本明細書で開示される特定の実施形態は、スライドの試料領域およびスライドのラベル領域の両方を含む、スライドの全面スライド画像の生成をもたらす。結果として生じる全面スライド画像は、スライドの試料領域およびスライドのラベル領域の別個の画像を生成するように処理されることができる。例えば、本明細書で開示される1つの方法は、単一のステージ移動において全面スライド画像を走査することを可能にし、結果として生じる全面スライド画像は、試料領域全体およびラベル領域全体を含む。全面スライド画像が単一のステージ移動において走査されるとき、スライドグラスは、透過モード照明システムおよび斜めモード照明システムからの照射の影響を同時に受ける。この説明を読んだ後、当業者にとって、様々な代替的な実施形態および代替的な適用において本発明をどのように実施することができるかが明らかになるであろう。しかしながら、本発明の様々な実施形態が本明細書で説明されるが、それらの実施形態は単に実施例として提示され、限定ではないことを理解されよう。そのようにして、様々な代替的な実施形態のこの詳細な説明は、添付の特許請求の範囲に示されるように、本発明の範囲または広さを限定するものと解釈されるべきではない。
図1Aは、本発明の実施形態に従った、実施例のスライドグラス20を例示するブロック図である。例示される実施形態では、スライドグラスは、バーコードラベル23を有するラベル領域22および標本領域24を含む。標本領域24は、顕微鏡試料(本明細書では、標本とも称される)を支持するように構成される。スライドグラス20は、デジタルパソロジシステムによる使用に適合可能であり、デジタルパソロジシステムは、ラベル領域22および試料領域24の両方を含む、スライドグラス20を走査して、スライドグラス20のデジタル画像を生成するように構成されたデジタルパソロジ撮像装置を含んでもよい。
図1Bは、本発明の実施形態に従った、スライドの組み合わされたマクロ撮像およびラベル撮像のための実施例のシステム10を例示するブロック図である。例示される実施形態では、システム10は、撮像光学系55に光学的に結合されるライン走査カメラ50を含み、撮像光学系55は、ライン走査カメラ50がスライドグラス60の一部の視野を有するように光学経路を定める。スライド60は、その中で試料65が位置付けられた試料領域64、およびその中でラベル63が位置付けられたラベル領域62を含む。システム10は、2つの照明システム、すなわち、(1)透過モード照明のために構成された第1の照明システム70、および(2)斜めモード照明のために構成された第2の照明システム80を含む。第1の照明システム70は、スライドグラス60および標本を通じて撮像光学系55内に、およびライン走査カメラ50上に光を伝送する。一実施形態では、第1の透過照明システム70は、試料領域64のマクロ画像を捕捉するために使用される。第2の照明システム80は、撮像光学系55に対向しているスライドグラス60の上面上で、ある角度において光を伝送する。一実施形態では、第2の斜め照明システム80は、ラベル領域62のマクロ画像を捕捉するために使用される。
システム10は、ライン走査カメラ50の視野に対してスライド60を移動させ、単一のステージ移動においてスライド60の全面スライド画像30を捕捉するように構成される。結果として生じる全面スライド画像30は、スライド60のラベル領域62全体を記述したラベル領域36を含み、結果として生じる全面スライド画像30は、スライド60の試料領域64全体を記述した試料領域38を含む。
図2Aは、本発明の実施形態に従った、実施例の単一ラインカラーライン走査センサ90を例示するブロック図である。例示されるライン走査センサ90は、単方向走査および双方向走査の両方のために使用されることができる。有利なことに、ライン走査センサ90が双方向走査のために使用されるとき、ライン走査センサ90は、第1の方向において試料を支持するステージの移動と、第2の方向(第1の方向とは反対の)において試料を支持するステージの移動と、の間で再構成される必要がない。
図2Bは、本発明の実施形態に従った、実施例の二重ラインカラーライン走査センサ92を例示するブロック図である。例示されるライン走査センサ92は、単方向走査および双方向走査の両方のために使用されることができる。一実施形態では、ライン走査センサ92が双方向走査のために使用されるとき、ライン走査センサ92は、第1の方向おいて試料を支持するステージの移動と、第2の方向(第1の方向とは反対の)において試料を支持するステージの移動と、の間で再構成される。
図2Cは、本発明の実施形態に従った、実施例の三重ラインカラーライン走査センサ94を例示するブロック図である。例示されるライン走査センサ94は、単方向走査および双方向走査の両方のために使用されることができる。一実施形態では、ライン走査センサ94が双方向走査のために使用されるとき、ライン走査センサ94は、第1の方向おいて試料を支持するステージの移動と、第2の方向(第1の方向とは反対の)において試料を支持するステージの移動と、の間で再構成される。
図2Dは、本発明の実施形態に従った、実施例のカラーライン走査センサ96を例示するブロック図である。例示されるライン走査センサ96は、単方向走査および双方向走査の両方のために使用されることができる。有利なことに、ライン走査センサ96が双方向走査のために使用されるとき、ライン走査センサ90は、第1の方向において試料を支持するステージの移動と、第2の方向(第1の方向とは反対の)において試料を支持するステージの移動と、の間で再構成される必要がない。
図3は、本発明の実施形態に従った、スライドの組み合わされたマクロ撮像およびラベル撮像のための実施例のシステム100を例示するブロック図である。マクロ撮像およびラベル撮像の両方が、本明細書で、低解像度撮像と称されてもよいことに留意されるべきである。例示される実施形態では、システム100は、マクロレンズ155およびミラー160に光学的に結合されるライン走査カメラ105を含み、マクロレンズ155およびミラー160は、ライン走査カメラ105が走査ステージ(図示せず)の移動によってスライド120のいずれかの部分上で訓練されることができる視野を有するように第1の光学経路165を定める。ステージは、スライドグラス120を支持し、スライドグラス120は次いで、試料125を支持する。スライドグラス120はまた、ラベル130を有する。
第1の光学経路は、透過モード照明のために構成されたマクロライト140を含む第1の照明システムによって照射されてもよい。第1の光学経路165はまた、斜めモード照明のために構成されたラベルライト145を含む第2の照明システムによって照射されてもよい。有利なことに、一実施形態では、第1の光学経路165は、マクロライト140による第1の照明システムおよびラベルライト145による第2の照明システムの両方によって同時に照射されてもよい。
捕捉カメラのライン走査カメラ105はまた、対物レンズ110に光学的に結合され、対物レンズ110は、ライン走査カメラ105がスライド120の視野を有するように第2の光学経路115を定める。第2の光学経路115は、透過モード照明のために構成された集光レンズ135を含む第3の照明システムによって照射される。第2の光学経路115は、対物レンズ110を介した高解像度撮像および高倍率撮像のために使用される。
動作中、スライドグラス120が走査ステージ上に載置されるとき、走査ステージは、対物レンズ110に対して第2の光学経路115内の走査位置にスライドグラス120を移動させる。一実施形態では、対物レンズ110に対して第2の光学経路115内にスライドグラスを位置付けるとき、システム100によって、走査ステージは、第1の光学経路165に従って、ライン走査カメラ104の視野の下にスライドグラス120を最初に移動させる。ライン走査カメラ105および第1の光学経路165に対する第1の方向でのスライドグラスのこの第1の移動は、スライドグラス120全体の全面スライド画像をもたらすことができる。代わりに、ライン走査カメラ105および第1の光学経路165に対する第1の方向でのスライドグラスの第1の移動は、スライドグラス120の第1の部分のみの全面スライド画像をもたらすことができる。
この実施形態では、第1の光学経路115および第2の光学経路165の方位は、対物レンズ110に対して第2の光学経路115内にスライドグラスを位置付けるために、スライドグラス120が、ライン走査カメラ105および第1の光学経路165に対する第2の方向でのスライドグラス120の第2の移動の影響を受けることを必要とする。したがって、ライン走査カメラ105および第1の光学経路165に対する第2の方向でのスライドグラス120のこの第2の移動は、スライドグラス120全体の第2の全面スライド画像をもたらすことができ、またはそれは、スライドグラス120の第2の部分のみの全面スライド画像をもたらすことができる。
図4は、本発明の実施形態に従った、スライドの組み合わされたマクロ撮像およびラベル撮像の代替的な実施例のシステム102を例示するブロック図である。例示される実施形態では、システム102は、マクロレンズ155およびミラー160に光学的に結合されるライン走査カメラ105を含み、マクロレンズ155およびミラー160は、ライン走査カメラ105が走査ステージ(図示せず)の移動によってスライド120のいずれかの部分上で訓練されることができる視野を有するように第1の光学経路165を定める。ステージは、スライドグラス120を支持し、スライドグラス120は次いで、試料125を支持する。スライドグラス120はまた、ラベル130を有する。
第1の光学経路は、透過モード照明のために構成されたマクロライト140を含む第1の照明システムによって照射されてもよい。第1の光学経路165はまた、斜めモード照明のために構成されたラベルライト145を含む第2の照明システムによって照射されてもよい。有利なことに、一実施形態では、第1の光学経路165は、マクロライト140による第1の照明システムおよびラベルライト145による第2の照明システムの両方によって同時に照射されてもよい。
捕捉カメラのライン走査カメラ105はまた、対物レンズ110に光学的に結合され、対物レンズ110は、ライン走査カメラ105がスライド120の視野を有するように第2の光学経路115を定める。第2の光学経路115は、透過モード照明のために構成された集光レンズ135を含む第3の照明システムによって照射される。第2の光学経路115は、対物レンズ110を介した高解像度撮像および高倍率撮像のために使用される。
動作中、スライドグラス120が走査ステージ上に載置されるとき、走査ステージは、対物レンズ110に対して第2の光学経路115内の走査位置内にスライドグラス120を移動させる。一実施形態では、対物レンズ110に対して第2の光学経路115内にスライドグラスを位置付けるとき、システム100によって、走査ステージは、第1の光学経路165に従ってライン走査カメラ104の視野の下にスライドグラス120を最初に移動させる。ライン走査カメラ105および第1の光学経路165に対する第1の方向でのスライドグラスのこの第1の移動は、スライドグラス120全体の全面スライド画像をもたらすことができる。代わりに、ライン走査カメラ105および第1の光学経路165に対する第1の方向でのスライドグラスの第1の移動は、スライドグラス120の第1の部分のみの全面スライド画像をもたらすことができる。
この実施形態では、第1の光学経路115および第2の光学経路165の方位は、スライドグラス120が次に、さらなる処理のために(例えば、高解像度、高倍率走査)対物レンズ110に対して第2の光学経路115内の走査位置に渡されることを必要とする。さらなる処理に続いて、スライドグラス120は、走査ステージからスライドグラス120を取り外す前に、ライン走査カメラ105および第1の光学経路165に対する第2の方向でのスライドグラス120の第2の移動の影響を受ける。したがって、ライン走査カメラ105および第1の光学経路165に対する第2の方向でのスライドグラス120のこの第2の移動は、スライドグラス120全体の第2の全面スライド画像をもたらすことができ、またはそれは、スライドグラス120の第2の部分のみの全面スライド画像をもたらすことができる。
図5Aは、本発明の実施形態に従った、同一のライン走査カメラを使用した、組み合わされた低解像度撮像および高解像度撮像のための実施例の処理を例示するフローチャートである。例示される処理は、例えば、図3〜図4および図7A〜7Dに説明されるようなシステムによって実行されることができる。例示される実施形態では、ステップ200では、システムは、マクロレンズを有する第1の光学経路を介した低解像度撮像のためにライン走査カメラを最初に構成する。次に、ステップ205では、第1および第2の照明システムは、透過モード照明および斜めモード照明の両方がライン走査カメラおよびマクロレンズの両方によって定められた光学経路に存在するようにターンオンされる。次に、ステップ210では、スライドを支持するステージは、ステップ215に示されるように、スライドグラス全体(または、実質的にスライドグラス全体)の全面スライド画像を捕捉するために、マクロレンズを介してライン走査カメラの視野に対して第1の速度で(例えば、相対的に高速で)移動する。結果として生じる全面スライド画像は、スライドグラスのラベル領域全体およびスライドグラスの試料領域全体の画像を含む。全面スライド画像はその後、ラベル領域全体(または、その一部)の画像のみを含むラベル画像を生成し、試料領域全体(または、その一部)の画像のみを含む試料画像を生成するように処理されることができる。ラベル領域のラベル画像および試料領域のマクロ画像は、ステップ220に示されるように保存される。
低解像度画像取得が完了した後、ステップ225では、第1の照明システムおよび第2の照明システムがターンオフされ、ステップ230では、ライン走査カメラが高解像度撮像のために再構成される。次に、ステップ235では、第3の照明システム(高解像度撮像照明)がターンオンされ、ステップ240では、スライドは、ライン走査カメラの視野に対して第2の速度で(例えば、低解像度撮像よりも相対的に低速で)繰り返し移動する。ステップ245では、システムは、スライドの標本領域の複数の画像ストライプを捕捉する。ステップ250に示されるように、ストライプは、全面試料領域の連続する画像として共に組み合わされて記憶される。高解像度画像取得が完了した後、ステップ255では、第3の照明システムがターンオフされ、ステップ260では、スライドが高速でステージから取り外される。
図5Bは、本発明の実施形態に従った、同一のライン走査カメラを使用した、組み合わされた双方向走査の低解像度撮像および高解像度撮像のための代替的な実施例の処理を例示するフローチャートである。例示される処理は、例えば、図3〜図4および図7A〜7Dに説明されるようなシステムによって実行されることができる。例示される実施形態では、ステップ300では、システムは、マクロレンズを有する第1の光学経路を介した低解像度撮像のためにライン走査カメラを最初に構成する。次に、ステップ305では、第1の照明システムは、透過モード照明がライン走査カメラおよびマクロレンズによって定められた光学経路に存在するようにターンオンされる。次に、ステップ310では、スライドは、スライドグラス全体(または、実質的にスライドグラス全体)の第1の全面スライド画像を捕捉するために、マクロレンズを介してライン走査カメラの視野に対して第1の速度で(例えば、相対的に高速で)移動し、次いで、ステップ315に示されるように、第1の照明システムがターンオフされる。次に、ステップ320では、ライン走査カメラは任意選択で、使用されるラインセンサのタイプに応じて、反対方向での双方向走査のために再構成される。
次に、ステップ325では、第2の照明システムは、斜めモード照明がライン走査カメラおよびマクロレンズによって定められた光学経路に存在するようにターンオンされる。次に、ステップ330では、スライドは、スライドグラス全体(または、実質的にスライドグラス全体)の第2の全面スライド画像を捕捉するために、マクロレンズを介してライン走査カメラの視野に対して第1の速度で移動し、次いで、ステップ335に示されるように、第2の照明システムがターンオフされる。第1および第2の全面スライド画像はその後、スライドグラスのラベル領域全体を含むラベル画像を生成し、スライドグラスの試料領域全体を含む試料画像を生成し、スライドグラスのラベル領域全体およびスライドグラスの試料領域全体の両方を含む全面スライド画像を生成するように処理されることができる。
低解像度画像が取得された後、ステップ340では、システムは、高解像度撮像のためにライン走査カメラを再構成し、ステップ345では、第3の照明システムをターンオンする。次いで、ステップ350では、スライドは、スライドの標本領域の複数の画像ストライプを捕捉するために、対物レンズを介してライン走査カメラの視野に対して第2の速度で(例えば、低解像度撮像よりも相対的に低速で)繰り返し移動する。高解像度画像ストライプは、全面試料領域の連続する高解像度画像として共に組み合わされて記憶される。
図6は、本発明の実施形態に従った、同一のライン走査カメラを使用した、組み合わされた低解像度撮像および高解像度撮像のための代替的な実施例の処理を例示するフローチャートである。例示される処理は、例えば、図3〜図4および図7A〜7Dに説明されるようなシステムによって実行されることができる。例示される実施形態では、ステップ400では、システムは、マクロレンズを有する第1の光学経路を介した透過モード低解像度撮像のためにライン走査カメラを最初に構成する。次に、ステップ405では、第1の照明システムは、透過モード照明がライン走査カメラおよびマクロレンズによって定められた光学経路に存在するようにターンオンされる。次に、ステップ410では、スライドは、ステップ415に示されるように、スライドグラス全体(または、実質的にスライドグラス全体)の第1の全面スライド画像を捕捉するために、マクロレンズを介してライン走査カメラの視野に対して第1の速度で(例えば、相対的に高速で)移動する。ステップ420では、スライドグラス全体の第1の全面スライド画像(すなわち、マクロ画像)が保存される。
低解像度での第1の全面スライド画像の取得の後、ステップ425では、第1の照明システムがターンオフされ、ステップ430では、ライン走査カメラが高解像度撮像のために再構成される。次に、ステップ435では、第3の照明システムがターンオンされ、ステップ440では、スライドは、ステップ445に示されるように、スライドの標本領域の複数の画像ストライプを捕捉するために、対物レンズを介してライン走査カメラの視野に対して第2の速度で(例えば、低解像度撮像よりも相対的に低速で)繰り返し移動する。ステップ450では、ストライプは、全面試料領域の高解像度の連続する画像として共に組み合わされて記憶され、および/または個々の画像ストライプとして記憶され、次いで、ステップ455では、第3の照明システムがターンオフされる。
次に、ステップ460では、システムは、マクロレンズを有する第1の光学経路を介した斜めモード低解像度撮像のためにライン走査カメラを再構成する。次いで、ステップ465では、第2の照明システムは、斜めモード照明がライン走査カメラおよびマクロレンズによって定められた光学経路に存在するようにターンオンされる。次に、ステップ470では、スライドは、ステップ475に示されるように、スライドグラス全体(または、実質的にスライドグラス全体)の第2の全面スライド画像を捕捉するために、マクロレンズを介してライン走査カメラの視野に対して第1の速度で(例えば、相対的に高速で)移動する。ステップ480では、第2の全面スライド画像(すなわち、ラベル画像)が保存される。第1および第2の全面スライド画像はその後、スライドグラスのラベル領域全体を含むラベル画像を生成し、スライドグラスの試料領域全体を含む試料画像を生成し、スライドグラスのラベル領域全体およびスライドグラスの試料領域全体の両方を含む全面スライド画像を生成するように処理されることができる。最後に、ステップ485では、ラベル撮像ライトがターンオフされる。
図7Aは、本明細書で説明される様々な実施形態と関連して使用されてもよい、実施例のプロセッサ使用可能デバイス550を例示するブロック図である。デバイス550の代替的な形式も当業者によって理解されるように使用されてもよい。例示される実施形態では、デバイス550は、1つ以上のプロセッサ555、1つ以上のメモリ565、1つ以上の動きコントローラ570、1つ以上のインタフェースシステム575、1つ以上の試料590を有する1つ以上のスライドグラス585を各々が支持する1つ以上の可動ステージ580、試料を照射する1つ以上の照明システム595、光学軸に沿って進む光学経路605を各々が定める1つ以上の対物レンズ600、1つ以上の対物レンズポジショナ630、1つ以上の任意選択の落射照明システム635(例えば、蛍光発光スキャナシステムに含まれる)、1つ以上の焦点調節光学系610、1つ以上のライン走査カメラ615、および/または1つ以上の領域走査カメラ620を含み、その各々が試料590および/またはスライドグラス585上で別個の視野625を定めるデジタル撮像デバイス(本明細書で、スキャナシステムまたは走査システムとも称される)として提示される。スキャナシステム550の様々な要素は、1つ以上の通信バス560を介して通信可能に結合される。以下の説明における簡略化のために、スキャナシステム550の様々な要素の各々のうちの1つ以上が存在してもよいが、それらの要素は、適切な情報を搬送するために複数であると説明される必要があるときを除き、単一であると説明される。
1つ以上のプロセッサ555は、例えば、命令を並列に処理することが可能な中央処理装置(「CPU」)および別個のグラフィックプロセシングユニット(「GPU」)を含んでもよく、または1つ以上のプロセッサ555は、命令を並列に処理することが可能なマルチコアプロセッサを含んでもよい。追加の別個のプロセッサも、特定の構成要素を制御し、または画像処理などの特定の機能を実行するために設けられてもよい。例えば、追加のプロセッサは、データ入力を管理する補助プロセッサ、浮動小数点演算を実行する補助プロセッサ、信号処理アルゴリズムの高速実行に適切なアーキテクチャを有する特殊目的プロセッサ(例えば、デジタルシグナルプロセッサ)、メインプロセッサに従属するスレーブプロセッサ(例えば、バックエンドプロセッサ)、ライン走査カメラ615、ステージ580、対物レンズ225、および/またはディスプレイ(図示せず)を制御する追加のプロセッサを含んでもよい。そのような追加のプロセッサは、別個の離散プロセッサであってもよく、またはプロセッサ555と統合されてもよい。
メモリ565は、プロセッサ555によって実行されることができるプログラムに対してデータおよび命令の記憶をもたらす。メモリ565は、データおよび命令を記憶する1つ以上の揮発性および永続的コンピュータ可読記憶媒体、例えば、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、ハードディスクドライブ、および着脱可能記憶ドライブなどを含んでもよい。プロセッサ555は、メモリ565に記憶された命令を実行し、スキャナシステム550の全体的な機能を実行するために、通信バス560を介してスキャナシステム550の様々な要素と通信するように構成される。
1つ以上の通信バス560は、アナログ電気信号を搬送するように構成された通信バス560およびデジタルデータを搬送するように構成された通信バス560を含んでもよい。したがって、1つ以上の通信バス560を介したプロセッサ555、動きコントローラ570、および/またはインタフェースシステム575からの通信は、電気信号およびデジタルデータの両方を含んでもよい。プロセッサ555、動きコントローラ570、および/またはインタフェースシステム575はまた、無線通信リンクを介して、走査システム550の様々な要素のうちの1つ以上と通信するように構成されてもよい。
動き制御システム570は、ステージ580および対物レンズ600のXYZの移動を正確に制御および調整する(例えば、対物レンズポジショナ630を介して)ように構成される。動き制御システム570はまた、スキャナシステム550におけるいずれかの他の移動部分の移動を制御するように構成される。例えば、蛍光発光スキャナの実施形態では、動き制御システム570は、落射照明システム635において光学フィルタなどの移動を調整するように構成される。
インタフェースシステム575は、スキャナシステム550が他のシステムおよびヒューマンオペレータと連動することを可能にする。例えば、インタフェースシステム575は、オペレータに情報を直接提供し、および/またはオペレータからの直接入力を可能にするユーザインタフェースを含んでもよい。インタフェースシステム575はまた、走査システム550と、直接接続された1つ以上の外部デバイス(例えば、プリンタ、着脱可能記憶媒体)またはネットワーク(図示せず)を介してスキャナシステム550に接続された画像サーバシステム、オペレータステーション、ユーザステーション、および管理サーバシステムなどの外部デバイスとの間の通信およびデータ転送を促進するように構成される。
照明システム595は、試料590の一部を照射するように構成される。照明システムは、例えば、光源および照明光学系を含んでもよい。光源は、光出力を最大化する凹型反射ミラーおよび熱を抑制するKG−1フィルタを有する可変明度ハロゲン光源であってもよい。光源はまた、いずれかのタイプのアークランプ、レーザ、または他の光源であってもよい。一実施形態では、照明システム595は、透過モードにおいて試料590を照射し、その結果、ライン走査カメラ615および/または領域走査カメラ620は、試料590を通じて伝送された光エネルギーを検知する。代わりに、または組み合わせて、照明システム595はまた、反射モードにおいて試料590を照射するように構成されてもよく、その結果、ライン走査カメラ615および/または領域走査カメラ620は、試料590から反射された光エネルギーを検知する。全体的に、照明システム595は、光学顕微鏡検査のいずれかの既知のモードにおいて顕微鏡の試料590の検査に適切になるように構成される。
一実施形態では、スキャナシステム550は任意選択で、蛍光発光走査のためにスキャナシステム550を最適化する落射照明システム635を含む。蛍光発光走査は、蛍光発光微粒子を含む試料590の走査であり、蛍光発光微粒子は、特定の波長(励起)で光を吸収することができる分子敏感微粒子である。それらの分子敏感微粒子はまた、より高い波長(放射)で光を放射する。このフォトルミネセンス現象の効率性が非常に低いことを理由に、放射される光の量が非常に少ないことが多い。この少ない量の放射される光は典型的には、試料590を走査およびデジタル化するための従来の技術(例えば、透過モード顕微鏡検査)を妨げる。有利なことに、スキャナシステム550の任意選択の蛍光発光スキャナシステムの実施形態では、複数の線形センサ配列を含むライン走査カメラ615(例えば、時間遅延統合(「TDI」)ライン走査カメラ)の使用は、ライン走査カメラ615の複数の線形センサ配列の各々に試料590の同一の領域を暴露することによって、ライン走査カメラの光への感度を増大させる。これは特に、放射された少ない光によりわずかな蛍光発光試料を走査するときに有益である。
したがって、蛍光発光スキャナシステムの実施形態では、ライン走査カメラ615は好ましくは、モノクロTDIライン走査カメラである。有利なことに、モノクロ画像は、それらが試料に存在する様々なチャネルからの実信号のさらなる正確な表現を提供することを理由に、蛍光発光顕微鏡検査において理想である。当業者によって理解されるように、蛍光発光試料590は、異なる波長で光を放射する複数の蛍光染料によりラベル付けされることができ、異なる波長は、「チャネル」とも称される。
さらに、最低の信号レベルおよび最高の信号レベルの様々な蛍光発光試料が、検知するライン走査カメラ615についての広いスペクトルの波長を提示することを理由に、ライン走査カメラ615が検知することができる最低の信号レベルおよび最高の信号レベルが同様に広いことが望ましい。したがって、蛍光発光スキャナの実施形態では、蛍光発光走査システム550において使用されるライン走査カメラ615は、モノクロの10ビットの64個の線形配列TDIライン走査カメラである。ライン走査カメラ615についての様々なビット深度が走査システム550の蛍光発光スキャナの実施形態による使用のために採用されることができることに留意されるべきである。
可動ステージ580は、プロセッサ555または動きコントローラ570の制御の下、正確なXYの移動のために構成される。可動ステージはまた、プロセッサ555または動きコントローラ570の制御の下、Zでの移動のために構成されてもよい。可動ステージは、ライン走査カメラ615および/または領域走査カメラによる画像データの捕捉の間、所望の位置に試料を位置付けるように構成される。可動ステージはまた、走査方向において実質的に一定の速度に試料590を加速させ、次いで、ライン走査カメラ615による画像データの捕捉の間、実質的に一定の速度を維持するように構成される。一実施形態では、スキャナシステム550は、可動ステージ580上での試料590の位置において支援する高精度且つ厳格に調整されたXY格子を採用してもよい。一実施形態では、可動ステージ580は、XおよびY軸の両方において採用された高精度エンコーダを有する線形モータに基づくXYステージである。例えば、非常に正確なナノメートルエンコーダは、走査方向における軸上で、および走査方向に垂直な方向における軸上で、且つ走査方向と同一の平面上で使用されることができる。ステージはまた、試料590がその上に配置されたスライドグラス585を支持するように構成される。
試料590は、光学顕微鏡検査によって検査されてもよい、いずれかのものであることができる。例えば、顕微鏡スライドグラス585は、組織および細胞、染色体、DNA、タンパク質、血液、骨髄、尿、バクテリア、気泡、生検材料、または死亡しもしくは生存しているかのいずれかであり、着色されもしくは着色されていないかのいずれかであり、ラベル付けされもしくはラベル付けされていないかのいずれかである、いずれかの他のタイプの生物材料を含む標本についての観察用の基板として頻繁に使用される。試料590はまた、マイクロ配列として一般的に知られているいずれかの試料および全ての試料を含む、いずれかのタイプのスライドまたは他の基板上に堆積されたいずれかのタイプのDNA、cDNAもしくはRNAなどのDNA関連材料、またはタンパク質の配列であってもよい。試料590は、微量定量プレート、例えば、96ウェルプレートであってもよい。試料590の他の例は、集積回路ボード、電気泳動レコード、ペトリ皿、フィルム、半導体材料、法医学材料、または機械加工部品を含む。
対物レンズ600は、対物ポジショナ630上に取り付けられ、対物ポジショナ630は、一実施形態では、対物レンズ600によって定められた光学軸に沿って対物レンズ600を移動させるために非常に正確な線形モータを採用してもよい。例えば、対物レンズポジショナ630の線形モータは、50ナノメートルのエンコーダを含んでもよい。XYZ軸におけるステージ580および対物レンズ600の相対的な位置は、走査システム550の全体的な操作のためにコンピュータ実行可能プログラムされたステップを含む、情報および命令を記憶するためのメモリ565を採用するプロセッサ555の制御の下、動きコントローラ570を使用して閉ループ方式において調整および制御される。
一実施形態では、対物レンズ600は、望ましい最高空間分解能に対応する開口数を有する平面アポクロマート(「APO」)無限補正対物レンズであり、対物レンズ600は、透過モード照明顕微鏡検査、反射モード照明顕微鏡検査、および/または落射照明モード蛍光発光顕微鏡検査(例えば、Olympus 40X、0.75NAもしくは20X、0.75NA)に適切である。有利なことに、対物レンズ600は、色収差および球面収差を補正することが可能である。対物レンズ600が無限に補正されることを理由に、焦点調節光学系610は、対物レンズ600の上で光学経路605内に配置されることができ、対物レンズを通過する光ビームは平行光ビームとなる。焦点調節光学系610は、ライン走査カメラ615および/または領域走査カメラ620の光反応素子上で対物レンズ600によって捕捉された光信号の焦点を調節し、フィルタ、倍率変換器レンズなどの光学構成要素を含んでもよい。焦点調節光学系610と組み合わされた対物レンズ600は、走査システム550についての全倍率を提供する。一実施形態では、焦点調節光学系610は、チューブレンズおよび任意選択の2Xの倍率変換器を包含してもよい。有利なことに、2Xの倍率変換器は、本来の20Xの対物レンズ600が40Xの倍率で試料590を走査することを可能にする。
ライン走査カメラ615は、画像素子(「画素」)の少なくとも1つの線形配列を含む。ライン走査カメラは、モノクロまたはカラーであってもよい。カラーライン走査カメラは典型的には、少なくとも3つの線形配列を有し、モノクロライン走査カメラは、単一の線形配列または複数の線形配列を有してもよい。カメラの一部としてパッケージ化され、または撮像電子モジュールにカスタム統合されているかに関わらず、いずれかのタイプの単数または複数の線形配列も使用されることができる。例えば、3つの線形配列(「赤−緑−青」すなわち「RGB」)カラーライン走査カメラまたは96個の線形配列モノクロTDIも使用されてもよい。TDIライン走査カメラは典型的には、標本の前に撮像された領域から明度データを合計することによって、出力信号における大幅に良好な信号対雑音比(「SNR」)をもたらし、統合ステージの数の平方根に比例したSNRにおける増大を得る。TDIライン走査カメラは、複数の線形配列を含み、例えば、24個、32個、48個、64個、96個、またはそれよりも多い偶数の線形配列を有するTDIライン走査カメラが利用可能である。スキャナシステム550はまた、512個の画素を有するもの、1024個の画素を有するもの、および4096個の画素と同数の画素を有するその他を含む、様々なフォーマットにおいて製造された線形配列を支持する。同様に、様々な画素サイズを有する線形配列も、スキャナシステム550において使用されることができる。いずれかのタイプのライン走査カメラ615の選択のための突出した要件は、ステージ580の動きがライン走査カメラ615のライン速度と同期されることができ、その結果、試料590のデジタル画像の捕捉の間、ステージ580がライン走査カメラ615に対する動くことができることである。
ライン走査カメラ615によって生成された画像データは、メモリ565の一部に記憶され、試料590の少なくとも一部の連続するデジタル画像を生成するようにプロセッサ555によって処理される。連続するデジタル画像はさらに、プロセッサ555によって処理されることができ、改正された連続するデジタル画像もメモリ565に記憶されることができる。
2つ以上のライン走査カメラ615を有する実施形態では、ライン走査カメラ615のうちの少なくとも1つは、撮像センサとして機能するように構成されたライン走査カメラのうちの少なくとも1つとの組み合わせで動作する焦点調節センサとして機能するように構成されることができる。焦点調節センサは、撮像センサと同一の光学経路上に論理的に位置付けられることができ、または焦点調節センサは、スキャナシステム550の走査方向に対して撮像センサの前もしくは後に論理的に位置付けられてもよい。焦点調節センサとして機能する少なくとも1つのライン走査カメラ615を有するそのような実施形態では、焦点調節センサによって生成された画像データは、メモリ565の一部に記憶され、スキャナシステム550が試料590と対物レンズ600との間の相対的な距離を調節して、走査の間の試料上の焦点を維持することを可能にするために焦点調節情報を生成するように1つ以上のプロセッサ555によって処理される。
動作中、スキャナシステム550の様々な構成要素およびメモリ565に記憶されたプログラムされたモジュールは、スライドグラス585上に配置された試料590の自動走査およびデジタル化を可能にする。スライドグラス585は、試料590を走査するためのスキャナシステム550の可動ステージ580上に固定して配置される。プロセッサ555の制御の下、可動ステージ580は、ライン走査カメラ615による検知のために実質的に一定の速度に試料590を加速させ、ステージの速度は、ライン走査カメラ615のライン速度と同期される。画像データのストライプを走査した後、可動ステージ580は、試料590を減速させ、実質的に完全停止に至らせる。可動ステージ580は次いで、画像データの後続のストライプ、例えば、隣接するストライプの走査のために試料590を位置付けるように走査方向に直交して移動する。追加のストライプはその後、試料590の全体部分または試料590全体が走査されるまで走査される。
例えば、試料590のデジタル走査の間、試料590の連続するデジタル画像は、画像ストライプを形成するように共に組み合わされた複数の連続する視野として取得される。複数の隣接する画像ストライプは同様に、試料590の一部または全体の連続するデジタル画像を形成するように共に組み合わされる。試料590の走査は、垂直画像ストライプまたは水平画像ストライプを取得することを含んでもよい。試料590の走査は、上から下、下から上、またはその両方(双方向)のいずれかであってもよく、試料上のいずれかのポイントにおいて開始してもよい。代わりに、試料590の走査は、左から右、右から左、またはその両方(双方向)のいずれかであってもよく、試料上のいずれかのポイントにおいて開始してもよい。加えて、画像ストライプが隣接する方式または連続する方式において取得される必要はない。さらに、試料590の結果として生じる画像は、試料590の全体または試料590の一部のみの画像であってもよい。
一実施形態では、コンピュータ実行可能命令(例えば、プログラムされたモジュールおよびソフトウェア)がメモリ565に記憶され、実行されるとき、走査システム550が本明細書で説明される様々な機能を実行することを可能にする。この説明では、用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、プロセッサ555による実行のためのコンピュータ実行可能命令を記憶し、走査システム550に提供するために使用されるいずれかの媒体を指すものとして使用される。それらの媒体の例は、メモリ565、および、例えば、ネットワーク(図示せず)を介して直接または間接的のいずれかで走査システム550と通信可能に結合されたいずれかの着脱可能または外部記憶媒体(図示せず)を含む。
図7Bは、電荷結合素子(「CCD」)配列として実装されてもよい、単一の線形配列640を有するライン走査カメラを例示する。単一の線形配列640は、複数の個々の画素645を含む。例示される実施形態では、単一の線形配列640は、4096個の画素を有する。代替的な実施形態では、線形配列640は、さらに多くのまたはさらに少ない画素を有してもよい。例えば、線形配列の共通フォーマットは、512個、1024個、および4096個の画素を含む。画素645は、線形配列640についての視野625を定めるために線形方式において配列される。視野のサイズは、スキャナシステム550の倍率に従って変化する。
図7Cは、各々がCCD配列として実装されてもよい、3つの線形配列を有するライン走査カメラを例示する。3つの線形配列は、カラー配列650を形成するように組み合わせる。一実施形態では、カラー配列650内の各々の個々の線形配列は、異なる色明度、例えば、赤、緑、または青を検出する。カラー配列650内の各々の個々の線形配列からのカラー画像データは、カラー画像データの単一の視野625を形成するように組み合わされる。
図7Dは、各々がCCD配列として実装されてもよい、複数の線形配列を有するライン走査カメラを例示する。複数の線形配列は、TDI配列655を形成するように組み合わせる。有利なことに、TDIライン走査カメラは、標本の前に撮像された領域から明度データを合計することによって、その出力信号における大幅に良好なSNRをもたらし、線形配列(統合ステージとも称される)の数の平方根に比例したSNRにおける増大を得る。TDIライン走査カメラは、より幅広い数の線形配列を含んでもよく、例えば、共通フォーマットのTDIライン走査カメラは、24個、32個、48個、64個、96個、120個、およびそれよりも多い偶数の線形配列を含む。
開示される実施形態の上記説明は、いずれかの当業者が本発明を作成または使用することを可能にするために提供される。それらの実施形態に対する様々な修正は、当業者にとって容易に明らかであり、本明細書で説明された一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用されることができる。よって、本明細書で提示される説明および図面は、本発明の現時点で好ましい実施形態を表し、したがって、本発明によって広く考慮される主題を表すことが理解されることになる。さらに、本発明の範囲は、当業者にとって明白になることができる他の実施形態を完全に包含し、したがって、本発明の範囲は限定されないことが理解されよう。