KR101071439B1

KR101071439B1 - 이미징 장치

Info

Publication number: KR101071439B1
Application number: KR1020057013410A
Authority: KR
Inventors: 존 알렉산더; 마이클 브루스 챈들러
Original assignee: 메드사익 피티와이 리미티드
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2011-10-10
Also published as: BRPI0406959A; KR20050105176A; US20060238846A1; AU2003900924A0; ZA200507598B; WO2004077031A1; EP1604188A4; US7680316B2; EP1604188A1; CA2508846C; CA2508846A1; JP4633712B2; JP2006519365A; CN100557417C; CN1748138A; NZ540405A

Abstract

본 발명의 일측면에 의한 이미징 장치는, 표본 슬라이드를 운반하는 캐리어 스테이지 (carrier stage); 상기 표본 슬라이드에 빛을 조사하는 광원을 포함하여 구성되며, 상기 표본 슬라이드는 표본 어레이로 구성되며; 상기 표본 슬라이드의 연속적인 부분들이 광원에 의해 조사되도록 표본 슬라이드 및 상기 캐리어 스테이지를 이동시키는 구동수단; 및 사용시, 표본 슬라이드를 통해 투과되며 그로부터 나오는 광원으로부터 출사된 광선에 대해 한 오프셋 각 (offset angle)에 위치한 표본 슬라이드로부터 나오는 상기 광선의 연속적인 부분들만을 실질적으로 획득하여, 표본 슬라이드 또는 표본 어레이의 이미지로 재구성되도록 배열되는 일련의 부분 이미지들을 생성하는 디지탈 광학 카메라 시스템을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

표본 슬라이드, 캐리어 스테이지, 이미징 장치

Description

이미징 장치{Imaging Device}

본 발명은 이미징 장치 및 표본 슬라이드와 같은 투명 고체면에 표본 이미지를 형성하는 방법에 관한 것이다.

가령 환자로부터 채취되며 유리 슬라이드 상의 단백질 미세 어레이(protein micro-array)와 같은 결합자의 배열에 구속되어 있는 세포와 같은 표본을 분석하는 것은 진단 도구로서 제안된 바 있다.

이와 유사하게, 표본내에 있는 단백질과 같은 특정 분자의 존재를 표시하는 형광성 표시자의 존재 여부를 분석하는 것 또한 진단 도구로서 제안된 바 있다.

이러한 진단 수단의 사용과 실시를 촉진하기 위하여 이러한 표본의 디지탈화된 패턴을 획득하기 위한 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 또한 병리학 실험실 및 연구시설 네크워크에 걸쳐 광범위하게 사용될 수 있는 장치를 제공하는 것은 더욱 바람직하다.

적어도 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 이러한 진단 도구를 구현하는데 적합하도록 구성되며 표본 슬라이드 상의 표본 이미지를 형성하는 소형 이미징 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일측면에 의한 이미징 장치는, 표본 슬라이드를 운반하는 캐리어 스테이지(carrier stage); 표본 슬라이드를 조사하는 광원을 포함하고, 표본 슬라이드는 표본 어레이로 구성되며; 표본 슬라이드의 연속적인 부분이 광원에 의해 조사되도록 광원에 대한 표본 슬라이드와 캐리어 스테이지를 이동시키는 구동수단; 및 사용시, 표본 슬라이드를 통해 투과되어 나오는 광원으로부터 출사된 광선에 대해 한 오프셋 각(offset angle)에 위치한 표본 슬라이드로부터 나오는 광선의 연속적인 부분만을 실질적으로 포획하여, 표본 슬라이드 또는 표본 어레이의 이미지로 재구성되도록 배열되는 일련의 부분 이미지를 생성하는 디지탈 광학 카메라 시스템을 포함함을 특징으로 한다.

광원은 실질적으로 협소한 빔을 출사하도록 배열된 선형 광원인 것이 바람직하다. 이로 인해 조사되는 표본 슬라이드의 연속적인 부분은 밴드와 같은 부분이 되며 일련의 부분 이미지는 선형 이미지가 된다.

결과적으로, 디지탈 광학 카메라 시스템은 사용시 표본 슬라이드 상의 표본 어레이에서 회절되거나 편향되는 광선만을 실질적으로 수광하도록 배치된다.

일반적으로, 디지탈 광학 카메라 시스템은 표본 어레이에 의해 회절되지 않거나 편향되지 않는 광선이 카메라 시스템에 포획되지 못하게 하는 판별수단을 포함한다.

판별수단은 오프셋 각에 위치된 표본 슬라이드에서 나오는 회절 또는 편향된 광선을 카메라 시스템의 이미징 렌즈(imaging lens)쪽으로 보내도록 배치된 적어도 하나의 반사장치를 포함하는 것이 유리하다.

일반적으로 디지탈 광학 카메라 시스템은 선형 화상을 감지할 수 있는 라인 스캔 가능한 카메라를 포함한다.

디지탈 광학 카메라 시스템은 사용시 표본 슬라이드상의 형광 표시자에서 출사되는 광선을 포획하도록 배열될 수 있다.

디지탈 광학 카메라 시스템은 적어도 2 개 모드, 즉 회절 모드 또는 편향 모드 및 형광 모드로 동작하도록 배열됨이 편리한데, 회절 모드 또는 편향 모드에서는 표본 슬라이드 상의 표본 어레이에서 회절되거나 편향된 광선이 카메라에 의해 포획되며, 형광 모드에서는 표본 어레이 상의 형광 표시자에서 출사되는 광선이 카메라에 포획된다.

디지탈 광학 카메라 시스템은 구동수단이 캐리어 스테이지를 제 1방향으로 이동시키는 경우 회절 모드 또는 편향 모드로 동작하도록 배열될 수 있으며, 구동수단이 캐리어 스테이지를 제 2방향으로 이동시키는 경우 형광 모드로 동작하도록 배열된다.

광학 카메라 시스템은 스펙트럼의 가시 영역과 비가시 영역 모두에서 광선을 검출하도록 배열될 수 있다.

일반적으로, 표본은 표본 슬라이드 상에 결합 짝으로 구속된 세포 어레이로 구성되어 있다.

본 발명의 한 측면에 따르면, 이미징 장치는, 사용시 캐리어 스테이지가 놓여있는 표본 격실(compartment)과 표본 격실에 대해 밀폐된 유체인 전기 부재 격실을 포함하며, 이로 인해 사용시 전기 부재 격실 내에 있는 유체 부재가 표본 격실로부터 오염됨이 방지되며, 캐리어 스테이지는 사용시 표본 슬라이드 아래에 놓여서 표본 슬라이드에서 엎질러진 유체를 모으도록 배치되는 트레이 부재를 포함한다.

이미징 장치는, 적어도 하나의 외부 참조 데이터베이스와, 외부 저장 데이터베이스와, 외부 개인용 컴퓨터(PC)와, 그리고 외부 프린터를 포함하는 장치와 인터페이스하기 위한 인터페이스 장치를 포함할 수 있다.

부분 이미지 및 재구성된 이미지는 암시야상(dark field image)인 것이 유리하다.

본 발명은 전술한 바와 같은 이미징 장치와 표본 슬라이드 또는 표본 어레이의 이미지를 처리하여 비교의 목적으로 표본 어레이를 나타내는 이미지 세기값을 제공하는 프로세서 수단을 포함하는 이미징 시스템으로 확장된다.

본 발명은 비교의 목적으로 표본 어레이를 나타내는 이미지 세기값을 제공하는 프로세서 수단으로 더 확장된다.

프로세서 수단은 슬라이드 상에 각 표본을 위치시키고 각 표본의 세기를 측정하기 위하여 슬라이스 상의 알려진 기준 표본을 사용하여 이미지를 정규화하도록 배열되는 것이 유리하다.

프로세서 수단은, 알려진 기준 표본에 기초하여 기준 매트릭스 또는 격자를 적용함으로써 각 표본을 위치시키도록 배열되며, 측정 범위를 설정하기 위하여 기준 표본을 이용하여 격자내의 각 정사각형 영역안에 있는 표본의 세기를 측정하는 것이 바람직하다. 프로세서 수단은 이미지로부터 정규화된 세기값을 생성하도록 더 배열되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 표본 슬라이드 상의 표본을 나타내는 이미지를 획득하는 방법에 있어서, 표본 어레이를 포함하는 표본 슬라이드를 제공하는 제공 단계와; 표본 슬라이드를 캐리어 스테이지에 위치시키는 위치 단계와; 표본 슬라이드의 적어도 일부분을 조사하는 조사 단계와; 표본 슬라이드의 연속적인 부분이 광원에 의해 조사되도록 광원에 대하여 캐리어 스테이지 및 표본 슬라이드를 이동시키는 이동 단계; 및 표본 어레이의 이미지로 재구성되도록 배열되는 일련의 부분 이미지를 생성하기 위해 표본 슬라이드에서 출사되는 광선의 연속적인 회절 또는 편향된 부분만을 실질적으로 포획하는 포획 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표본 슬라이드 상의 표본을 나타내는 이미지를 획득하는 방법을 제공한다.

바람직하게, 이와 같이 빛이 조사된 표본의 연속적인 부분은 선형 광원을 이용하여 밴드모양으로 형성되며 따라서 일련의 부분 이미지는 선형 이미지로 포획된다.

상기 방법은 표본 슬라이드 상의 표본에 의해 회절되거나 편향되는 광선만을 실질적으로 포획하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 유리하다.

바람직하게, 상기 방법은 표본의 생물학적 조건을 나타내거나 세기를 측정하기 위해 기준 표본에 의해 회절되거나 편향되는 광선을 포획하는 방식으로 기준 표본을 사용하는 단계를 더 포함하여 구성된다.

상기 방법은 재구성된 이미지를 처리하여 분자 프로파일 기호 자료(libarary of molecular profile signatures)와 호환되는 분자 프로파일을 얻는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 각 표본의 이미지 세기값을 생성하며, 윤곽선 내부에 있는 이미지 물체를 식별하는 이미지 세기의 윤곽선 지도를 생성하며, 상기 물체 위로 가상의 격자눈금을 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

일반적으로, 상기 방법은 이미지를 편집하고, 격자눈금을 강화하고, 강화된 격자눈금으로부터 X-Y 좌표를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 방법은 각 표본에 대해 평균보정 세기를 산출하여, 적어도 두세트의 동일한 표본이 슬라이드에 제공되도록 하며, 기준 표본 및 복사된 표본에 기초하여 각 표본과 관련된 세기 데이터를 정규화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가적인 양상에 있어서, 표본 슬라이드를 운반하는 캐리어 스테이지와, 표본의 열을 포함하는 표본 슬라이드에 광을 조사하기 위한 광원과, 상기 광원에 대하여 캐리어 스테이지 및 표본 슬라이드를 이동시킴으로써 표본 슬라이드의 연속적인 부분이 광원에 의해 조사되도록 하기 위한 구동 수단; 사용시, 표본 슬라이드를 통해 투과되며 그로부터 나오는 광원으로부터 출사된 광선에 대해 한 오프셋 각(offset angle)에 위치한 표본 슬라이드로부터 나오는 광선의 연속적인 부분만을 실질적으로 포획하여, 표본 슬라이드 또는 표본 어레이의 이미지로 재구성되도록 배열되는 일련의 부분 이미지를 생성하는 디지탈 광학 카메라 시스템을 포함하는 이미징 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양상에 있어서, 표본 슬라이드 상의 표본을 나타내는 이미지를 획득하는 방법으로서, 상기 방법은 표본 어레이를 포함하는 표본 슬라이드를 제공하는 제공 단계와, 표본 슬라이드를 캐리어 스테이지에 위치시키는 위치 단계와, 광원을 사용하여 표본 슬라이드의 적어도 일부분을 조사하는 조사 단계와, 표본 슬라이드의 연속적인 부분이 광원에 의해 조사되도록 광원에 대해 캐리어 스테이지 및 표본 슬라이드를 이동시키는 이동 단계; 표본 어레이의 이미지로 재구성되도록 배열되는 일련의 부분 이미지를 생성하기 위해 표본 슬라이드에서 출사되는 광선의 연속적인 회절 또는 편향된 부분만을 실질적으로 포획하는 포획 단계를 포함하는 표본 슬라이드 상의 표본을 나타내는 이미지를 획득하는 방법이 제공된다.

상기 방법은, 컴퓨터로 상기 방법을 실행하기 위한 실행가능한 명령들을 저장하고 있는 컴퓨터로 판독가능한 매체뿐만 아니라, 상기 장치로부터 획득된 소정 형식의 이미지를 처리하는 이미지 처리방법으로 더 확장된다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직할 실시예를 설명한다. 본 실시예들은 단지 예시적인 것이다.

도 1은 명료한 도시를 위해 하우징의 일부는 생략하고 선택적인 구성요소만을 도시한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이미징 장치의 개략적 사시도이다.

도 2는 명료한 도시를 위해 하우징의 일부를 생략하고 선택적인 구성요소만을 도시한 도 1의 이미징 장치를 다른 측면에서 바라본 개략도이다.

도 3은 본 발명의 이미징 장치에서 사용되는 예시적인 표본 슬라이드를 개략적으로 도시하는 사시도이다.

도 3A는 도 3의 표본 슬라이드의 평면도이다.

도 4는 도 2의 이미징 장치의 광기하학적 배열의 개략도이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 이미징 장치의 개략적인 사시도이다.

도 5A는 도 5의 이미징 장치의 일부를 구성하는 슬라이드 트레이 조립체의 상부 사시도이다.

도 6은 도 1 내지 5의 이미징 장치의 개략도 정면도이다.

도 6A는 도 5의 이미징 장치의 기능 블록도이다.

도 7은 본 발명의 전형적인 이미징 장치를 사용하여 얻은 표본 슬라이드의 이미지를 도시하는 도면이다.

도 8은 본 발명에 따라 표본 슬라이드에서 패턴-매칭 프로그램으로 전송되는 정보를 나타내는 데이터 어레이를 도시하는 도면이다.

도 9는 다른 형식의 표본에 대한 도 1 내지 도 3의 이미징 장치의 광기하학적 배열을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 이미징 장치 및 이미징 처리 방법에서 이미지를 형성하고 처리하는 단계를 도시하는 흐름도이다.

도 10A는 이미지가 평탄하며 윤곽선을 가진 경우에 본 발명의 이미징 처리방법의 단계를 도시하는 도면이다.

도 10B는 이미지에 겹쳐지도록 가상 격자눈금을 배열하는 단계를 도시하는 도면이다.

도 10C는 도 10B의 처리된 이미지의 진단 표시자 어레이의 결합 이벤트를 나타내는 평균 세기를 도시하는 히스토그램이다.

전술한 바람직한 실시예에서, 본 발명은 분자 프로파일을 식별하는데 적합한 구속된 세포 어레이 또는 형광 표시자를 포함하고 있는 표본의 오프셋 평면 이미지를 구성하기 위하여 순차적인 일련의 암시야 선형 이미지들을 획득함으써, 표본 슬라이드 또는 다른 투명한 고체 판 지지 매체 상의 표본을 분석하는데 이용되는 진단 도구를 구현하는 이미징 장치 및 그 방법을 제공한다. 오프셋 평면 이미지는 분자 프로파일 식별을 위한 패턴 매칭 프로그램 또는 그와 유사한 프로그램으로 전송될 수 있는 디지탈 어레이를 제공하도록 디지탈화되어 재구성된다.

도 1은 본 발명의 이미징 장치(10)의 개략도이다. 이미징 장치(10)는 슬라이드(14) 상에 구속된 세포 어레이(도 3의 102)를 분석하기 위한 슬라이드(14)를 장착한 캐리지 (carriage)(12)를 포함하여 구성된다. 상기 캐리지(12)는 슬라이드 홀더(20)가 이동가능하게 장착된 두개의 안내 막대(16,18)를 포함한다. 슬라이드 홀더(20)는 슬라이드(14)를 해제가능하게 수용하는 스프링 부재(22,24) 형태의 두 개의 편향(biasing) 부재를 포함한다.

이미징 장치(10)는 자기 당김식 단계 구동 기구를 더 포함한다. 도 1에는 그러한 기구로 당김식 바(bar)(26)가 도시되어 있다. 도 2에 좀 더 명료하게 도시되어 있는 바와 같이, 당김식 바(26)는 홀더(20)에 연결되는 자기적 단부(28)로 구성 되는데, 상기 자기적 단부(28)는 적합한 자기물질로 되어 있다. 예시적인 실시예에서 자기적 당김식 단계 구동기구를 사용하면, 당김식 바(26)와 홀더(20) 사이에 쉽게 해제가능한 연결을 제공하여, 캐리지 및/또는 이미징 장치(10)의 내부를 청소하거나 다른 유지보수의 목적으로 캐리지(12)를 탈거할 수 있는 장점이 생긴다.

도 3은 실제크기의 표본 슬라이드(14)의 일례를 도시하는 도면이다. 슬라이드(14)는 국부적으로 배치된 결합 이벤트(binding event)를 포함하고 있는 복수개의 함몰부(100)로 구성된다. 특히, 일반적으로 각각의 함몰부는 각기 다른 결합 리간드(ligand)를 포함하여 결합 짝(102)의 구속 어레이를 제공한다. 슬라이드(14)는 글라스와 같은 광학적으로 투명한 물질 또는 폴리스티렌(polystyrene) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate)(Cyrolon TX-V), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol, 나일론, 또는 그 화합물로 형성된다. 이러한 지지 물질은 각각의 결합 짝의 결합을 촉진하기 위하여 흡수제 또는 결합 촉진 코팅으로 처리되거나 처리되지 않을 수 있다. 실시예에서는 FAST (Schleicher and Schuell BioScience, Inc, of 10 Optical Avenue, Keene NH 03431 USA) 슬라이드가 사용되었다. 이러한 슬라이드는 니트로-셀룰로스 코팅된(nitro-cellulose coating) 고품질의 유리로 제조된다. 고체 판 물질에 단백질 기반 물질을 확보하기 위한 몇가지 화학적 물질적 접근법은 당업자에게 알려져 있다. 각각의 슬라이드는 1,000개 또는 그 이상의 결합 이벤트들을 포함할 수 있다.

도 3A는 백혈병을 진단하는데 있어서 진단 도구로 사용되는 표본 슬라이드(14)를 위해서 본 평면도이다. 결합 짝(102) 어레이는 정렬 및 세기 보정의 목적 으로 사용되는 직렬식 측정점(104,106) 행을 포함하며, 일반적으로 가장 밝은 부분부터 가장 어두운 부분에 이르기까지 기대되는 광학적 범위를 완전히 포함한다. 결합 짝을 나타내는 단세포성 (monoclonal) 항체와 같은 기준 결합 짝으로 부터 형성된 측정점(108,110)의 외주면 행은 가장 어두운 상을 나타낼 것이다. 이와 관련하여, 외주면 측정점들은 이미지 구성을 촉진하는 결합 이벤트의 공간적 경계를 정의한다. 직렬직 측정점(104,106)은 연속적인 희석화에 의해 소정의 고밀도에서 저밀도로 변하는 단세포성 항체로부터 형성될 수 있다. 진단 표시자(112,114) 어레이는 슬라이드 중앙에 배치되며, 치료 표시자(116) 하부 어레이, 진단 및 QC 표시자 하부 어레이를 더 포함한다. 어레이(112,114)는 상호 점검을 위해 사용될 수 있도록 실질적으로 동일할 수 있으며, 그 결과는 좀 더 신뢰성 있는 결과를 위해 평균된다. 슬라이드에 관한 좀 더 자세한 정보는 카탈로그 번호(120), 만료일(122), 및 슬라이드에 대한 여러 정보를 부호화한 바코드(124)에 포함되어 있다.

도 1을 참조하면, 당김식 바(26)는 이미징 장치(10) 내부에 배치되어 있으며, 광학 장치(10)의 내부를 표본 영역(32)과 전기부재 영역(34)로 구획하는 분리벽(30)을 관통하여 연장된다. 예시적인 실시예에서, 분리벽(30)은 유체씰 부재(fluid seal)가 표본 영역과 전기부재 영역 사이에 배치되어 전기부재 영역(34) 내부에 있는 전기부재들이 표본영역(32)으로부터 오염되는 것이 방지되도록 적응된다.

당김식 바(26)는 씰링 부재(36)를 통해 분리벽(30)을 관통하여 연장되며, 씰링 부재(36)는 표본 영역(32)과 전기부재 영역(34) 사이에 유체씰 부재를 유지하면서 당김식 바(26)를 이동시키도록 적응된다. 트레이 부재(46)는 캐리지(12)에 제공되어 분석이 진행되는 동안 슬라이드(14)로부터 액체 방울로 떨어지는 유체를 모으는 역할을 한다.

이미징 장치(10)는 슬라이드(14)에 장착된 구속된 세포 또는 단백질 어레이(102)(도 3 및 도 3A)의 이미지를 촬영하기 위해 실질적으로 평면 광빔(38)을 조사하는 LED 브라켓(37)을 더 포함하여 구성된다. 빔(38)은 바닥면에서 슬라이드를 향해 진행하도록 제 1 거울(도시되지 않음)에 의해 일차적으로 반사된다. 슬라이드 위에는 제 2 거울(도시 되지 않음)이 배치되어 구속된 결합 짝들(도시되지 않음)에 의해 회절되거나 편향된 광선을 포함하고 있는 초기 광빔의 일부분(40)이 디지탈 카메라 장치를 향해 진행하도록 한다. 슬라이드가 카메라의 이미지 촬영능력과 부합하는 속도로 광원에서 출사되는 광밴드를 통해 이동함에 따라, 카메라는 슬라이드 또는 그와 등가물인 고체 판에서 회절되거나 편향된 오프셋 평면 광의 연속적인 선형 이미지를 촬영한다. 회절된 빔부분의 방향을 변환하는 거울 부재(도시되지 않음)를 적절하게 조절함으로써, 회절되거나 편향된 빔부분(40)만이 구속 어레이의 이미지를 추출하는 라인 스캔 카메라(44)에 실질적으로 포획되도록 이미징 장치(10)가 적응될 수 있다는 사실은 당업자에게 자명하다.

도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 광기하학적 배열이 개략적으로 도시되어 있다. LED(37)에서 출사된 빔(38)은 슬라이드(14)에 입사된다. 슬라이드(14)에 구속된 결합 짝(도시되지 않음)에 의해 편향된 광선을 포함하는 빔(38)의 일부분(40)은 슬라이드(14)를 지나 편향된 부분(40)으로서 편향되지 않은 부분(42)에 대해서 α 각으로 나온다. 이 α 각은 일반적으로 3-5°의 범위에 있지만, 거울을 조절함으로써 경험적으로 결정될 수도 있다. 따라서, 거울의 방향을 적절하게 조절함으로써, 회절/편향된 부분 또는 오프셋 평면부분(40)만이 라인 스캔 카메라(44)를 향해 실질적으로 진행하고 편향되지 않은 부분은 카메라를 비끼어 반사되어 나가도록(42) 할 수 있다. 슬라이드(14) 상에 구속된 결합 짝(도시되지 않음)에 의해 회절되거나 편향된 광선을 포함하는 초기 빔의 적어도 일부분은 슬라이드를 통과한 후 편향되지 않은 부분(42)에 대해 -α 각으로 나올 것이라는 사실은 당업자에게 자명하다. 적절한 반사배열을 사용하는 다른 실시예 또는 카메라(44) 시야의 광학적 변화를 통해 나머지 회절/편향된 부분 또는 오프셋 부분 또는 부분들은 집합적, 선택적, 또는 추가적으로 라인 스캔 카메라(44)를 향해 진행될 수 있다.

표본 슬라이드(14)에 구속된 결합 짝의 결과로서 회절되거나 편향된 광선들만을 실질적으로 사용하면 구속된 어레이의 양화상을 얻을 수 있다는 사실을 본 출원인은 인식하였다. 다시 말해, 표본 슬라이드(14)의 개개의 부분들에 있는 세포나 결합 짝들의 수는 포획된 이미지의 광세기와 비례하며 이로인해 암시야상이 얻어진다. 또한, 양화상의 포획은 조사빔의 투과부분의 강한 배경세기와 관련된 문제를 회피할 수 있다는 것을 알 수 있다. 도 7은 일례의 이미지(60)를 제시한 것으로서, 이하에서 보다 자세하게 설명한다.

도 5 및 도 5A에는 이미징 장치(46)의 제 2 실시예가 도시되어 있다. 제 2 실시예에서는 제 1 실시예의 구성요소와 동일한 구성요소는 같은 참조번호로 표시하되 뒤에 "a"를 추가하였다. 캐리지 또는 슬라이드 트레이(12a)는 슬라이드 상에 장착된 구속 어레이(102)를 분석하기 위한 표본 슬라이드(14a)를 운반한다. 선형적인 LED 덩어리를 구비하는 LED 브라켓(37a)으로 구성되는 LED 광원은 슬라이드의 저면을 향해 진행하는 협소한 광선(38a)을 출사한다. 또 다른 실시예에 따르면, 다섯개의 LED로 구성된 선형 클러스터는 490 ㎚의 파란색 파장을 출사하는데 사용되어 약 10 ㎜의 폭을 가진 슬라이드 상의 밴드를 조사한다. 거울(45a)은 어레이의 구속된 결합 짝에 의해서 회절되거나 편향된 광선을 포함하는 초기 광빔의 일부분(40a)이 라인 스캔 가능 디지탈 카메라 장치(44a)를 향해 진행하도록 한다. 이 실시예에서는 Basler Ll0lK 라인 스캔 카메라가 사용된다.

한쌍의 구동 트랙(48)을 포함하는 슬라이드 트레이(12a)는 DC 모터(16a)를 사용하여 회전하는 한쌍의 구동롤러(18a) 및 아이들 롤러(idle roller)(70)에 의해 전후로 이동한다. 누름 버튼(78)을 누르면, 표본 슬라이드를 삽입하기 위하여 슬라이드 트레이(12a)가 돌출된다. 표본 슬라이드는 슬라이드 트레이(12a) 안에 있는 함몰부(recess)(82) 안으로 삽입되며, 슬라이드의 선단부는 스프링이 부착된 슬라이드 유지부재(83)를 밀며, 슬라이드의 후단부는 슬라이드 멈춤부(slide stop)(85)에 접한다. 슬라이드 센서는 슬라이드가 삽입되면 도려내어진 부분(86)이 밀폐되는 것을 감지함으로써 슬라이드의 존재를 검출한다. 창(87)은 광빔(38a)이 슬라이드의 저면을 조사하도록 하며, 손가락 구멍(88)은 슬라이드를 쉽게 제거하고 교체할 수 있도록 한다.

슬라이드 센서(89)는 슬라이드가 언제 삽입되는지를 감지하고 제어장치(50)에 신호를 전송하여 이미지 획득과정을 시작한다. 모터(16a)는 라인 스캔 카메라(44a)가 슬라이드 상에 구속된 세포에 의해 회절되거나 편향된 광의 연속적인 선형 이미지를 촬영하기에 충분한 속도로 슬라이드 트레이(14a)를 이동시킨다. 라인 스캔 카메라(44a)는 하나의 화소로 이루어진 폭과 1,024개의 화소로 이루어진 길이로 구성된 선형 센서 어레이를 구비한다. 본 실시예에서는, 이것은 25㎜의 길이와 0.025㎜의 폭을 가진 선형 이미지와 등가이다. 결국, 슬라이드 트레이가 전방으로 이동함에 따라, 구속된 세포 어레이의 일련의 연속적인 선형 이미지가 라인 스캔 카메라(44a)에 의해 스캔된다. 도 5에 의하면, 회절되지 않거나 편향되지 않은 광(42)이 이미지 형성에 아무런 역할을 하지 못하는 이유를 명백하게 알 수 있는데, 왜냐하면 그러한 광은 라인 스캔 카메라의 선형 조리개 밖으로 반사되어 나가기 때문이다. 슬라이드 상의 바코드(124)가 이미징 영역에 도달하면, 이는 마이크로 스위치(도시되지 않음)(microswitch)에 의해 감지되며, 그 결과 광원(37a)은 꺼지고, 광원(90)이 켜져서 슬라이드의 바코드를 조사하여 바코드(124)가 이미지 안에 포함되도록 한다. 근접 센서(81)는 슬라이드 트레이의 존재를 감지하고 프로그램 가능한 논리 제어장치 (PLC; programmable logic controller)(50a)에 신호를 전송하여 구동 모터를 역으로 이동시킴으로써, 표본 슬라이드(14a)가 제거되도록 한다. 형광색소를 통한 형광성 검출이 필요하면, 광원(37a)은 다시 켜진다. 슬라이드 트레이를 완전히 연장하면 이는 슬라이드 트레이 상의 센서 표지(sensor target)(89)을 감지하는 근접 센서(80)에 의해 검출되며, 제어장치에 신호가 전송되어 구동모터(16a)가 꺼진다.

도 6A에서, 이미징 장치(46)의 동작을 제어하는 PLC(50a)는 입력으로 근접 센서(80,81), 슬라이드 센서(89), 및 푸시 버튼(push button)(78)을 구비한다. PLC는 출력은, DC 모터(16a)에 대해서 정회전 출력과 역회전 출력을 포함하고, 그리고 스캐닝 및 에러 이벤트를 각각 나타내는 LED 출력(48a,49a)을 포함한다. 또한, 각각의 주요 및 바코드 조사 광원(37a,90)의 동작을 제어하는 출력 및 프레임 트리거(frame trigger) 출력(91)이 포함된다.

도 1,2,5, 및 6을 참조하면, 본 발명의 이미징 장치(10,46)의 기본 동작원리는 다음과 같다:

· 현상된 슬라이드(14)는 슬라이드 캐리지(12,12A) 안에 수평방향으로 삽입된다.

· 슬라이드(14)는 평면 광빔(38)을 통하여 투과되어 일련의 선형 이미지를 얻는다.

· 슬라이드(14)가 순차적으로 스캔되면, LED(48)(도 6)는 스캔이 완료되었음을 나타낼 것이다. 그렇지 않으면, 에러 지시장치(49) 및 선택적인 경고음이 활성화될 것이다. 장치 또는 연결된 PC의 액정 표시 장치(LCD 표시장치)(51)에는 진단 팁이 표시될 것이다. 추가적인 지시장치에는 스캐닝 LED(49.1), 트레이에 액체 방울이 가득찼음을 나타내는 "트레이 풀(tray full)" LED(49.2), 이미징 장치를 청소할 때가 되었음을 알리는 "청소" LED 등이 있다.

· 슬라이드(14)는 장치로부터 배출되어 제거된다.

· 선형 이미지는 처리장치(50)(도 2) 또는 외부 PC 기반 프레임 잡이 카드(frame grabbing card)에서 처리되어 그 결과를 LCD 표시장치(51)(도 6), 시리얼 포트(52), 및/또는 이더넷 포트(Ethernet port)(54) 또는 PC 모니터에서 볼 수 있도록 처리된다.

실시예에 따르면, 구속된 결합 짝은 광을 슬라이드를 통해 투과시키고 결합 이벤트에 의해 오프셋 평면방향에서 회절되거나 편향된 광을 보여줌으로써 시각적으로 볼 수 있다. 도 7에 도시된 이미지(60)는 본 발명의 전형적인 실시예를 사용하여 촬영된 일련의 선형 이미지로부터 순차적으로 조립된다.

이미지(60)가 상대적으로 조잡하지만, 당업자라면 결과를 해석하는데 충분한 정보가 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 프로덕션 스캐너를 사용하면 훨씬 선명한 이미지를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

실시예에 따르면, 세포는 슬라이드를 가로지르는 협소한 밴드(약 2㎜)를 통해 시각적으로 볼 수 있다. 슬라이드는 광원과 카메라에 대해서 이동되며, 각 이동에 대해 얇은(0.025㎜) 조각 이미지가 촬영되어 카메라의 일부를 이루는 처리장치(50)에서 재구성된다. 대안적인 방법으로는, 카메라가 카메라 링크 또는 데이터 통신 케이블을 통해 호스트 컴퓨터에 있는 프레임 잡이 카드와 통신하는 경우가 있다. 이미지 획득 및 처리는 적절한 컴퓨터 기반 프로그램을 이용하여 수행된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 실시예를 다음에서 설명한다.

이미지 정규화 및 처리:

동일한 환자의 표본에 대해서 스캐너에서 스캐너로의 이미지 및 시간에 대한 이미지는 달라질 수 있는데, 이는 광원, 이미징 장치, 슬라이드 생태의 변화/열화, 및 다른 환경적인 조건에 기인한다. 각 어레이의 적어도 네 모퉁이 및 어레이의 다른 외주면 영역에 단세포 항체(Mab's)(62)(도 7)와 같은 기준 결합 짝을 사용하는 것은:

· 슬라이드의 생물학적 조건을 나타냄으로써; 이미지를 정규화하는데 이용될 수 있다.

· 각 점의 세기에 대한 상한을 설정하며, 어레이 둘레의 배경을 측정함으로써; 이미지를 정규화하는데 이용될 수 있다. 세기 범위는 영에서 최대 세포 결합세기까지 설정될 수 있으며, 결과도 그에 대응하여 측정된다. 이것은 시스템의 변화/열화를 최소화할 것이다.

· 결합 짝에 대한 공간적 경계를 정의함으로써; 이미지를 정규화하는데 이용될 수 있다. 발견될 시, 상기 결합 짝의 패턴 인식을 위해 경계를 정의한다.

Mab's(62)는 각 어레이 상의 점을 찾는데 또한 도움이 된다. 각 어레이의 모퉁이가 식별되면, 가상의 격자눈금은 이미지 또는 다른 비기준 결합 짝에 겹치게 배치될 수 있다. 배경은 제거될 수 있으며 이미지는 당업자에게 알려진 방법을 이용하여 강화처리된다. 격자눈금의 각 사각형의 평균 세기는 어레이의 각 점 상의 세포 결합을 정량화 하는데 이용된다. 가령, 0-100 또는 그와 동등한 화소 세기의 종국적 측정치를 정량화하는 것은 쉽게 성취되었다. 이 측정치를 훨씬 초과하는 정량 수준은 성취할 수 있어야 할 것으로 기대된다. 구체적인 처리요건에 따라 다른 실시예에서는 좀 더 많은 기준 결합 짝 또는 좀 더 적은 기준 결합 짝이 사용될 수 있다는 사실을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 이러한 처리는 카메라로부터 국부적으로 또는 원격적으로 수행될 수 있으며, 이미지 촬영후 즉시 또는 추후에 처리될 수 있다.

도 8은 분자 프로파일을 식별하는데 사용되는 패턴-인식 프로그램으로 전송되는 어레이로부터 얻어질 수 있는 디지탈 정보를 도시하는 매트릭스를 나타낸다.

다음의 모델은 본 발명의 스캐너와 그와 통신하는 다른 장치간의 상호작용을 개략적으로 설명한다.

장치는:

· 외부 또는 내부 컴퓨터 및 프린터와 통신할 수 있는 것이 바람직하다, 가령, 병리학 컴퓨터 및 프린터, 이러한 장치는 기존의 데이터 통신표준 및 프로토콜과 호환되는 것이 바람직하다.

· 기준 데이터베이스와 통신할 수 있는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 스캐너의 이용에 선행하거나 후행하는 다른 처리들의 실시예가 개략적으로 설명된다.

스캐너에 선행하는 처리:

예시적으로, 슬라이드는 표본을 슬라이드에 이동시키고 배양되도록 함으로써 현상된다. 그런 다음, 슬라이드를 PBS(phosphor buffered saline)로 두 번 세척하고, 화학약품으로 또는 화학약품없이 세포내 단백질 격막에 접근하고, 형광적으로 활성인 분자, 가령, 형광색소 표시자(도 8을 참조하여 후술하는 다른 종류의 표본을 참조)를 사용하거나 그러한 표시자 없이 포름알데히드에 고정한 다음, PBS로 두번 또는 그 이상 세척한다.

스캐너에 후행하는 처리:

슬라이드는 생물학적 폐기물로 처치될 것이다.

스캐너는:

· 부드러운 세제로 외부를 청소하며

· 슬라이드가 오염(생물학적 및 다른 방식으로)되지 않도록 하며

· 슬라이드 용기를 청소할 수 있으며, 살균할 수 있으며, 슬라이드에서 유출되는 유체를 배출할 수 있으며

· 표준 유리 슬라이드 형식 또는 그와 동등한 슬라이드 형식을 수용할 수 있으며, 500,000 번을 초과하는 작동 사이클을 유지할 수 있도록 적합한 재질과 특징을 갖추도록 설계되는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 이미징 장치에서 양방향 검출 동작의 양상에 대한 광기학적 배열을 도시하는 개략도이다. 이 실시예에 따르면, 표본 슬라이드(114)의 저면을 향해 가변 파장의 광을 출사할 수 있는 LED 광원(110)으로부터 실질적으로 편평한 빔(116)이 출사된다. 도 4를 참조하여 상기에서 설명된 바와 같이, 광빔(116)의 협소한 부분은 슬라이드(114)를 관통 투과하여 표본 슬라이드(114)의 상부에서 투과된 부분(118)으로서 나온다.

도 9에 도시된 구성에서, 표본 슬라이드(114)는 결합 짝의 표본중에 단백질과 같은 특정 분자의 존재를 식별하는데 형광 표시자가 사용되는 표본을 포함하고 있다. 본 실시예에서 협소한 광빔(110)은 그 스펙트럼내에 형광 표시자를 여기시키기에 적합한 파장을 포함하여 형광 표시자로부터 종국적으로 광을 방출시키도록 선택된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 형광 표시자에서 방출된 광은 점 원(point source)에서 유래하는 것으로 간주될 수 있으므로, 모든 방향으로 방사되는 광방출장(120)을 형성하여 후속하는 재구성을 위한 일련의 선형 이미지를 생성할 수 있다.

그러므로, 거울 부재(122)에 의해 모든 방향으로의 형광 광방출 중 화살표(124)로 표시되는 광은 Basler L301KL와 같은 단색 및 다색을 검출(126)할 수 있는 라인 스캔 카메라 형태의 디지탈 카메라 장치를 향해 진행된다. 거울(122)의 각도를 적절하게 선택함으로써, 조사되는 광빔(116) 중 투과된 부분(118)이 참조번호 126에 의해 도시된 바와 같이 라인 스캔 카메라를 비껴서 거울 부재(122)에 의해 반사되도록 할 수 있다. 즉, "수집" 각은 투과된 빔부분(118)에 대한 오프셋이다.

선형 이미지의 재구성을 필요로 하는 광학적 회절/편향 및 형광성 광은 이미지마다 동시적으로 또는 교호적으로 라인 스캔 카메라를 향해 진행한다. 이중 검출 양상은 평면 광원에서 조사된 광의 파장이 형광성 활성 분자 또는 분자들의 여기 파장과 근사적으로 일치할 때 가장 잘 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 다른 형광성 활성 분자들의 멀티플렉싱(multiplexing)은 카메라의 다색 검출능력에 따라 교호적 또는 동시적 동작 모드에서 평면 또는 오프셋 평면 이미지를 카메라 시스템으로 향하도록 한 다음 발생된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 라인 스캔 칼라 카메라는 슬라이드가 장치로부터 배출되면, 슬라이드가 전방으로 이동하는 동안 회절되거나 편향된 광을 검출하고 슬라이드가 후방으로 이동하는 동안에는 형광 방출되는 광을 검출하도록 배열된다. 그러므로 카메라는 슬라이드의 전방 이동시에는 단색 검출 모드로 동작하고 후방 이동시에는 다색 검출 모드로 동작한다. 특히, 후방 이동시에 슬라이드는 좀 더 천천히 이동하여 좀 더 긴 노출시간을 줌으로써, 형광색소에서 출사되는 약한 광신호를 검출하도록 한다. 오메가 필터(Omega flter by Omega Optical, Inc.) 및 크로마 필터(Chroma by Chroma Technology Corp.)와 같은 적합한 대역 통과 필터 (band pass filter) 셋트는 각각의 선택된 염색/핵산 복합체에 대한 여기 및 방출피크를 시뮬레이션하기 위한 정확한 파장이 사용되도록 사용될 수 있다. 그러나, 광의 파장은 검출가능한 여기가 필터없이 소프트웨어로 조정된 판별을 이용하여 검출될 수 있는 것이 바람직하다. 그러한 경우, 청색 LED 배열이 세포추적용 녹색 형광색소에 적합한 것으로 선택된다. 좀 더 많은 형광색소를 여기시킬 수 있는 보다 넓은 파장범위를 제공하기 위해서는 2-칼라 또는 3-칼라 LED가 사용될 수 있을 것이다. 각각의 결합 이벤트를 이루는 이미지 재구성은 각각의 검출모드에서 생성된 하나 이상의 디지탈 이미지에 기초하고 있다.

도 7 및 도 8을 참조하여 상기에서 설명한 이미지 정규화 및 이미지 처리과정을 도 10의 흐름도와 첨부된 이미지를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 이미징 장치(10 또는 46)는 전술한 바와 같은 방식으로 디지탈 데이터를 생성한다(130). 카메라 또는 외부 마이크로 프로세서의 일부를 이루는 프레임 처리 카드(frame grabber card)의 이미지 처리 소프트웨어(image grabber software)는 순차적인 선형 부분으로부터 복합 미처리 이미지(composite raw image)(도 8)를 생성한다(132). 이미지 처리 소프트웨어는 미처리 복합 이미지를 입력받아, 각각의 결합 이벤트에 대해서 이미지 세기값을 생성한다(134).

이미지 처리 방법은 화소 세기에 포함되어 있는 고주파수 변이 성분을 제거하기 위하여 복합 이미지를 평탄화(smoothing)하고(136), 모든 세기에 대해서 등고선 지도 형태로 일련의 동심원 라인을 생성하고 표시하기 전에 이미지를 밝기의 로그값 기준으로 여덟 개의 그레이(greyness) 레벨로 변환한다(138). 평탄화는 들쭉날쭉한 등고선을 형성하고 간격을 남기는 이미지로부터 고주파수 정보를 제거한다. 밝기의 로그값 기준으로 여덟 개의 그레이 레벨로 변환되는 이미지는 256 비트 참조표(256 bit look up table)를 이용하여 형성된다. 상기 256 비트 참조표는 모든 이미지 밝기 레벨을 다음과 같은 값, 즉 1,2,4,8,16,32,64,128의 값으로 변환하도록 설정되어 있다. 이미지 화소 밝기값은 이러한 배열을 참조하는데 색인으로 사용된다. 다른 그레이 레벨 간의 경계는 등고선을 생성하는데 사용된다.

등고선 지도는 최대-세기 화소, 즉 255의 값을 가지는 백색 화소로 이루어진 배경으로 구성된다. 이미지 처리과정은 x, y 루프 내부에 위치한 모든 화소 요소를 찾아감으로써 이미지를 지나간다. 그 화소 요소는 그 둘레에 위치한 여덟 개의 주변 화소의 중심으로서 취급된다. 프로그램이 여덟 개의 화소 중 가장 밟은 화소를 중심 화소로 발견하면, 프로그램은 그 중심 화소가 등고선 상에 위치되어 있음을 표시한다. 화소값(1,2,4,8,16,32,64,128 값 중 어느 한 값)을 제 2 어레이에 복사하여 이미지의 등고선 화소만을 구비하여 표시가 이루어진다. 결과적으로, 주변보다 어두운 영역의 바깥 가장자리의 그레이 값을 갖고 있는 등고선 상의 화소를 제외한 모든 화소가 255로 설정됨으로써, 이미지와 동일한 차원의 어레이가 얻어진다. 도 7의 이미지로부터 추출된 일반적인 등고선 지도는 도 10A의 140에 도시되어 있다.

이러한 등고선 라인 안에 있는 모든 이미지 객체를 찾아내고 식별하며 그 순환성을 추후확인 및 강화처리한다(139). 후속하는 정규화 단계 142에서 등고선에 관련된 이미지를 강화처리하여 과도한 어두움을 제거함으로써 어레이 전반에 걸친 공간적 변이 및 세기를 처리하기 위해 순환성을 더욱 향상시키고 이미지를 정규화 한다. 특히, 상기 과정에서 기인한 각각의 개별 등고선 라인은 이제 개별 이미지 객체로 분류된다. 각각의 등고선 라인이 분류되면, 그 화소는 이미지와 동일한 차원을 가진 "이미 처리된" 어레이에 추가된다. 이렇게 함으로써, 그 라인의 임의의 화소를 참조하여 주어진 등고선이 이미 처리되었는지 여부를 신속하게 식별할 수 있다. 화소의 좌표는 이전에 없어진 "이미 처리된" 어레이에 있는 대응 요소에 접근하는데 이용된다.

등고선 지도 어레이의 각 화소는 루프를 형성하기 위한 x, y 좌표로 스캔된다. 화소가 새로운(처리되지 않은) 등고선의 구성요소로 검출되면, 그 좌표는 이미지객체 화소발견 방법(ImageObjectPixelsFind method)로 전송되는데, 상기 방법은 등고선 상의 나머지 화소를 발견하여 등고선을 개방 또는 폐쇄된 것으로 분류한다.

상기 방법은 등고선 상의 모든 화소를 발견하여 "이미 처리된" 어레이에 있는 각 화소를 "이미 처리된" 것으로 표시한다. 상기 방법은 또한 두개의 다른 어레이, 즉 등고선 상의 각 화소의 대응하는 X, Y 좌표를 포함하고 있는 RegionX()와 RegionY()를 처리한다. 이러한 두 어레이는 실질적으로 등고선 상의 모든 화소를 열거한다. 객체 내에 있는 화소수 및 그 객체(로그 그레이값 밝기를 가진 그레이값 영역을 포함하는 등고선)의 그레이값 밝기 뿐만 아니라, 이러한 두 어레이에 포함되어 있는 화소 좌표는 각 이미지 객체 내부에 있는 모든 화소의 목록을 갖고 있는 이미지 객체(즉, 등고선)의 어레이에 복사된다.

결과적으로, (등고선으로 표시된) 각 이미지 객체는 식별되고 ImageObject() 어레이에 나열되며, 그 객체의 화소 목록에 있는 각 화소를 처리함으로써 신속하게 처리될 수 있다. 45 화소 이상으로 구성된 등고선을 구비한 원형 객체수가 10 미만인 경우, 그 이미지는 다음과 같은 메시지와 함께 거절된다:

"이 이미지는 처리에 부적합합니다(인식 가능한 화소가 충분치 않음). 슬라이드가 완전히 건조된것 같습니다. 슬라이드를 다시 적시어 다시 스캔 또는 재처리 하십시오."

그런 다음, 이미지 객체는 원형 또는 비원형으로 분류된다. 분류는 단일 이미지 객체를 분석하는 방법에 의해 수행된다. 이 루틴(routine)은 이미지 상의 모든 객체를 처리하는 루프로 불린다. 이 루틴은 객체의 등고선의 길이를 산출하여 개체가 폐쇄 객체인지 개방 객체인지를 알아내는데 사용된다. 폐쇄되었다는 것은 등고선이 루프라는 것이며, 개방되었다는 것은 등고선이 그 끝단이 일치하지 않는 라인이라는 것을 나타낸다. 각 객체는 인접하는 등고선을 가진다. 상기 루틴은 폐쇄된 객체의 중심 위치와 X, Y 방향의 지름를 발견하기 위하여 ImageObjectCenter를 또한 이용한다. 객체의 둘레와 그 지름 정보를 이용하여, 상기 루틴은 객체를 원형 또는 비원형으로 분류한다.

결과적으로, 어떤 이미지 객체는 원형으로 분류된다. 이러한 원형 객체는 어레이 상에 있는 점들로 구성된 등고선이 될 후보이다. 이러한 다수의 객체들의 중심은 어레이 상에 있는 점들의 중심과 일치할 것이다. 이러한 객체와 그것들의 중심을 찾는 작업은 이미지 상의 어딘가에 위치한 어레이를 찾아 내는 작업을 시작하는 것으로, 가상의 격자눈금이 객체 위로 정확하게 정렬되도록 한다.

이미지 강화처리 루틴은 이미지를 강화처리하여 중요한 정보를 포함하는 밝 은 영역만을 보여준다. 이 루틴은 정보가 거의 없는 매우 어두운 영역을 제거함으로써 이미지 중 정보영역의 콘트라스트(contrast)를 강조한다. 이 루틴은 또한 점을 나타내는 원형 영역을 검출하기 쉽게 하고 진단 정확도를 높이기 위해 이미지를 어느정도 정규화 한다.

어떤 밝기 레벨이 정보를 포함하고 있는지를 발견하는 한가지 방법은 원형 영역을 포함하는 첫번째 로그값 밝기 레벨(가장 어두운 레벨에서 출발하여)를 찾아내는 것이다. 등고선 밝기는 1에서 128사이에서 여덟 단계로 구성되는데, 상위 레벨은 그전 하위레벨보다 두배 밝은 밝기를 나타낸다. 적어도 하나의 적합한 원형 객체를 포함하는 첫번째 레벨은 레벨 n으로 표시된다. 그런 다음, 이미지는 재처리되어 레벨 n-1의 밝기 B(B_n-1)와 255 사이의 정보만을 보여준다. 이것은 강화된 콘트라스트를 가진 새로운 이미지를 생성하기 위하여 이미지의 각 화소에 다음의 수학식을 적용함으로써 수행된다:

PixelValue(x,y)_new =Max(0, (255 * (PixelValue(x,y)_old - B_n-1) / (255 - B_n-1))))

(이미지의 모든 화소 좌표 x, y에 대해서)

여기서, 함수 Max()는 단순히 새로운 화소가 음의 밝기값을 가지지 않도록 한다.

그런 다음, 새로운 강화된 이미지는 제 2 단계에서 완전히 재처리되어 새로운 세트의 등고선 객체를 산출한다. 이것은 8 레벨 밝기 영역과 등고선 객체를 완 전히 재생성하고 그것들을 재분류하는 것으로 구성된다. 그러나, 이 강화처리는 제 2 단계의 처리에서는 생략된다. 이 단계는, 도 10B에 도시된 바와 같이 이미지 위에 가상의 격자눈금(147)를 초기에 위치시키는 146단계에 나타나 있다.

어레이 열을 발견하기 위하여, 수개의 원형 객체로 이루어진 이미지를 가로질러 단일한 히스토그램이 도시된다. 이때, x 좌표는 각각의 히스토그램 셀(cell)안으로 들어간다. 히스토그램 셀은 한개의 화소 넓이이다. 히스토그램은 이미지의 폭을 가로질러 계속된다. 어레이 열을 발견하면, 원형 객체의 y 좌표는 무시된다 (어레이 행을 발견하기 위해서 유사한 처리가 이용되지만, 이때에는 히스토그램이 어레이의 하향 방향으로 그려지며, x,y 좌표의 사용법은 반대로 된다). 점들이 열안으로 들어가면, 히스토그램은 각 열에 대해서 피크를 나타낼 것이다.

이미지 내부에 포함된 점의 수가 너무 적지 않다면 피크를 보고 가장 견고하게 열이 분리된 것을 찾아냄으로써, 격자눈금 상의 각 열의 위치를 식별할 수 있다. 히스토그램은 피크를 신뢰성 있게 검출하기 위하여 약간의 평탄화를 필요로 한다.

히스토그램의 피크가 평탄화(smeared)되거나, 근접하게 이격된 쌍피크를 가지면, 슬라이드 이미지는 아마도 비스듬하게 될 것이다. 알고리즘 평가, 시험, 및 디버깅(debugging)을 돕기위하여, 히스토그램을 이미지에 겹치게 그리면 도움이 된다. 결과적으로, 어레이의 행 및 열의 적어도 일부의 위치는 알려지며, 열의 분리 및 행의 분리가 수행될 수 있으며, 이로 인해 어레이 설계 및 어레이 이미지 사이에서 길이 변환값을 얻을 수 있다.

가능하면, 각 이미지 객체는 식별된 격자눈금 행 중 한 행에 할당된다. 원형으로 표시되고 유효한 열에 위치된 이미지 객체는 소정 한계치 안으로 들어가는 것으로 발견된 행중 한 행에 할당된다.

여러가지 요인들 때문에, 행 스큐(skew)는 열 스큐와 동일하다고 가정하는 것은 안전하지 않은 것으로 알려져 있다. 다시 말해, 스큐가 일어나는 것은 전적으로 이미지의 회전때문만은 아니다. 어떤 경우에는 다른 형태의 이미지 왜곡 때문에 스큐가 일어난다. 그러므로, 수평 스큐 및 수직 스큐는 개별적으로 제거된다. 그러나, 스큐는 선형적인 것으로 가정하며 고차원의 왜곡은 보정되지 않는다.

발견된 각 격자눈금 열에 대해, 그 열의 기울기는 직선을 그 열에 해당하는 이미지 객체의 x,y 좌표로 맞춤으로써 식별된다. 이러한 맞춤은 표준최소자승법(standard least-squares method)을 이용해 수행된다. 모든 열의 기울기는 평균되어 이미지에 대한 평균 수직 스큐를 발견하는데 이용된다. 디-스큐잉(de-skewing) 단계가 흐름도의 150단계에 도시되어 있다. 행 스큐는 상기와 대응되는 비슷한 방법으로 발견하고 보정한다.

이미지가 디-스큐 처리되면, 디-스큐 처리된 강화 이미지에 대해 이미지 분석을 한번 더 반복하여 이미지 영역 및 등고선을 재생성하고, 이미지 객체를 재분류한다. 강화 및 디-스큐 과정이 이러한 제 3단계에서는 생략된다는 것은 자명하다.

행-열 교차점에 해당하며 적당한 경계내에 위치한 이러한 원형 이미지 객체는 점으로 분류된다. 다른 이미지 객체는 점으로 분류되지 않으며 다음 과정에서 무시된다.

이전에 생성된 행과 열의 분리는 근사적인 X,Y 좌표(scale)(아주 다를 수 있음)를 생성하는데 사용된다. 이러한 좌표는 이미지 화소를 mm로 변환하는데 사용될 수 있으며, 그 역도 가능한다. 이를 통해 슬라이드 선명도의 차원이 이미지의 어레이 부분 상의 차원과 관련될 수 있다. 이 과정은 흐름도의 152 단계에 나타나 있다.

슬라이드의 첫번째 및 마지막 열은 어레이를 갖고 있는 이미지 부분에 대한 어레이 선명도를 찾는데 사용된다. X 좌표는 어레이의 첫번째 및 마지막 열로부터 알 수 있으며, 그로부터 나머지 내부 열의 좌표도 산출할 수 있다.

도 10B에 도시된 바와 같이, 가상의 격자눈금이 겹쳐진 이미지가 표시된다. 각각의 평면 가장자리에 가장 가까운 이미지 데이터를 발견함으로써, 좌표의 중심 위치를 찾을 수 있다. 디-스큐 처리되어 강화된 이미지는 원형으로 유도된 가장자리 점을 가진 작업자에게 전달된다. 그러면, 작업자는 가장자리 점의 위치를 낮은 이미지 품질때문에 찾을 수 없는 경우, 가장자리 점을 찾아 낼 수 있는 선택권을 갖는다. 작업자가 마지막 점을 클릭하면, 점의 위치는 어레이 이미지 위에 슬라이드가 위치되도록 한다.

새로운 가장자리 점 위치를 이용하면, 이미지 화소와 mm 사이의 좀 더 정확한 변환값을 계산할 수 있다. 이로 인해, 슬라이드의 어레이 영역 평면을 나타내는 가상의 격자눈금이 어레이 이미지 위에 정확하게 위치되어, 각각의 점이 그 격자눈금의 사각영역내의 중심에 위치된다.

화소에서 mm로 변환하는 새로운 x,y 좌표는, 적절한 방향에 있는 화소의 네 가장자리 중앙점의 x,y 좌표의 거리를 슬라이드 선명도로부터 추출한 어레이 평면 상의 이들 점들의 mm 거리와 비교함으로써 산출한다.

행의 경우는 좀 더 어려운데, 왜냐하면 어레이의 상부 및 하부 행은 이미지에 명확하게 모두 나타나지 않으며 점진적으로 희석된 항체 아류들를 포함하고 있어, 좌우 열에 비해 구별이 뚜렷하지 되지 않기 때문이다. 또한, 최상부 또는 최하부 행은, 유체와, 유체 가장자리에서 방출되는 의사(spurious) 광 및 파, 및/또는 상부 또는 하부에서 시작되는 슬라이드의 점진적인 건조에 의해 거의 흐릿하게 보일 수 있으며, 초기 처리에서는 모든 행이 식별되지는 않는데, 왜냐하면 어떤 행은 가시적인 점을 거의 가지고 있지 않을 수 있기 때문이다.

그러므로, 수직 방향의 이미지에 대해 슬라이드 평면을 정렬하기 위하여 다른 알고리즘이 사용된다. 우선, 위에서 추출된 근사값을 사용하여 행 분리가 mm 로 변환된다. 그런 다음, 슬라이드는 좌우 가장자리 점으로 인식된 원형 이미지 객체(a)와 평면 상의 가장자리 점(b) 사이에서 가장 잘 일치되는 점을 찾기 위해 이미지의 위아래 수직방향으로 개념적으로 활주된다. 이는, 평면을 한번에 한 화소씩 슬라이드 이미지 아래로 이동시키고 각각의 이미지 점(평면 상에서 가장 가까운 점) 사이의 총거리를 합산함으로써 단일 이동으로 반복적으로 행해진다. 그러한 거리가 최단이면, 반복 동안에 그 픽셀 색인이 기록된다. 반복적인 과정이 완료되면, 이러한 구체적인 위치설정은 어레이 이미지에 대해서 슬라이드 설비를 정렬시키는 가장 좋은 추정값이다.

점 독취 에러가 검출되면, 입력된 데이터는 스크린에 남아 있고 180 단계에 나타나 있는 바와 같이 작업자는 이미지를 재스캔해야 한다.

158 단계에서, 식별된 바와 같은 각 점에 대한 평균 보정 세기를 이용하여 산출된 배경보정이 수행된다. 세기값은 하나씩 독취된다. 도 10C에 도시된 바와 같이, 히스토그램(162)은 점을 포함하는 격자눈금 지시자 내에 있는 모든 화소를 0-255의 이미지 세기로 형성한다. 국부적인 배경세기는 화소 밝기 레벨 M으로 정의된다. M은 영역내의 화소를 두 세트, 즉 밝기가 M보다 어둡거나 같은 모든 화소로 구성된 어두운 셋트와, 밝기가 M보다 밝은 모든 화소로 구성된 밝은 셋트 B로 나눈다. A세트에 있는 화소수는 B세트에 있는 화소수에 대해서 프리-셋 비율(pre-set ratio)를 갖는데, 이는 일반적으로 50% 이다.

어떤 화소가 국부 배경의 일부인지를 결정하였으므로, 각 점의 상대적인 밝기를 산출하는 것은 용이하다.

상대적인 밝기를 산출하는 과정은, 그 산출된 반경에 기초하여, 점 영역 내부에 있는 모든 화소를 이미지 세기를 합산함으로써 시작한다. 산출 알고리즘은 또한 점 반경 내부에 부분적으로 놓여 있는 화소를 고려하고 점 내부에 놓여 있는 화소의 비율에 따라 비율분 프로-라타(pro-rata)를 축적한다. 합산된 수(델타(Delta))는 상기에서 산출된 국부 배경 밝기보다 덜 밝은 화소 밝기를 나타낸다.

화소당 이 합산의 평균값(내부 평균값:InnerAverageValue)은 합산값을 점 내부에 있는 총화소수(비율부분을 포함)로 나눔으로써 산출한다.

점 값(Dot value)은 내부 평균값을 취하고 그값을 정규화하여 국부 배경 이상의 최대가능한 밝기에 대한 비율로 나타냄으로써 산출한다.

164단계에 나타나 있는 바와 같이, 점 값이 도 8에 도시된 매트릭스로 식별되고 통합되면, 소프트웨어는 반복적 접근법을 실행하여 미지의 점패턴 또는 분자 프로파일을 질명 기호 자료(disease signature library)로부터 알려진 일치패턴에 일치시킨다. 분자 프로파일을 도표 및 목록으로 제공하는 것은 166단계에서 제공되며, 가장 잘 일치된 분자 프로파일은 서열방법에 기반한 진단적 또는 예후적 결정의 기초로서 일치패턴의 자료를 이용하여 확인한다. 불만족스러울 경우, 이러한 분석은 168단계에서 반복할 수 있거나, 180단계에서 이미지를 다시 스캔할 수 있다. 일치된 분자 프로파일이 얻어지면, 진단 보고서를 인쇄하고 데이터는 중앙 데이터베이스로 전송된다(170).

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다.

가령, 어떤 예시적인 표본 물질이 기재되었지만, 본 발명은 그러한 특정한 표본 물질을 분석하는 것에 한정되지 않는다. 또한 본 발명은 진단적 또는 예후적 응용에 사용되는 것에 한정되지 않는다.

본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

이미징 장치로서:

표본의 어레이를 포함하는 표본 슬라이드를 운반하는 캐리어 스테이지(carrier stage);

상기 표본 슬라이드를 조사하는 광원;

상기 표본 슬라이드의 연속적인 부분이 상기 광원에 의해 조사되도록 상기 광원에 대하여 상기 캐리어 스테이지와 표본 슬라이드를 이동시키는 구동수단; 및

적어도 두 개의 모드, 즉 상기 표본 슬라이드 상의 상기 표본의 어레이에서 회절 또는 편향되는 광선이 카메라에 의해 포획되는 회절 또는 편향 모드, 및 상기 표본의 어레이 상의 형광 표시자에서 출사되는 광선이 포획되는 형광 모드로 동작하도록 배열되며, 상기 구동 수단이 상기 캐리어 스테이지를 제 1 방향으로 이동시키는 경우 상기 회절 또는 편향 모드로 동작하도록 배열되고, 상기 구동 수단이 상기 캐리어 스테이지를 제 2 방향으로 이동시키는 경우 상기 형광 모드에서 동작하도록 배열되며, 사용 시, 상기 표본 슬라이드를 통해 투과되는 광선만을 포획하여, 상기 표본 슬라이드 또는 상기 표본의 어레이의 이미지로 재구성되도록 배열되는 일련의 부분 이미지를 생성하는 디지탈 광학 카메라 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
제1항에 있어서,

상기 광원은 협소한 빔을 출사하도록 배열된 선형 광원이며, 이로인해 조사되는 상기 표본 슬라이드의 연속적인 부분은 밴드와 같은 부분이 되고 상기 일련의 부분 이미지는 선형 이미지임을 특징으로 하는 이미징 장치.
제1항에 있어서,

상기 디지탈 광학 카메라 시스템은 사용시 상기 표본 슬라이드 상의 표본의 어레이에서 회절되거나 편향되는 광선만을 수광하도록 배치됨을 특징으로 하는 이미징 장치.
제1항에 있어서,

상기 디지탈 광학 카메라 시스템은 상기 표본의 어레이에 의해 회절되지 않거나 편향되지 않는 광선이 카메라 시스템에 포획되지 못하게 하는 판별수단을 포함함을 특징으로 하는 이미징 장치.
제4항에 있어서,

상기 판별수단은 오프셋 각에 위치된 상기 표본 슬라이드에서 나오는 회절 또는 편향된 광선을 카메라 시스템의 이미징 렌즈(imaging lens) 쪽으로 보내도록 배치된 적어도 하나의 반사장치를 포함함을 특징으로 하는 이미징 장치.
제4항에 있어서,

상기 디지탈 광학 카메라 시스템은 선형 화상을 감지할 수 있는 라인 스캔 가능한 카메라를 포함함을 특징으로 하는 이미징 장치.
제1항에 있어서,

상기 디지탈 광학 카메라 시스템은 사용시 상기 표본 슬라이드 상의 형광 표시자에서 출사되는 광선을 포획하도록 배열됨을 특징으로 하는 이미징 장치.
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제1항에 있어서,

광학 카메라 시스템은 스펙트럼의 가시 영역과 비가시 영역 모두에서 광선을 검출하도록 배열됨을 특징으로 하는 이미징 장치.
제1항에 있어서,

상기 표본은 상기 표본 슬라이드 상에 결합 짝으로 구속된 세포를 포함함을 특징으로 하는 이미징 장치.
제1항에 있어서,

상기 이미징 장치는, 사용시 상기 캐리어 스테이지가 놓여있는 표본 격실 (compartment)과 상기 표본 격실 내에서 유체 밀봉된(fluid sealed) 전기 부재 격실을 포함하고, 이로 인해 사용시 상기 전기 부재 격실 내에 있는 부재가 상기 표본 격실로부터 오염됨이 방지되며, 상기 캐리어 스테이지는 사용시 상기 표본 슬라이드 아래에 놓여서 상기 표본 슬라이드로부터 엎질러진 유체를 모으도록 배치되는 트레이 부재를 포함함을 특징으로 하는 이미징 장치.
제1항에 있어서,

상기 이미징 장치는, 외부 참조 데이터베이스와, 외부 저장 데이터베이스와, 외부 개인용 컴퓨터(PC)와, 그리고 외부 프린터로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 장치에 인터페이스를 형성하는 인터페이스 유닛을 포함함을 특징으로 하는 이미징 장치.
제6항에 있어서,

상기 라인 스캔 가능한 카메라는 한 화소 폭을 가지는 선형 이미지를 스캔하도록 적용된 라인 스캔 카메라임을 특징으로 하는 이미징 장치.
제1항에 있어서,

상기 일련의 부분 이미지 및 상기 부분 이미지로부터 재구성된 이미지는 모두 암시야상(dark field image)임을 특징으로 하는 이미징 장치.
이미징 시스템으로서:

상기 이미징 시스템은, 제1항에 따른 이미징 장치와, 그리고 표본 슬라이드 또는 표본의 어레이의 이미지를 처리하여 상기 표본의 어레이를 나타내는 이미지 세기값을 제공하는 프로세서 수단을 포함함을 특징으로 하는 이미징 시스템.
제16항에 있어서,

상기 프로세서 수단은 슬라이드 상에 각 표본을 위치시키고 각 표본의 세기를 측정하기 위하여 상기 슬라이드 상에 주지된 기준 표본을 사용하여 상기 이미지를 정규화하도록 배열됨을 특징으로 하는 이미징 시스템.
제16항에 있어서,

상기 프로세서 수단은, 주지된 기준 표본에 기초하여 기준 매트릭스 또는 격자를 적용함으로써 각 표본을 위치시키도록 배열되며, 측정 범위를 확립하기 위하여 상기 기준 표본을 이용하여 상기 격자에서의 각 정사각형 영역 내에 있는 표본의 세기를 측정하며, 상기 이미지로부터 정규화된 세기값을 생성하도록 배열됨을 특징으로 하는 이미징 시스템.
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