JP7478248B2 - レンズレス顕微撮像システムとその方法、及び生化学物質検出システムとその方法 - Google Patents
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Description
実施例1
実施例2
実施例3
実施例4
1、照明光源として単色レーザあるいは単色均一レーザを用いる。
2、照明光源として単色LED又は単色光源を用い、時間コヒーレンスを向上させる。
3、単色レーザ、単色LED、又は単色光源が発する光路上にピンホールを設け、空間コヒーレンスを向上させる。
4、照明光源の光強度を高めて光源からビーズまでの距離を向上させる。
実施例5
実施例6
実施例7
1、フィルタ装置とイメージセンサとの距離を減少させ、例えば、フィルタ装置をイメージセンサに設置し、フィルタ装置の画素とイメージセンサの画素を一対一に対応させることができ、それによってビーズからイメージセンサまでの距離z2を減少させる。
2、緊密に配列された光ファイバアレイを用いて励起光を中継する。
3、ナノ構造のマスクを測定対象物のビーズに近い位置に設置し、この時、光学系全体の点拡散関数は空間不変性を持たず、ナノ構造マスクに依存し、具体的には、点拡散関数で特定のパターンと規則を形成することができ、画像処理をより便利にし、位置合わせがより正確にすることができる。
4、位置が精密にかつ密に配列された励起点とタルボット効果を利用して解像度を向上させる。
5、画像再構成過程でデコンボリューション計算方法、例えば、Lucy-Richardsonアルゴリズムを利用し、解像度を高める。
11、21、31 レンズレス顕微撮像システム
13、23、33、43、53 識別及び検出装置
112、212、312 励起光源
15、25、35 ビーズ
16 蛍光反応容器
132、432、532 メモリ
135、435、535 ビーズ識別モジュール
317 全反射装置
437 画像再構成モジュール
S61~S65 ステップ
11a、21a、31a 照明システム
11b、21b、31b 撮像システム
111、211、311 照明光源
113、213、313 イメージセンサ
114、214、314 フィルタ装置
131、431、531 プロセッサ
134、434、534 識別及び検出システム
136、436、536 生化学物質検出モジュール
3171 全反射面
537 機械学習モジュール
Claims (16)
- 内部に不透明物質や蛍光物質が標識され、周囲に深さ、形状、及び/又は間隔の異なる図形コードが刻設されたビーズを撮像するレンズレス顕微撮像システムであって、
少なくとも一部の前記図形コードが組み合わされて前記ビーズの識別番号を形成し、
毎種類のビーズは同一の識別番号を有し、異なる種類のビーズは異なる生化学物質を捕捉し、
前記レンズレス顕微撮像システムは、
照明光源、励起光源および全反射装置を含む照明システムと、
イメージセンサを含む撮像システムとを備え、
前記照明光源および前記励起光源は、第1方位に設けられ、
前記全反射装置および前記イメージセンサは、第2方位に設けられ、
前記全反射装置は、前記イメージセンサの前方および前記ビーズの後方に設置され、
前記照明光源は、前記第1方位から前記第2方位に向かって照明光を発して前記ビーズを照射して前記ビーズの投影を前記イメージセンサ上に投影して撮像させ、
前記励起光源は、前記第1方位から前記第2方位に向かって励起光を発して、
前記全反射装置は、前記イメージセンサに向けられた全反射面を含み、
前記全反射面は、前記照明光を透過し、前記励起光源から発せられた前記励起光を、前記ビーズが前記イメージセンサに臨む側に反射することで、前記ビーズを励起させて前記ビーズに特定の信号を発し、
前記イメージセンサは、前記ビーズ及び前記特定の信号の映像を収集して画像を生成し、
前記画像における前記ビーズの図形コードは、前記ビーズの識別番号が得られるように識別可能であり、
毎種類のビーズが発する特定信号の強度が検出されることにより、その毎種類のビーズが捕捉された生化学物質の量を得ることができ、
前記撮像システム内にレンズ系が設置されていない、ことを特徴とするレンズレス顕微撮像システム。 - 前記照明光源が発する照明光は前記ビーズを照射し、
前記イメージセンサ上に干渉縞を形成し、前記干渉縞は、前記イメージセンサによって捕捉されることを特徴とする請求項1に記載のレンズレス顕微撮像システム。 - 前記照明光源は、単色光源、又は単色レーザ光源、又は単色LED光源であることを特徴とする請求項2に記載のレンズレス顕微撮像システム。
- 前記照明光源から前記ビーズまでの光路にピンホールが設けられていることを特徴とする請求項3に記載のレンズレス顕微撮像システム。
- フィルタ装置をさらに備え、
前記フィルタ装置は、前記イメージセンサの前に配置されるか、または前記フィルタ装置は、前記イメージセンサの上に配置されることを特徴とする請求項1に記載のレンズレス顕微撮像システム。 - 内部に不透明物質や蛍光物質が標識され、周囲に深さ、形状、及び/又は間隔の異なる図形コードが刻設されたビーズを撮影するレンズレス顕微撮影方法であって、
少なくとも一部の前記図形コードが組み合わされて前記ビーズの識別番号を形成し、
毎種類のビーズは同一の識別番号を有し、異なる種類のビーズは異なる生化学物質を捕捉し、
前記ビーズは、特定の生化学物質を捕捉し、異なる種類のビーズは異なる生化学物質を捕捉し、
前記レンズレス顕微撮影方法は、照明光源とイメージセンサとの間に前記ビーズを受けることにより、前記ビーズを前記照明光源から、第1方位から第2方位に向かって発せられる照明光により照射させて、前記ビーズの投影を前記イメージセンサに撮像させることと、
前記照明光源を起動することにより前記照明光源に前記照明光を発光させことと、
励起光源を起動して前記第1方位から前記第2方位に向かった励起光を発して、全反射装置によって前記励起光源から発せられた前記励起光を、前記ビーズが前記イメージセンサに臨む側に反射することにより、前記ビーズが捕捉した前記特定の生化学物質を励起して特定の信号を発し、または、捕捉過程において生じた生化学物質を励起して特定の信号を発することと、
前記イメージセンサにより前記ビーズの映像および前記特定の信号の映像を同時に収集して、少なくとも2つのチャンネルの画像を生成することと、を含み、
前記画像における前記ビーズの図形コードは、前記ビーズの識別番号が得られるように識別可能であり、
毎種類のビーズが発する特定信号の強度が検出されることにより、その毎種類のビーズが捕捉された生化学物質の量を得ることができることを特徴とするレンズレス顕微撮像方法。 - 前記照明光源が発する照明光は前記ビーズを照射し、
前記イメージセンサ上に干渉縞を形成し、前記干渉縞は、前記イメージセンサによって捕捉されることを特徴とする請求項6に記載のレンズレス顕微撮像方法。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のレンズレス顕微撮像システムと、
前記イメージセンサが出力する画像を受信し、前記画像中のビーズとビーズごとの識別番号と、毎種類のビーズが捕捉される特定の生化学物質の量とを識別するための識別及び検出装置とを備え、
同一の識別番号を有する全ての磁気ビーズが同一のクラスに分類される、ことを特徴とする生化学物質検出装置。 - 前記識別及び検出装置は、識別及び検出システムを含み、
前記識別及び検出システムは、ビーズ識別モジュールおよび生化学物質検出モジュールを含み、
前記ビーズ識別モジュールは、前記画像中のビーズと、ビーズごとの識別番号と、ビーズごとの図形コードの配列の組み合わせ状況に基づいてビーズごとの識別番号とを識別し、
前記生化学物質検出モジュールは、前記画像中の毎種類のビーズが発する前記特定の信号の強度を検出し、前記特定の信号の強度に基づいて毎種類のビーズが捕捉する前記特定の生化学物質の量を検出することを特徴とする請求項8に記載の生化学物質検出装置。 - 前記識別および検知システムは、前記イメージセンサが出力する前記画像を再構成し、再構成された画像を前記ビーズ識別モジュールが識別するために前記ビーズ識別モジュールに出力する画像再構成モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の生化学物質検出装置。
- 前記画像再構成モジュールはデジタルホログラフィ再構成技術を用いて前記画像を再構成することを特徴とする請求項10に記載の生化学物質検出装置。
- 前記識別および検知システムは、識別モジュールの毎回の識別結果を自動学習して各種の特徴量を抽出し、生化学物質検出システムがその後に検出使用を実行するための機械学習モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項8に記載の生化学物質検出装置。
- 請求項6または7に記載のレンズレス顕微撮像方法を実行して画像を出力することと、
前記画像を受信し、前記画像中のビーズと、ビーズごとの識別番号とを識別し、毎種類のビーズが捕捉された特定の生化学物質の量を検出し、同じ識別番号を有する全てのビーズを同じクラスに分類されることと、を含むことを特徴とする生化学物質検出方法。 - 「前記画像中のビーズと、ビーズごとの識別番号とを識別し、毎種類のビーズが捕捉された特定の生化学物質の量を検出する」ことは、さらに、
前記画像中のビーズを識別すること、ビーズごとの図形コードを識別すること、及びビーズごとの図形コードの配列の組み合わせ状況に基づいてビーズごとの識別番号を識別すること、前記画像中の毎種類のビーズが発する前記特定の信号の強度を検出すること、及び前記特定の信号の強度に基づいて毎種類のビーズが捕捉する前記特定の生化学物質の量を検出すること、をさらに含む、請求項13に記載の生化学物質検出方法。 - 「前記画像中のビーズと、ビーズごとの識別番号とを識別し、毎種類のビーズが捕捉された特定の生化学物質の量を検出する」ことの前に、前記イメージセンサが出力する画像を再構成するか、又は、デジタルホログラフィ再構成技術を用いて前記イメージセンサが出力する画像を再構成する、ことを更に含むことを特徴とする請求項14に記載の生化学物質検出方法。
- 前記識別及び検出で得られた各種類の識別結果、検出結果を自動学習して各種特徴値を抽出することを特徴とする請求項14に記載の生化学物質検出方法。
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