en la etapa 30, se determina el valor Z verdadero para el punto de macro enfoque. Como se analizó anteriormente, un valor Z verdadero representa una distancia de la lente de objetivo desde la muestra (también denominada en este documento "altura", ya que la lente de objetivo generalmente está colocada por encima de la muestra), en donde la distancia es relativa al intervalo de posibles posiciones de la lente de objetivo a lo largo de la trayectoria óptica. El valor Z verdadero se determina moviendo la lente del objetivo hacia arriba y hacia abajo en la trayectoria óptica para adquirir datos de imagen para cada uno de una pluralidad de planos de imagen que representan una profundidad de enfoque. Alternativamente, los datos de imagen para una pluralidad de planos de imagen se pueden adquirir simultáneamente usando un sensor de enfoque inclinado. En cualquier caso, los datos de la imagen en cada plano de la imagen se analizan para determinar el plano de la imagen con el mayor contraste. La posición de la lente del objetivo que coloca el plano de imagen de mayor contraste en los píxeles del sensor de imágenes se denomina valor Z verdadero.

A continuación, en la etapa 40, se determina la longitud máxima a través de la muestra. Esta etapa tiene lugar durante el proceso de selección del punto de macro enfoque, de modo que el punto de macro enfoque esté dentro de la distancia predeterminada de un borde de la muestra y también dentro de la distancia predeterminada de una línea que representa la longitud máxima a través de la muestra. Una vez que se determina una línea que representa la longitud máxima a través de la muestra, entonces, en la etapa 50, se escanean una pluralidad de búferes de referencia a lo largo de la longitud máxima y, en la etapa 60, se calcula un valor Z verdadero para cada búfer de referencia. En una realización, la pluralidad de búferes de referencia forma una región contigua completa a lo largo de la longitud máxima a través de la muestra. En una realización alternativa, los búferes de referencia a lo largo de la longitud máxima a través de la muestra pueden estar total o parcialmente desconectados entre sí.

Después de escanear cada búfer de referencia, se determina el valor Z verdadero del búfer. Como se describió anteriormente, en una realización, determinar el valor Z verdadero para un único campo de visión incluye analizar la información de intensidad bruta que proporciona cada píxel en el sensor de enfoque y el sensor de imágenes y calcular un valor de relación de contraste para cada píxel. Debido a que cada píxel del sensor de enfoque está en un plano de imagen diferente con respecto a la trayectoria óptica, se determina que el plano de imagen respectivo del píxel que tiene el valor de relación de contraste más alto es el plano de imagen de mayor contraste y, en consecuencia, la altura de lente de objetivo que colocaría todos los píxeles del sensor de imágenes en el plano de imagen de mayor contraste se determina como el valor Z verdadero para el punto de macro enfoque.

Se sigue un proceso similar al determinar el valor Z verdadero para un búfer que incluye una pluralidad de líneas de escaneo. Por ejemplo, un búfer incluye una pluralidad de líneas de escaneo y cada línea de escaneo tiene una pluralidad de píxeles. Por ejemplo, un búfer puede tener columnas de 4096 píxeles y el número de filas en el búfer es igual al número de líneas de escaneo en el búfer. Al determinar el valor Z verdadero para un búfer, los valores de relación de contraste en cada columna de píxeles se promedian para generar un vector de 4096 valores de relación de contraste promedio que corresponden a las columnas de 4096 píxeles en el búfer. A continuación, el vector de relación de contraste promedio se analiza de la misma manera que un único campo de visión para determinar un valor Z verdadero para el búfer. Después de que se haya determinado el valor Z verdadero para cada búfer de referencia, el valor Z verdadero junto con la información de ubicación X-Y para el búfer se almacenan en la memoria. Debe entenderse que la información de ubicación X-Y indica la posición del búfer dentro del plano de la muestra, placa o platina.

La FIG. 2 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para escanear una muestra usando enfoque automático en tiempo real, según una realización. El proceso ilustrado se puede llevar a cabo mediante un sistema de aparato de escaneo digital como los descritos con respecto a las FIGS. 5A-5D. En las etapas 90 y 100, la superficie de muestra global y la superficie de muestra local se calculan y/o actualizan inicialmente, según corresponda, basándose en los valores Z verdaderos disponibles y su información de ubicación X-Y correspondiente. La superficie de muestra global se basa en todos los valores de Z verdaderos disponibles, y la superficie local se basa solo en los valores de Z verdaderos disponibles cercanos, donde "cerca" es relativo (por ejemplo, adyacente) al búfer de imagen del sujeto que des el siguiente a ser escaneado.

En la etapa 110, se determina el siguiente búfer de imagen que se va a escanear (denominada en el presente documento "búfer de imagen del sujeto"). A continuación, en la etapa 120, se identifica el valor Z verdadero más cercano en la distancia X-Y a través de la superficie de la muestra para el búfer de imagen del sujeto. A continuación, en la etapa 130, se calcula el valor Z previsto para el búfer de imágenes del sujeto. En una realización, el valor Z previsto es igual al valor Z verdadero más cercano. Alternativamente, el valor Z previsto se puede calcular basándose en el valor Z verdadero más cercano y en información de una superficie local que se ha determinado para el búfer de imagen del sujeto. Como otra alternativa, el valor Z previsto se puede calcular basándose en el valor Z verdadero más cercano y en la información de la superficie global que se ha determinado para la muestra. Como otra alternativa más, el valor Z previsto se puede calcular basándose en el valor Z verdadero más cercano y la información de una superficie local que se ha determinado para el búfer de imagen del sujeto y la información de la superficie global que se ha determinado para la muestra. Una vez que se ha calculado el valor Z previsto, en la etapa 140, el búfer de imagen del sujeto se escanea con una altura inicial de la lente del objetivo correspondiente al valor Z previsto. Como se determinó en la etapa 150, si hay más búferes de imágenes que se va a escanear para la muestra (es decir, "Y" en la etapa 150), el proceso regresa a la etapa 110 donde se identifica el siguiente búfer de imágenes que se va a escanear. Si se completa el escaneo de la muestra (es decir, "N" en la etapa 150), el proceso finaliza como se muestra en la etapa 160.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para validar datos de imágenes ya escaneadas usando enfoque automático en tiempo real, según una realización. El proceso ilustrado se puede llevar a cabo mediante un sistema de aparato de escaneo digital como los descritos con respecto a las FIGS. 5A-5D. Inicialmente, en la etapa 170, después de que se haya escaneado un primer búfer de imágenes, se analizan los datos de imagen para el primer búfer de imágenes para determinar un valor Z verdadero para el primer búfer de imágenes. A continuación, en la etapa 180, el valor Z verdadero para el primer búfer de imagen se compara con el valor Z previsto para el primer búfer de imagen. Si una diferencia entre el valor Z verdadero para el primer búfer de imagen y el valor Z previsto para el primer búfer de imagen excede un umbral predeterminado, como se muestra en la etapa 190, entonces se identifica que el primer búfer de imagen necesita ser escaneada de nuevo. En una realización, si se identifica que es necesario volver a escanear un cierto porcentaje de búferes de imágenes en toda la muestra, se inicia un nuevo escaneo de toda la muestra. Alternativamente, se puede iniciar un nuevo escaneo sólo para aquellos búferes de imágenes en las que la diferencia entre el valor Z verdadero y el valor Z previsto excede el umbral predeterminado. En una realización, el umbral predeterminado es 0,5 micrómetros. En una realización alternativa, el umbral predeterminado es 0,9 micrómetros.

Las FIGS. 4A-4F son diagramas de bloques que ilustran una placa 200 de ejemplo con una muestra 210 que tiene un espacio 220, para usarse en la descripción de un proceso para el enfoque automático en tiempo real, según una realización. Comenzando con la FIG. 4A, se muestra una placa 200 que soporta una muestra 210. En la realización ilustrada, la muestra 210 tiene un espacio 220. Cuando se escanea la imagen de la muestra 210, inicialmente se selecciona un punto 300 de macro enfoque. Como se define en la reivindicación 1, la ubicación del punto 300 de macro enfoque seleccionado está dentro de un cierto intervalo de un borde de la muestra 210. Este intervalo se define como un radio 310. Además, como se define en la reivindicación 1, la ubicación del punto 300 de macro enfoque seleccionado está dentro del mismo intervalo (es decir, radio 310) de una línea 320 que se extiende a lo largo de la mayor longitud a través de la muestra 320. En consecuencia, el punto 300 de macro enfoque se selecciona de manera que un borde de la muestra 210 y una línea 320 a lo largo de la mayor longitud a través de la muestra están ambos dentro de un radio 310 predeterminado desde el punto 300 de macro enfoque. En una realización, la longitud del radio 310 se determina mediante un intervalo del sensor de enfoque perpendicular a la trayectoria óptica.

Una vez que se ha seleccionado el punto 300 de macro enfoque, se escanea un campo de visión que incluye el punto 300 de macro enfoque y se determina un valor Z verdadero para el punto 300 de macro enfoque. A continuación, se crea una serie de búferes 330 de referencia a lo largo de la mayor longitud a lo largo de la muestra 320 y se determina un valor Z verdadero para cada uno de los búferes 330 de referencia. Tenga en cuenta que los búferes de referencia pueden ser contiguos a lo largo de la longitud del espécimen como se muestra, o alternativamente pueden ser no contiguos. Los valores Z verdaderos y su correspondiente información de ubicación X-Y para el punto 300 de macro enfoque y cada búfer 330 de referencia se almacenan en la memoria.

Volviendo a las FIGS. 4B-4F, se escanea la imagen de toda la muestra 210. El escaneo de imágenes normalmente comienza en un lado de la muestra 210. Un primer búfer A de imágenes se identifica como el búfer del sujeto que se va a escanear a continuación y se determina un valor Z previsto para el búfer A de imágenes del sujeto. En esta realización de ejemplo, no hay superficie disponible para el búfer A de imagen del sujeto y, por lo tanto, se determina que el valor 400 Z verdadero más cercano (en este caso el valor Z verdadero para el punto 300 de macro enfoque) es el valor Z previsto para el búfer A de imagen del sujeto. Alternativamente, el valor Z previsto para el búfer A de imagen del sujeto se puede calcular basándose en el valor 400 Z verdadero más cercano y la información relativa a una superficie global que se calcula basándose en todos los valores Z verdaderos disponibles. Una vez que se determina el valor Z previsto para el búfer A de imágenes del sujeto, la altura de la lente del objetivo se ajusta al valor Z previsto, la platina se coloca en una posición inicial para escanear el búfer A de imágenes del sujeto, y a continuación, la platina se mueve con respecto a la lente del objetivo para escanear el búfer A de imagen del sujeto.

Durante el escaneo del búfer A de imagen del sujeto, el valor Z previsto para el búfer B de imagen del sujeto se determina basándose en el valor 410 Z verdadero más cercano, y la altura de la lente del objetivo se ajusta al valor Z previsto para el búfer B de imagen del sujeto, de modo que la lente del objetivo esté a la altura correspondiente para el valor Z previsto cuando el sensor de imagen escanea la primera línea de escaneo del búfer B de imagen del sujeto. Como se describió anteriormente, el valor Z previsto también puede determinarse basándose en información sobre una superficie local (por ejemplo, información sobre el búfer A de imagen) y/o la superficie global.

Después de escanear el búfer A de imágenes del sujeto, se determina el valor Z verdadero del búfer A de imágenes del sujeto y el valor Z verdadero del búfer A de imágenes se compara con el valor Z previsto del búfer A de imágenes. En una realización, si la diferencia entre el valor Z verdadero del búfer A de imagen del sujeto y el valor Z previsto del búfer A de imagen del sujeto excede un umbral predeterminado, el búfer A de imagen del sujeto se selecciona para volver a escanear.

El escaneo de búferes de imágenes continúa de esta manera. Volviendo a la FIG. 4D, el valor Z 420 verdadero más cercano para el búfer C de imagen del sujeto es el valor Z verdadero de un búfer (N<1>o N<2>) de imagen escaneado previamente, en lugar del valor Z verdadero del punto 310 de macro enfoque o cualquier búfer 330 de referencia. Esto se debe a que el búfer C de imagen del sujeto está más cerca del búfer (N<1>o N<2>) de imagen escaneada previamente que al punto 310 de macro enfoque o cualquier búfer 330 de referencia. En una realización, el valor Z verdadero del búfer N<1>de imagen previamente escaneada se utiliza como el valor 420 de Z verdadero más cercano para el búfer C de imagen del sujeto, porque el búfer N<2>de imagen está en proceso de escaneo cuando se está determinando el valor 420 de Z verdadero más cercano para el búfer C de imagen del sujeto. En una realización alternativa, el valor Z verdadero del búfer N<2>de imagen previamente escaneada se utiliza como el valor 420 de Z verdadero más cercano para el búfer C de imagen del sujeto, porque el búfer C de imagen del sujeto está más cerca del búfer N<2>de imagen que en el búfer N<1>de imagen.

De manera similar, volviendo a la FIG. 4E, el valor 430 de Z verdadero más cercano es el valor Z verdadero de un búfer de imagen previamente escaneada, en lugar del valor Z verdadero del punto 310 de macro enfoque o el valor Z verdadero de un búfer 330 de referencia, porque el búfer de imágenes previamente escaneadas está más cerca del búfer D de imágenes del sujeto. Volviendo a otro ejemplo en la FIG. 4F, el valor 440 de Z verdadero más cercano del búfer E de imagen del sujeto es el valor Z verdadero de un búfer 330 de referencia, en lugar del valor Z verdadero del punto 310 de macro enfoque o el valor Z verdadero de un anterior búfer escaneada, porque el búfer E de imagen del sujeto está más cerca de ese búfer 330 de referencia particular. Como se describió anteriormente, cada valor Z previsto puede determinarse basándose en información con respecto a cualquier información individual o combinación de información con respecto a un valor Z más cercano, una superficie local y una superficie global.

La FIG. 5A es un diagrama de bloques que ilustra un dispositivo 550 habilitado para procesador de ejemplo que puede usarse en conexión con diversas realizaciones descritas en el presente documento. También se pueden usar formas alternativas del dispositivo 550, como entenderá el experto en la técnica. En la realización ilustrada, el dispositivo 550 se presenta como un dispositivo de imágenes digitales (también denominado en el presente documento sistema de escáner, sistema de escaneo, aparato de escaneo, aparato de escaneo digital, aparato de escaneo de placas digitales, etc.) que comprende un o más procesadores 555, una o más memorias 565, uno o más controladores 570 de movimiento, uno o más sistemas 575 de interfaz, una o más platina 580 móviles que soportan cada una una o más placas 585 de vidrio con una o más muestras 590, uno o más sistemas 595 de iluminación que iluminan la muestra, una o más lentes 600 objetivo que definen cada una, una trayectoria 605 óptica que viaja a lo largo de un eje óptico, uno o más posicionadores 630 de lentes objetivo, uno o más sistemas 635 de epi-iluminación opcionales (por ejemplo, incluidos en un sistema de escáner de fluorescencia), una o más ópticas 610 de enfoque, una o más cámaras 615 de escaneo de línea y/o una o más cámaras 620 adicionales (por ejemplo, una cámara de escaneo de línea o una cámara de escaneo de área), cada una de las cuales define un campo separado de vista 625 en la muestra 590 (por ejemplo, correspondiente a la muestra 210) y/o placa 585 de vidrio (por ejemplo, correspondiente al placa 200). Los diversos elementos del sistema 550 de escáner están acoplados comunicativamente a través de uno o más buses 560 de comunicación. Aunque puede haber uno o más de cada uno de los diversos elementos del sistema 550 de escáner, en aras de la simplicidad, estos elementos se describirán en el presente documento en singular, excepto cuando sea necesario describirlo en plural para transmitir la información adecuada.

El uno o más procesadores 555 pueden incluir, por ejemplo, una unidad central de procesamiento (CPU) y una unidad de procesamiento de gráficos (GPU) separada capaz de procesar instrucciones en paralelo, o el uno o más procesadores 555 pueden incluir un procesador multinúcleo capaz de procesar instrucciones en paralelo. También se pueden proporcionar procesadores separados adicionales para controlar componentes particulares o realizar funciones particulares, tales como procesamiento de imágenes. Por ejemplo, los procesadores adicionales pueden incluir un procesador auxiliar para gestionar la entrada de datos, un procesador auxiliar para realizar operaciones matemáticas de punto flotante, un procesador de propósito especial que tenga una arquitectura adecuada para la ejecución rápida de algoritmos de procesamiento de señales (por ejemplo, procesador de señales digitales), un procesador esclavo subordinado al procesador principal (por ejemplo, procesador de fondo), un procesador adicional para controlar la cámara 615 de escaneo de líneas, la platina 580, la lente 225 de objetivo y/o una pantalla (no mostrada). Dichos procesadores adicionales pueden ser procesadores discretos separados o pueden estar integrados con el procesador 555.

La memoria 565 proporciona almacenamiento de datos e instrucciones para programas que pueden ser ejecutados por el procesador 555. La memoria 565 puede incluir uno o más medios de almacenamiento volátiles y/o no volátiles legibles por ordenador que almacenan los datos y las instrucciones, que incluyen, por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio, una memoria de sólo lectura, una unidad de disco duro, una unidad de almacenamiento extraíble y/o similares. El procesador 555 está configurado para ejecutar instrucciones que se almacenan en la memoria 565 y comunicarse a través del bus 560 de comunicación con los diversos elementos del sistema 550 de escáner para llevar a cabo la función general del sistema 550 de escáner.

El uno o más buses 560 de comunicación pueden incluir un bus 560 de comunicación que está configurado para transmitir señales eléctricas analógicas, y puede incluir un bus 560 de comunicación que está configurado para transmitir datos digitales. En consecuencia, las comunicaciones desde el procesador 555, el controlador 570 de movimiento y/o el sistema 575 de interfaz, a través de uno o más buses 560 de comunicación, pueden incluir tanto señales eléctricas como datos digitales. El procesador 555, el controlador 570 de movimiento y/o el sistema 575 de interfaz también pueden configurarse para comunicarse con uno o más de los diversos elementos del sistema 550 de escaneo a través de un enlace de comunicación inalámbrica.

El sistema 570 de control de movimiento está configurado para controlar y coordinar con precisión el movimiento X, Y y/o Z de la platina 580 (por ejemplo, dentro de un plano X-Y) y/o la lente 600 de objetivo (por ejemplo, a lo largo de un eje Z ortogonal al Plano X-Y, a través del posicionador 630 del objetivo del lente). El sistema 570 de control de movimiento también está configurado para controlar el movimiento de cualquier otra parte móvil en el sistema 550 de escáner. Por ejemplo, en una realización de escáner de fluorescencia, el sistema 570 de control de movimiento está configurado para coordinar el movimiento de filtros ópticos y similares en el sistema 635 de epi-iluminación.

El sistema 575 de interfaz permite que el sistema 550 de escáner interactúe con otros sistemas y operadores humanos. Por ejemplo, el sistema 575 de interfaz puede incluir una interfaz de usuario para proporcionar información directamente a un operador y/o para permitir la entrada directa de un operador. El sistema 575 de interfaz también está configurado para facilitar la comunicación y la transferencia de datos entre el sistema 550 de escaneo y uno o más dispositivos externos que están conectados directamente (por ejemplo, una impresora, medio de almacenamiento extraíble) o dispositivos externos tales como un sistema de servidor de imágenes, un operador estación, una estación de usuario y un sistema de servidor administrativo que están conectados al sistema 550 de escáner a través de una red (no mostrada).

El sistema 595 de iluminación está configurado para iluminar una parte de la muestra 590. El sistema de iluminación puede incluir, por ejemplo, una fuente de luz y una óptica de iluminación. La fuente de luz puede comprender una fuente de luz halógena de intensidad variable con un espejo reflectante cóncavo para maximizar la salida de luz y un filtro KG-1 para suprimir el calor. La fuente de luz también podría comprender cualquier tipo de lámpara de arco, láser u otra fuente de luz. En una realización, el sistema 595 de iluminación ilumina la muestra 590 en modo de transmisión de manera que la cámara 615 de escaneo de líneas y/o la cámara 620 detectan la energía óptica que se transmite a través de la muestra 590. Alternativamente, o en combinación, el sistema 595 de iluminación también puede estar configurado para iluminar la muestra 590 en modo de reflexión de modo que la cámara 615 de escaneo de líneas y/o la cámara 620 detecten la energía óptica que se refleja desde la muestra 590. El sistema 595 de iluminación puede configurarse para ser adecuado para la interrogación de la muestra 590 microscópica en cualquier modo conocido de microscopía óptica.

En una realización, el sistema 550 de escáner incluye opcionalmente un sistema 635 de epi-iluminación para optimizar el sistema 550 de escáner para el escaneo de fluorescencia. El escaneo de fluorescencia es el escaneo de muestras 590 que incluyen moléculas de fluorescencia, que son moléculas sensibles a fotones que pueden absorber luz en una longitud de onda específica (excitación). Estas moléculas sensibles a los fotones también emiten luz a una longitud de onda más alta (emisión). Debido a que la eficiencia de este fenómeno de fotoluminiscencia es muy baja, la cantidad de luz emitida suele ser muy baja. Esta baja cantidad de luz emitida normalmente frustra las técnicas convencionales para escanear y digitalizar la muestra 590 (por ejemplo, microscopía en modo de transmisión). Ventajosamente, en una realización opcional del sistema de escáner de fluorescencia del sistema 550 de escáner, el uso de una cámara 615 de escaneo de líneas que incluye múltiples matrices de sensores lineales (por ejemplo, una cámara de escaneo de línea de integración de retardo de tiempo ("TDI")) aumenta la sensibilidad a la luz de la cámara de escaneo de líneas exponiendo la misma área de la muestra 590 a cada una de las múltiples matrices de sensores lineales de la cámara 615 de escaneo de líneas. Esto es particularmente útil cuando se escanean muestras de fluorescencia débil con luz de baja emisión.

Por consiguiente, en una realización del sistema de escáner de fluorescencia, la cámara 615 de escaneo de líneas es preferiblemente una cámara de escaneo de líneas TDI monocromática. Ventajosamente, las imágenes monocromáticas son ideales en microscopía de fluorescencia porque proporcionan una representación más precisa de las señales reales de los distintos canales presentes en la muestra. Como entenderán los expertos en la técnica, una muestra 590 de fluorescencia puede marcarse con múltiples tintes de fluorescencia que emiten luz a diferentes longitudes de onda, que también se denominan "canales".

Además, debido a que los niveles de señal de extremo bajo y alto de diversas muestras de fluorescencia presentan un amplio espectro de longitudes de onda para que los detecte la cámara 615 de escaneo de líneas, es deseable que los niveles de señal de extremo bajo y alto que la cámara 615 de escaneo de líneas puede detectar sean igualmente anchos. Por consiguiente, en una realización de escáner de fluorescencia, una cámara 615 de escaneo de líneas utilizada en el sistema 550 de escaneo de fluorescencia es una cámara de escaneo de líneas TDI monocromática de 10 bits y 64 matrices lineales. Cabe señalar que se puede emplear una variedad de profundidades de bits para la cámara 615 de escaneo de líneas para su uso con una realización de escáner de fluorescencia del sistema 550 de escaneo.

La platina 580 móvil está configurada para un movimiento X-Y preciso bajo el control del procesador 555 o el controlador 570 de movimiento. La platina móvil también puede configurarse para un movimiento Z bajo el control del procesador 555 o el controlador 570 de movimiento. La platina móvil está configurada para posicionar la muestra en una ubicación deseada durante la captura de datos de imagen por la cámara 615 de escaneo de líneas y/o la cámara de escaneo de área. La platina móvil también está configurada para acelerar la muestra 590 en una dirección de escaneo a una velocidad sustancialmente constante, y luego mantener la velocidad sustancialmente constante durante la captura de datos de imagen por la cámara 615 de escaneo de líneas. En una realización, el sistema 550 de escáner puede emplear una rejilla X-Y de alta precisión y estrechamente coordinada para ayudar en la ubicación de la muestra 590 en la platina 580 móvil. En una realización, la platina 580 móvil es una platina X-Y basado en un motor lineal con codificadores de alta precisión empleados tanto en el eje X y el eje Y. Por ejemplo, se pueden usar codificadores nanométricos muy precisos en el eje en la dirección de escaneo y en el eje que está en la dirección perpendicular a la dirección de escaneo y en el mismo plano que la dirección de escaneo. La platina también está configurada para soportar la placa 585 de vidrio sobre el cual se dispone la muestra 590.

La muestra 590 (por ejemplo, correspondiente a la muestra 210) puede ser cualquier cosa que pueda examinarse mediante microscopía óptica. Por ejemplo, una placa 585 de vidrio para microscopio (por ejemplo, correspondiente a la placa 200) se usa frecuentemente como sustrato de visualización para especímenes que incluyen tejidos y células, cromosomas, ADN, proteínas, sangre, médula ósea, orina, bacterias, perlas, materiales de biopsia, o cualquier otro tipo de material o sustancia biológica que esté viva o muerta, teñida o sin teñir, etiquetada o sin etiquetar. La muestra 590 también puede ser una matriz de cualquier tipo de ADN o material relacionado con el ADN tal como cADN o ARN o proteína que se deposita en cualquier tipo de placa u otro sustrato, incluidas todas y cada una de las muestras comúnmente conocidas como micro matrices. La muestra 590 puede ser una placa de microtitulación (por ejemplo, una placa de 96 pocillos). Otros ejemplos de la muestra 590 incluyen placas de circuitos integrados, registros de electroforesis, placas de Petri, películas, materiales semiconductores, materiales forenses o piezas mecanizadas.

La lente 600 de objetivo está montada en el posicionador 630 de objetivo, que, en una realización, emplea un motor lineal muy preciso para mover la lente 600 de objetivo a lo largo del eje óptico definido por la lente 600 de objetivo. Por ejemplo, el motor lineal del posicionador 630 del lente objetivo puede incluir un codificador de 50 nanómetros. Las posiciones relativas de la platina 580 y la lente 600 de objetivo en los ejes X, Y y/o Z se coordinan y controlan de manera de bucle cerrado usando el controlador 570 de movimiento bajo el control del procesador 555 que emplea la memoria 565 para almacenar información. e instrucciones, incluyendo las etapas programadas ejecutables por ordenador para el funcionamiento general del sistema 550 de escaneo.

En una realización, la lente 600 de objetivo es un objetivo plano apocromático ("APO") corregido al infinito con una apertura numérica correspondiente a la resolución espacial más alta deseable, donde la lente 600 de objetivo es adecuada para microscopía de iluminación en modo de transmisión, iluminación en modo de reflexión microscopía y/o microscopía de fluorescencia en modo de epi-iluminación (por. ejemplo., una Olympus 40X, 0,75 NA o 20X, 0,75 NA). Ventajosamente, la lente 600 de objetivo es capaz de corregir aberraciones cromáticas y esféricas. Debido a que la lente 600 de objetivo está corregida al infinito, la óptica 610 de enfoque se puede colocar en la trayectoria 605 óptica encima de la lente 600 de objetivo donde el haz de luz que pasa a través de la lente 600 de objetivo se convierte en un haz de luz colimado. La óptica 610 de enfoque enfoca la señal óptica capturada por la lente 600 de objetivo sobre los elementos sensibles a la luz de la cámara 615 de escaneo de líneas y/o la cámara 620 de escaneo de área y puede incluir componentes ópticos tales como filtros, lentes cambiadores de aumento y/o similares. La lente 600 de objetivo, combinada con la óptica 610 de enfoque, proporciona el aumento total para el sistema 550 de escaneo. En una realización, la óptica 610 de enfoque puede contener una lente de tubo y un cambiador de aumento opcional de 2X. Ventajosamente, el cambiador de aumento de 2X permite que una lente 600 de objetivo nativa de 20X escanee la muestra 590 con un aumento de 40X.

La cámara 615 de escaneo de líneas comprende al menos una matriz lineal de elementos de imagen (''píxeles''). La cámara de escaneo de líneas puede ser monocromática o en color. Las cámaras de escaneo de líneas en color normalmente tienen al menos tres matrices lineales, mientras que las cámaras de escaneo de líneas monocromáticas pueden tener una matriz lineal única o diversos matrices lineales. También se puede utilizar cualquier tipo de matriz lineal singular o plural, ya sea empaquetado como parte de una cámara o integrado de forma personalizada en un módulo electrónico de imágenes. Por ejemplo, también se puede utilizar una cámara de escaneo de líneas en color de matriz lineal de 3 ("rojo-verde-azul" o "RGB") o un TDI monocromático de matriz lineal de 96. Las cámaras de escaneo de línea TDI generalmente proporcionan una relación señal-ruido ("SNR") sustancialmente mejor en la señal de salida al sumar datos de intensidad de regiones de una muestra previamente fotografiadas, lo que produce un aumento en la SNR que es proporcional a la raíz cuadrada del número de platinas de integración. Las cámaras de escaneo de línea TDI comprenden múltiples matrices lineales. Por ejemplo, las cámaras de escaneo de línea TDI están disponibles con 24, 32, 48, 64, 96 o incluso más matrices lineales. El sistema 550 de escáner también soporta matrices lineales que se fabrican en una variedad de formatos que incluyen algunos con 512 píxeles, algunos con 1024 píxeles y otros que tienen hasta 4096 píxeles. De manera similar, también se pueden usar matrices lineales con una variedad de tamaños de píxeles en el sistema 550 de escáner. El requisito más destacado para la selección de cualquier tipo de cámara 615 de escaneo de líneas es que el movimiento de la platina 580 se pueda sincronizar con la velocidad de línea de la cámara 615 de escaneo de líneas, de modo que la platina 580 pueda estar en movimiento con respecto a la cámara 615 de escaneo de líneas durante la captura de imágenes digitales de la muestra 590.

Los datos de imagen generados por la cámara 615 de escaneo de líneas se almacenan en una parte de la memoria 565 y se procesan mediante el procesador 555 para generar una imagen digital contigua de al menos una parte de la muestra 590. La imagen digital contigua se puede procesar adicionalmente mediante el procesador 555 y la imagen digital contigua revisada también se pueden almacenar en la memoria 565.

En una realización con dos o más cámaras de escaneo de líneas 615, al menos una de las cámaras de escaneo de líneas 615 puede configurarse para funcionar como un sensor de enfoque que opera en combinación con al menos una de las otras cámaras de escaneo de líneas 615 que está configurada para funcionar. como sensor de imágenes. El sensor de enfoque puede ubicarse lógicamente en el mismo eje óptico que el sensor de imágenes o el sensor de enfoque puede ubicarse lógicamente antes o después del sensor de imágenes con respecto a la dirección de escaneo del sistema 550 de escáner. En tal realización con al menos un cámara 615 de escaneo de líneas que funciona como un sensor de enfoque, los datos de imagen generados por el sensor de enfoque se almacenan en una parte de la memoria 565 y se procesan por uno o más procesadores 555 para generar información de enfoque, para permitir que el sistema 550 de escáner ajuste la distancia relativa entre la muestra 590 y la lente 600 de objetivo para mantener el enfoque en la muestra durante el escaneo. Además, en una realización, la al menos una cámara 615 de escaneo de líneas que funciona como un sensor de enfoque puede orientarse de manera que cada uno de una pluralidad de píxeles individuales del sensor de enfoque esté colocado a una altura lógica diferente a lo largo de la trayectoria 605 óptica.

En funcionamiento, los diversos componentes del sistema 550 de escáner y los módulos programados almacenados en la memoria 565 permiten el escaneo y la digitalización automáticos de la muestra 590, que está dispuesta en una placa 585 de vidrio. La placa 585 de vidrio está colocado de forma segura en la platina 580 móvil. Del sistema 550 de escáner para escanear la muestra 590. Bajo el control del procesador 555, la platina 580 móvil acelera la muestra 590 a una velocidad sustancialmente constante para ser detectada por la cámara 615 de escaneo de líneas, donde la velocidad de la platina está sincronizada con la velocidad de línea de la cámara 615 de escaneo de líneas. Después de escanear una franja de datos de imagen, la platina 580 móvil desacelera y lleva la muestra 590 a una parada sustancialmente completa. A continuación, la platina 580 móvil, se mueve ortogonalmente a la dirección de escaneo para posicionar la muestra 590 para escanear una franja posterior de datos de imagen (por ejemplo, una franja adyacente). Posteriormente se escanean franjas adicionales hasta que se escanea una parte completa de la muestra 590 o toda la muestra 590.

Por ejemplo, durante el escaneo digital de la muestra 590, se adquiere una imagen digital contigua de la muestra 590 como una pluralidad de campos de visión contiguos que se combinan para formar una franja de imagen. Una pluralidad de franjas de imágenes adyacentes se combina de manera similar para formar una imagen digital contigua de una parte o de la muestra 590 completa. El escaneo de la muestra 590 puede incluir la adquisición de franjas de imágenes verticales o franjas de imágenes horizontales. El escaneo de la muestra 590 puede ser de arriba hacia abajo, de abajo hacia arriba o ambos (bidireccional), y puede comenzar en cualquier punto de la muestra. Alternativamente, el escaneo de la muestra 590 puede ser de izquierda a derecha, de derecha a izquierda o ambos (bidireccional), y puede comenzar en cualquier punto de la muestra. Además, no es necesario que las franjas de imágenes se adquieran de manera adyacente o contigua. Además, la imagen resultante de la muestra 590 puede ser una imagen de toda la muestra 590 o solo de una parte de la muestra 590.

En una realización, las instrucciones ejecutables por ordenador (por ejemplo, módulos y software programados) se almacenan en la memoria 565 y, cuando se ejecutan, permiten que el sistema 550 de escaneo realice las diversas funciones descritas en el presente documento. En esta descripción, el término "medio de almacenamiento legible por ordenador" se usa para referirse a cualquier medio usado para almacenar y proporcionar instrucciones ejecutables por ordenador al sistema 550 de escaneo para su ejecución por el procesador 555. Ejemplos de estos medios incluyen la memoria 565 y cualquier medio de almacenamiento externo o extraíble (no mostrado) acoplado comunicativamente con el sistema 550 de escaneo ya sea directa o indirectamente, por ejemplo, a través de una red (no mostrada).

La FIG. 5B ilustra una cámara de escaneo de líneas que tiene una única matriz 640 lineal, que puede implementarse como una matriz de dispositivo de carga acoplada ("CCD"). La matriz 640 lineal única comprende una pluralidad de píxeles 645 individuales. En la realización ilustrada, la matriz 640 lineal única tiene 4096 píxeles. En realizaciones alternativas, la matriz 640 lineal puede tener más o menos píxeles. Por ejemplo, los formatos comunes de matrices lineales incluyen 512, 1024 y 4096 píxeles. Los píxeles 645 están dispuestos de forma lineal para definir un campo de visión 625 para la matriz 640 lineal. El tamaño del campo de visión 625 varía de acuerdo con la ampliación del sistema 550 de escáner.

La FIG. 5C ilustra una cámara de escaneo de líneas que tiene tres matrices lineales, cada uno de los cuales puede implementarse como una matriz CCD. Las tres matrices lineales se combinan para formar una matriz 650 de colores. En una realización, cada matriz lineal individual en la matriz 650 de colores detecta una intensidad de color diferente, por ejemplo, rojo, verde o azul. Los datos de imágenes en color de cada matriz lineal individual en la matriz 650 de colores se combinan para formar un único campo de visión 625 de datos de imágenes en color.

La FIG. 5D ilustra una cámara de escaneo de líneas que tiene una pluralidad de matrices lineales, cada uno de los cuales puede implementarse como una matriz CCD. La pluralidad de matrices lineales se combina para formar una matriz 655 TDI. Ventajosamente, una cámara de escaneo de líneas TDI puede proporcionar una SNR sustancialmente mejor en su señal de salida sumando datos de intensidad de regiones de una muestra previamente fotografiadas, produciendo un aumento en la SNR que está en proporción a la raíz cuadrada del número de matrices lineales (también denominadas platinas de integración). Una cámara de escaneo de líneas TDI puede comprender una variedad mayor de números de matrices lineales. Por ejemplo, los formatos comunes de las cámaras de escaneo de línea TDI incluyen matrices de 24, 32, 48, 64, 96, 120 e incluso más.

La descripción anterior de las realizaciones divulgadas se proporciona para permitir que cualquier persona experta en la técnica realice o utilice la invención. Diversas modificaciones a estas realizaciones serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, y los principios genéricos descritos en el presente documento se pueden aplicar a otras realizaciones sin apartarse del alcance de la invención. Por lo tanto, debe entenderse que la descripción y los dibujos presentados en el presente documento representan una realización actualmente preferida de la invención y, por lo tanto, son representativos del objeto que se contempla ampliamente en la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Se entiende además que el alcance de la presente invención abarca completamente otras realizaciones que pueden resultar obvias para los expertos en la técnica y que, en consecuencia, el alcance de la presente invención no está limitado.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato (550) de escaneo digital que comprende:

una lente (600) de objetivo;

un sensor (615) de enfoque y un sensor (615) de imágenes colocados en la trayectoria (605) óptica de la lente de objetivo para detectar un campo de visión de la lente de objetivo; y al menos un procesador (555) configurado para: seleccionar un punto (300) de macro enfoque en una muestra (210; 590), en donde el punto de macro enfoque está dentro de una distancia (310) predeterminada tanto de un borde de la muestra como de una línea (320) que representa una longitud máxima a lo largo la muestra,

escanear un único campo de visión que incluye el punto de macro enfoque usando el sensor de enfoque para adquirir datos de imagen que incluyen el punto de macro enfoque en una pluralidad de planos de imagen correspondientes a una pluralidad de posiciones de distancia de la lente de objetivo de la muestra,

determinar un valor de contraste para cada uno de la pluralidad de planos de imagen,

identificar un valor de distancia de la lente de objetivo, Z1, indicativo de una distancia de la lente de objetivo de la muestra, el valor de distancia de la lente de objetivo, Z1,

correspondiente a uno de la pluralidad de planos de imagen que tienen un valor de contraste más alto entre los valores de contraste determinados,

escanear una pluralidad de regiones (330) a lo largo de la línea (320) que representa la longitud máxima a través de la muestra para adquirir una pluralidad de búferes de datos de imagen, en donde cada búfer comprende una pluralidad de líneas de escaneo y cada línea de escaneo comprende una pluralidad de píxeles, de modo que cada búfer comprenda un número de filas de píxeles igual a un número de la pluralidad de líneas de escaneo y un número de columnas de píxeles igual a un número de la pluralidad de píxeles dentro de cada línea de escaneo, determinar un valor de relación de contraste para cada una de la pluralidad de búferes, en donde la determinación incluye calcular una relación para cada píxel del búfer respectivo, identificar una pluralidad de valores adicionales de distancia de la lente del objetivo, Z2-Zn,

correspondiente a los valores de relación de contraste determinados para la pluralidad de búferes, en donde cada uno de los valores de distancia de la lente de objetivo, Z2-Zn, indica, para uno respectivo de la pluralidad de búferes, una distancia de la lente de objetivo desde la muestra a la que el plano de imagen del sensor de imágenes tiene un contraste máximo, almacenar los valores de distancia de la lente del objetivo, Z1 -Zn, con la información de ubicación respectiva, en donde la información de ubicación para el valor de distancia de la lente del objetivo, Z1, indica una ubicación del punto de macro enfoque, y en el que la información de ubicación para cada uno de los valores de distancia de la lente del objetivo, Z2-Zn, indica una ubicación del respectivo de la pluralidad de búferes, determinar una ubicación de una región de la muestra que se va a escanear,

identificar un valor de distancia de la lente del objetivo más cercano de los valores de distancia de la lente del objetivo, Z1-Zn, a la región de la muestra basándose en la ubicación determinada y la información de ubicación almacenada para los valores de distancia de la lente del objetivo, Z1-Zn,

determinar un valor de distancia de la lente de objetivo previsto para la región de la muestra, basándose, al menos en parte, en el más cercano de los valores de distancia de la lente de objetivo, Z1, Zn y

ajustar una distancia entre la lente de objetivo y la muestra, basándose en el valor de distancia de la lente de objetivo previsto, al comienzo de escanear la región de la muestra.

2. El aparato de escaneo digital de la reivindicación 1, en donde determinar un valor de relación de contraste para cada una de la pluralidad de búferes comprende determinar un valor de relación de contraste promedio para cada columna de píxeles en el búfer, y determinar un valor de relación de contraste para el búfer en base al promedio del valor de relación de contraste para cada columna de píxeles en el búfer.

3. El aparato de escaneo digital de cualquier reivindicación anterior, en donde al menos un procesador está configurado además para, después de escanear la región de la muestra:

determinar un valor de distancia de la lente de objetivo, Znuev, para la región de la muestra; determinar una diferencia entre el valor de distancia de la lente de objetivo, Znuev, para la región de la muestra y el valor de distancia de la lente de objetivo previsto para la región de la muestra; y

iniciar una nueva escaneo de la región de la muestra cuando la diferencia exceda un umbral predeterminado.

4. El aparato de escaneo digital de la reivindicación 3, en donde al menos un procesador está configurado además para, después de escanear una pluralidad de regiones escaneadas de la muestra, si la diferencia entre el valor de distancia de la lente del objetivo y el valor de distancia de la lente del objetivo previsto excede el umbral predeterminado para un porcentaje predeterminado de la pluralidad de regiones escaneadas, iniciar una nueva escaneo de toda la muestra.

5. El aparato de escaneo digital de la reivindicación 3 o 4, en donde el umbral predeterminado está dentro de un intervalo de 0,5 a 0,9 micrómetros.

6. El aparato de escaneo digital de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en donde al menos un procesador está configurado además para calcular una superficie de muestra global usando todos los valores de distancia de la lente de objetivo, Z1-Zn, y en donde el valor de distancia de la lente de objetivo previsto para la región de la muestra se basa, al menos en parte, en el valor de distancia de la lente del objetivo más cercano y la superficie global de la muestra.

7. El aparato de escaneo digital de la reivindicación 6, en donde al menos un procesador está configurado además para, después de escanear la región de la muestra, recalcular la superficie global de la muestra usando el valor de distancia de la lente de objetivo, Znuev, para la región escaneada de la muestra.

8. El aparato de escaneo digital de la reivindicación 6 o 7, en donde la superficie global se actualiza continuamente, a medida que se calculan y almacenan nuevos valores de distancia de la lente del objetivo, para reflejar todos los valores de distancia de la lente del objetivo almacenados para la muestra.

9. El aparato de escaneo digital de cualquier reivindicación anterior, en donde al menos un procesador está configurado además para calcular una superficie de muestra local usando un subconjunto de valores de distancia de la lente de objetivo para las zonas intermedias correspondientes a regiones adyacentes a la región de la muestra que se va a escanear, y en donde el valor de distancia de la lente de objetivo previsto para la región de la muestra se basa, al menos en parte, en el valor de distancia de la lente de objetivo más cercana y la superficie de la muestra local.

10. El aparato de escaneo digital de la reivindicación 9, en donde la superficie de la muestra local tiene forma de L.

11. El aparato de escaneo digital de cualquier reivindicación anterior, en donde la pluralidad de regiones, escaneadas a lo largo de la línea que representa la longitud máxima a través de la muestra, forman colectivamente una parte contigua de la muestra que se extiende a través de la muestra.

12. Un método para enfocar un aparato de escaneo digital que comprende una lente de objetivo, un sensor de enfoque y un sensor de imágenes colocado en la trayectoria óptica de la lente de objetivo para detectar un campo de visión de la lente de objetivo, y al menos un procesador, el método que comprende, por al menos un procesador del aparato de escaneo digital:

seleccionar (10) un punto (300) de macro enfoque en una muestra (210), en donde el punto de macro enfoque está dentro de una distancia (310) predeterminada tanto de un borde de la muestra como de una línea (320) que representa una longitud máxima en toda la muestra;

escanear (20) un único campo de visión que incluye el punto de macro enfoque usando el sensor de enfoque para adquirir datos de imagen que incluyen el punto de macro enfoque en una pluralidad de planos de imagen correspondientes a una pluralidad de posiciones de distancia de la lente de objetivo desde la muestra;

determinar un valor de contraste para cada uno de la pluralidad de planos de imagen;

identificar (30) un valor de distancia de la lente de objetivo, Z1, indicativo de una distancia de la lente de objetivo de la muestra, el valor de distancia de la lente de objetivo, Z1,

correspondiente a uno de la pluralidad de planos de imagen que tienen un valor de contraste más alto entre los valores de contraste determinados;

escanear (50) una pluralidad de regiones (330) a lo largo de la línea (320) que representa la longitud máxima a través de la muestra para adquirir una pluralidad de búferes de datos de imagen, en donde cada búfer comprende una pluralidad de líneas de escaneo y cada línea de escaneo comprende una pluralidad de píxeles, de modo que cada búfer comprenda un número de filas de píxeles igual a un número de la pluralidad de líneas de escaneo y un número de columnas de píxeles igual a un número de la pluralidad de píxeles dentro de cada línea de escaneo;

determinar un valor de relación de contraste para cada una de la pluralidad de búferes, en donde la determinación incluye calcular una relación para cada píxel del búfer respectivo;

identificar (60) una pluralidad de valores adicionales de distancia de la lente del objetivo, Z2-Zn, correspondientes a los valores de relación de contraste determinados para la pluralidad de búferes, en donde cada uno de los valores de distancia de la lente del objetivo Z2-Zn indica, para uno respectivo de la pluralidad de búferes, una distancia de la lente del objetivo a la muestra en la que el plano de imagen del sensor de imágenes tiene un contraste máximo; almacenar (70) los valores de distancia de la lente del objetivo, Z1-Zn, con la información de ubicación respectiva, en donde la información de ubicación para el valor de distancia de la lente del objetivo, Z1, indica una ubicación del punto de macro enfoque, y en donde la información de ubicación para cada uno de los valores de distancia de la lente del objetivo, Z2-Zn, indican una ubicación del respectivo de la pluralidad de búferes;

determinar una ubicación de una región de la muestra que se va a escanear;

identificar (120) un valor de distancia de la lente del objetivo más cercano de los valores de distancia de la lente del objetivo, Z1-Zn, a la región de la muestra basándose en la ubicación determinada y la información de ubicación almacenada para los valores de distancia de la lente del objetivo, Z1-Zn;

determinar (130) un valor de distancia de la lente de objetivo previsto para la región de la muestra, basándose, al menos en parte, en el más cercano de los valores de distancia de la lente de objetivo, Z1-Zn; y

ajustar una distancia entre la lente de objetivo y la muestra, basándose en el valor de distancia de la lente de objetivo previsto, al comienzo de escanear la región de la muestra.