WO2002082160A1 - Microscope numerique - Google Patents

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WO2002082160A1
WO2002082160A1 PCT/FR2002/001240 FR0201240W WO02082160A1 WO 2002082160 A1 WO2002082160 A1 WO 2002082160A1 FR 0201240 W FR0201240 W FR 0201240W WO 02082160 A1 WO02082160 A1 WO 02082160A1
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WO
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microscope according
blade
optical
objective
slot
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PCT/FR2002/001240
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Gérard Brugal
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Universite Joseph Fourier
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/34—Microscope slides, e.g. mounting specimens on microscope slides

Definitions

  • the present invention relates to instrumentation in the field of microscopy. More particularly, the present invention relates to the production of a microscope intended to be used as an observation and measurement instrument.
  • the microscope is used in many applications both for observation and for measurement by analysis of microscopic images in biology and medicine. Since its conception, the microscope has essentially evolved in terms of the quality of the optics, allowing an improvement in the depth of field, the size of the field observed and the correction of lens errors. However, it remains dedicated to direct observation by an observer.
  • Such a localized and sedentary nature of microscopy is further accentuated by an initial step of detecting the location of the objects to be observed within the sample. This preliminary step requires the exploration of the entire available sample and cannot be done remotely.
  • the images obtained are images preselected by an observer as part of a specific therapeutic or diagnostic approach. Carrying out a new approach often requires a new analysis of the sample.
  • the present invention therefore aims to provide a microscope which overcomes the problems described above.
  • the present invention aims to propose such a microscope which provides images of optimal and defined quality.
  • the present invention also aims to propose such a microscope which provides reproducible images.
  • the present invention also aims to propose such a microscope which provides complete and / or partial images of a preparation.
  • the present invention also aims to propose such a microscope which can be used both as an observation device and as a measuring instrument.
  • the present invention also aims to propose such a microscope, the adjustments of which are carried out either autonomously or on command of the observer.
  • the present invention also aims to propose such a microscope suitable for being used remotely independently or controlled.
  • the present invention provides a microscope comprising at least one optical device for magnifying a preparation slide placed on a rectangular slot so that the entire length of the slide at least partially covers the length of the slot, the width of the slot being less than that of the blade, further comprising: means for moving the optical device in the direction of the length of the slot over this entire length; a blade holder for moving the blade across the width of the slot over the entire width of the blade; a digital camera associated with the optical device; and a means of reconstructing a partial or complete image of the blade, from the succession of rows and columns filmed by the camera during the movements of the device and the blade holder.
  • the at least one optical device comprises first and second integral parts, suitable for passing, respectively, under and above the rectangular slot during movement of the device, the first part comprising at least one lighting device and the second part comprising at least one objective placed on the optical axis defined by the lighting device and the slot.
  • the device for lighting the first part comprises at least one light source.
  • At least one light source is mounted on the optical device.
  • at least one light source is external to the device and an optical fiber brings in the first part of the optical magnification device the beam emitted by the source.
  • At least one light source is a continuous source.
  • At least one light source is a pulsed source.
  • the lighting device further comprises a converging lens, fixed in the first part of the optical magnification device, whereby it results that a light beam coming from the light source is condensed towards the slit.
  • the lighting device further comprises a diaphragm interposed between the lens and the slot.
  • the second part of the optical magnification device comprises a plurality of objectives and a selection means suitable for placing a single objective on the optical axis.
  • the selection means comprises a controllable stepping motor capable of moving perpendicularly to the optical axis a drawer containing the plurality of objectives.
  • the second part of the optical device also comprises an auto-focusing means for moving the objective on the optical axis.
  • the auto-focusing means comprises a laser diode placed on the optical axis above the objective, an associated piezoelectric element, to the objective and controlled by the means of reconstruction.
  • the means for moving the optical magnification device comprises at least one servo element actuated by a controllable stepping motor.
  • the microscope comprises two optical magnification devices, a first high magnification device and a second low magnification device, each device being associated with its own means of movement.
  • the blade holder is rectangular and has a U shape with a length at least equal to that of a blade.
  • a servo element connects an abutment part of a blade in the blade holder to a stepping motor controllable by the reconstruction means.
  • the blade holder further comprises a fixed part supporting a target.
  • the means for moving the optical device and the blade holder for moving the blade provide their position in real time by means of reconstruction.
  • the digital camera is a CMOS camera.
  • the digital camera associated with the optical magnification device is placed in the second part of the latter.
  • the second part further comprises means for transmitting to the digital camera the light beam leaving the lens.
  • the transmission means is an i-transparent blade.
  • a diaphragm is interposed between the semi-transparent plate and the digital camera.
  • FIG. 1 schematically illustrates a microscope according to the present invention
  • Figure 2 illustrates, in top view, a support element of a microscopic preparation according to the present invention
  • FIG. 3 schematically illustrates a read head of a microscope according to the present invention
  • Figure 4 schematically and partially illustrates an embodiment of the present invention.
  • a microscope according to the invention essentially comprises an element suitable for receiving a slide (not shown) or “slide holder”, at least one optical magnification device or “read head”, and a reconstruction means. The structure and cooperation of these three elements will emerge from the following description of FIGS. 1 to 4.
  • Figure 1 is a schematic and partial perspective view of the internal structure of a microscope according to the invention.
  • a rectangular blade holder 1 rests on a substantially horizontal plate or plate 2.
  • the plate 2 has a rectangular slot 3.
  • the length of the slot 3 is at least equal to that of the blade holder 1.
  • the width of the slot 3 is on the other hand less than that of a blade.
  • the axis defined by the width of the slot 3 will be designated by X below and the axis defined by the length of this slot will be designated by Y.
  • Z will denote the axis perpendicular to the XY plane.
  • the blade holder 1 is placed parallel to the slot 3, above the latter, so that their lengths overlap. Plate 2 is fixed, as shown in the figure
  • the blade holder 1 by making it integral with a fixed base 4.
  • the blade holder 1 is movable relative to the plate 2 along the axis X.
  • the mobility of the blade holder 1 relative to the plate 2 is symbolized in FIG. 1 by castors 5.
  • the movement of the blade holder 1 above the slot 3 takes place over at least the entire width of a blade. In this way, all the points of a blade can be placed above the slot 3.
  • the successive positions of the blade holder 1 are provided by means of reconstruction (not shown). Preferably, the latter controls the movement of the blade holder 1.
  • the microscope according to the present invention also comprises an optical magnification device or read head 6.
  • the complete structure of the head 6 will be detailed later in relation. with FIG. 3.
  • the head 6 has at least one device illumination light 7 in a lower part and at least one objective 8 in an upper part.
  • the lighting device 7 and the objective 8 are placed on the same vertical.
  • the output of the objective 8 is associated with a digital camera 9 placed in the upper part of the head 6.
  • the camera 9 is associated with the reconstruction means (not shown) so as to provide it with any filmed image and. receive any appropriate order.
  • the upper and lower parts are joined in the following manner.
  • the read head 6 is movable relative to the base 4. This mobility of the head 6 is symbolized in FIG. 1 by rollers 10.
  • the read head 6 is movable in the horizontal plane XY only along the axis Y, c that is to say in the direction of the length of the slot 3.
  • the head 6 has a C shape and is arranged so that, during its movement, the lighting device 7 passes under the plate 2 and goal 8 above. More particularly, the structure of the head 6 and its position relative to the plate 2 are such that the vertical passing through the lighting device 7 and the lens 8 crosses the slot 3.
  • the vertical coming from the lighting device - Rement 7 and crossing the slot 3 will be called hereinafter "optical axis".
  • the optical axis follows the length of the slot 3.
  • the head 6 can be moved over at least the length of a blade.
  • the head 6 is movable over the entire length of the slot 3.
  • the successive positions of the head 6 are provided by means of reconstruction. Preferably, the latter itself controls the movement of the head 6.
  • the blade holder 1 and the read head 6 are associated with a reconstruction means (not shown) whose role is as follows. After introduction of a blade into the blade holder 1, the latter and the head 6 are moved in the ways described above. Thus, the camera 9 scans the entire surface of the blade. From the succession of rows and columns provided by the camera 9 and from the position information provided by the blade holder 1 and the head 6, the means of reconstruction reconstructs an image of the blade. This image is either a complete image if the head 6 comprises a low magnification objective 8, or a complete or partial image in the case of a reading head 6 comprising a high magnification objective 8.
  • the reconstruction means also stores all the data relating to the conditions of the acquisition of the images such as, for example, the type of the lighting device 7, the type of objective 8, or information relating to the stability of the system, some of which will be detailed below in connection with FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 2 illustrates, in schematic and partial top view, the part of the plate 2 of Figure 1 comprising the slot 3 and the blade holder 1.
  • the blade holder 1 has an open shape in horizontal U (or stirrup) ) to allow the insertion and removal of a blade.
  • the dimensions of the blade holder 1 are at least equal to those of a blade. Stabilization of the blade in the blade holder 1 is ensured in a reproducible manner as follows.
  • a receiving and ejecting device similar to that of a computer diskette allows the insertion or removal of a blade. This device includes an ejection claw
  • the operations of inserting or removing a blade are automated by adding to the device a blade loader.
  • the blade holder 1 comprises an element integral with the end portion 28 adapted to cooperate with a displacement means.
  • the end portion 28 will be notched so as to cooperate with a worm screw system controlled by a stepping motor (not shown).
  • the blade holder 1 also includes, beyond the terminal part 28 for abutting a blade, a fixed part 29.
  • the slot 3 is then designed so as to also pass under this fixed part 29.
  • the movement of the blade holder 1 is then ensured either by an extreme end part, beyond the fixed part 29, or, preferably, by the middle part between the part carrying a blade and the fixed part 29.
  • the fixed part 29 includes a test element 30 or "test pattern" consisting of a plurality of transparent, semi-transparent, or opaque regions as well as various engraved or colored elements. The role of such a test pattern 30 will be detailed below in relation to FIG. 4.
  • FIG. 3 illustrates, in partial and schematic sectional view, an embodiment of a read head 6 of a microscope according to the present invention such as that of FIG. 1.
  • the lower part of the head 6, suitable for passing under the slot 3 (FIG. 1) comprises an illumination device 7 comprising a converging lens 70 and a field diaphragm 71.
  • the diaphragm 71 is interposed between the exit of the lens. tille 70 and the slot 3.
  • the lens 70 condenses a light beam from a light source (not shown), the characteristics of which will be detailed later.
  • the head 6 comprises at least one objective, for example three objectives 81, 82 and 83.
  • the different objectives 81, 82 and .83 are distributed so to be able to selectively place one, for example 81, on the optical axis 7-3.
  • the active objective 81 can be replaced at any time by any of the other objectives 82 and 83. The selection of the active objective will be explained below.
  • such a transmission is not direct but takes place via a semi-transparent plate 11 which reflects the beam leaving the objective 81 towards the camera 9.
  • a diaphragm The field 12 is interposed between the semi-transparent plate 11 and the camera 9.
  • the camera 9 is connected, as has been explained above, to the reconstruction means 50.
  • the characteristics of the light source depend on the desired enlargement, that is to say on the active objective and on the desired acquisition speed. Indeed, it is known that the higher the magnification sought, the higher the light intensity must be.
  • the lighting device can be mounted in the lower part, directly under the lens 70. Beyond a certain magnification , generally 10x, the light intensity used requires light sources with a duration of limited life and causing significant heating. It will then be preferable to use such a source external to the head 6, the light beam necessary for observation being brought to the level of the lens 70 by a device of optical fibers. This facilitates handling, limits the size of the head and preserves the various elements of the overall device 1 heat.
  • the light source is preferably a continuous white source, for example, a halogen lamp of 100.
  • the source will preferably be a pulsed laser diode.
  • the selection of the source used is carried out either automatically by the reconstruction means 50, or by a command from an observer.
  • the reconstruction means 50 records the lighting conditions during the acquisition of the image.
  • the selection of the objective 81 placed on the optical axis 7-3 is carried out as follows.
  • the objectives 81, 82 and 83 are placed in a housing or drawer 84 one next to the other, linearly, for example along the axis X of the width of the slot 3.
  • the drawer 84 is movable according to the distribution axis of the objectives 81, 82 and 83, for example the X axis.
  • the drawer 84 is connected to an actuator 85.
  • the actuator 85 is connected to the reconstruction means 50 to receive an instruction for selecting a objective. Such an instruction is issued by the reconstruction means 50 either automatically or at the request of an observer.
  • the active objective 81 is movable on the optical axis.
  • the selection of the position of the active objective 81 on the optical axis 7-3 is carried out as follows.
  • a displacement element, preferably a piezoelectric element 86, is associated with the objective 81.
  • the piezoelectric element 86 is controlled by the reconstruction means 50.
  • the reconstruction means 50 provides such a command either on instruction of the observer, either automatically. In the latter case, the position of the active objective 81 will be determined by means of automatic focusing.
  • the automatic focusing means comprises a laser diode 13 placed on the optical axis 7-3, on the other side of the semi-transparent blade 11 relative to the output of the active objective 81.
  • a diaphragm 14 is interposed between the laser diode 13 and the semi-transparent plate 11.
  • the laser diode 13 emits a light beam on the optical axis 7-3 .
  • This beam passes through the semi-transparent blade 11, then the active objective 81 and reaches a blade (not shown) placed on the slot 3.
  • the beam then successively crosses the upper surface of the strip, the lower surface of the strip , the object to be observed, the upper surface of the glass slide and the lower surface of the glass slide.
  • the reconstruction means 50 controls the piezoelectric element 86 so as to vary the position of the objective 81 between the two positions corresponding to the reflections on the surfaces. lower of the coverslip and upper of the slide, that is to say so as to optimize the contrast in the area corresponding to the object to be observed.
  • the digital camera 9 is a camera with CMOS technology.
  • a low magnification objective can be provided in the drawer 85, it is advantageous according to the present invention to dissociate a head of reading allowing a high magnification (high resolution) of a reading head allowing a low magnification (low resolution).
  • high magnification high resolution
  • low magnification low resolution
  • a low magnification head according to the present invention is therefore of a simplified design. Thus, it will not need a displacement device (piezoelectric element 86) on the optical axis of the active objective, nor consequently of automatic focusing means.
  • a low magnification device is, as standard, a single objective of magnification between lx and 4x.
  • the drawer 84 and the actuator 85 are then no longer necessary.
  • a low resolution head according to the present invention will therefore preferably comprise a single fixed objective. Dissociating a low magnification head from a high magnification head as described above in relation to FIG. 2 has various advantages which will be detailed later in relation to FIG. 4. It will be noted now that the use of two heads allows reduce the size and complexity of producing a single multi-purpose multi-purpose head.
  • FIG. 4 illustrates, in partial and schematic top view, an embodiment of a microscope according to the invention with two read heads 41 and 42.
  • the first head 41 is a high magnification head comprising several objectives, for example three, for example 10 ⁇ , 20 ⁇ and 40 ⁇ , of a structure such as, for example, that described previously in relation to FIG. 3.
  • the second head 42 is a low magnification head comprising a single fixed objective, for example a 4x objective, of a simplified structure with respect to the first head 41 as described above in relation to FIG. 3.
  • the head 41 is movable at least one timing guide 431 and integral with a servo element 441 controlled by a stepping motor 45 controlled by the reconstruction means 50.
  • a motor 46 controlled by the reconstruction means 50 makes it possible to move the head 42 on at least one timing guide 432, by means of a servo element 442.
  • the head 42 has been associated with a single timing and servo guide in FIG. 4
  • wedging guides 43, 47 as necessary to ensure the stability of the heads 41, 42.
  • the head of FIG. 3 is associated with two crossing wedging guides, one at the bottom under the device illumination 7 and one in the upper part, above and to the right of the drawer 84 of FIG. 3.
  • the control system will for example be a worm screw associated with the motor 45, 46 passing through, for example, the lower part under the camera 9
  • the speed of movement of each head 41, 42 is controllable by the reconstruction means 50.
  • one of the timing and / or servo guides 43, 47 of each read head is a ruler provided with optical marks. Such marks allow the reconstruction means 50 to place the read head in question with an accuracy of 0.1 ⁇ m.
  • FIG. 4 also illustrates the plate 2 and the slot 3, a blade 46 being in position in the blade holder 1.
  • the blade 46 has a label part 47 and a "useful" part 48.
  • FIG. 4 also shows a stepping motor 60 associated with an endless screw 61, cooperating with the middle part
  • a blade is introduced, either manually or using a blade loader, as described previously with reference to FIG. 2.
  • the low magnification (low resolution) device 42 then performs a first scan of this slide. This scanning begins with the label part 47 in which are registered identification references of the preparation being viewed. Then, by a combination described above of displacements of the blade holder 1 and of the head 42, a complete and relatively little enlarged image of the preparation is reconstructed by the means 50. This image will be designated hereinafter "navigation image”. This navigation image is either archived, presented (displayed) to an observer, or both.
  • the microscope according to the invention returns the low resolution read head 42 (low magnification) to its garage position, which is located outside the useful part 48 , preferably above the label part 47.
  • the system then goes into high magnification mode and validates the head 41.
  • the movement of the head 41 avoids the label part 47.
  • the head 41 can move above the fixed part 29 comprising the test pattern 30.
  • the garage position of the head 41 is vertical to the test pattern 30.
  • the acquisition of successive images of high magnification is carried out automatically for all the available objectives and for the entire blade 46. This makes it possible to constitute a complete database.
  • Each of the high magnification acquisitions is then carried out much faster than current devices, with much greater precision.
  • the optical quality of the images and the precision of the measurements that can be carried out are evaluated in a reliable and objective manner which will be described below.
  • the acquisition of successive images of high magnification is carried out online, selectively by an observer.
  • the low magnification device 42 begins by acquiring the navigation image. It is therefore possible for an observer to select a pathologically or diagnostically interesting part and to limit the scanning of the high resolution head 41 to a restricted area of the slide 46. It will also be possible for him to very quickly select the desired objective.
  • the automatically and immediately scanned navigation image can be reproduced on a display either in the immediate vicinity of the microscope according to the invention, or remotely via a computer network.
  • the control of the reconstruction means is completely digital and can therefore also be carried out remotely via a computer network.
  • the observer is therefore advantageously no longer forced to be in the immediate vicinity of the microscope.
  • This first phase already has two major advantages over existing homologous solutions (scanner).
  • the resolution is much better.
  • the microscope according to the invention can be placed at a location remote from the observer.
  • the adjustments of lighting and positioning of the lens on the optical axis are made automatically with the idea of the autofocusing device and the target placed on the blade holder, as this has been described previously in relation to FIG. 2.
  • the different settings are stored by the reconstruction means and associated with the image concerned.
  • the microscope according to the invention can perform a certain number of objective tests as to the optical quality of the microscope. These tests can be performed for different types of objectives.
  • the reconstruction means 50 performs a measurement by acquiring, in the manner described above (combined displacements of the blade holder and of the head 42) an image of one or more selected parts of the test pattern 30. Next, a comparison with benchmark data to assess the stability of the system.
  • the means of reconstruction can, depending on conditions previously fixed possibly modifiable by an observer, either indicate to the observer a perfect state of functioning of the device, or indicate to him a malfunction, by specifying to him which parameter (s) is (are) deviant (s). If the tests reveal a malfunction, provision may be made for automatic correction by the computer system, either by purely digital processing, or by a modification of the acquisition conditions, for example an increase or a decrease in the intensity of the light source of illumination, or a displacement of the objective. However, provision may also be made to limit the possibilities of automatic intervention of the system or to submit them for approval by an observer.
  • An advantage in dissociating high magnification 41 and low magnification heads 42, in addition to the reduction in complexity is as follows.
  • the head 42 is relatively stable and pre-adjusted during its construction.
  • the quality of the images provided by the head 41 must be optimal. Its function must therefore be checked using tests carried out as described above. Dissociating the heads makes it possible to acquire the navigation image during at least part of the tests on the head 41, which shortens the acquisition time.
  • the images obtained using a microscope according to the invention are advantageously perfectly reproducible. Their optical quality is optimized, and the exact conditions of their acquisition are memorized absolutely by the reconstruction means. This makes it possible to overcome the problems described above of individual variations linked to the use by a given observer.
  • the microscope according to the invention can evaluate the optical quality of the images or even improve it, by keeping a record of this improvement.
  • Another advantage of the present invention is interactivity with an observer. Indeed, unlike a a scanner-type device, the observer can intervene at any time via the reconstruction means to modify the acquisition conditions. In addition, the system can absolutely store these changes. Another advantage of the present invention is that it makes it possible to combine the observation system and an archiving system.
  • a microscope according to the present invention is that it is both an observation system allowing a remote observer or not to locate the general appearance of a preparation and also to constitute a measuring instrument.
  • This measuring instrument is advantageously an automatically standardized instrument. Indeed, by means of the test pattern, and tests as described above, it is possible to detect and automatically assess, or even correct, any possible drift in the system. This limits the possibilities of differences in results. .
  • Another advantage of a microscope according to the present invention is its ergonomics. Indeed, the whole of the device described above will fit into a reader, the size of which on a workspace is approximately 30 ⁇ 20 cm. It has the advantage of being much less bulky in terms of height than a common microscope.
  • the blades typically have a width of 25 to 30 mm, generally standardized to 26 mm, for a length of the order of 75 to 80 mm, generally standardized to 76 mm, with a label area of the order of 15 to 20 mm, usually 16 mm.
  • the slot will have a width of between 3 and 5 mm.
  • the blade holder will be designed with a width and length varying from 2 mm to the dimensions of the blade.
  • the combination of lugs, claw, pusher and springs will allow repositioning of the same microscopic preparation to within half a micrometer.
  • the associated stepper motor allows the blade holder to be moved with an accuracy of 0.1 ⁇ m, at a speed of 50 mm / s.
  • the digital camera is of the CMOS type, with a size of at least 1280 ⁇ 1024 image points (pixels) such as, for example, the PB ⁇ MV13 Megapixel CMOS device marketed by the company Photobit of Pasadema, California, United States of North America, having a frame rate limit of around 2 ms per frame (500 frames per second), the acquisition performance with the various objectives is as follows.
  • the motors of the high and low magnification heads are similar. Each moves the associated head at a speed between 1 and 10 cm / s. The choice of speed will be made according to the acquisition conditions (active objective, type of light source, etc.).
  • the reconstruction means selects the speed either automatically or on the instruction of an observer.
  • a 4x objective it takes a total time of between 4 and 30 s, for example around 13 s, to acquire a navigation image with an optical resolution of the order of 3 ⁇ m.
  • the optical resolution is of the order of 1.2 ⁇ m, and the entire useful part of the microscopic preparation is acquired in a time between 60 and 200 s, for example of the order of 60 s.
  • the acquisition of a succession of images, with an optical resolution of 0.5 ⁇ m, is carried out, for the entire useful part of the microscopic preparation, in a time between 400 and 1000 s, for example of the order of 700 s.
  • the passage time of a high resolution image obtained with lOx, 20x or 40x objectives from a position defined in the navigation image is between 0.1 and 1 s, for example of the order of 0.25 s.
  • the passage time from a high resolution image obtained with lOx, 20x or 40x objectives to another adjacent image obtained with the same objective is between 0, 1 and 0.5 s, for example of the order of 0 , 25 s.

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Abstract

L'invention concerne un microscope comprenant au moins un dispositif optique de grossissement (6) d'une lame de préparation (46) placée sur une fente rectangulaire (3) de telle sorte que toute la longueur de la lame recouvre au moins partiellement la longueur de la fente, la largeur de la fente étant inférieure à celle de la lame, comportant en outre: un moyen (10) pour déplacer le dispositif optique dans le sens de la longueur de la fente sur toute cette longueur; un porte lame (1) pour déplacer la lame dans le sens de la largeur de la fente sur toute la largeur de la lame; une caméra numérique (9) associée au dispositif optique; et un moyen de reconstruction d'une image partielle ou complète de la lame, à partir de la succession de lignes et colonnes filmées par la caméra pendant les déplacements du dispositif et du porte-lame.

Description

MICROSCOPE NUMERIQUE
La présente invention concerne l'instrumentation dans le domaine de la microscopie. Plus particulièrement, la présente invention concerne la réalisation d'un microscope destiné à être utilisé comme instrument d'observation et de mesure. Le microscope est utilisé dans de très nombreuses applications tant pour l'observation que pour la mesure par analyse d'images microscopiques en biologie et en médecine. Depuis sa conception, le microscope a évolué essentiellement en termes de qualité des optiques permettant une amélioration de la profondeur de champ, de la taille du champ observé et la correction des erreurs des lentilles. Toutefois, il demeure dédié à 1 'observation directe par un observateur.
Cette situation présente aujourd'hui de nombreux inconvénients. Tout d'abord, on se heurte à un problème de stockage des préparations. En effet, une fois qu'un observateur a terminé d'étudier une préparation, pour pouvoir ultérieurement la réutiliser, il est contraint de la stocker. Chaque préparation est constituée de l'empilement d'une lame de verre, d'un objet à observer et d'une lamelle en verre, la lamelle étant scellée sur la lame à la résine. De tels empilements sont particulièrement fragiles, encombrants et lourds. La quantité et la nature de telles préparations gérées par un seul laboratoire sont telles que des installations particulières sont nécessaires pour leur stockage, telles que des sols renforcés, des contrôles en température, humidité... Ceci est désavantageux tant en termes financiers qu'en manque de souplesse d'utilisation. En effet, il est peu pratique sinon impossible de transférer de façon simple des échantillons . Ceci limite la di f sion de 1 ' information et impose une proximité entre l'observateur et les échantillons.
Un tel caractère localisé et sédentaire de la microscopie est encore accentué par une étape initiale de détection de l'emplacement des objets à observer au sein de l'échantillon. Cette étape préliminaire impose l'exploration de la totalité de l'échantillon disponible et n'est pas réalisable à distance.
Un autre inconvénient réside dans les variations des résultats obtenus dans des circonstances a priori similaires. En effet, lors d'une analyse d'image microscopique, telle qu'une analyse de l'ADN-ploidie des tumeurs ou de l'intensité de marqueurs immuno-enzymatiques, les réglages du microscope sont effectués par l'observateur particulier utilisant le microscope (intensité lumineuse, température de couleurs, diaphragme de contraste, diaphragme de champ) . Ces réglages sont effectués en fonction de la démarche diagnostique propre à l'observateur. De plus leur mémorisation n'est pas systématique. La réutilisation de données obtenues par un observateur particulier est peu probante. Par conséquent, une nouvelle analyse impose une nouvelle observation de l'échantillon d'origine.
Pour pallier ces problèmes, on a proposé d'utiliser des facilités de numérisation. Toutefois, les premières tentatives de construction de bases de données d'images microscopiques en .numérisant des images fournies par des observateurs différents sont très variables en qualité. Cette inégalité des images numériques provient en partie, comme cela a été exposé précédemment, des réglages approximatifs du microscope propres à chaque observateur. D'autre part, de tels réglages dont l'oeil s'accommode ne conviennent généralement pas aux systèmes de saisie et de numérisation. Les images résultantes présentent un contraste, des couleurs, une luminosité ou une résolution peu satisfaisante pour un observateur distant. De plus, les images ainsi obtenues ne sont pas ou peu reproduc- tibles, même par un même observateur. Par ailleurs, la nécessité de prise d'images a été résolue en ajoutant à un microscope traditionnel des facilités de numérisation. Le système .global est particulièrement encombrant et coûteux. En outre, les systèmes actuels sont lents et ne permettent d'acquérir que des images partielles d'une préparation.
En outre, les images obtenues sont des images présélectionnées par un observateur dans le cadre d'une démarche thérapeutique ou diagnostique déterminée. Procéder à une nouvelle démarche impose alors souvent une nouvelle analyse de 1 'échantillon.
On a également proposé des microscopes télécommandés. Toutefois, comme pour les dispositifs de numérisation, les éléments, par exemple de commande, nécessaires sont ajoutés à un microscope traditionnel. Le dispositif résultant est particuliè- rement encombrant et coûteux, d'autant que les réalisations actuelles imposent des temps d'acquisition d'images très longs.
On a encore proposé d'utiliser des systèmes de numérisation de documents, modifiés pour pouvoir recevoir des préparations microscopiques. De tels dispositifs présentent l'inconvénient d'une résolution optique restreinte. En effet, on ne peut observer à l'aide de tels dispositifs que des éléments d'une dimension supérieure à 10 μm. En deçà, les procédés numériques mis en oeuvre pour agrandir les images acquises sont .peu performants. De plus, les scanners actuels les plus performants ont un temps d'acquisition d'une image relativement long, de 1 'ordre de plusieurs minutes pour obtenir une image complète d'une préparation avec une résolution de 10 μm par point.
La présente invention vise par conséquent à proposer un microscope qui pallie les problèmes exposés précédemment. Notamment, la présente invention vise à proposer un tel microscope qui fournisse des images d'une qualité optimale et définie.
La présente invention vise également à proposer un tel microscope qui fournisse des images reproductibles.
La présente invention vise également à proposer un tel microscope qui fournisse, des images complètes et/ou partielles d'une préparation.
La présente invention vise également à proposer un tel microscope qui puisse servir tant comme dispositif d'observation que comme instrument de mesure.
La présente invention vise également à proposer un tel microscope dont les réglages s'effectuent soit de façon autonome, soit sur commande de l'observateur. La présente invention vise également à proposer un tel microscope propre à être utilisé à distance de façon autonome ou commandée.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un microscope comprenant au moins un dispositif optique de grossissement d'une lame de préparation placée sur une fente rectangulaire de telle sorte que toute la longueur de la lame recouvre au moins partiellement la longueur de la fente, la largeur de la fente étant inférieure à celle de la lame, comportant en outre : un moyen pour déplacer le dispositif optique dans le sens de la longueur de la fente sur toute cette longueur ; un porte-lame pour déplacer la lame dans le sens de la largeur de la fente sur toute la largeur de la lame ; une caméra numérique associée au dispositif optique ; et un moyen de reconstruction d'une image partielle ou complète de la lame, à partir de la succession de lignes et colonnes filmées par la caméra pendant les déplacements du dispositif et du porte-lame. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'au moins un dispositif optique comporte des première et seconde parties solidaires, propres à passer, respectivement, sous et au-dessus de la fente rectangulaire lors du déplacement du dispositif, la première partie comprenant au moins un dispositif d' éclairement et la seconde partie comprenant au moins un objectif placé sur l'axe optique défini par le dispositif d' éclairement et la fente.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif d'éclairement de la première partie comprend au moins une source lumineuse.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins une source lumineuse est montée sur le dispositif optique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins une source lumineuse est externe au dispositif et une fibre optique amène dans la première partie du dispositif optique de grossissement le faisceau émis par la source.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins une source lumineuse est une source continue.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins une source lumineuse est une source puisée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif d' éclairement comporte en outre une lentille convergente, fixée dans la première partie du dispositif optique de grossissement, d'où il résulte qu'un faisceau lumineux issu de la source lumineuse est condensé vers la fente.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif d'éclairement comporte en outre un diaphragme intercalé entre la lentille et la fente.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la seconde partie du dispositif optique de grossissement comporte une pluralité d'objectifs et un moyen de sélection propre à placer un seul des objectifs sur l'axe optique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen de sélection comprend un moteur commandable pas-à-pas propre à déplacer perpendiculairement à l'axe optique un tiroir contenant la pluralité d'objectifs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la seconde .partie du dispositif optique comporte en outre un moyen d'auto-focalisation pour déplacer l'objectif sur l'axe optique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen d'auto-focalisâtion comprend une diode laser placée sur l'axe optique au-dessus de l'objectif, un élément piézo-électrique associé, à l'objectif et commandé par le moyen de reconstruction.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen pour déplacer le dispositif optique de grossissement comprend au moins un élément d'asservissement actionné par un moteur pas-à-pas commandable.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le microscope comporte deux dispositifs optiques de grossissement, un premier dispositif de fort grossissement et un second dispositif de faible grossissement, chaque dispositif étant associé à son propre moyen de déplacement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le porte-lame est rectangulaire et présente une forme en U d'une longueur au moins égale à celle d'une lame. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un élément d'asservissement relie une partie de butée d'une lame dans le porte-lame à un moteur pas-à-pas commandable par le moyen de reconstruction.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le porte-lame comporte en outre une partie- fixe supportant une mire.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens pour déplacer le dispositif optique et le porte-lame pour déplacer la lame fournissent en temps réel leur position au moyen de reconstruction. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la caméra numérique est une caméra CMOS.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la caméra numérique associée au dispositif optique de grossisse- ment est placée dans la seconde partie de celui-ci.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la seconde partie comprend en outre un moyen pour transmettre à la caméra numérique le faisceau lumineux sortant de l'objectif. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen de transmission est une lame se i-transparente.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, un diaphragme est intercalé entre la lame semi-transparente et la caméra numérique.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 illustre schématiquement un microscope selon la présente invention ; la. figure 2 illustre, en vue de dessus, un élément de support d'une préparation microscopique selon la présente invention ; la figure 3 illustre schématiquement une tête de lec- ture d'un microscope selon la présente invention ; et la figure 4 illustre schématiquement et partiellement un mode de réalisation de la présente invention.
. Dans les différentes figures, de mêmes éléments sont désignés par de mêmes références. De plus, les diverses figures ne sont pas tracées à 1 'échelle.
On désignera ci-après par "lame" l'ensemble traditionnel d'une préparation microscopique constitué, comme cela a été décrit précédemment, de l'empilement sur une lame de verre d'un objet et d'une lamelle de verre, la lamelle étant scellée à la résine sur la lame. Un microscope selon l'invention comporte essentiellement un élément propre à recevoir une lame (non représentée) ou "porte-lame" , au moins un dispositif optique de grossissement ou "tête de lecture", et un moyen de reconstruction. La struc- ture et la coopération de ces trois éléments ressortiront de la description suivante des figures 1 à 4.
La figure 1 est une vue en perspective schématique et partielle de la structure interne d'un microscope selon l'invention. Un porte-lame rectangulaire 1 repose sur une plaque ou platine 2 sensiblement horizontale. La plaque 2 comporte une fente rectangulaire 3. La longueur de la fente 3 est au moins égale à celle du porte-lame 1. La largeur de la fente 3 est par contre inférieure à celle d'une lame. On désignera ci-après par X l'axe défini par la largeur de la fente 3 et Y l'axe défini par la longueur de cette fente. On désignera par Z 1 'axe perpendiculaire au plan XY. Le porte-lame 1 est placé parallèlement à la fente 3, au-dessus de celle-ci, de façon que leurs longueurs se superposent. La plaque 2 est fixe, comme cela est indiqué en figure
1 en la rendant solidaire d'une base fixe 4. Le porte-lame 1 est mobile par rapport à la plaque 2 selon l'axe X. La mobilité du porte-lame 1 par rapport à la plaque 2 est symbolisée en figure 1 par des roulettes 5. Le déplacement du porte-lame 1 au-dessus de la fente 3 s'effectue sur au moins toute la largeur d'une lame. De cette façon, tous les points d'une lame peuvent être placés au-dessus de la fente 3. Les positions successives du porte-lame 1 sont fournies au moyen de reconstruction (non représenté) . De préférence, celui-ci commande le déplacement du porte-lame 1.
Le microscope selon la présente invention comporte également un dispositif optique de grossissement ou tête de lecture 6. La structure complète de la tête 6 sera détaillée ultérieurement en relation. avec la figure 3. Toutefois, on notera dès à présent que la tête 6 comporte au moins un dispo- sitif d' éclairement 7 dans une partie basse et au moins un objectif 8 dans une partie haute. Le dispositif d' éclairement 7 et l'objectif 8 sont placés sur une même verticale. La sortie de l'objectif 8 est associée à une caméra numérique 9 placée dans la partie haute de la tête 6. La caméra 9 est associée au moyen de reconstruction (non représenté) de façon à lui fournir toute image filmée et à . en recevoir toute commande appropriée. Les parties haute et basse sont solidaires de la façon suivante.
La tête de lecture 6 est mobile par rapport à la base 4. Cette mobilité de la tête 6 est symbolisée en figure 1 par des roulettes 10. La tête de lecture 6 est mobile dans le plan horizontal XY uniquement selon l'axe Y, c'est-à-dire dans le sens de la longueur de la fente 3. La tête 6 a une forme en C et est disposée de façon que, lors de son déplacement, le disposi- tif d'éclairement 7 passe sous la plaque 2 et l'objectif 8 au- dessus. Plus particulièrement, la structure de la tête 6 et sa position par rapport à la plaque 2 sont telles que .la verticale passant par le dispositif d' éclairement 7 et l'objectif 8 traverse la fente 3. La verticale issue du dispositif d'éclai- rement 7 et traversant la fente 3 sera appelée par la suite "axe optique" . Lors du déplacement de la tête 6, 1 ' axe optique suit la longueur de la fente 3. La tête 6 peut être déplacée sur au moins la longueur d'une lame. De préférence, la tête 6 est mobile sur toute la longueur de la fente 3. Les positions successives de la tête 6 sont fournies au moyen de reconstruction. De préférence, celui-ci commande lui-même le déplacement de la tête 6.
Le porte-lame 1 et la tête de lecture 6 sont associés à un moyen de reconstruction (non représenté) dont le rôle est le suivant. Après introduction d'une lame dans le porte-lame 1, celui-ci ainsi que la tête 6 sont déplacés des façons décrites précédemment. Ainsi, la caméra 9 balaie toute la surface de la lame. A partir de la succession de lignes et de colonnes fournie par la caméra 9 et à partir des informations de position four- nies par le porte-lame 1 et la tête 6, le moyen de reconstruction reconstitue une image de la lame. Cette image est soit une image complète si la tête 6 comprend un objectif 8 de faible grossissement, soit une image complète ou partielle dans le cas d'une tête de lecture 6 comprenant un objectif 8 de fort grossissement .
Le moyen de reconstruction mémorise également toutes les données relatives aux conditions de l'acquisition des images telles que, par exemple, le type du dispositif d' éclairement 7, le type d'objectif 8, ou des informations relatives à la stabi- litê du système, dont certaines seront détaillées ci-après en relation avec les figures 3 et 4.
La figure 2 illustre, en vue de dessus schématique et partielle, la partie de la plaque 2 de la figure 1 comportant la fente 3 et le porte-lame 1. Le porte-lame 1 a une forme ouverte en U horizontal (ou en étrier) pour permettre l'introduction et le retrait d'une lame. Les dimensions du porte-lame 1 sont au moins égales à celles d'une lame. La stabilisation de la lame dans le porte lame 1 est assurée de façon reproductible de la façon suivante. Un dispositif de réception et d'éjection similaire à celui d'une disquette informatique permet l'introduction ou le retrait d'une lame. Ce dispositif comporte une griffe d'éjection
20 et un poussoir 21, rendus solidaires par l'intermédiaire d'un levier 22. Le dispositif de réception et d'éjection est soli- daire de la plaque 2. la griffe 20 se trouve dans la fente 3, le levier 22 sous la plaque 2 à l'écart de la fente 3. Le poussoir
21 coopère avec le levier 22 de façon à se trouver dans la fente 3 après l'introduction d'une lame.
Lors de l'introduction d'une lame (non représentée), celle-ci atteint le fond du porte-lame 1, bute contre la griffe 20 qu'elle pousse. Cette poussée provoque le relèvement du levier 22 et ramène le poussoir 21 vers l'arrière de la lame. Le positionnement de la lame est assuré de façon reproductible par la coopération de la griffe 20, du poussoir 21, de ressorts latéraux 25, d'ergots latéraux 26 et d'ergots terminaux 27. Les ressorts 25, présents sur un seul côté du porte-lame 1 repoussent la lame vers les ergots 26 disposés sur le côté opposé du porte-lame 1. Les ergots terminaux 27, montés sur la partie terminale 28 fermée du U horizontal constituant le porte-lame 1 assurent avec la griffe 20 une butée de la lame. Le poussoir 21 et la griffe 20 demeurent fixes lors du déplacement du porte lame. Lors du retrait d'une lame, le poussoir 21 est relâché, le levier 22 s'abaisse et la lame est éjectée. Cette éjection s'effectue de façon rectiligne grâce aux ressorts 25 et aux ergots 26.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les opérations d'introduction ou de retrait d'une lame sont automatisées en ajoutant au dispositif un chargeur de lames.
Selon un mode de réalisation, le porte-lame 1 comporte un élément solidaire de la partie terminale 28 propre à coopérer avec un moyen de déplacement. Par exemple, la partie terminale 28 sera crantée de façon à coopérer avec un système de vis sans fin commandé par un moteur pas-à-pas (non représenté) .
Selon un mode de réalisation, le porte-lame 1 comporte également au-delà de la partie terminale 28 de butée d'une lame, une partie fixe 29. La fente 3 est alors conçue de façon à passer également sous cette partie fixe 29. Le déplacement du porte-lame 1 est alors assuré soit par une partie terminale extrême, au-delà de la partie fixe 29, soit, de préférence, par la partie médiane entre la partie portant une lame et la partie fixe 29. La partie fixe 29 comporte un élément de test 30 ou "mire" constitué d'une pluralité de régions transparentes, semi- transparentes, ou opaques ainsi que de divers éléments gravés ou colorés. Le rôle d'une telle mire 30 sera détaillé ci-après en relation avec la figure 4.
La figure 3 illustre, en vue en coupe partielle et schématique, un mode de réalisation d'une tête de lecture 6 d'un microscope selon la présente invention tel que celui de la figure 1. La partie basse de la tête 6, propre à passer sous la fente 3 (figure 1) comporte un dispositif d' éclairement 7 comprenant une lentille convergente 70 et un diaphragme de champ 71. Le diaphragme 71 est intercalé entre la sortie de la len- tille 70 et la fente 3. La lentille 70 condense un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse (non représentée) dont les .caractéristiques seront détaillées ultérieurement.
De l'autre côté de la fente 3 par rapport au dispositif d' éclairement 7, la tête 6 comporte au moins un objectif, par exemple trois objectifs 81, 82 et 83. Les différents objectifs 81, 82 et .83 sont répartis de façon à pouvoir en placer sélectivement un, par exemple 81, sur l'axe optique 7-3. L'objectif actif 81 est remplaçable à tout moment par un quelconque des autres objectifs 82 et 83. La sélection de l'objectif actif sera exposée par la suite.
Un faisceau lumineux issu du dispositif d' éclairement 7 ayant traversé une lame (fente 3) puis un objectif actif 81 est ensuite dirigé vers la caméra numérique 9.
Selon un mode de réalisation, une telle transmission n'est pas directe mais s'effectue par l'intermédiaire d'une lame semi-transparente 11 qui réfléchit le faisceau sortant de l'objectif 81 vers la caméra 9. De préférence, un diaphragme de champ 12 est intercalé entre la lame semi-transparente 11 et la caméra 9. La caméra 9 est reliée, comme cela a été exposé précé- demment, au moyen de reconstruction 50.
Les caractéristiques de la source lumineuse dépendent de l'agrandissement recherché, c'est-à-dire de l'objectif actif et de la vitesse d'acquisition souhaitée. En effet, il est connu que plus le grossissement recherché est important, plus l'intensité lumineuse doit être élevée. Pour de faibles grossissements, c'est-à-dire typiquement un objectif 2x à lOx, par exemple 4x, le dispositif d'éclairement pourra être monté dans la partie basse, directement sous la lentille 70. Au-delà d'un certain agrandissement, généralement de lOx, l'intensité lumi- neuse mise en jeu impose des sources lumineuses d'une durée de vie limitée et provoquant un chauffage important. Il sera alors préférable d'utiliser une telle source externe à la tête 6, le faisceau lumineux nécessaire à l'observation étant amené au niveau de la lentille 70 par un dispositif de fibres optiques. Ceci permet de faciliter la manutention, de limiter l'encombrement de la tête et de préserver les différents éléments du dispositif global de 1 'échauffeent .
La source lumineuse est, de préférence, une source blanche continue, par exemple, une lampe halogène de 100 . Toutefois, afin de permettre une acquisition accélérée dans certaines applications, notamment imposant une saisie d'images avec une fréquence supérieure à 100 Hz, la source sera de préférence une diode laser puisée.
La sélection de la source utilisée est effectuée soit automatiquement par le moyen de reconstruction 50, soit par une commande d'un observateur. Le moyen de reconstruction 50 enregistre les conditions d'éclairement lors de l'acquisition de 1 ' image.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la sélec- tion de l'objectif 81 placé sur l'axe optique 7-3 est effectuée de la façon suivante. Les objectifs 81, 82 et 83 sont placés dans un boîtier ou tiroir 84 l'un à côté de l'autre, linéairement, par exemple selon l'axe X de la largeur de la fente 3. Le tiroir 84 est mobile selon l'axe de répartition des objectifs 81, 82 et 83, par exemple l'axe X. Le tiroir 84 est relié à un actionneur 85. L'actionneur 85 est relié au moyen de reconstruction 50 pour recevoir une instruction de sélection d'un objectif. Une telle instruction est émise par .le moyen de reconstruction 50 soit automatiquement, soit sur requête d'un observateur.
Selon une variante non représentée, les objectifs 81,
82 et 83 sont placés sur une tourelle mobile selon un axe décalé par rapport à l'axe optique 7-3. La tourelle est alors reliée à un actionneur similaire à l' ctionneur 85. La sélection s'effec- tue par une commande similaire à celles décrites précédemment. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'objectif actif 81 est mobile sur l'axe optique. La sélection de la position de l'objectif actif 81 sur l'axe optique 7-3 s'effectue de la façon suivante. Un élément de déplacement, de préférence un élément piézo-êlectrique 86, est associé à l'objectif 81. L'élément piézo-êlectrique 86 est commandé par le moyen de reconstruction 50. Le moyen de reconstruction 50 fournit une telle commande soit sur instruction de l'observateur, soit de façon automatique. Dans ce dernier cas, la position de l'objectif actif 81 sera déterminée grâce à un moyen de focalisation automatique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen de focalisation automatique comprend une diode laser 13 placée sur l'axe optique 7-3, de l'autre côté de la lame semi-transpa- rente 11 par rapport à la sortie de l'objectif actif 81. De préférence, un diaphragme 14 est intercalé entre la diode laser 13 et la lame semi-transparente 11. Lors d'une focalisation automatique, la diode laser 13 émet un faisceau lumineux sur l'axe optique 7-3. Ce faisceau traverse la lame semi-transpa- rente 11, puis l'objectif actif 81 et atteint une lame (non représentée) placée sur la fente 3. Le faisceau traverse alors successivement la surface supérieure de la lamelle, la surface inférieure de la lamelle, l'objet à observer, la surface supérieure de la lame de verre et la surface inférieure de la lame de verre. A chaque traversée d'une interface entre deux milieux différents, une partie du faisceau lumineux est réfléchi. Ces faisceaux réfléchis sont renvoyés vers l'objectif 81, atteignent la lame semi-transparente 11 qui les réfléchit vers la caméra numérique 9 qui les transmet au moyen de reconstruction 50. En fonction de la position de l'objectif 81 sur l'axe optique 7-3, on observera alors des pics de densité lumineuse correspondant successivement à ces réflexions. Ces pics sont connus. Le moyen de reconstruction 50 commande alors l'élément piézo-êlectrique 86 de façon à faire varier la position de l'objectif 81 entre les deux positions correspondant aux réflexions sur les surfaces inférieure de la lamelle et supérieure de la lame, c'est-à-dire de façon à optimiser le contraste dans le domaine correspondant à 1 'objet à observer.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la caméra numérique 9 est une caméra de technologie CMOS.
De nombreuses modifications peuvent être apportées à une tête de lecture telle que décrite précédemment en relation avec la figure 2. Notamment, bien qu'un objectif faible grossissement peut être prévu dans le tiroir 85, il est avantageux selon la présente invention de dissocier une tête de lecture permettant un fort grossissement (haute résolution) d'une tête de lecture permettant un faible grossissement (basse résolution) . En effet, les contraintes d'un faible grossissement sont inférieures à celles d'un fort grossissement, notamment en termes tant d'éclairement que de contraste. Une tête de faible grossissement selon la présente invention est donc d'une conception simplifiée. Ainsi, elle n'aura pas besoin d'un dispositif de déplacement (élément piêzo-électrique 86) sur l'axe optique de l'objectif actif, ni par conséquent de moyen de focalisation automatique. En outre, un dispositif de faible grossissement est de façon standard, un objectif unique de grandissement compris entre lx et 4x. Le tiroir 84 et l'actionneur 85 ne sont alors plus nécessaires. Une tête basse résolution selon la présente invention comportera donc de préférence un unique objectif fixe. Dissocier une tête de faible grossissement d'une tête de fort grossissement telle que décrite précédemment en relation avec la figure 2 présente divers avantages qui seront détaillés ultérieurement en relation avec la figure 4. On notera dès à présent que l'utilisation de deux têtes permet de réduire l'encombrement et la complexité de réalisation d'une tête unique multiobjectifs multifonctions.
La figure 4 illustre, en vue de dessus partielle et schématique, un mode de réalisation d'un microscope selon l'invention à deux têtes de lecture 41 et 42. La première tête 41 est une tête de fort grossissement comportant plusieurs objectifs, par exemple trois, par exemple lOx, 20x et 40x, d'une structure telle que, par exemple, celle décrite précédemment en relation avec la figure 3. La deuxième tête 42 est par contre une tête de faible grossissement comportant un seul objectif fixe, par exemple un objectif 4x, d'une structure simplifiée par rapport à la première tête 41 de la façon décrite précédemment en relation avec la figure 3. La tête 41 est mobile sur au moins un guide de calage 431 et solidaire d'un élément d'asservissement 441 commandé par un moteur pas-à- pas 45 piloté par le moyen de reconstruction 50. De même, un moteur 46 commandé par le moyen de reconstruction 50 permet de déplacer la tête 42 sur au moins un guide de calage 432, par l'intermédiaire d'un élément d'asservissement 442. Par souci de simplification, on a associé la tête 42 à un seul guide de calage et d'asservissement en figure 4. On prévoira autant de guides de calage 43, 47 que nécessaires pour assurer la stabilité des têtes 41, 42. Par exemple, la tête de la figure 3 est associée à deux guides de calage traversant, un en partie basse sous le dispositif d'éclairement 7 et un en partie haute, au- dessus et à droite du tiroir 84 de la figure 3. L'asservissement sera par exemple une vis sans fin associée au moteur 45, 46 traversant, par exemple, la partie basse sous la caméra 9. De préférence, la vitesse de déplacement de chaque tête 41, 42 est commandable par le moyen de reconstruction 50.
Selon un mode de réalisation de la présente invention (non représenté), l'un des guides de calage et/ou d'asservissement 43, 47 de chaque tête de lecture est une règle munie de repères optiques. De tels repères permettent au moyen de recons- truction 50 de placer avec précision la tête de lecture considérée avec une précision de 0,1 μm.
La figure 4 illustre également la plaque 2 et la fente 3, une lame 46 étant en position dans le porte-lame 1. La lame 46 comporte une partie d'étiquette 47 et une partie "utile" 48. La figure 4 présente également un moteur pas-à-pas 60 associé à une vis sans fin 61, coopérant avec la partie médiane
28 du porte-lame 1 de façon à déplacer ce dernier selon l'axe X, comme cela a été décrit précédemment en relation avec la figure 2.
Le traitement d'une préparation à l'aide d'un micro-- scope selon un tel mode de réalisation de la présente invention est le suivant.
Tout d'abord une lame est introduite, soit manuelle- ment, soit à l'aide d'un chargeur de lames, de la façon décrite précédemment en relation avec la figure 2.
Le dispositif faible grossissement (basse résolution) 42 effectue alors un premier balayage de cette lame. Ce balayage commence par la partie d'étiquette 47 dans laquelle sont inscrits des références d'identification de la préparation en cours de visualisation. Ensuite, par une combinaison décrite précédemment de déplacements du porte-lame 1 et de la tête 42, une image complète et relativement peu agrandie de la préparation est reconstruite par le moyen 50. Cette image sera désignée par la suite "image de navigation". Cette image de navigation est soit archivée, soit présentée (affichage) à un observateur, soit les deux.
A la fin de cette phase d'acquisition d'une image de navigation, le microscope selon 1 ' invention ramène la tête de lecture 42 basse résolution (faible grossissement) dans sa position de garage, qui se trouve en dehors de la partie utile 48, de préférence au-dessus de la partie d'étiquette 47. Le système passe alors en mode fort grossissement et valide la tête 41. Par les déplacements combinés du porte-lame 1 et de la tête 42, on acquière alors de nouvelles images de la lame. Ces images présentent avantageusement une résolution maximale et un temps d'acquisition très rapide. De préférence, le déplacement de la tête 41 évite la partie d'étiquette 47. Par contre, la tête 41 peut se déplacer au-dessus de la partie fixe 29 comprenant la mire 30. De préférence, la position de garage de la tête 41 se trouve à la verticale de la mire 30.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'acquisition d'images successives de fort grossissement est effectuée de façon automatique pour tous les objectifs disponibles et pour la totalité de la lame 46. Ceci permet de constituer une base de données complète. Chacune des acquisitions fort grossissement est alors effectuée beaucoup plus rapidement que les dispositifs actuels, avec une beaucoup plus grande précision. En outre, la qualité optique des images et la précision des mesures pouvant être effectuées est évaluée d'une façon fiable et objective qui sera décrite ci-après.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, 1 'acquisition d' images successives de fort grossissement est effectuée en ligne, de façon sélective par un observateur. En effet, comme on l'a vu précédemment, le dispositif de faible grossissement 42 commence par acquérir l'image de navigation. Il est donc possible à un observateur de sélectionner une partie pathologiquement ou diagnostiquement intéressante et de limiter le balayage de la tête haute résolution 41 à une zone restreinte de la lame 46. Il lui sera en outre possible de sélectionner très rapidement l'objectif voulu. L'image de navigation automatiquement et immédiatement numérisée est restituable sur un affichage soit à proximité immédiate du microscope selon l'invention, soit à distance via un réseau informatique. En outre, la commande du moyen de reconstruction est totalement numérique et peut donc également être effectuée à distance via un réseau informatique. 'observateur n'est donc avantageusement plus forcé de se trouver à proximité immédiate du microscope. Cette première phase présente déjà deux avantages majeurs par rapport aux solutions existantes homologues (scanner) . D'une part, la résolution est bien meilleure. D'autre part, le microscope selon l'invention peut être placé à un endroit éloigné de l'observateur. Lors d'un changement d'objectif, les ajustements d' éclairement et de positionnement de l'objectif sur l'axe optique sont effectués automatiquement à 1 ' ide du dispositif d'autofocalisation et de la mire placée sur le porte-lame, comme cela a été décrit précédemment en relation avec la figure 2. Les différents réglages sont mémorisés par le moyen de reconstruction et associés à l'image concernée.
A intervalles plus ou moins réguliers, prédéterminés par le moyen de construction et éventuellement modifiable par un utilisateur, le microscope selon l'invention peut effectuer un certain nombre de tests objectifs quant à la qualité optique du microscope. Ces tests peuvent être effectués pour différents types d'objectifs. Pour les effectuer, le moyen de reconstruction 50 effectue une mesure en acquérant de la façon décrite précédemment (déplacements combinés du porte-lame et de la tête 42) une image d'une ou plusieurs parties sélectionnées de la mire 30. Ensuite, une comparaison avec des données de référence permet d'évaluer la stabilité du système.
Les résultats obtenus et archivés, le moyen de recons- truction peut, en fonction de conditions préalablement fixées éventuellement modifiables par un observateur, soit indiquer à l'observateur un état de fonctionnement parfait du dispositif, soit lui indiquer un dysfonctionnement, en lui précisant quel paramètre (s) est (sont) déviant (s) . Si les tests révèlent un dysfonctionnement, on peut prévoir une possibilité de correction automatique par le système informatique, soit par un traitement purement numérique, soit par une modification des conditions d'acquisition, par exemple une augmentation ou une diminution de l'intensité de la source lumineuse d'éclairement, ou encore un déplacement de l'objectif. Toutefois, on pourra également prévoir de limiter les possibilités d'intervention automatique du système ou de les soumettre à une approbation d'un observateur.
Divers tests peuvent ainsi être effectués avec des fréquences variables. Ainsi, certains tests de stabilité ne seront effectués qu'au démarrage du microscope, alors que des tests d'homogénéité du champ, de reproductibilité de différences spatiales, d'instabilité locale aléatoire d'éclairement, de dérive de contraste de stoechiométrie, de linéarité, de repro- ductibilité de morphométrie (mesure d'une surface ou d'une longueur) et de test photométrique, sont effectués à des intervalles de temps plus réguliers pendant le fonctionnement du lecteur, par exemple une fois par heure ou à chaque changement de préparation microscopique. Les différents résultats des divers tests, ainsi que le cas échéant les modifications des conditions d'acquisition sont mémorisés et associés à chaque image. Le microscope selon l'invention fournit donc avantageusement des images d'une qualité optique optimale et définie de façon absolue. Un avantage à dissocier des têtes de fort grossissement 41 et de faible grossissement 42, outre la réduction de complexité est le suivant. La tête 42 est relativement stable et pré-réglée lors de sa construction. Par contre, la qualité des images fournies par la tête 41 doit être optimale. Son fonction- ne ent doit donc être vérifié à l'aide de tests effectués de la façon décrite précédemment. Dissocier les têtes permet d'acquérir 1 'image de navigation pendant au moins une partie des tests sur la tête 41, ce qui abrège le temps d'acquisition.
Les images obtenues à l'aide d'un microscope selon 1 ' invention sont avantageusement parfaitement reproductibles . Leur qualité optique est optimisée, et les conditions exactes de leur acquisition sont mémorisées de façon absolue par le moyen de reconstruction. Ceci permet de s'affranchir des problèmes décrits précédemment de variations individuelles liées à l'utilisation par un observateur donné. En outre, comme cela a été indiqué précédemment, le microscope selon l'invention peut évaluer la qualité optique des images voire l'améliorer, en conservant une trace de cette amélioration.
Un autre avantage de la présente invention est l'interactivité avec un observateur. En effet, au contraire d'un dispositif de type scanner, l'observateur peut intervenir à tout moment par l'intermédiaire du moyen de reconstruction pour modifier les conditions d'acquisition. En outre, le système peut mémoriser de façon absolue ces modifications. Un autre avantage de la présente invention est de permettre de combiner le système d'observation et un système d' archivage.
Un autre avantage d'un microscope selon la présente invention est d'être tout à la fois un système d'observation permettant à un observateur distant ou non de repérer l'allure générale d'une préparation et de constituer également un instrument de mesure. Cet instrument de mesure est avantageusement un instrument automatiquement standardisé. En effet, par le biais de la mire, et de tests tels que décrits précédemment, il est possible de détecter et d'évaluer automatiquement, voire de corriger, une éventuelle dérive du système. Ceci limite les possibilités de différences de résultats. .
Un autre avantage d'un microscope selon la présente invention est son ergonomie. En effet, l'ensemble du dispositif décrit précédemment rentrera dans un lecteur dont l'encombrement sur un espace de travail est d'environ 30x20 cm. Il présente l'avantage d'être beaucoup moins encombrant en termes de hauteur qu'un microscope courant.
A titre d'exemple comparatif non-limitatif, des carac- teristiques des éléments principaux et des performances d'un microscope selon l'invention tel qu'illustré en figure 4 sont détaillées ci-après.
Les lames ont typiquement une largeur de 25 à 30 mm, généralement standardisée à 26 mm, pour une longueur de l'ordre de 75 à 80 mm, généralement standardisée à 76 mm, avec une zone d'étiquette de l'ordre de 15 à 20 mm, généralement de 16 mm.
La fente présentera une largeur comprise entre 3 et 5 mm.
Le porte-lame sera conçu avec une largeur et une lon- gueur variant de 2 mm par rapport aux dimensions de la lame. La combinaison des ergots, de la griffe, du poussoir et des ressorts permettra un repositionnement d'une même préparation microscopique à un demi micromètre près.
Le moteur pas-à-pas associé permet de déplacer le porte-lame avec une précision de 0,1 μm, à une vitesse de 50 mm/s.
La caméra numérique est de type CMOS, d'une taille d'au moins 1280x1024 points image (pixels) telle que, par exemple, le dispositif PB≈MV13 Megapixel CMOS commercialisé par la société Photobit de Pasadema, Californie, États-Unis d'Amérique du Nord, ayant une vitesse trame limite de l'ordre de 2 ms par trame (500 trames par seconde) , les performances d'acquisition avec les divers objectifs sont les suivantes.
Les moteurs des têtes de fort et faible grossissement sont similaires. Chacun déplace la tête associée à une vitesse comprise entre 1 et 10 cm/s. Le choix de la vitesse sera effectué en fonction des conditions d'acquisition (objectif actif, type de la source lumineuse... ) .
Le moyen de reconstruction sélectionne la vitesse soit automatiquement, soit sur instruction d'un observateur.
Pour un objectif 4x, il faut un temps total compris entre 4 et 30 s, par exemple d'environ 13 s, pour acquérir une image de navigation d'une résolution optique de l'ordre de 3 μm.
Pour un objectif lOx, la résolution optique est de l'ordre de 1,2 μm, et la totalité de la partie utile de la préparation microscopique est acquise en un temps compris entre 60 et 200 s, par exemple de l'ordre de 60 s .
Pour un objectif 20x, on obtiendra une succession d'images d'une résolution optique de 0,7 μm, pour la totalité de la partie utile de la préparation microscopique, en un temps compris entre 170 et 500 s, par exemple de l'ordre de 370 s.
Pour un objectif 40x, l'acquisition d'une succession d'images, d'une résolution optique de 0,5 μm, s'effectue, pour la totalité de la partie utile de la préparation microscopique, en un temps compris entre 400 et 1 000 s, par exemple de l'ordre de 700 s.
Le temps de passage d'une image à haute résolution obtenue avec les objectifs lOx, 20x ou 40x à partir d'une position définie dans l'image de navigation est compris entre 0,1 et 1 s, par exemple de l'ordre de 0,25 s.
Le temps de passage d'une image à haute résolution obtenue avec les objectifs lOx, 20x ou 40x à une autre image adjacente obtenue avec le même objectif est compris entre 0, 1 et 0,5 s, par exemple de l'ordre de 0,25 s.
Bien entendu, la présente invention est- susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les systèmes de déplacements ou de maintien peuvent différer de ceux décrits précédemment. De même, la répartition des divers éléments effectuée dans l'une quelconque des figures n'est qu' illustrative. Ainsi, les deux têtes de lecture 41 et 42 des figures 4 pourraient être disposées d'un côté différent de la lame. De même, le système d'acquisition (lame semi-transparente 11, caméra numérique 9, diaphragme de contraste 12) pourrait différer de celui présenté en relation avec les figures 3 et 4.

Claims

REVENDICATIONS
1. Microscope comprenant au moins un dispositif optique de grossissement (6 ; 41, 42) d'une lame de préparation (46) placée sur une fente rectangulaire (3) de telle sorte que toute la longueur de la lame recouvre au moins partiellement la longueur de la fente, la largeur de la fente étant inférieure à celle de la lame, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : un moyen (10 ; 431, 441, 432, 442, 45, 46) pour déplacer le dispositif optique dans le sens de la longueur de la fente sur toute cette longueur ; un porte-lame (1) pour déplacer la lame dans le sens de la largeur de la fente sur toute la largeur de la lame ; une caméra numérique (9) associée au dispositif optique ; et un moyen de reconstruction (50) d'une image partielle ou complète de la lame, à partir de la succession de lignes et colonnes filmées par la caméra pendant les déplacements du dispositif et du porte-lame.
2. Microscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'au moins un dispositif optique (6 ; 41, 42) comporte des première et seconde parties solidaires, propres à passer, respectivement, sous et au-dessus de la fente rectangulaire (3) lors du déplacement du dispositif, la première partie comprenant au moins un dispositif d'éclairement (7, 70, 71) et la seconde partie comprenant au moins un objectif (8 ; 81, 82, 83) placé sur l'axe optique défini par le dispositif d'éclairement et la fente.
3. Microscope selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairement (7) de la première partie comprend au moins une source lumineuse.
4. Microscope selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une source lumineuse est montée sur le dispositif optique.
5. Microscope selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une source lumineuse est externe au dispositif et en ce qu'une fibre optique amène dans la première partie du dispositif optique de grossissement (6 ; 41, 42) le faisceau émis par ladite source.
6. Microscope selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une source lumineuse est une source continue.
7. Microscope selon l'une quelconque, des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une source lumineuse est une source puisée.
8. Microscope selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairement (7) comporte en outre une lentille convergente (70) , fixée dans la première partie du dispositif optique de grossissement (6 ; 41, 42), d'où il résulte qu'un faisceau lumineux issu de la source lumineuse est condensé vers la fente (3) .
9. Microscope selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif d' éclairement (7) comporte en outre un diaphragme (71) intercalé entre la lentille (70) et la fente (3).
10. Microscope selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la seconde partie du dispositif optique de grossissement (6 ; 41) comporte une pluralité d'objectifs (81, 82, 83) et un moyen de sélection propre à placer un seul desdits objectifs sur l'axe optique.
11. Microscope selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen de sélection comprend un moteur commandable pas-à-pas (85) propre à déplacer perpendiculairement à l'axe optique un tiroir (84) contenant la pluralité d'objectifs (81, 82, 83) .
12. Microscope selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que la seconde partie du dispositif optique (6 ; 41, 42) comporte en outre un moyen d'auto-focalisation pour déplacer l'objectif (8 ; 81, 82, 83) sur l'axe optique.
13. Microscope selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen d'auto-focalisation comprend une diode laser (13) placée sur l'axe optique au-dessus de l'objectif (8 ; 81, 82, 83), un élément piézo-électrique (86) associé à l'objectif et commandé par le moyen de reconstruction (50) .
14. Microscope selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, .caractérisé en ce que le moyen pour déplacer le dispositif optique de grossissement (6 ; 41, 42) comprend au moins un élément d'asservissement (441, 442) actionné par un moteur pas-à-pas commandable (451, 452) .
15. Microscope selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte deux dispositifs optiques de grossissement, un premier dispositif de fort grossissement (41) et un second dispositif de faible grossissement (42) , chaque dispositif étant associé à son propre moyen de déplacement (431, 441, 451, 432, 442, 452) .
16. Microscope selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le porte-lame (1) est rectangulaire et présente une forme en U d'une longueur au moins égale à celle d'une lame (46) .
17. Microscope selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'un élément d'asservissement (61) relie une partie de butée d'une lame (46) dans le porte-lame (1) à un moteur pas-à- pas (60) commandable par le moyen de reconstruction (50) .
18. Microscope selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le porte-lame (1) comporte en outre une partie fixe (29) supportant une mire (30) .
19. Microscope selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer le dispositif optique (6 ; 41, 42) et le porte-lame (1) pour déplacer la lame fournissent en temps réel leur position au moyen de reconstruction (50) .
20. Microscope selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la caméra numérique (9) est une caméra CMOS.
21. Microscope selon les revendications 2 et 20, caractérisé en ce que la caméra numérique (9) associée au dispositif optique de grossissement (6 ; 41, 42) est placée dans la seconde partie de celui-ci.
22. Microscope selon la revendication 21, caractérisé en ce que la seconde partie comprend en outre un moyen (11) pour transmettre à la caméra numérique (9) le faisceau lumineux sortant de l'objectif (8 ; 81, 82, 83) .
23. Microscope selon- la revendication 22, caractérisé en ce que le moyen de transmission est une lame semi-transparente (11) .
24. Microscope selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'un diaphragme (12) est intercalé entre la lame semi- transparente (11) et la caméra numérique (9) .
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