KR20160083014A - 현미경 이미지를 스캐닝하기 위한 운동 전략 - Google Patents

현미경 이미지를 스캐닝하기 위한 운동 전략 Download PDF

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KR20160083014A
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매튜 굿맨
코디 다니엘
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3스캔 인크.
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Abstract

현미경 이미지를 스캐닝하기 위한 2차원 및 3차원에서의 운동 전략들이 설명된다. 물체, 표본, 또는 피검물이 정밀 3-차원 스테이지 상에 장착된다. 물체는, 물체를 절단하기 위한 절단 도구에 대해, 제1 축 및 제1 축에 직교하는 제2 축에 관련하여 동시에 이동하게 된다. 절단 부분의 이미지가, 물체가 이동함에 따라, 생성된다. 절단 도구는, 절단되는 물체의 부분을 조명하기 위한 광 도파관으로서 역할을 할 수 있을 것이다. 광학적 요소가, 절단되고 조명된 물체의 이미지들을 캡처한다. 물체는 나아가, 제1 축 및 제2 축 양자 모두에 수직인 제3 축에 관련하여 동시에 이동하게 될 수 있을 것이다.

Description

현미경 이미지를 스캐닝하기 위한 운동 전략{MOTION STRATEGIES FOR SCANNING MICROSCOPE IMAGING}
상호 참조
본 PCT 출원은, 본 명세서에 참조로 통합되는, 2013년 10월 31일 출원된, 미국 가출원번호 제61/897,913호의 우선권의 이익을 주장한다.
본 개시는 개괄적으로 물체를 이미지화하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시는, 마이크로톰(microtome)을 사용하여 그리고 더욱 구체적으로 마이크로톰 슬라이싱 궤적들을 사용하여, 생체 조직 표본 및 다른 물질 표본을 절단하는 것에 관한 것이다.
현미경 검사 분야는 요즘 사회에서 점증적으로 중요해져 왔다. 현미경 검사의 하나의 양태는, 감정될 피검물 또는 물체의 이미지화에 관한 것이다. 이미지화는 일반적으로, 주어진 영역의 시각화를 생성하기 위한 데이터 수집에 관련된다. 주어진 피검물에 관련되는 데이터를 효과적으로 그리고 정확하게 이미지화하는 능력이, 피검물 또는 물체와 연관되는 하나 이상의 특성을 결정하기 위해 중요할 수 있을 것이다.
많은 현미경 검사 및 이미지화 적용에서, 마이크로톰이, 이미지화하기 위한 피검물의 얇은 절편을 절단하기 위해 사용된다. 통상적인 마이크로톰의 사용은 100년을 넘는 풍부한 역사를 갖는다. 최초의 마이크로톰들은 단지 손으로 조작되는 면도날에 불과했으며 그리고 1800년대 후반에 기록되었다. 크랭크가 회전했을 때 절편들을 취하는 핸드-휠(hand-wheel)을 사용했던 장치들을 갖는 더 복잡한 버전들이, 조금 후에 확인되었다.
마이크로톰들은, 더 앞선 시점부터, 성능을 개선하기 위해, 기계 공학, 정밀 제조, 및 블레이드 재료에서의 발전을 채택함에 의해, 개량되어 왔다. 그러한 발전의 주요 원동력은, 더 적은 광학적 인위적 산물(artifacts)을 갖는 더 얇은 절편들을 필요로 하는, 광학 현미경 검사의 개선들 및 전자 현미경 검사의 출현이었다. 제공된 발전들에도 불구하고, 표본들을 절단하는 프로세스는 대부분 수동으로 남아있었다. 전형적으로, 아래에 놓이는 정밀 관절식 기계류에 묶이는 수조작 크랭크가 마이크로톰을 작동시키기 위해 사용된다. 덜 통상적인 것은, 피검물과 블레이드가 "회전" 운동에 의해 교차하는 시스템들이다.
일부 통상적인 마이크로톰은, 표본 장착이 완료된 이후에, 절편 운동을 자동화한다. 예를 들어, 일부 시스템은, 수조작 크랭크 접근법의 모터 구동 버전을 포함한다. 더욱 발전된 통상적인 마이크로톰은, 절편 운동을 구동하기 위해 선형 모터를 사용할 수 있을 것이다.
수동으로 작동되던지 또는 모터 구동되던지, 마이크로톰을 사용하는 많은 이미징 시스템은, 적어도 일부의 경우에 결코 이상적이 아닐 수 있을 것이다. 그러한 시스템들은 표본 절편 상에 인위적 산물을 남길 수 있을 것이다. 발생할 수 있는 다른 유형의 인위적 산물은, 마이크로톰 또는 나이프의 진동의 결과로서 흔히 표본 절편 상에 남게 되는, 마이크로톰 또는 나이프의 에지에 평행하고 절단 방향에 수직인 자국들(indentations) 또는 "채터(chatter)" 이다. 채터는 이하에 논의되는 도 7a에 도시된다. 다른 유형의 인위적 산물은, 마이크로톰 내에서의 표면 결함의 결과로서 흔히 표본 절편 상에 남게 되는, 마이크로톰의 에지에 수직이며 절단 방향에 평행한 특징부들 또는 "줄무늬들"이다. 줄무늬들은 이하에 논의되는 도 7b에 도시된다. 또 다른 유형의 인위적 산물은, 표본 절편이 요구되는 바와 같이 평평하게 남아 있는 대신에 절단됨에 따라 둥글게 감길 수 있다는 것이다. 표본의 그러한 감김은 표본의 이미지화와 간섭할 수 있을 것이다. 도 7c는, 둥글게 감기는 절편(76)을 생성하기 위해 나이프 에지(16)에 의해 절단되는 표본(26)을 도시한다. 이러한 그리고 다른 인위적 산물들은, 이미지들의 뒤틀림, 낮은 해상도, 열악한 효율, 및 느린 속도를 초래할 수 있다. 따라서, 피검물들 및 표본들을 절단하고 이미지화하기 위한 개선된 시스템들 및 방법들이 요구된다.
마이크로톰을 사용하여 생체 조직 표본 및 다른 재료 표본을 절단하고 이미지화하기 위한 개선된 시스템들 및 방법들이 개시된다. 특히, 인위적 산물들의 발생을 최소화 또는 감소시키며 그리고, 신속하고 고해상도의 이미지화, 더 우수한 절편 캡처, 더 우수한 현미경 검사, 및/또는 더 우수한 분자 분석(molecular interrogation)을 가능하게 하는 마이크로톰 슬라이싱 궤적들이, 개시된다. 그러한 슬라이싱 궤적들은, 마이크로톰이 광 도파관으로서 역할을 할 수 있으며 그리고 피검물이 사용자 입력 명령들에 따라 표본을 정밀하게 이동시키는 3-축 또는 3-차원 스테이지 상에서 캡처되는, 절단 현미경 검사 시스템 상에서 구현될 수 있다.
본 개시의 양태가 물체를 이미지화하는 방법을 제공한다. 물체는, 물체의 부분을 절단하기 위해 절단 도구에 대해 제1 축에 관해 이동하게 될 수 있을 것이다. 동시에, 물체는, 상기 부분을 절단하기 위해 절단 도구에 대해 제2 축에 관해 이동하게 될 수 있을 것이다. 제2 축은 전형적으로 제1 축에 대해 수직이다. 절단된 부분의 이미지가, 물체가 제1 축 및 제2 축 양자 모두에 관해 이동함에 따라 생성될 수 있을 것이다.
물체는 나아가, 상기 부분을 절단하기 위해 절단 도구에 대해 제3 축에 관해 이동하게 될 수 있을 것이다. 이러한 제3 축은 전형적으로, 제1 축 및 제2 축 양자 모두에 대해 수직이다. 그리고, 물체는, 제1 축, 제2 축 및 제 3축에 관해 동시에 이동하게 될 수 있을 것이다. 제3 축은, 절단 도구의 절단 에지의 길이에 대해 수직이며 그리고 절단 도구의 몸체의 폭에 대해 수직인, Z-축을 포함할 수 있을 것이다.
전형적으로, 제1 축은, 절단 에지의 길이에 대해 수직이며 그리고 절단 도구의 몸체의 폭을 따라 놓이는, X-축을 포함할 수 있을 것이다. 그리고, 제2 축은, 절단 에지의 길이를 따라 놓이며 그리고 절단 도구 몸체의 폭에 대해 수직인 Y-축, 또는 절단 에지의 길이에 대해 수직이며 그리고 절단 도구의 몸체의 폭에 대해 수직인 Z-축을 포함할 수 있을 것이다.
절단 도구는 전형적으로 이동하는 물체에 대해 고정형이다.
나아가, 광학 에너지가, 절단 도구 밖으로 그리고 물체의 상기 부분을 통해, 유도될 수 있을 것이다. 그리고, 유도된 광학 에너지는, 상기 부분에 연관된 이미지에 관한 데이터가 광학 요소에 전달되도록, 상기 부분이 절단되는 가운데, 광학 요소에 수용될 수 있을 것이다. 광학 요소는 카메라를 포함할 수 있을 것이다. 광학 에너지는 절단 도구의 근위 단부(proximal end)에 제공될 수 있을 것이다. 그리고, 절단 도구는, 제공된 광학 에너지를 절단 도구의 근위 단부로부터 말단 단부로 내부적으로 반사시킬 수 있을 것이다. 내부적으로 반사된 광학 에너지는 말단 단부 밖으로 유도될 수 있을 것이다.
물체는, 다양한 상이한 운동 전략 또는 궤적을 구현하기 위해, 동시에 제1 축, 제2 축 및 제3 축 중의 2개 이상에 관련하여 이동하게 될 수 있을 것이다.
물체는, 제1 거리만큼 제1 축에 관해 이동하게 될 수 있으며 그리고 제1 거리와 상이한 (예를 들어, 제1 거리보다 적은) 제2 거리 만큼 제2 축을 따라 이동하게 될 수 있을 것이다.
물체가 동시에 제1 축 및 제2 축에 관해 이동하게 됨에 따라, 절단 도구의 바닥 표면에 대한 물체의 상부 표면의 각도(예를 들어, 경사각)가, 변경될 수 있을 것이다.
물체는, 물체가 제1 축에 관해 이동하게 됨에 따라, 제2 축에 관해 진동하게 될 수 있을 것이다. 그러한 진동은, 변화하는 두께를 갖는 절단된 부분을 생성할 수 있을 것이다.
동시에 제1 축 및 제2 축에 관한 물체의 이동은, 물체의 부분에 제1 방향으로의 제1 급격한 절단 부분을 생성할 수 있고, 물체의 부분에 제2 평평한 절단 부분을 생성할 수 있으며, 그리고 물체의 일부분에 제1 방향과 반대의 제2 방향으로 제3 급격한 절단 부분을 생성할 수 있을 것이다.
다른 운동 전략들 및 궤적들이 이하에 설명된다.
본 개시의 다른 양태가, 이상의 운동 전략들 및 궤적들 중 임의의 것을 구현하기 위한 명령들을 실시하는, 프로세서 및 유형의 매체(tangible medium)를 포함하는 시스템을 제공한다.
본 개시의 다른 목표들 및 이점들이, 뒤따르는 설명 및 첨부되는 도면과 함께 고려될 때 추가로 인식되고 이해될 것이다. 비록 뒤따르는 설명은 본 개시의 특정 실시예들을 설명하는 구체적인 설명을 포함할 수 있지만, 이는 본 개시의 범위에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 대신에 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 할 것이다. 본 개시의 각 양태에 관해, 당업자에게 공지되는 본 명세서에 제안되는 바와 같은, 많은 변화들이 가능하다. 다양한 변경 및 수정이, 본 개시의 범위 이내에서 본 개시의 사상으로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다.
참조로서의 통합
본 명세서에 언급되는 모든 공개문헌, 특허, 및 특허출원은 여기에, 마치 각각의 개별적인 공개문헌, 특허, 또는 특허출원이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조로서 통합되는 것으로 지시된 것과 같이, 동일한 정도까지 참조로서 통합된다.
본 개시의 신규의 특징들이 첨부 특허청구범위에 구체적으로 기술된다. 본 개기에 대한 특징들 및 이점들에 대한 더 양호한 이해가, 본 개시의 원리들이 활용되는 예시적 실시예들을 기술하는 뒤따르는 상세한 설명, 및 첨부되는 도면들을 참조함에 의해 달성될 것이다.
도 1a는 많은 실시예에 따른 이미징 시스템을 도시하는 개략적 측면도이고;
도 1b는 많은 실시예에 따른 또 1a의 이미징 시스템과 연관되는 일련의 단계들을 도시하는 흐름도이며;
도 2는 많은 실시예에 따른 피검물의 이미지화에 대한 부가적인 세부사항들을 도시하는 도 1의 이미징 시스템에 대한 사시도이고;
도 3은 많은 실시예에 따른 그 내부에 포함되는 각도들과 연관되는 세부사항을 도시하는 도 1a의 이미징 시스템에 대한 측단면도이며;
도 4는 도 1a의 이미징 시스템의 대안적인 실시예에 대한 측단면도이고;
도 5는 도 1a의 이미징 시스템의 다른 대안적인 실시예에 대한 측단면도이며;
도 6은 많은 실시예에 따른 도 1a의 이미징 시스템과 함께 사용되는 파장 분할 다중 (wavelength division multiplexing: WDM) 프로세스를 도시하는 블록도이고;
도 7a는 채터를 갖는 절편을 생성하도록 절단되는 피검물의 사시도이며;
도 7b는 줄무늬들을 갖는 절편을 생성하도록 절단되는 피검물의 사시도이고;
도 7c는 감김을 갖는 절편을 생성하도록 절단되는 피검물의 사시도이며;
도 8a는 절편을 생성하기 위해 선형으로 단일 축에 대해 이동하게 되는 피검물의 개략도이고;
도 8b는 절편을 생성하기 위해 선형으로 2개의 축에 대해 이동하게 되는 피검물의 개략도이며;
도 9는 절편을 생성하기 위해 회전 방식으로 2개의 축에 대해 이동하게 되는 피검물의 개략도이고;
도 10은 절편을 생성하기 위해 진동 방식으로 이동하게 되는 피검물의 개략도이며;
도 11a는 절편들을 생성하기 위해 연속적으로 절단되는 피검물의 개략도이며; 그리고
도 11b는 절편들을 생성하기 위해 치우침을 갖도록 연속적으로 절단되는 피검물의 개략도이다.
본 개시의 예시적인 실시예들 및 그들의 이점들이, 지금부터 여기에서 유사한 참조 부호들이 유사한 부분들을 지시하는 도면들을 참조함에 의해 최상으로 이해된다.
여기에서 설명되는 실시예들은 다수의 기술적 이점을 제공할 수 있을 것이다. 예를 들어, 원치 않는 데이터와 관련되는 후방 산란 효과(back scattering effect)가 실질적으로 감소하게 되거나 또는 효과적으로 제거될 수 있을 것이다. 광학 시준기(optical collimator)로서 역할을 하는 절단 도구의 사용과 더불어, 시험될 피검물의 단지 일부분에 대한 이미지화가 달성될 수 있다. 따라서, 절단 도구의 일부분의 아래의 영역에 대한 의도하지 않은 이미지화가 제거될 수 있을 것이다. 이는, 피검물이, 향상된 정확성 및 효율과 함께 그리고 절단 도구 아래의 피검물의 부분들로부터 후방 산란하는 것 없이, 대단히 상세하게 감정되는 것을 허용할 수 있을 것이다.
피검물의 절편이 절단 도구에 의해 절단됨에 따라 이미지화가 실행되기 때문에, 피검물에 대한 잠재적인 손상 또는 피검물의 열화가 실질적으로 방지될 수 있을 것이다. 연속적인 그리고 동시적인 이미지 스캐닝(즉, 피검물의 층이 절단되고 있는 동안에)을 허용함에 의해, 층을 이미지화하기 이전에 층을 제거하는 것과 일반적으로 연관되는, 피검물의 주름 형성, 변형 또는 찢어짐이 상당히 감소하게 되거나 방지된다. 다른 기술적 이점들이, 여기에서 설명되는 다-차원적 운동 전략들 및 궤적들을 사용함에 의해, 제공될 수 있다.
여기에서 설명되는 바와 같이, 통상적인 마이크로톰은, 재료의 블록이 그 내부에서 정밀하게 절단되어, 재료의 매우 얇은 층이 블록의 표면으로부터 제거되거나 또는 절단되도록 하는, 장치를 포함할 수 있을 것이다. 유사하게, 통상적인 현미경 절편 제작법(microtomy)이, 통상적인 마이크로톰의 기능에 적용될 수 있을 것이다. 이러한 장치들에서, 슬라이싱 운동 도중의 표본 및 절단 표면 사이의 상대적인 운동은 흔히, 단일의 선형축 또는 회전축에 한정된다. 많은 설계가 존재하지만, 가장 빈번한 배열은, 블록이 수직으로 이동 가능한 암의 일단부에 고정되도록 하며 그리고 고정형 나이프 에지와 맞물리게 되도록 하는 것이다.
여기에서 설명되는 바와 같이, 나이프는 표본의 표면으로부터 얇은 층을 분리하도록 설계되는 분할 표면(parting surface)을 포함할 수 있을 것이다. 전형적인 나이프는, 금속, 유리, 또는 다이아몬드로 이루어질 수 있지만, 탄화 텅스텐, 사파이어, 및 다른 세라믹을 포함하는 다른 신종 재료들 역시 사용될 수 있다.
여기에서 설명되는 바와 같이, 절편 또는 박편은, 표본과 나이프 사이의 상대적인 운동에 의해 블록 표면으로부터 제거된, 단일 스트립의 연속적인 재료를 포함할 수 있을 것이다.
여기에서 설명되는 바와 같이, 채터는, 막 절단된 블록 표면 및 박편 상에 나이프에 의해 남겨지는 자국들을 지칭한다. 이러한 특징부들의 방향은 대체로, 나이프의 에지에 평행하며 그리고 절단 방향에 수직이다. 이러한 자국들의 깊이는, 그리고 빈도는, 수 나노미터 내지 수 미크론까지 규모가 변할 수 있다. 이러한 패턴들은 흔히, 현미경 검사에서 "베니션 블라인드(Venetian-blind)" 형의 주기적인 평행 특성을 드러낸다. 이러한 자국들은 전형적으로, 절단력에 의해 야기되는 표본에 대한 나이프 에지의 진동에 의해 야기된다. 채터는, 현미경 시험을 더욱 어렵게 만들 수 있으며, 그리고 극단적인 경우 박편들을 훼손하거나 파괴할 수 있을 것이다. 도 7a는 채터(72a)를 갖는 박편(72)을 생성하기 위해 나이프 에지(16)에 의해 절단되는 표본(26)을 도시한다.
여기에서 설명되는 바와 같이, 줄무늬들은, 막 절단된 블록 표면 및 박편 상에 나이프에 의해 남겨지는 자국들을 지칭한다. 이러한 특징부들의 방향은 대체로, 나이프의 에지에 수직이며 그리고 절단 방향에 평행하다. 이러한 자국들은 전형적으로, 나이프 에지의 손상되거나 무딘 부분들에 의해, 뿐만 아니라 가능하게 는 나이프 에지 또는 표면들에 의해 밀리게 되는 절단된 재료 함유물들에 의해, 야기된다. 도 7b는 줄무늬들(74a)을 갖는 박편(74)을 생성하기 위해 나이프 에지(16)에 의해 절단되는 표본(26)을 도시한다.
여기에서 설명되는 축 방향들은 전형적으로, 3개의 선형 직교 축들을 갖는 표준 데카르트 "xyz" 오른손 좌표계에 관해 참조하게 된다. "x-축"은, 표본이 그를 따라 통상적인 마이크로톰 내에서 절단되는, 주된 축으로서 취해질 수 있을 것이다. "y-축"은 흔히 가장 통상적인 마이크로톰들 내에 존재하지 않으며, 그에 따라 절단된 표본의 최대 폭이 블레이드의 폭으로 크기가 제한될 수 있을 것이다. "z-축"은, 표본 블록 표면으로부터 멀어지게 지향하도록 취해지며 그리고 표면으로부터 취해지는 연속적인 일련의 박편들의 두께와 연관되는 통상적인 마이크로톰 내에서의 축이다.
여기에서 설명되는 바와 같이, 블록 표면은 일반적으로 절단되고 있는 표본의 표면을 지칭할 것이다. 통상적인 마이크로톰에서, 블록 표면은 전형적으로 x-축 및 y-축과 함께하는 평면 내에 놓인다. 통상적인 마이크로톰 내에서의 블록 표면은 전형적으로, 나이프의 폭보다 작다.
여기에서 설명되는 바와 같이, 경사각은 일반적으로, 블록 표면에 수직으로 측정되는 바와 같은 절편이 나이프 표면 상부로 이동하도록 할 각도이다.
여기에서 설명되는 바와 같이, 틈새각(clearance angle)은 일반적으로, 나이프의 배면과 절단되고 있는 표본 사이의 입체각(solid angle)이다.
도 1a는 많은 실시예에 따른 이미징 시스템(10)을 도시한다. 이미징 시스템(10)은, 여기에서 설명되는 하나 이상의 마이크로톰 운동 전략 또는 궤적을 구현하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 이미징 시스템(10)은, 광학 요소(12), 라인 생성기(14), 및 절단 도구(16)를 포함할 수 있을 것이다. 베이스(18)가 이미징 시스템(10)을 안정화하기 위해 제공될 수 있을 것이다. 부가적으로, X-축 스테이지(20), Y-축 스테이지(22), 및 Z-축 승강기 스테이지(24)가 또한, 이미징 시스템(10)을 사용하여 시험될 또는 그렇지 않으면 감정될, 피검물(26)을 위치 설정하기 위해 또는 그렇지 않으면 피검물(26)의 효과적인 이동을 위해, 제공될 수 있을 것이다. (피검물(26)은, 여기에서 설명되는 실시예들의 더 양호한 이해를 가능하게 하기 위해, 일 예의 두께와 비교하여, 도 1a 내지 도 6에서 과장된 두께를 가지며; 이러한 과장은, 어떠한 방식으로도 본 개시를 제한하거나 그렇지 않으면 구속하도록 해석되어서는 안 되며 그리고 단지 교시 목적을 위해 제공되었다. 본 개시는 임의의 두께를 갖는 피검물들과 더불어 활용될 수 있을 것이다.)
많은 실시예에 따르면, 마이크로톰 또는 절단 도구(16)는 이미징 시스템(10)을 위한 광 도파관 또는 프리즘으로서 역할을 할 수 있으며 그리고 또한 피검물(26)의 부분을 물리적으로 절단하도록 역할을 할 수 있을 것이다. 피검물(26)의 물리적 절단은, 절단되고 있는 부분에 대한 이미지화 또는 데이터 수집과 동시에 실행될 수 있으며; 광학 요소(12) 및 라인 생성기(14)가, 이러한 프로세스를 가능하게 하기 위해, 서로 그리고 절단 도구(16)와 함께 협력할 수 있을 것이다. 이는, 3차원 체적 이미지화가 피검물(26)의 절단과 동시에 달성되는 것을 허용할 수 있다. 많은 실시예에 따르면, 1) 라인 생성기(14)에 의해 제공되는 광학 에너지에 대한 과도한 노출(over-exposure), 및 2) 요구되는 영역을 이미지화하기 이전에 물리적으로 제거되고 위치 재설정될 수 있는 피검물(26)의 부분의 열화 또는 변형의 문제점들을 회피하는 가운데, 피검물(26)이 제 위치에서 고속으로 채집되는 결과로서, 피검물(26)의 무결성이 또한, 절단 프로세서 도중에 유지될 수 있을 것이다. 부가적으로, 이미징 시스템(10)은, 피검물(26)의 표적 영역의 정확한 이미지가 광학 프리즘으로서 작용하는 절단 도구(16)의 고유의 성질로 인해 캡처될 수 있다는 것을, 보장할 수 있을 것이다. 절단 도구(16)는, 절단 도구(16)에 의해 절단되고 있는 부분 아래의 피검물(26)의 층들로부터 달리 수집될 수 있는, 간섭 데이터에 대한 장벽을 제공할 수 있을 것이다. 이러한 원치 않는 간섭 데이터 또는 후방 산란은, 연관된 시스템의 정확성을 감소시키도록 작용할 수 있는 반면, 본 이미징 시스템(10)은 이러한 딜레마를 실질적으로 회피할 수 있다.
광학 요소(12)는, 절단 도구(16)에서 반사되는 광학 에너지를 받아들이거나 그렇지 않으면 수집하도록 역할을 할 수 있을 것이다. 많은 실시예에 따르면, 광학 요소(12)는, 현미경, 슬릿-스캔 카메라(slit-scan camera), 선형 어레이 센서들의 세트, 및 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있을 것이다. 부가적으로, 광학 요소(12)는 단지 카메라만을 또는 단지 현미경만을 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 조합으로, 광학 요소(12)는, 절단 도구(16)에 의해 반사되는 광학 에너지를 받아들이거나 그렇지 않으면 수집하도록 작동할 수 있는, 임의의 구성요소, 유닛 또는 구조물일 수 있을 것이다.
많은 실시예에 따르면, 광학 요소(12)의 현미경, 슬릿-스캔 카메라, 선형 어레이 센서들의 세트, 및 렌즈들은, 절단 도구(16)에 의해 절단되고 있는 표적 영역을 이미지화하기 위해 협력할 수 있을 것이다. 표적의 영역 스캔을 제공하는 통상적인 디지털 카메라와 다르게, 광학 요소(12)에 포함되는 슬릿-스캔 카메라가 일반적으로, 하나 이상의 선형 어레이 센서에 대해 일 방향으로 데이터를 유도하도록, 좁은 표적 영역을 캡처할 수 있을 것이다. 비록 광학 요소(12)가 슬릿-스캔 카메라를 포함하는 것으로서 설명되지만, 하나 이상의 선형 어레이 센서와 협력하여 피검물(26)의 절편을 이미지화하도록 작동할 수 있는, 임의의 다른 적당한 카메라가 사용될 수 있을 것이다. 광학 요소(12)의 내부 구조물 내부에 포함되는 렌즈들 및 선형 어레이 센서들에 관한 부가적인 세부사항은, 도 2를 참조하여 이하에 설명된다.
라인 생성기(14)는, 많은 실시예에 따른 레이저 빔을 생성하도록 작동할 수 있는 광학 에너지 생성기일 수 있을 것이다. 라인 생성기(14)는, 대략 30 미크론 폭 및 일부 실시예에서 절단될 피검물(26)의 부분을 향해 지향하게 되는 절단 도구(16)의 에지의 길이의, 레이저 빔을 생성할 수 있으나; 라인 생성기(14)는 대안적으로 임의의 다른 적당한 광학 에너지 빔을 생성할 수 있을 것이다. 라인 생성기(14)는, 일부 실시예에서 피검물(26)에 대해 대략 45°의 각도로 위치 설정될 수 있으나, 라인 생성기는, 특정 요구들에 따라, 임의의 다른 적당한 각도로 위치 설정될 수 있을 것이다. 라인 생성기(14)는, 광학 요소(12)가 절단되고 있는 피검물(26)의 부분에 의해 전송되는, 반사되는 또는 달리 전달되는 광학 에너지를, 효과적으로 수집하거나 또는 그렇지 않으면 포획할 수 있도록, 위치 설정될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 라인 생성기(14)는, 광학 요소(12)에 의해 반사되거나 이미지화될 피검물(26)에 백색 광의 광학 빔을 제공하는, 백색 광원 생성기일 수 있을 것이다. 백색 광원 생성기는 일반적으로, 광학 요소(12)에 적당한 그리고 광학 요소(12)와 조화되는 처리를 위해, 충분히 좁은 광학 이미지 라인 빔을 피검물(26)에 제공할 수 있을 것이다. 비록 레이저 빔을 생성하도록 작동할 수 있는 광학 에너지 생성기로서 설명되지만, 라인 생성기(14)는, 광학 에너지를 생성하거나, 공급하거나 또는 그렇지 않으면 피검물(26)을 향해 유도할 수 있는, 임의의 적당한 광원 또는 광학적 구성요소일 수 있을 것이다. 라인 생성기(14)는, 절단 도구(16)와 동축으로 놓이도록, 위치 설정될 수 있을 것이다. 라인 생성기(14)기 절단 도구(16)와 동축으로 놓일 때, 광학 에너지는, 절단 도구(16) 근처에 또는 절단 도구(16)를 통해 그리고 피검물(26) 상으로, 생성되고 유도될 수 있을 것이다.
많은 실시예에 의해 다뤄지는 체적 이미지화와 연관되는 하나의 우려는 일반적으로, 주어진 피검물 상에서의 광의 열화 또는 변화 양태들이다. 본질적으로, 피검물이 충분히 신속하게 이동하는 것에 실패하는 경우, 피검물(26)은 (잠재적으로 회복불가능하게) 훼손될 수 있을 것이다. 따라서, 이미징 시스템(10)은, 광의 잠재적으로 손상을 입히는 영향에 대해 피검물(26)과 연관되는 과도하게 노출되는 조직 없이, 적절한 운동 경로 또는 적당한 속도를 유지하는 이점을 제공할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 이미징 시스템(10)은, 이미지 수집에 관한 높은 레벨의 정밀성, 정확성 및 해상도를 유지하는 가운데, 이러한 요구되는 이동을 달성한다.
절단 도구(16)는, 팁(tip)의 에지 아래의 조직에 대한 가시성을 감소시키기 위한 광학 프리즘으로서 역할을 하는 팁을 포함하는, 나이프를 포함할 수 있을 것이다. 따라서, 절단 도구(16)는, 광학 요소(12)를 위한 광학 트레인(optical train)을 위한 광학 시준기로서 사용될 수 있다. 절단 도구(16)의 팁은, 대체로 적절하지 않은 방향으로 전파되며 그리고 이미지화 정확성에 부정적으로 영향을 미치는 여기 에너지가 실질적으로 감소하게 되거나 또는 그렇지 않으면 제거될 수 있도록, 광학 요소(12)를 향해 직접적으로 광학 에너지를 내부적으로 반사시킨다. 많은 실시예에 따르면, 절단 도구(16)는, 시험될 피검물(26)의 부분을 절단하도록 작용하는, 다이아몬드로 형성되는 팁을 구비한다. 다이아몬드 팁은 전형적으로 투명할 것이며 그리고 이상에 설명되는 바와 같은 광학 프리즘으로서 효과적으로 작용할 수 있다. 절단 도구(16)에서의 광학 프리즘의 사용은 또한, 특정 적용들에서 통상적인 이미지 스캐닝 장치들과 연관되는 깊은 3차원 화소들(voxel)로부터의 원치 않는 형광 빛바램(fluorescence bleaching)을 방지할 수 있을 것이다. 이러한 형광성 빛바램은, 정확성을 대체로 저해하도록 또는 연관된 이미지화 데이터 또는 스캐닝 시스템의 결과들을 왜곡하도록, 작용할 수 있을 것이다.
절단 도구(16)의 팁은, 자체의 에지가 일부 실시예에서 대략 1 내지 5 나노미터가 되도록 날카롭게 연마될 수 있으나; 팁은 특정 요구에 따라 임의의 다른 적당한 날카로움을 가질 수 있을 것이다. 일반적으로, 절단 도구(16)의 상부 표면은, 피검물(26)의 상부 표면에 대해 45°의 각도로 지향하게 된다. 비록 다이아몬드 팁을 구비하는 것으로 설명되지만, 절단 도구(16)는, 피검물(26)의 절단 또는 분기를 가능하게 하도록 작용할 수 있는 임의의 에지를 포함할 수 있을 것이다. 부가적으로, 절단 도구(16)는, 예를 들어, 유리, 금속, 수정, 사파이어, 및 플라스틱과 같은, 피검물(26)을 절단하기 위한 임의의 다른 적당한 재료로 형성되는 팁을 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 마이크로톰 또는 레이저가, 이미징 시스템(10)을 사용하여 시험될 피검물(26)의 절단을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있을 것이다.
베이스(18)는, 많은 실시예에 따른 평면형 화강암 플랫폼을 포함할 수 있을 것이다. 베이스(18)는 피검물(26)을 위한 안정성을 제공하며, 따라서 피검물이 정확하게 절단될 수 있도록 한다. 베이스(18)는, X-축 스테이지(20), Y-축 스테이지(22) 및 그에 따라 Z-축 승강기 스테이지(24)를 지지할 수 있을 것이다. 비록 고해상도 정밀 플랫폼으로서 설명되지만, 베이스(18)는, 대안적으로 또는 조합으로, 예를 들어 볼-스크류 스테이지 또는 피검물(26)에 대한 안정성 및/또는 조종성(maneuverability)을 제공하도록 작용할 수 있는 임의의 다른 적당한 구조물과 같은, 기계적 구조물을 포함할 수 있을 것이다. 부가적으로, 비록 화강암으로 형성되는 것으로 설명되지만, 베이스(18)는, 특정 요구에 따라 임의의 적당한 재료로 형성되거나 또는 전체적으로 제거될 수 있을 것이다. 베이스(18)는, 베이스(18)의 평평한 표면의 상부에 위치 설정될 수 있는 X-축 스테이지(20)를 지지할 수 있을 것이다.
X-축 스테이지(20)는, 피검물이 절단되고 이미지화될 수 있도록, 피검물(26)을 지지할 수 있을 것이다. X-축 스테이지(20)는, 많은 실시예에 따라 일 방향으로의 이동을 제공할 수 있을 것이다. X-축 스테이지(20)는, 피검물(26)을 절단하기 위해, 절단 도구(16)에 대한 횡방향 이동을 제공하며 그리고 절단 축을 가능하게 하는, 공기=베어링 스테이지를 포함할 수 있을 것이다. X-축 스테이지(20)는, 대략 20 나노미터 정도의 해상도를 제공하는, 정밀 위치 설정 스테이지일 수 있을 것이다. 이러한 정밀 위치 설정 시스템은, 피검물(26)의 이동과 함께 절단 도구(16)의 에지의 높은 정확성의 동기화된 이미지화를 보장할 수 있다. X-축 스테이지(20)는, 베이스(18) 상에 놓이며 그리고 Y-축 스테이지(22)를 지지할 수 있을 것이다.
Y-축 스테이지(22) 또한, X-축 스테이지(20)에 의해 제공되는 이동에 수직일 수 있는, 일 방향으로의 이동을 제공하는 정밀 스테이지일 수 있을 것이다. Y-축 스테이지(22)는, 절단 도구(16)를 사용하여 시험되거나 절단될 피검물(26)을 위한 고해상도 인덱싱(indexing)을 제공할 수 있을 것이다. Y-축 스테이지(22)는 또한, 많은 실시예에 따라 대략 20 나노미터 정도의 해상도를 제공하는, 절단 축으로서 역할을 할 수 있을 것이다. Y-축 스테이지(22)는 Z-축 승강기 스테이지(24)를 지지한다.
Z-축 승강기 스테이지(24)는, 피검물(26)에 (베이스(18)에 대해 수직일 수 있는) 일 방향으로의 이동을 제공할 수 있을 것이다. Z-축 승강기 스테이지(24)는 대략 25 나노미터 정도의 해상도를 제공할 수 있을 것이다. 선택적으로, 장착 척(30)이 Z-축 승강기 스테이지(24)에 의해 지지될 수 있으며, 장착 척(30)은 결국 피검물(26)을 지지한다. 많은 실시예에 따르면, Z-축 승강기 스테이지(24), Y-축 스테이지(22), 및 X-축 스테이지(20)는 모두, 피검물(26) 또는 절단 도구(16)의 정밀 인덱싱을 유효하게 하도록 디지털 방식으로 제어될 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 조합으로, 이러한 스테이지들 각각은, 자동으로 또는 수동으로 제어될 수 있으며, 또는 특정 요구에 따라 실질적으로 고정형으로 남아 있을 수 있을 것이다. 피검물(26)의 샘플링이 피검물(26)의 짧은 거리의 절단에 걸쳐 수만 번 완료될 수 있기 때문에, 스테이지들은 각각, 이미징 시스템(10) 내부에서 정확한 운동을 유효하게 하는 협력적인 고 정밀 이동을 가능하게 하도록 작동할 수 있을 것이다. 일부 실시예에 따르면, 각각의 스테이지에 대한 엔코더 해상도는, 대략 10 내지 30 나노미터 정도 일 수 있을 것이다.
많은 실시예에 따르면, 절단 도구(16)는, 피검물(26)이 복수의 절편으로 반복적으로 절단될 수 있도록, Z-축 승강기 스테이지(24) 위에 단단하게 장착될 수 있을 것이다. 디지털 제어 하에서, 이상에 설명된 바와 같은 3-축 정밀 스테이지 시스템은, 피검물(26)로부터 예를 들어 대략 0.5 미크론 두께의 층들을 절단하는, 마이크로톰으로서 기능하기 위해 절단 도구(16)와 협력할 수 있을 것이다. 비록 3-축 정밀 스테이지로서 설명되지만, 피검물(26)을 지지하기 위해 사용되는 임의의 블록들 또는 요소들이 이미징 시스템(10)과 함께 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 부가적으로, X-축 스테이지(20), Y-축 스테이지(22), 및Z-축 스테이지(24)는 개별적으로, 특정 요구에 따라 변화되거나 수정될 수 있을 것이다. 기계적으로 또는 전자적으로 제어되는 임의의 다른 유형의 지지대가, 피검물(26)의 또는 감정될 임의의 다른 물품 또는 물체의 정확한 절단을 유효하게 하기 위해 사용될 수 있다는 것이 또한 예상된다. 또한, X-축 스테이지(20), Y-축 스테이지(22), 및 Z-축 스테이지(24)가, 이질적인 운동 제어를 갖는 별개의 것으로 도 1a에 도시되지만, X-축 스테이지(20), Y-축 스테이지(22), 또는 Z-축 스테이지(24) 중의 2개 이상은, 동질적인 운동 제어를 갖는 단일 유닛을 포함할 수 있을 것이다.
X-축 스테이지(20), Y-축 스테이지(22), 및 Z-축 승강기 스테이지(24)를 포함하는 3-축 정밀 스테이지는, 펜실베니아주 피츠버그의 Aerotech, Inc.로부터 입수 가능한, 모델 번호, ANT95-25-XY, ANT95-25-XY-PLUS, ANT95-50-XY, ANT95-50-XY-PLUS, ANT95-25-XY-ULTRA, ANT95-50-XY-ULTRA, ANT130-060-XY, ANT130-060-XY-PLUS, ANT130-110-XY, ANT130-110-XY-PLUS, ANT130-160-XY, ANT130-160-XY-PLUS, ANT130-060-XY-ULTRA, ANT130-110-XY-ULTRA, ANT130-160-XY-ULTRA, PlanarDL-100XY, PlanarDL-200XY, PlanarDL-300XY, ABL36025, ALS36210, ALS36220, ALS36230, ALS36240, ATS36210, ATS36220, ATS36230, ATS36240, ABL90300-300, ABL90500-500, ABLH90750-750, ABLH91000-1000, ABLH91200-1200, AHL90350-350, Planar HD, MPS50SV, MPS75SV, AVS/AVSI106, AVS/AVSI113, AVS/AVSI125, ANT95-3-V, ANT95-3-V-PLUS, ANT-130-5-V, ANT-130-5-V-PLUS, ANT130-035-L-Z, ANT130-035-L-Z-PLUS, ANT130-060-L-Z, ANT130-060-L-Z-PLUS, AVL1000-1, AVL1000-2, AVS1005, AVS1010, WaferMaxZ, AirLift 115-050, AirLift 115-100, AirLift 115-150, ANT95-25-L-Z, ANT95-25-L-Z-PLUS, ANT95-50-L-Z, ANT95-50-L-Z-PLUS, ABL15005Z, ABL15010Z, ABL15015Z, ABL15020Z, MPS50SV, MPS75SV, VTS300-050, VTS300-100, VTS300-150, VTS300-200, WaferMaxZ, 및 이들의 임의의 조합과 같은, 하나 이상의 운동 스테이지를 포함할 수 있을 것이다. X-축 스테이지(20), Y-축 스테이지(22), 및 Z-축 승강기 스테이지(24)는 전형적으로, 이동에 대한 매우 낮은 이력 현상(hysteresis), 높은 해상도(예를 들어, 1 내지 2 nm), 높은 반복가능성(예를 들어, 25 내지 100 nm), 및 높은 정확성(예를 들어, 250 내지 400 nm)과 함께, 정밀한 그리고 신속한 제어를 허용하는, 선형 모터들을 포함할 것이다.
X-축 스테이지(20), Y-축 스테이지(22), 또는 Z-축 스테이지(24) 중의 하나 이상은, 예를 들어, 여기에서 설명되는 다양한 운동 패턴들 중 하나 이상을 달성하기 위해, 별개로, 연속적으로, 또는 서로 동시에 이동하게 될 수 있을 것이다. 선형 스테이지들의 사용이 설명되지만, 하나 이상의 회전형 스테이지가, 피검물(26)을 유지하고 이동시키기 위해, 예를 들어, 여기에서 설명되는 다양한 운동 패턴들 중 하나 이상을 달성하기 위해, 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있을 것이다.
피검물(26)은, 많은 실시예에서, 예를 들어, 생체 조직과 같은, 생체 조직일 수 있지만; 임의의 다른 적당한 요소, 물품 또는 물체가 특정 요구에 따라 사용될 수 있을 것이다. 조직은 절단 도구(16)에 의해 얇은 절편들로 절단될 수 있는 가운데, 이미징 시스템(10)에 의해 동시에 이미지화될 수 있을 것이다. 생체 조직은, 절단이 요구되는 뼈, 뇌, 심장, 피부, 근육 또는 임의의 다른 생체(식물, 동물, 등) 재료와 같은, 임의의 유기 재료일 수 있을 것이다. 대안적으로, 피검물(26)은, 이미징 시스템(10)을 사용하여 절단되거나, 검사되거나, 또는 그렇지 않으면 시험되는, 섬유-내장 중합체들, 탄소-내장 플라스틱들, 구리, (역 설계 분야에 유익할 수 있는) 미세전자 디바이스들, 또는 임의의 다른 요소 또는 물체와 같은, 비-생체 재료일 수 있다. 이미징 시스템(10)은 휴대용일 수 있으며 그리고 추가로, 이미징 시스템(10)의 이미지화를 가능하게 하거나 또는 그렇지 않고 이미징 시스템(10)과 간섭하는, 다양한 유형의 디바이스들 및 구성요소들과 통신하도록 작동할 수 있다는 것이, 또한 예상된다.
이미징 시스템(10)은, 예를 들어 빛바램 우려가 문제인, 형광 적용에서 유익할 수 있을 것이다. 이미징 시스템(10)은, 그러한 단백질을 갖는 피검물과 연관되는 하나 이상의 특성을 지시하는 다수의 파라미터를 식별하는 역할을 하는, 생체 재료 내의 녹색 형광 단백질을 검출하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 그러한 녹색 형광 단백질의 존재의 검출은 또한, 연관된 피검물의 특정 상태를 나타낼 수 있을 것이다. 이미징 시스템(10)은 또한, 조직학적 레벨에서든 또는 (예를 들어, 전체 뇌의 절단과 같은) 대규모 기반이든, 임의의 다른 검사, 평가, 또는 감정에서 사용될 수 있을 것이다. 이미징 시스템(10)은 본질적으로, 주어진 물체, 요소 또는 피검물(26)에 대한 임의의 3차원/체적 이미지화에 적용 가능할 것이다. 부가적으로, 위상/변조 현미경 검사, 라인-스캐닝 현미경 검사, 광학 에너지를 이미징하기 위한 흡수 기술, 또는, 이미징 시스템(10)과 연관되는 기술들과 함께 사용될 수 있으며 그리고 이미징 시스템과 연관되는 기술들로부터 이익을 얻을 수 있는, 물체로부터의 이미지에 관한 데이터를 수집하도록 또는 그렇지 않으면 캡처하도록 작동할 수 있는 임의의 다른 광학 이미징 시스템이 예상된다.
절단 분쇄기(34: sectioning mill)가 또한 도 1a에 도시되며 그리고 피검물(26)의 절단을 용이하게 하기 위해 브리지(32) 상에 선택적으로 제공될 수 있을 것이다. 절단 분쇄기(34)는, 이미징 시스템(10)을 사용하여 감정될 피검물(26)과 같은 물체를 2개 이상의 부분으로 절단하도록 또는 그렇지 않으면 분리하도록 작동할 수 있을 것이다. 브리지(32)는 절단 분쇄기(34)를 (예를 들어, 현가장치를 통해) 지지하며 그리고, 절단 분쇄기가 피검물(26)의 절단이 일어나고 있지 않을 때 경로 밖에 배치될 수 있도록, 절단 분쇄기(34)에 슬라이딩 능력을 제공할 수 있을 것이다. 브리지(32)는, 브리지가 이미징 시스템(10)에 최소의 간섭을 제공하는 상태로 배치되도록, 베이스(18)에 결합될 수 있을 것이다.
도 1b는, 많은 실시예에 따른 이미징 시스템(10)과 연관되는 일련의 단계들을 예시하는 흐름도를 도시한다. 제1 단계(100)에서, 광학 에너지가 라인 생성기(14)에 의해 생성될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 라인 생성기(14)는, 절단될 피검물(26)이 부분을 향해 유도되는 대략 20 내지 40 미크론의 폭을 갖는 레이저 빔을 생성하지만; 피검물(26)을 향해 전파되는 임의의 다른 적당한 광학 빔이 생성될 수 있다. 절단 도구(16)는 단계(102)에서, 광학 에너지가 피검물(26)을 향해 전파되고 있는 가운데 피검물(26)이 절단되거나 또는 그렇지 않으면 잘리게 될 수 있도록, 피검물(26)과 맞물릴 수 있을 것이다.
단계(104)에서, 도 1a를 참조하여 이상에서 설명된 것과 같은 정밀 위치 설정 시스템이, 피검물(26)의 정확한 절단을 유효하게 하기 위해 구현될 수 있을 것이다. 정밀 위치 설정 시스템은 전자적으로 또는 디지털 방식으로 제어될 수 있으며 그리고 일부 실시예에서 피검물(26)을 0.1 내지 10 미크론 정도의 매우 얇은 절편들로 절단하도록 작동할 수 있으나; 임의의 다른 적당한 절단이, 여기에서 설명되는 정밀 위치 설정 시스템의 사용과 더불어, 달성될 수 있을 것이다.
단계(106)에서, 광학 에너지가, 절단 도구(16)의 광학 프리즘으로부터 광학 요소(12)를 향해 반사될 수 있을 것이다. 동반하는 광학 프리즘을 갖는 절단 도구(16)의 사용은, 후방 산란, 즉 절단되고 있는 부분 바로 아래의 피검물(26)의 부분과 연관되는 원치 않는 데이터의 수집이, 감소하게 되거나 또는 그렇지 않으면 방지되는 것을 보장할 수 있을 것이다. 광학 요소(12)는 단계(108)에서, 피검물(26)이 절단 도구(16)에 의해 절단되고 있는 가운데, 반사된 광학 에너지를 받아들일 수 있을 것이다.
많은 실시예에 따르면, 광학 요소(12) 내부의 슬릿-스캔 카메라의 렌즈들이, 프리즘에 의해 반사되는 그리고 단계(110)에서 절단되는 피검물(26)의 부분에 관련되는 광학 에너지를 받아들인다. 대물렌즈는, 반사된 광학 에너지를 릴레이 렌즈 상으로 집중시키도록 작동할 수 있으며; 릴레이 렌즈는, 반사된 광학 에너지를, 단계(112)에서 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 선형 어레이 센서(38)로 전송한다. 일단 반사된 광학 에너지가 선형 어레이 센서들(38)에 존재하게 되면, 반사된 광학 에너지는 다수의 방식으로 추가로 처리될 수 있을 것이다.
많은 실시예에 따르면, 디스플레이가 단계(114)에서 제공된다. 디스플레이는, 절단되고 시험되는 피검물(26)의 부분에 대한 종합적인 예시를 제공하기 위해, 하나 이상의 선형 어레이 센서(38)에 의해 유지되는 캡처된 이미지들 받아들이고 활용할 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 조합으로, 하나 이상의 선형 어레이 센서(38)는, 프로세서 또는, 부가적인 처리, 수정 또는 다음 목적지로의 통신을 위한, 임의의 다른 적당한 구성요소에 연결될 수 있을 것이다. 광학 에너지는, 절단 도구(16)가 분석될 피검물(26)의 부분을 절단하도록 작동할 때, 절단 도구(16)의 표면에서 반사될 수 있을 것이다. 예시의 목적으로, 피검물(26)은, 체적 데이터 수집이 그에 대해 추구되는, 쥐 뇌(mouse brain)를 포함할 수 있을 것이다. 쥐 뇌는, 피검물(26)의 부분의 체계적으로 제거할 수 있는 복수의 절편을 위한 준비에서, 플라스틱 블록 내에 내장될 수 있을 것이다. 광학 요소(12) 내에 제공되는 슬릿-스캔 카메라는, 0.625 밀리미터의 연관된 시야(절단 도구(16) 팁 폭)를 갖는 40x 대물렌즈를 포함할 수 있을 것이다.
작동시, 예시의 쥐 뇌의 복수의 스트립(일 예에서 대략 0.625 밀리미터 폭과 13 밀리미터의 길이)이, "밭-갈기(field-plowing)"와 유사한 시나리오로, 즉 구불구불한 패턴을 따르도록, 각각의 Z-축 승강기 스테이지(24) 높이에 대해 절단될 수 있을 것이다. 6 밀리미터의 플라스틱 블록 높이에 대해, 각각 대략 0.5 미크론 두께인 대략 12,000개의 피검물(26)의 절편이 절단될 수 있지만, 이러한 절편들은 대안적으로, 특정 요구에 따라 임의의 다른 적당한 형태로 절단될 수 있을 것이다. 이상에 설명된 바와 같은, 정밀 위치 설정 시스템들은, 시험될 쥐 뇌의 매우 정확한 절단을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있을 것이다.
일단 광학 에너지가 절단되고 있는 쥐 뇌의 층에서 반사되면, 작동 중인 광학 요소(12)는, 반사된 에너지를 광학 렌즈들의 세트에 의해 포획할 수 있으며, 광학 렌즈들은 이어서 절단되고 있는 부분을 하나 이상의 선형 어레이 센서(38) 상에 이미지화한다. 선형 어레이 센서들(38)은, 절단 도구(16)의 에지에 부분의 이미지를 투사하거나 또는 그렇지 않으면 디스플레이할 수 있으며, 또는 대안적으로 추가적인 처리를 위해 또는 원격 위치에서의 디스플레이를 위해 정보를 전송할 수 있을 것이다. 선형 어레이 센서들(38)은 이하에서, 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 2는, 하나 이상의 선형 어레이 센서(38) 및 렌즈들의 세트(40)를 포함하는, 이미징 시스템(10)의 부가적인 상세도를 도시한다. 선형 어레이 센서들(38) 및 렌즈들(40)은, 피검물(26)의 이미지화를 가능하게 하기 위해 광학 요소(12) 내부에 포함될 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 조합으로, 이러한 구성요소들은, 적절한 경우 그리고 특정 요구에 따라, 광학 요소(12) 외부에 놓일 수 있을 것이다.
많은 실시예에 따르면, 선형 어레이 센서(38)는, 이미지화될 피검물(26)의 부분에 의해 반사되는 광학 에너지를 받아들일 수 있을 것이다. 일반적으로, 피검물(26)의 특정 절편이, 이 절편이 절단 도구(16)에 의해 절단될 때, 하나 이상의 선형 어레이 센서(38) 상에 이미지화될 수 있다. 이미지화될 피검물(26)의 특정 절편은, 밴드(42)로서 예시된다.
피검물(26)로부터의 단일 라인의 조직이, 선형 어레이 센서(38) 내부의 단일 어레이 상에 이미지화될 수 있을 것이다. 선형 어레이 센서들(38)은, 절단 도구(16)의 팁에서 라인 생성기(14)에 의해 조명되는 일련의 라인들을 검출하도록 작동할 수 있을 것이다. 슬릿-스캔 카메라는, (그 자체로 또는 렌즈(40)와 같은 동반하는 부가적인 구성요소들과 함께) 광학 요소(12) 내부에 포함될 수 있으며, 그리고 피검물(26)과 연관되는 복수 라인의 데이터를, 복수의 (평행일 수 있는) 선형 어레이 센서들(38) 상에, 이미지화할 수 있을 것이다. 피검물(26)의 조직이 이동함에 따라, 또는 절단 도구(16)가 피검물(26)의 부분을 절단함에 따라, 이미지 데이터가, 이미지 데이터가 추가로 처리되거나, 저장되거나, 또는 디스플레이될 수 있는, 선형 어레이 센서들(38)에 연결되는, 등록기(register)로 동기식으로 이동하게 될 수 있다. 이러한 프로세스는, 이미지화될 피검물(26)의 후속 라인 또는 영역에 대해 진행하기 이전에, 표적 영역을 100회 이미지화하도록 하는, 절단되는 피검물(26)의 부분의 동일한 라인에 대한 더 높은 가시성을 허용할 수 있다.
밴드(42)는, (가능하게는 광학 요소(12) 내부의 선형 어레이 센서들(38)을 따라) 동반하는 현미경의 렌즈들(40)에 의한 초점에 놓이게 될 수 있다. 많은 실시예에 따르면, 광학 요소(12) 내부의 슬릿-스캔 카메라는 피검물(26)의 영역을 대략 초당 44,000번의 속도로, 즉 새로운 라인이 일 실시예에서 반복적으로 그리고 일정한 진행으로 샘플링되도록, 샘플링하지만; 적절한 경우에 임의의 다른 적당한 샘플링 프로토콜(protocol)이 사용될 수 있을 것이다. 축 스테이지들(Y 또는 Z) 중 어느 하나의 운동에 의한 인덱싱 이후에, X-축 샘플링은, 도 1a를 참조하여 이상에 설명된 바와 같은, X-축 스테이지(20)의 운동과 동기화될 수 있으며, 또는 대안적으로 절단 도구(16)의 운동과 또는 더욱 직접적으로 피검물(26)과 동기화될 수 있을 것이다.
렌즈들(40)은, 많은 실시예에 따라, 대물렌즈 및 튜브렌즈를 포함할 수 있을 것이다. 대물렌즈는, 밴드(20)에서의 피검물(26)의 이미지를 선형 어레이 센서(38) 상으로 초점 맞춤하도록 작동할 수 있을 것이다. 건식 대물렌즈들이 공기 중에서의 절단과 같은 적용들을 위해 사용될 수 있다는 것이 예상되며; 대안적으로 또는 조합으로, 피검물(26)의 절단이, 기름, 물 하에서의, 냉동된 피검물들, 가압된 피검물, 또는 3차원 이미지화가 추구되는 임의의 다른 적당한 환경에 존재하는 임의의 다른 적절한 요소 또는 물체와 연관될 수 있다는 것이 예상된다. 대물렌즈는, 밴드(42)에 나타나는 피검물(26)의 부분에 의해 반사되는 이미지화된 평행 광선을 튜브 렌즈 상으로 전달할 수 있을 것이다. 튜브 렌즈는, 릴레이로서 작동할 수 있으며 그리고 평행 광선을 선형 어레이 센서(38)에 의해 받아들여지게 될 이미지 내로 다시 전달할 수 있을 것이다. 이러한 렌즈들(40) 사이의 광학적 매칭 프로세스는, 많은 실시예에 따라 무한한 광학적 구성요소들과 연관될 수 있을 것이다.
도 3은 절단 도구(16)의 위치 설정에 관련되는 부가적인 세부사항을 도시하는 도식적 측면도이다. 각도(a)는 절단 도구(16)의 팁에 대한 틈새각을 나타낸다. 각도(a)는, 피검물(26)의 표면과 평행한 수평선에 대해 대략 2° 내지 10°일 수 있지만; 적절한 경우, 임의의 다른 적당한 틈새각이 사용될 수 있다. 부가적으로, 피검물(26)의 절단을 유효하게 하기 위한 절단 도구(16)의 배치를 나타내는, 경사각(b)이 제공된다. 경사각(b)은 많은 실시예에 따라 대략 30° 내지 50°일 수 있지만; 특정 요구에 따라, 임의의 다른 적당한 배치 각도가 사용될 수 있다. 많은 실시예에 따르면, 이러한 각도들은, 피검물(26)로부터 얇은 층을 절단하도록 작용한다. 이상에 설명된 바와 같이, 이러한 개시된 각도들(a 및 b)은 단지 예시의 목적으로 제공되며, 각도들은 양자 모두 특정 요구에 따라 상당히 변할 수 있을 것이다.
도 3은 또한, 광학 시스템(12)에 대한 광학 축을 나타내는 파선(46)을 예시한다. 파선(46)은, 나이프(16)가 피검물(26)로부터 조직의 층을 절단하도록 작용할 때, 밴드(42)로 지향하게 된다. 많은 실시예에 따르면, 절단되는 피검물(26)의 층은 대략 0.1 내지 10마이크로미터의 두께이며, 이러한 층은, 층이 절단될 때, 동시에 이미지화된다.
도 4는, 피검물이 절단되기 이전의 피검물(26)의 표면에 수직으로 배치되는 것과 같은, 라인 생성기(14)를 포함하는 이미징 시스템(10)을 도시한다. 라인 생성기(14)는, 광학 시스템(12)에 의해 이미지화되고 있는 밴드(42)를 향해 유도되는 광학 에너지를 생성하도록 작동할 수 있을 것이다. 광학 에너지는, 밴드(42)에서 반사될 수 있으며, 그리고 피검물(26)의 표적 층의 이미지화에 영향을 미치도록 광학 요소(12)에 의해 받아들여지거나 또는 그렇지 않으면 포획된다. 도 4에 도시된 이미징 시스템(10)은, 라인 생성기(14)의 변화된 배치를 제외하고, 도 1a의 이미징 시스템(10)과 같은 동일한 방식으로 정밀하게 작동할 것이다.
도 5는, 라인 생성기(14)와 광학 요소(12) 사이에 배치될 수 있는 프리즘(50)을 포함하도록 약간 수정된, 이미징 시스템(10)을 도시한다. 많은 실시예에 따르면, 프리즘(50)은, 상이한 방향으로부터 들어오는 광학 에너지가 직접적으로 프리즘(50)을 통해 통과하는 가운데, 일 방향으로부터의 광학 에너지가 반사 표면(52)에서 반사되도록 허용하는 일-방향 투과성 거울로서 역할을 하도록 작동할 수 있을 것이다. 프리즘(50)은, 반사 표면(52)을 향해 전파되는 라인 생성기(14)에 의해 생성되는 광학 에너지를 반사시키도록 작용할 수 있는 반사 표면(52)을 포함할 수 있을 것이다. 광학 에너지는 반사 표면(52)에서 반사될 수 있으며 그리고 광학 요소(12)를 경유하여 피검물(26)의 밴드(42)를 향해 전달될 수 있을 것이다. 광학 에너지는, 밴드(12)에서 반사될 수 있으며 그리고 광학 요소(12)로 다시 전달될 수 있으며, 이어서 광학 요소에서 광학 에너지가 프리즘(50)으로 전달된다. 프리즘(50)에서, 광학 에너지는, 잠재적인 처리 또는 추가적인 검토를 위해, 반사 요소(52)를 통과하여 디스플레이 상으로 전달된다. 작동 중에 도 5에 도시된 이미징 시스템(10)은 일반적으로, 프리즘(50)의 부가 및 라인 생성기(14)의 변경된 배치를 제외하고, 도 1a의 이미징 시스템(10)과 동일하게 기능한다.
도 6은 많은 실시예에 따른 이미징 시스템(10)의 처리 구성요소를 도시하는 블록도이다. 도 6은, 스펙트럼 내부에 복수의 색상을 생성하는 복수의 광학적 소스로서 역할을 하는, 여러 개의 레이저 빔, 예를 들어 3개의 레이저 빔의 사용을 도시한다. 많은 실시예에 따르면, 복수의 레이저 라인 생성기가 광학 에너지를 생성하기 위해 사용된다. 복수의 레이저의 사용은, 파장 분할 다중화를 사용하는 이미징 시스템(10)에 의한 피검물(26)의 이미지화를 허용한다. 피검물(26)의 부분을 이미지화하는 여러 레이저 빔의 경우에, 레이저 빔들은 각각, (서로 일치할 필요 없이) 연관된 파장을 가질 수 있을 것이다. 다양한 이러한 계획이 레이저 라인 생성기를, 선형 어레이 센서들(38)을 게이트 제어하는 것과 동기식으로 시간-변조하며, 그로 인해 각 레이저를 나타내는 복수의 채널이 주기를 이루도록 한다.
다중화기(62: multiplexer) 내로 공급되고 있는 것과 같은 복수의 파장을 나타내는 일련의 채널들(60)이, 도 6에 도시된다. 시준 광학 시스템(64: collimating optical system)이 다중화기(62)를 통해 복수의 채널(60)로부터 레이저 에너지를 받아들이는 것으로 나타날 수 있을 것이다. 시준 광학 시스템(64)은, 도 1a를 참조하여 이상에 설명된 바와 같은 라인 생성기(14)를 나타낼 수 있을 것이다. 시준 광학 시스템(64)에 의해 수용되는 광학 에너지는 이어서, 시험될 피검물(26)의 부분을 향해 유도될 수 있다.
피검물(26)은 광학 에너지의 일부를 반사하며, 광학 에너지는 광학 트레인 시스템(66)에 받아들여진다. 광학 트레인 시스템(66)은, 도 1a를 참조하여 이상에 설명된 바와 같은, 슬릿-스캔 카메라, 렌즈들(40), 및 선형 어레이 센서들(38)과 같은 구성요소들을 포함할 수 있을 것이다. 광학 트레인 시스템(66)은 복수의 레이저 빔에 의해 생성되는 광학 에너지의 일부를 수용한다. 광학 에너지는 광학 트레인 시스템(66)으로부터 역다중화기(68: demultiplexer)로 전달될 수 있을 것이다. 광학 에너지가 역다중화된 이후에, 광학 에너지는, 선형 어레이 센서들(38)과 유사한, 일련의 선형 어레이 센서들(70)로 전달될 수 있을 것이다. 따라서, 많은 실시예에 따르면, 파장 한정된 채널들이, 선형 어레이 센서들(70)을 물리적으로 분리하기 위해 보내진다. 단일 센서 어레이들이, 이미지화될 피검물(26)의 부분에 관련되는 데이터 수집 도중에 채널 색상들이 분류되거나 또는 그렇지 않으면 필터링되도록, 선형 어레이 센서들(70) 내부에 사용될 수 있을 것이다. 따라서, 도 6에 도시되는 실시예가, 많은 실시예와 함께 사용될 파장 분할 다중화(WDM) 접근법을 수반하는, 여러 광학 에너지 소스 또는 생성기의 사용과 함께 이미지 데이터를 처리하는 대안적인 방식을 제안한다는 것을, 인식해야 할 것이다. 비록 여러 실시예들이 상세하세 도시되고 설명되었지만, 다양한 치환들 및 변경들이 본 개시로부터 벗어남 없이 본 개시 내에서 이루어질 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 예를 들어, 비록 이미징 시스템(10)이 생체 절단에 적용 가능한 것으로서 설명되지만, 본 개시는, 조직학(histology), 임상적 조직병리학(clinical histopathology) 과 같은 영역들에서의 적용들, 직물들 및 플라스틱과 같은 산업적 적용들, 그리고 특성들, 성질들, 상태들 또는 매개변수들이 발견되도록 추구되는 임의의 다른 표면 또는 층에 대한 적용들을 제공한다. 그러한 이미지 스캐닝은 또한, 생물학적 연구, 더욱 구체적으로 유전자 발현 연구에 특히 유익할 수 있을 것이다. 부가적으로, 세포들의 착색(staining)을 수반하는 적용들이, 본 개시의 시스템들 및 방법들의 사용과 함께 실질적인 성공을 즐길 수 있을 것이다.
부가적으로, 비록, 특정 각도들에서의 또는 특정 위치들에서의 구성요소들의 배치를 참조하여 설명되었지만, 광학 요소(12), 라인 생성기(14), 및 절단 도구(16)의 임의의 적당한 배열 또는 배치가, 본 개시의 범위로부터 벗어남 없이, 이루어질 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 본 개시의 교시로부터 벗어남 없이, 복수의 라인 생성기(14), 및 (복수의 층을 동시에 절단하는) 복수의 에지 절단 도구(16) 및 복수의 광학 요소(12)의 사용이 예상된다. 부가적으로, 파장 분할 다중화(WDM)의 사용, 또는 여러 광학 에너지 생성기를 사용할 수 있는 임의의 다른 프로세싱 또는 전송 기술들이, 또한 예상된다.
정밀 X-축 스테이지(20), Y-축 스테이지(22), 및 Z-축 스테이지(24)는, 절단된 피검물(26)의 이미지화와 동시에, 장착된 피검물(26)을 이동시키기 위해, 조합으로 사용될 수 있을 것이다. 임의의 이동이 마이크로톰(16)과 피검물(26) 사이의 상대적인 이동일 수 있지만, 마이크로톰(16)은 전형적으로, 이동하는 장착된 피검물(26)에 대해 고정형일 것이다. 이러한 3-차원 스테이지들의 정밀하고 조화된 운동은, 공지의 이미징 시스템들에 의해 불가능한, 다수의 슬라이싱 기술들을 가능하게 한다. 마이크로톰(16) 및 장착된 피검물(26) 양자 모두를 이동시키는 것의 조합 또는 장착된 피검물(26)을 고정 상태로 유지하는 가운데 마이크로톰(16)을 이동시키는 것과 같은, 2차원 이상의 다른 상대적인 이동이 또한 예상된다.
선형 운동 전략
피검물(26)은 많은 방식으로 선형으로 이동하거나 또는 병진하게 될 것이다. 피검물(26)이 이동하게 되는 속도는, 많은 이유를 위해, 일정하거나 또는 (예를 들어 증가하는 속도, 감소하는 속도, 또는 이들 양자 모두로) 변화될 수 있을 것이다.
첫째, 피검물(26)은, 선형 절편들을 생성하기 위해 단일 축에서 이동하게 될 수 있다. 이러한 절편들은, 통상적인 마이크로톰에 의해 취해지는 절편들과 유사하다. 도 8a는, 피검물(26)을 절단하기 위해 고정형 마이크로톰(16)에 대항하여 (화살표(80)에 의해 도시되는 바와 같이 오른쪽을 향해) 단일 축에서 이동하게 되는 피검물(26)의 예를 도시한다.
둘째, 피검물(26)은, 단일 축에서 그리고 선형 절편의 길이를 따라 가변적인 속도로 이동하게 될 수 있다. 이러한 절편들은, 경험있는 조직학자의 기록된 스트로크를 모방할 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 조합으로, 선형 절편을 따르는 속도의 변화는, 절단 경로를 따라 피검물의 재료 특성들에 순응할 수 있을 것이다. 도 8a는, 피검물(26)을 절단하기 위해 고정형 마이크로톰(16)에 대항하여 (화살표(80)에 의해 도시되는 바와 같이 오른쪽을 향해) 단일 축에서 이동하게 되는 피검물(26)의 예를 도시한다.
셋째, 피검물(26)은 2개의 축에서 그리고 특히 x-축 및 z-축에서 선형으로 이동하게 될 수 있을 것이다. 이러한 x-z 평면에서의 조화된 운동은, 절단 도구의 상대적인 경사각 및 틈새각이 2개의 축의 조화된 운동의 함수인, 통상적인 마이크로톰을 뛰어 넘는 상당한 이점을 제공할 수 있다. 이는, 나이프와 블록 사이의 상대적인 운동이 절편의 경사각 및 틈새각 세트를 생성할 때, 조절 가능한 경사각을 갖는 나이프 홀더에 대한 필요성을 최소화하거나 제거할 수 있을 것이다. 도 8b는, 도 8a는, 피검물(26)을 절단하기 위해 고정형 마이크로톰(16)에 대항하여 (화살표(82)에 의해 도시되는 바와 같이 상향으로 그리고 오른쪽을 향해) 2개의 축에서 이동하게 되는 피검물(26)과 함께, 이러한 운동의 개략도를 도시한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 장착된 피검물(26)은, 균일한 절단 각도를 제공하기 위해 2개의 축에서 일정한 속도로 이동하게 된다. 장착된 피검물(26)은, 예를 들어 이상에 설명된 목적(들)을 위해 절단 경로를 따라 일정한 속도로 또는 가변적인 속도로 이동하게 될 수 있을 것이다.
넷째, 피검물(26)은, 2개의 축에서 그리고 특히 x-축 및 y-축에서 선형으로 이동하게 될 수 있을 것이다. 이러한 x-y 평면에서의 조화된 운동은, 평면에서의 블레이드 카트리지의 각도 오정렬이 간단하게 정정될 수 있는, 통상적인 마이크로톰을 뛰어 넘는 상당한 이점을 제공할 수 있다. 유사하게, 이러한 접근법은, 나이프 홀더에서 블레이드 "편요각(yaw)" 정정에 대한 필요성을 제거할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 마이크로톰(16)은, y-방향에서 피검물(26)보다 상당히 더 길수 있으며 그리고 마이크로톰(16)은 y-방향을 따라 하나 이상의 불완전부(imperfection)를 구비할 수 있을 것이다. 그리고, 피검물(26)은, 적어도 불완전부를 갖는 마이크로톰(16)의 부분이 인위적 산물의 생성을 감소시키도록 피검물(26)을 절단하기 위해 사용될 수 있도록, 이동하게 될 수 있다. 장착된 피검물(26)은, 예를 들어 이상에 설명된 목적(들)을 위해 절단 경로를 따라 일정한 속도 또는 가변적인 속도로 이동하게 될 수 있을 것이다.
다섯째, 피검물(26)은, 3개의 축 모두에서, 즉 x-축, y-축 및 z-축에서, 조화된 방식으로 선형으로 이동하게 될 수 있을 것이다. 이러한 접근법은 기능적으로, 2가지 상기한 접근법의 융합이다. 이러한 접근법은, 2가지 상기한 접근법 양자 모두의 이점들을 구비하며 그리고 조절 가능한 구성요소를 갖지 않는 근본적으로 단순한 나이프 홀더 설계를 허용할 수 있으며, 더불어 블레이드 카트리지 조립체 상에 단지 느슨한 허용 공차를 상정한다. 장착된 피검물(26)은, 예를 들어 이상에 설명된 목적(들)을 위해 절단 경로를 따라 일정한 속도 또는 가변적인 속도로 이동하게 될 수 있다.
원통형/회전형 운동 전략
피검물(26)은 회전형 또는 원통형 방식으로 이동하게 되거나 또는 많은 방식으로 회전하게 될 수 있을 것이다. 2가지 예시적인 원통형 운동 전략이 이하에 설명된다. 일한 슬라이싱 전략을 논의함에 있어서, 원형 곡선이 진행하는 평면은, 나머지 축들에 대한 운동들의 논의 없이 기술된다. 이러한 운동들은 다른 운동 유형들과 조합될 수 있다. 피검물(26)이 이동하게 되는 속도는, 많은 이유를 위해, 일정하거나 또는 (예를 들어 증가하는 속도, 감소하는 속도, 또는 이들 양자 모두로) 변화될 수 있을 것이다.
제1 운동 전략에서, 피검물(26)은, 도9에 도시된 x-z 축들에서 원통형으로 이동하게 될 수 있을 것이다. 이러한 절단 운동은, 단일 절편을 동반하는 다수의 경사각 설정들에 대한 동시적인 탐구를 허용할 수 있을 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 원통형 절단 도중에, 나이프(16)는, 피검물(26)이 곡선형 화살표(84)에 의해 지시되는 방향으로 원통형으로 이동함에 따라, 연속적인 경로에서 (예를 들어, 각도들(α1 및 α2)을 포함하는 다수의 상이한 경사각들(α)을 통과할 것이다. 취해지는 이러한 궤적의 절편에 뒤따라, 임의의 수의 방법들에 의한 절편 또는 블록 표면 현미경 시험이, 양호한 이미징 특성들을 갖는 절편의 영역들을 결정할 수 있을 것이다. 이러한 위치는 결국, 미래의 절편들에 적용될 수 있는 최적의 경사각을 부호화(encode)한다.
제2 운동 전략에서, 피검물(26)은, 도9에 도시된 x-y 축들에서 원통형으로 이동하게 될 수 있을 것이다. 이러한 절단 운동은, 다수의 상이한 시나리오에서 사용될 수 있다. 이러한 절단 운동은, 상기한 것에 유사하게, 대신 단일 절편을 사용하여 다수의 공격 각도를 탐구하도록 사용될 수 있다. 다시 현미경 검사가, 위치 및 블레이드-편요각에 대한 상응하는 최적의 파라미터를 결정하기 위해 사용될 것이다.
이러한 방법들 양자 모두는, 양의 또는 음의 곡률과 더불어, 뿐만 아니라 자체의 중심이 표본과 정렬되지 않는 원들과 더불어, 사용될 수 있다. 종종, 추종하게 되는 원의 반경은, 단지 경사각에서의 작은 변동(-10)만이 임의의 표본을 위해 필요하게 됨에 따라, 표본보다 훨씬 더 크다.
진동형 운동 전략
피검물(26)은, 많은 방식으로 진동 방식으로 이동하게 될 수 있을 것이다. 진동 운동 궤적들은, 이상에 열거된 다른 궤적들에 구성적으로 부가될 수 있는 궤적들이다. 독립적으로, 이들은 이동 방향을 나타내지 않지만, 다른 운동과 함께 사용될 때, 이들은, 절편 품질 및 후속 이미지화 선명도에 상당한 개선점을 제공할 수 있다.
그러한 진동 제어 전략의 유용한 예가, y-축에의 작은 고 주파수 진동의 부가이다. 이러한 진동은 더욱 복잡한 진동형 마이크로톰(vibratome) 나이프 설계의 거동을 모방하는 것으로 확인되었으며, 다른 축들에서의 슬라이싱 운동 도중에 측정되는 마찰을 현저하게 더 낮출 수 있으며, 그리고 채터 및 일부 작은 줄무늬 인위적 산물들을 감소시킬 수 있다. 도 10에 도시된 다른 유용한 예가, z-축에서의 더 낮은 주파수의 진동을 구비하며, 이와 더불어 복수의 절편 두께가 앞서 언급된 검사 전략들에 의해 단일 절편들 위에서 검사될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 피검물(26)은, 복수의 두께를 갖는 박편 또는 절편(88)을 생성하기 위해 진동하는 화살표(86)에 의해 지시되는 바와 같이 z-축에서 피검물(26)을 진동시키는 가운데, x-축에서 마이크로톰(16)을 향해 이동하게 될 수 있을 것이다. 진동들은, 예를 들어, 50 Hz 내지 20 kHz의 주파수로 존재할 것이다.
복합 운동 전략
3-차원 정밀 스테이지가 피검물(26)을 이동시킬 수 있는, 3차원 및 시간에서의 다수의 조화된 운동들 및 운동 경로들이 부가적으로 존재한다. 그러한 운동 경로들은, 상기한 전략들 중 하나 이상의 복합물일 수 있을 것이다. 운동 경로들에 대한 뒤따르는 예들은, 유용한 것으로 확인되었다.
첫째, 뒤따르는 순서의, 즉 (i) 감김 없이 블록의 표면에 진입시키기 위한 가파른 절단, (ii) 일관성 있는 박편을 취하기 위한 긴 선형 운동, 및 (iii) 마이크로톰 블레이드의 전방부에 대해 자유롭게 박편을 떼어내기 위한 들어올림 절단의, 3개의 연결된 선형 선분들을 갖는 궤적이, 많은 실시예에서 유용할 수 있을 것이다. 제1 선형 선분은, 제1 거리만큼 x-축에서 마이크로톰(16)에 대하여 피검물(26)을 이동시킴에 의해 그리고 동시에 제1 거리보다 더 큰 제2 거리만큼 z-축에서 마이크로톰(16)에 대하여 피검물(26)을 이동시킴에 의해, 절단될 수 있을 것이다. 제2 선형 선분은, 피검물을 z-축에서 이동시킴 없이 x-축에서 마이크로톰(16)에 대하여 피검물(26)을 이동시킴에 의해, 절단될 수 있을 것이다. 제3 선형 선분은, 제1 선형 선분이 생성되었던 경로에 대한 반대의 방식으로, 마이크로톰에 대하여 피검물(26)을 이동시킴에 의해, 절단될 수 있을 것이다. 이러한 이동 궤적은, 피검물(26)의 박편에 대한 감김의 발생을 감소시킬 수 있을 것이다.
둘째, (이상에 설명된 선형 또는 원통형 절단들과 같은) 일련의 연속적인 선형 또는 원통형 절단들이, 경사각들의 함수가 많은 실시예에서 유용할 수 있음에 따라, 재료들 및 슬라이싱 특성들을 검사하기 위해 취해질 수 있을 것이다.
셋째, 큰 블록 표면으로부터 알려진 치수의 박편들을 제공하기 위해 y-축에서 일관되게 설정되는, 일련의 연속적인 절단들이, 유용할 수 있을 것이다. 그러한 절단 부분들(90)이, 도 11a의 피검물(26)에 대한 개략도에 도시된다. 피검물(26)의 제1 층의 제1 부분이, x-축에서 절단될 수 있을 것이다. 일단 제1 층의 제1 부분이 절단되면, 피검물(26)은 제1 층의 제2 부분을 절단하기 위해 y-축에서 이동하게 될 수 있을 것이다. 이러한 프로세스는, 제1 층이 전체적으로 절단되고 이미지화될 때까지, 반복될 수 있을 것이다. 동일한 프로세스가 이후에, z-축에서 피검물(26)을 위로 이동시킴에 의해, 피검물(26)의 제2 층에 대해 반복될 수 있을 것이다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 피검물(26)의 개별적인 절단 부분들은, z-축에서 서로 정렬될 수 있을 것이다.
넷째, 상기한 바와 같은 일련의 연속적인 절단들이, 앞선 층들로부터의 슬라이싱 인위적 산물의 출현을 최소화하도록 및/또는 박편 가장자리들이 박편 층들 사이에서 중첩되지 않는 것을 보장하도록, 표면에 대해 y-축에서 가변적인 치우침을 갖는다. 그러한 절단 부분들(92)이, 도 11b의 피검물(26)에 대한 개략도에 도시된다. 피검물(26)의 제1 층의 제1 부분이 x-축에서 절단될 수 있을 것이다. 일단 제1 층의 제1 부분이 절단되면, 피검물(26)은 제1 층의 제2 부분을 절단하기 위해 y-축에서 이동하게 될 수 있을 것이다. 이러한 프로세스는, 제1 층이 전체적으로 절단되고 이미지화될 때까지, 반복될 수 있을 것이다. 동일한 프로세스가 이후에, z-축에서 피검물(26)을 위로 이동시킴에 의해, 피검물(26)의 제2 층에 대해 반복될 수 있을 것이다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 피검물(26)의 개별적인 절단 부분들은, z-축에서 인접한 층들에서 치우치게 될 수 있을 것이다.
본 개시의 실시예들은, 이상에 설명된, 절단 부분들, 절편들 또는 박편들 중 임의의 것을 생성하기 위해 정밀 3-차원 스테이지에 의해 피검물을 조작하기 위한 방법을 더 포함할 수 있을 것이다. 3-차원 스테이지는, 요구되는 운동 궤적을 생성하기 위해 사용자 입력 명령들에 의해 제어될 수 있을 것이다. 정밀 스테이지에 대한 특정 운동 궤적 지시들을 실시하는 프로세서 및 기계 판독 가능 매체가, 운동 궤적 지시를 구현하기 위해 이미징 시스템(10)에 제공될 수 있을 것이다. 프로세서 및 기계 판독 가능 매체는 또한, 구현된 운동 궤적을 기록하도록 구성될 수 있으며, 그리고 기록된 운동 궤적은, 피검물 박편 이미지의 좌표 데이터를 정정하기 위해, 예를 들어 프로세서에 의해, 반전될 수 있을 것이다.
비록 본 개시의 바람직한 실시예들이 여기에서 도시되고 설명되었지만, 그러한 실시예들은 단지 예로서 제공된다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 수많은 변형, 변경, 및 치환이, 본 개시로부터 벗어남 없이, 이제 당업자에게 일어날 것이다. 여기에서 설명된 시스템들 및 방법들의 실시예들에 대한 다양한 변형예들이 여기에서 설명되는 실시예들을 실행하는데 채택될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다. 뒤따르는 청구들은 본 개시의 범위를 한정하며 그리고 이러한 청구항들의 범위 이내의 방법들 및 구조들 그리고 그들의 균등물들이 청구항들에 의해 커버되는 것이, 의도된다.

Claims (16)

  1. 물체를 이미지화하는 방법으로서,
    물체의 부분을 절단하기 위해 절단 도구에 대하여 제1 축에 관해 물체를 이동시키는 것;
    상기 부분을 절단하기 위해 상기 절단 도구에 대하여, 상기 제1 축에 대해 수직인, 제2 축에 관해 물체를 이동시키는 것;
    물체가 상기 제1 축 및 상기 제2 축 양자 모두에 관해 이동하게 됨에 따라 상기 절단된 부분의 이미지를 생성하는 것
    을 포함하며,
    물체는 상기 제1 축 및 상기 제2 축에 관해 동시에 이동하게 되는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부분을 절단하기 위해 상기 절단 도구에 대하여, 상기 제1 축 및 상기 제2 축 양자 모두에 대해 수직인, 제3 축에 관해 물체를 이동시키는 것을 더 포함하며, 그리고
    물체는, 상기 제1 축, 상기 제2 축 및 상기 제3 축에 관해 동시에 이동하게 되는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제3 축은, 상기 절단 도구의 절단 에지의 길이에 대해 수직이며 그리고 상기 절단 도구의 몸체의 폭에 대해 수직인, Z-축을 포함하는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 축은, 상기 절단 도구의 절단 에지의 길이에 대해 수직이며 그리고 상기 절단 도구의 몸체의 폭을 따라 놓이는, X-축을 포함하는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 축은, 상기 절단 도구의 절단 에지의 길이를 따라 놓이며 그리고 상기 절단 도구 몸체의 폭에 대해 수직인 Y-축, 또는 상기 절단 도구의 상기 절단 에지의 길이에 대해 수직이며 그리고 상기 절단 도구의 몸체의 폭에 대해 수직인 Z-축을 포함하는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단 도구는 이동하게 되는 물체에 대해 고정형인 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 에너지를 상기 절단 도구 밖으로 그리고 물체의 상기 부분을 통해 유도하는 것; 및
    유도된 광학 에너지를, 상기 부분에 연관된 이미지에 관한 데이터가 상기 광학 요소에 전달되도록, 상기 부분이 절단되는 가운데, 상기 광학 요소에 받아들이는 것
    을 더 포함하는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 광학 요소 카메라를 포함하는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 광학 에너지를 상기 절단 도구의 근위 단부에 제공하는 것 및, 상기 절단 도구에 의해 제공된 광학 에너지를 상기 절단 도구의 상기 근위 단부로부터 말단 단부로 내부적으로 반사시키는 것을 더 포함하며,
    광학 에너지를 상기 절단 도구 밖으로 유도하는 것은, 상기 내부적으로 반사된 광학 에너지를 상기 말단 단부 밖으로 유도하는 것을 포함하는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 축을 따라 물체를 이동시키는 것은, 제1 거리만큼 물체를 이동시키는 것을 포함하며, 그리고 제2 축을 따라 물체를 이동시키는 것은, 상기 제1 거리와 상이한 제2 거리만큼 물체를 이동시키는 것을 포함하는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 작은 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체가 동시에 상기 제1 축 및 상기 제2 축을 따라 이동하게 됨에 따라, 상기 절단 도구의 바닥 표면에 대한 물체의 상부 표면의 각도를 변경하는 것을 더 포함하는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 축을 따라 물체를 이동시키는 것은, 상기 제2 축을 따라 물체를 진동시키는 것을 포함하는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체는, 상기 절단된 부분이 변화하는 두께를 갖도록, 상기 제2 축을 따라 진동하게 되는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체는, 물체의 상기 부분에 제1 방향으로의 제1 급격한 절단부를 생성하기 위해, 물체의 상기 부분에 제2 평평한 절단부를 생성하기 위해, 그리고 물체의 상기 부분에 상기 제1 방향과 반대의 제2 방향으로 제3 급격한 절단부를 생성하기 위해, 동시에 상기 제1 축 및 상기 제2 축에 관해 이동하게 되는 것인, 물체를 이미지화하는 방법.
  16. 시스템으로서,
    제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하기 위한 명령들을 실시하는, 프로세서 및 유형의 매체를 포함하는 것인, 시스템.
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