CN110088660B - 共振扫描仪与可移动载物台的互操作 - Google Patents

Abstract

一种用于控制共振扫描仪与可移动载物台之间的互操作的***、装置和方法以及方法。可移动载物台被用来安置样本以用于由共振扫描仪进行光学扫描。本发明提供了以对样本进行光学扫描的其它已知方法十倍或更快的速率的对样本组织的高分辨率扫描。

Description

共振扫描仪与可移动载物台的互操作

（一个或多个）相关专利申请的交叉引用

本文档是美国非临时发明专利申请，其要求具有序列号（62/406,841）、（确认号3165）、（案号ML-0533P）、于2016年10月11日提交并且题为“CONTROLLING INTER-OPERATIONBETWEEN A RESONANT SCANNER AND A MOVABLE STAGE”的共同未决美国（发明）临时专利申请的优先权和权益，并且该临时专利申请被通过引用整体地结合于本文中。

包括相关主题的（一个或多个）专利申请

本文档是美国非临时发明专利申请，其包括一般与Fox等人的于2015年6月16日发布并且题为“CONFOCAL SCANNING MICROSCOPE HAVING OPTICAL AND SCANNING SYSTEMSWHICH PROVIDE A HANDHELD IMAGING HEAD”的美国专利号9,055,867的主题相关的主题。

本文档包括一般也与美国专利公开号2015/0351633的主题相关的主题，该美国专利公开于2015年12月10日公开并且被作为与在先提交的、后来被作为上面提到的美国专利号9,055,867而发布的美国专利申请号11,920,195相关的继续专利申请而提交。通过引用将上述专利、专利公开和专利申请整体地结合于本文中。

技术领域

一种用于控制共振扫描仪与可移动载物台（stage）之间的互操作的装置。可移动载物台被用来安置样本（specimen）以用于由共振扫描仪进行光学扫描。

背景技术

共振扫描仪采用偏转和引导光束的共振镜。共振镜的位置随着时间的过去是动态的，并且意味着该镜被设计成随着时间的过去根据特定的振荡频率而共振（振荡）。这样的共振使得光束的方向也随着时间的过去而振荡和改变。

上面的讨论仅是为一般背景信息而提供的，并且不旨在在确定要求保护的主题的范围时用作帮助。

发明内容

一种用于控制共振扫描仪与可移动载物台之间的互操作的装置、***和方法。可移动载物台被用来安置样本以用于由共振扫描仪进行光学扫描。本发明提供了以超过对样本进行光学扫描的其它已知方法十倍的速率的对样本组织的高分辨率扫描。

本发明的该简要描述仅旨在提供对本文中公开的主题的简要概述。该简要描述不旨在标识要求保护的主题的关键特征或必要特征，其也不旨在在确定要求保护的主题的范围时用作帮助。

附图说明

为了可以以其理解本发明的特征的方式，可以参考某些实施例得到本发明的详细描述，所述某些实施例中的一些被图示在附图中。附图不一定按比例，并且重点一般放在图示本发明的某些实施例的特征上。在附图中，贯穿各个视图相同的数字用于指示相同的部件（part）。为了进一步理解本发明，可以参考以下详细描述，结合附图来阅读，在附图中：

图1图示了共焦激光扫描显微镜（CLSM）与可移动载物台之间的电气接口的实施例的框图。

图2图示了在共焦激光扫描显微镜（CLSM）的实施例内的内部组件中的一些的框图。

图3图示了根据本发明的图1的共焦激光扫描显微镜（CLSM）与可移动载物台之间的接口的更详细视图。

图4图示了根据本发明的在样本上的空间扫描图案。

图5A-5B图示了用于步进映射（step-mapping）和条带（strip）映射的载物台移动的路径。

图6图示了允许共焦扫描头与XY载物台之间的互操作的电子器件的集合的实施例的简化框图。

具体实施方式

图1图示了在共焦激光扫描显微镜（CLSM）140与可移动XY载物台150（在本文中也被称为载物台150）之间的电气接口的实施例的***、装置和方法的框图100。如所示，计算机110包括扩展槽以及经由***总线与计算机的其它部件进行电气接口连接的各种（硬件）组件。硬件组件以及存储在存储器和***总线内的软件位于（这里未示出的）计算机机箱内。

共焦激光扫描显微镜（CLSM）接口板120是被设计成与共焦激光扫描显微镜（CLSM）140进行电气接口连接的组件。载物台控制器板130是被设计成与载物台150进行电气接口连接的组件。XY载物台150被设计成在由X和Y轴限定的二维XY平面的范围内移动，同时物理接触样本并支撑样本的重力。样本通常是组织的一部分，其包括组织内的细胞结构。然而，样本不限于由有生命的和/或在先有生命的材料组成，并且可以部分或完全由无生命的和/或从未有生命的材料组成。采用（未示出的）机械支架来安置CLSM 140，并且在CLSM 140被布置在载物台150上面并被朝向载物台150引导时支撑CLSM 140的重力。

二维XY平面，在本文中也被称为XY平面，由在本文中称为X轴和Y轴（参见图2）的两个正交方向限定，X轴和Y轴在本文中也分别被称为X方向和Y方向。该平面被定向成基本上平行于地球的表面，并且基本上垂直于重力的方向。如本文中提到的，Z轴，在本文中也被称为Z方向，被限定成基本上平行于重力的方向并且垂直于二维XY平面。

在一些实施例中，Marzhauser Scan Plus IM 120x80——部件号00-24-579-0000被用作XY载物台，并且Marzhauser Tango PCIe Stage Controller——部件号00-76-150-0812被用作载物台控制器。通过由Marzhauser Tango PCIe Stage Controller控制的步进电机移动载物台。在其它实施例中，载物台是由Prior Scientific制造的ProScan机动化载物台，例如部件号H101CNLI。

共焦激光扫描显微镜（CLSM）140被设计成提供从经由朝向样本内的二维平面的聚焦点照射（激光）的光学扫描生成的图像。该二维平面与样本内的旨在被光学扫描的组织薄层的位置一致。该组织薄层可以在厚度上薄至1微米或更小。

与位于光学共轭焦平面中的针孔结合地采用光敏检测器。根据二维平面的位置和样本内的要被光学扫描的层，光学共轭焦平面被布置在空间中的位置处。

图2图示了共焦激光扫描显微镜（CLSM）140的实施例的内部组件中的一些的框图。如所示，CLSM 140包括激光器模块210、分束器212、快速扫描镜214、慢速扫描镜216和振镜（galvanometer）218。激光器模块生成（未示出的）激光束，该激光束穿过分束器212并且在返回路径上它被分束器朝向检测器反射。

这两束中的第一个首先被快速扫描镜214反射，然后被路线中的慢速扫描镜216反射，以被朝向样本238引导。在到达样本238之前，激光束穿过CLSM 140的望远镜230、波片232、物镜234和窗口236部分。

窗口236由脊状且半透明的材料制成。这样的材料附着到扫描头和/或附着到保持样本238本身的载玻片。为了光学折射率匹配的目的，将折射率匹配流体布置成邻近窗口236。这样的流体可以是油、凝胶、水或在某些情况下是空气。

快速扫描镜214在两个极端位置之间并且沿着基本上平行于X轴260的方向水平振荡，而慢速扫描镜216沿着基本上平行于Y轴的方向移动。经由快速扫描镜214在两个极端位置之间的振荡，激光束的方向在两个极端方向之间振荡。

振镜218被用来控制慢速扫描镜216的移动。振镜218在本文中也被称为“振镜（galvo）”，并且是被设计成响应于接收到电气信号而精确地移动的机电仪器。CLSM 140进一步包括被用来引起快速扫描镜214的振荡运动的共振扫描仪220组件。

CLSM 140进一步包括望远镜230，该望远镜230被设计成传递光并且其包括（未示出的）一个或多个透镜（lens）。CLSM 140进一步包括波片232和物镜234以及窗口236。窗口236朝向样本238传递光，并且接收被样本238反射并回到CLSM 140中的光。

从样本238反射的光穿过窗口236、物镜234、波片232、望远镜230，并且由分束器212通过检测器模块输入透镜242反射到检测器模块240中。检测器模块240被设计成处理通过光输入孔接收的光，该光输入孔在本文中也被称为“针孔”。

检测器模块240的针孔被安置成接收从位于样本238内的扫描平面反射的光。沿着光学焦平面捕获被扫描平面反射的这样的光，在这里被称为反射光，该光学焦平面在三维空间中具有特定位置并且其与样本238内的该特定扫描平面相关联。

通常，沿着位于样本内的特定深度（距离）处的扫描平面对样本238的内部部分进行光学扫描，该特定深度（距离）如从样本238的最靠近CLSM 140的外表面所测量。考虑到CLSM 140通常被布置在样本238上面的较高高度处，该外表面通常是样本的最高的高（上）表面。

多个扫描平面位于由样本238占据的三维空间内。多个扫描平面中的每个被定向成垂直于Z方向，并且在样本238内沿着Z方向分层（堆叠）在一起。这些扫描平面中的每个与特定焦平面相关联。检测器模块240被设计成输入从每个扫描平面反射的光。经由检测器模块，将样本238的至少一部分的三维图像或可选地将整个样本的三维图像作为数字数据存储到存储器中。

根据本发明的一些实施例，采用图2的CLSM 140的版本，其中在某些操作模式中，慢速扫描镜216的移动被移动的XY载物台取代，而快速扫描镜214继续以振荡方式移动。

图3图示了作为共焦扫描***的本发明的实施例的视图，该共焦扫描***包括用作共焦激光扫描显微镜（CLSM）140的共焦扫描头（CSH）340且包括可移动载物台，比如图1的可移动载物台。如本发明的该实施例中所示，CLSM 140的许多功能性被封装到共焦扫描头（CSH）340中。共焦扫描头（CSH）340被布置在相对于XY载物台150的较高高度处，并且用作与图1的计算机110分离的计算机。CSH 340的***控制组件362包括微控制器以及其它硬件和软件组件。

与图2的CLSM不同，在本文中称为条带映射的一些操作模式中，CSH 340内的慢速扫描镜216的移动被消除，并且反而被XY载物台150在基本上平行于Y轴的方向上的移动取代，而共振扫描仪的快速扫描镜214继续以基本上平行于X轴260的振荡方式移动。在该操作模式中，XY载物台150的移动与快速扫描镜214的移动同步。

在本文中称为步进映射或块镶嵌扫描（block mosaic scanning）的其它操作模式中，XY载物台150的移动补充慢速扫描镜216的移动和快速扫描镜214的移动。

在该实施例中，驻留在CSH 340内的软件包括经由设备驱动器与各种设备进行接口连接的应用软件。这些设备驱动器包括激光器驱动器342，该激光器驱动器342与也位于CSH 340内的激光器组件进行接口连接。共振扫描仪驱动器344与位于CSH 340内的共振扫描仪进行接口连接，并且振镜驱动器346与位于CSH 340中的振镜进行接口连接，并且Z电机驱动器348与位于CSH 340内部的Z电机进行接口连接。Z电机被设计成使CSH 340沿着平行于Z轴280的方向移动（提升或降低）。

CSH 340还包括检测器模块360、***控制组件362和物镜354。像图2的检测器模块，图3的检测器模块360被设计成输入从与被布置在XY载物台150上的样本238（参见图2）内的扫描平面相关联的每个焦平面反射的光。

经由检测器模块360，将表示样本238的至少一部分的三维图像的数据作为数字数据存储到存储器中。在一些实施例中，该数据被临时存储在CSH 340内的存储器中并且传送到位于CSH 340外部的另一存储器，诸如被存储到计算机110内部的存储器中并经由扫描头接口通信信道364传送。在其它实施例中，经由扫描头接口通信信道364，将该数据直接从CSH 340传送到存储在计算机110内部的存储器。

本发明的***内的电子器件获得关于共振扫描仪220的实时移动的信息，并且作为响应，***将共振扫描仪220的实时移动转换成一系列的一个或多个命令，所述命令被经由载物台控制器电机电缆368从共焦激光扫描显微镜（CLSM）应用软件370传送到载物台控制器板130。

如果有必要，则这些命令引导载物台控制器板130根据共振扫描仪220的实时移动频率调整移动的XY载物台150的移动速度，该频率通常随着时间的过去而变化。响应于共振扫描仪220的温度中的改变，可能发生这样的移动频率改变。作为响应，载物台控制器板130经由载物台控制器电机电缆368传送和控制XY载物台150的移动。

如所示，计算机110包括各种用户接口组件，其包括用户接口监视器（屏幕）、键盘和鼠标（用户接口定点设备）以及操纵杆。在共焦扫描***发起扫描之前或之后，用户可以采用计算机来安置共焦扫描头（CSH）340和安置XY载物台150。而且，可以调整激光功率以调整图像亮度。可以在CSH下面移动载物台150，以将样本对齐到期望的位置中。

计算机110执行共焦激光扫描显微镜（CLSM）应用软件，该应用软件被设计成接收并处理来自用户接口组件的输入，并且被设计成和与计算机110电气通信的其它组件（包括诸如共焦激光扫描显微镜（CLSM）接口板120和载物台控制器板130）接口连接并与之互操作。

图4图示了根据本发明的样本238上的空间扫描图案，该空间扫描图案表示共焦扫描头CSH 340的共振扫描仪与移动的XY载物台150之间的互操作。如所示，样本238的横截面包括感兴趣的体积、层410的横截面，其是样本238内的一层组织。该感兴趣的体积、层410构成位于样本238内的组织的子集。该感兴趣的体积、层410具有上（最高）边界和下（最低）边界，它们每个在形状上是平面的并且平行于X轴260和Y轴270。扫描平面被限定为三维空间中的平面，该平面被定向成平行于感兴趣的体积、层410的下边界和上边界中的每个并且目标是驻留在感兴趣的体积、层410的上边界与下边界之间的中途。基本上，扫描平面关于感兴趣的体积、层410的中心高度居中，并且它是位于三维空间中并位于样本238内的平面。该扫描平面是CSH 340的光学扫描被沿着其聚焦的平面。

与从CSH 340投射的激光束相交的扫描平面的圆形部分在本文中称为爱里斑（AD，airy disk）（以位置420a-e表示）。爱里斑在本文中也被称为激光束横截面。该AD表示在其上光从样本238反射并传递到检测器模块240的光输入孔中的区域。爱里斑沿着X轴260水平（从左向右）移动（振荡），而XY载物台150沿着Y轴垂直移动样本238。（在这里未示出的）CSH340被定位在位于样本238内的扫描平面上面（在比扫描平面高的高度处），并且在样本238本身上面。

由于XY载物台150沿着Y轴270的垂直（向北）移动，在沿着扫描平面并且通过样本238的横截面从左向右和从右向左移动时AD的水平移动随着时间的过去而倾斜。因此，这样的移动沿着扫描平面产生类似锯齿形的图案，其穿过样本238的横截面。

根据本发明，为了扫描整个感兴趣的体积（层），而不错过对感兴趣的体积（层）内的特定位置的扫描，控制XY载物台150的移动以沿着扫描平面在相邻扫描路径之间产生有意的重叠，尽管这样的扫描路径沿着扫描平面以类似锯齿形的图案移动。

例如，扫描路径的第一段（第一扫描路径段）被限定为驻留在位置420a和420b处的爱里斑（AD）之间，并且第二扫描路径段被限定为位于AD位置420b与420c之间。注意：第一扫描路径段和第二扫描路径段彼此重叠。这两个扫描路径段之间的最小重叠量是位置420a和420c处的AD之间的重叠。如所示，位置420a和420c处的AD之间的重叠大约为12％。

注意：在本发明的一些实施例中，光学扫描随着AD在从左向右的方向上的移动而发生，但是不会随着AD在从右向左的方向上的移动而发生。在其它实施例中，光学扫描发生在两个方向上。

扫描路径段之间的最大重叠恰好在AD到达位置420b之前并且恰好在它离开位置420b且朝向位置420c行进之后发生。在位置420b的该附近中，在到达与离开AD之间存在几乎100％的重叠。然而，在AD到达位置420c时相对于AD离开位置420a时之间，该重叠减小到大约12％。

在一些实施例中，扫描线内的每个像素被限定为每个唯一定位的爱里斑的中心部分。爱里斑本身的跨度可以引起相邻扫描线之间的重叠。基本上，每个爱里斑的中心部分可以被雕刻出来以限定该爱里斑内的像素，而AD的剩余部分可以被丢弃。

换言之，爱里斑的中心部分在本文中称为像素。在这些实施例内，这样的中心部分被限定为在形状上是正方形的并且被称为正方形像素。扫描线段之间所需的重叠取决于AD的中心部分与整个AD的总体尺寸之间的相对大小。因此，一些实施例在相邻扫描路径段之间可能需要远大于12％的重叠，例如多达50％的重叠或更多，以捕获和联结（join）驻留在感兴趣的扫描平面内的每个AD的每一个像素（中心部分）。

注意：XY载物台150在一个方向上移动，而共振扫描仪镜在垂直于XY载物台150的移动方向的方向上振荡。在XY载物台150与共振扫描仪之间的这样的移动发生在矩形区域上，该矩形区域的跨度限定框架（frame）。框架通常是具有小于或等于共振扫描仪镜的移动的水平跨度的宽度的矩形区域。框架具有小于或等于XY载物台150的移动的跨度的高度。

图5A-5B每个图示了用于分别执行步进映射和条带映射的载物台移动的路径。图5A图示了步进映射，其在本文中也被称为块镶嵌映射或扫描。参考图5A，首先扫描框架510a，框架510a是沿着样本238内的感兴趣的体积的横截面驻留的扫描平面的一部分。以朝向框架510a的中心引导CSH 340为目标来发起对框架510a的扫描，同时共振扫描仪快速镜在框架510a的左手（西）边界到右手（东）边界之间振荡，并且同时慢速镜垂直移动、移动通过框架510a，使得CSH 340的激光器的目标从框架510a的上（北）边界到下（南）边界并且在框架510a的左手（西）边界与右手（东）边界之间连续地覆盖，并且直到完成对框架510a的扫描为止。

在完成对框架510a的扫描时，将XY载物台150从框架510a移动到框架510b，使得可以以与针对框架510a所描述的方式相同的方式发起和执行对框架510b的扫描。

随着时间的过去以字典（字母）顺序（意味着以510a、510b、510c......510p的顺序）执行对（16个）框架510a至510p的扫描。框架510a至框架510p构成沿着样本238内的感兴趣的横截面的一个连续扫描平面。在该扫描平面下面大约1微米内的组织被称为感兴趣的层。

优选的是：在彼此相邻的（16个）框架510a-510p之间存在光学扫描重叠。该重叠被用来将框架联结（拼接）在一起以形成包括所有（16个）框架510a-510p的联结的（统一的）光学扫描图像。在其它实施例中，当经由步进映射进行扫描时，被扫描的数据之间（诸如框架之间）可能不存在重叠。

在一些实施例中，使用OpenCV开源编程函数库来实现图像联结软件。采用OpenCV函数来标识经相邻扫描的图像数据内的相同图像图案，以供用作用于决定如何将经相邻扫描的图像数据对齐并联结在一起的标记。这样的软件可以联结在相同层内的相邻的经扫描的框架，和/或联结在分离但相邻的经扫描的层内的相邻框架。

这样的图像图案可以由特定的细胞引起，该细胞反射被朝向那些细胞引导并在特定波长范围内的光。在一些情况下，将各种染料注入到样本238的层中可以使得样本238的该部分内的细胞发荧光，这意味着那些细胞由于染料与细胞之间的接触引起的细胞的荧光而明亮地闪耀或发光。

图5B图示了条带映射，条带映射在本文中也被称为条带扫描。参考图5B，具有相对于其水平（西/东）尺寸较长的垂直（北/南）尺寸的框架510q在本文中也被称为扫描条带或条带。该条带沿着扫描平面驻留，该扫描平面是样本238内感兴趣的体积的横截面。对框架510q的扫描在框架510q的下（南）边界处发起，同时CSH 340的共振扫描仪镜在框架510q的左（西）手边界与右（东）手边界之间振荡，并且 同时XY载物台150移动以使得共焦扫描头（CSH）340的目标从框架510q的下（南）边界连续移动到框架510q的上（北）边界，以便完成对整个框架510q的扫描。

XY载物台150然后移动以使得CSH 340的目标被移动到任何框架（条带）510q-510t外部，并且然后从右手（西）位置移动到左手（东）位置，同时穿过在任何框架510q-510t外部的位置520c，并且然后朝向在框架510r内部的位置520d移动，以便发起对框架510r的扫描。对框架510r的扫描在上（北）边界处发起，同时共振扫描仪镜在框架510r的左手（西）边界与右手（东）边界之间振荡，同时XY载物台150移动以使得共焦扫描头（CSH）340的目标在框架510r的上（北）边界与下（南）边界之间连续移动，以便完成对框架510r的扫描。

XY载物台150然后移动以使得CSH 340的目标被移动到任何框架510r-510t外部，并且然后从右手（东）位置移动到左手（西）位置，同时穿过在任何框架510r-510t外部的位置520f，并且然后朝向在框架510s内部的位置520g移动，以便发起对框架510s的扫描。

然后以与本文中针对框架510q所描述的方式相同的方式扫描框架510s。在扫描框架510q之后，以与本文中针对框架510r所描述的方式相同的方式扫描框架510t。如所示，与具有正方形形状（比如图5A的框架510a-510p）相反，框架510q-510t每个具有长矩形形状。

与相邻框架一样，采用软件来联结图像数据的相邻的经扫描的条带。这样的软件可以联结在相同的被扫描层内的相邻条带，和/或联结在分离但相邻的被扫描层内的相邻条带。

图6图示了允许共焦扫描头340与XY载物台150之间的互操作的电子器件的集合的实施例的简化框图。

如所示，驱动器电子器件（硬件），Texas Instruments型号DRV8801，也被称为共振扫描仪驱动器（RSD）组件610，将电子信号输出到由Cambridge Technology制造的共振扫描仪612（型号CRS 8KHz）。该共振扫描仪输出模拟电子信号，其在本文中称为共振信号（被标记为“Fdbk速度”或“Vel fdbk”），被称为反馈速度信号614。该反馈速度信号实时地表示共振扫描仪的移动，意味着该信号被与CSH 340内的共振扫描仪的每个物理移动同步地（几乎同时）生成，同时它随着时间的过去而共振。

共振信号的频率表示共振扫描仪随着时间的过去的共振的频率。因为共振扫描仪的频率通常随着时间的过去、通常响应于温度中的改变而改变，所以共振反馈速度信号的频率随着时间的过去相应地改变。在特定的时间，共振反馈速度信号的幅度表示在那时共振扫描仪被定向的在共振扫描仪的扫描角内的位置。共振扫描仪的方向在共振（振荡）运动的范围内振荡。共振信号的最大幅度和最小幅度中的每个表示共振扫描仪的激光器在其共振（振荡）运动范围内的最大摆动（振荡）。

共振信号从共振扫描仪输出并输入到模数转换器（ADC）616中。ADC 616随着时间的过去输出第一系列的数字值。为了减小信号内的噪声的目的，第一系列的数字值被输入到平均器组件618中，其输出表示第一系列的数字值的各段的平均的第二系列的数字值。在一些实施例中，第一系列内的每（4个）连续值被平均为第二系列的数字值的（1个）值。

平均器组件618将第二系列的数字值输出到滤波器组件620中，该滤波器组件620处理从平均器组件618输入的那些值以确定共振信号随着时间的过去的幅度和相位。滤波器组件620输出表示共振信号随着时间的过去的幅度的第一数字信号（幅度信号），并且输出表示共振信号随着时间的过去的相位的第二数字信号（相位信号）。

幅度信号622被从滤波器组件620输入到幅度控制器624。幅度信号622被用作到幅度控制器624的反馈信号，以便监视和调整共振扫描仪612的物理范围移动。幅度控制器624向脉冲宽度调制器（PWM）组件628输出脉冲宽度值信号626，其使得脉冲宽度调制器（PWM）组件628向共振扫描仪驱动器（RSD）组件610输出PWM输出信号630，以便如果有必要则调整共振扫描仪612的物理移动范围。

相位信号642被从滤波器组件620输入到频率控制器644。相位信号642被用作到频率控制器644的反馈信号，以监视和调整共振扫描仪612的物理移动频率。频率控制器644向直接数字频率合成器（DDFS）648输出频率调整值信号646，其使得DDFS 648向共振扫描仪驱动器（RSD）组件610输出第一信号650，以向共振扫描仪驱动器（RSD）组件610通知共振扫描仪612的物理移动的实际频率。

DDFS 648输出表示频率值的第二信号652，其被传送到在计算机110上执行的共焦激光扫描显微镜（CLSM）软件（参见第3页）。CLSM软件执行算法计算以将从DDFS接收的频率值转换成一系列的一个或多个命令，所述命令被从CLSM软件传送到载物台控制器板。如果有必要，这些命令引导载物台控制器板根据当前频率值并且在该当前频率值随着时间的过去而改变时调整移动的载物台的速度。

在一些实施例中，在条带映射时，所述计算在完成对每个框架（条带）510r-510t的光学扫描时调整XY载物台150的速度。

在共振扫描仪612的频率在一段时间内保持恒定的情况下，则根据共振扫描仪的恒定频率值，XY载物台150的适当速度也将在该段时间内保持恒定。

而且，在XY载物台150在相对于共振扫描头的水平振荡的垂直（北/南）方向上移动时，确定XY载物台150的速度以提供通过由共焦扫描头（CSH）340的共振（水平振荡）引起的视野的水平（东/西）移动获得的水平且相邻的扫描线之间的一些重叠（光学扫描重叠）。

在一些实施例中，光学扫描重叠，在本文中也被称为目标重叠，通常为每条扫描线的垂直高度的大约10％。例如，如果视野（FOV）的垂直高度以及因此每条扫描线的垂直高度等于1000微米，则目标重叠在大小上将大约为100微米。

对于该实施例，如果假设载物台速度是完全准确且恒定的，则在每条扫描线之间将存在100微米的被扫描图像重叠。该重叠使得图像拼接软件能够将两条相邻的扫描线组合成一个连贯且准确的图像。假如不准确度不超过实际重叠的大小，则可以通过该拼接软件的操作、以用于计算的时间为代价来纠正由载物台的非最佳（非完美）速度引起的小的不准确度。

注意：在一些实施例中，载物台速度被设置成还使得能够扫描正方形像素，这要求每个光学扫描路径的高度大于或等于每个被扫描像素的宽度。

在典型的使用场景中，共振扫描仪以每秒8000个循环的目标频率振荡。每个像素具有0.8微米的目标宽度。每条水平扫描线被设计成包括1024个像素并且与像素目标宽度结合，每条扫描线在水平宽度（其在本文中也被称为扫描线宽度）上近似（每条扫描线1024个像素*每像素0.8微米）=819.2微米。

该扫描线宽度等于0.8192毫米，产生水平宽度差不多1毫米的扫描线。在该场景中，从共焦扫描头CSH 340投射的激光束的方向的范围将包括瞄准扫描线的外边界，并且瞄准其外边界之间的扫描线的整体。在其被从CSH 340投射时，这样的激光束瞄准方向的范围据说在振荡激光束的扫描角的范围内。

为了使得能够扫描正方形像素，XY载物台150应当以（8000个循环/秒）*（每像素0.8微米高度）=每秒6400微米的目标载物台速度移动，以适应等于0.8微米的像素高度。

然而，如果共振扫描仪的共振频率每秒最多改变加或减2个循环，则这可能将目标XY载物台速度变更成每秒6398.4微米与每秒6401.4微米之间的范围。

例如，响应于变化的共振频率，当共振扫描仪频率向下漂移到每秒7998个循环时，目标载物台速度将是（每秒7998个循环*每像素0.8微米）=每秒6398.4微米。替代地，当共振扫描仪频率向上漂移到每秒8002个循环时，目标XY载物台速度将是（每秒8002个循环*每像素0.8微米）=每秒6401.4微米。控制目标载物台速度以接近瞬间和实时地与共振扫描仪频率匹配。

在另一使用场景中，通过将目标XY载物台速度减小一半，可以减少在样本的光学扫描内对光学噪声的减小。在该场景中，两条相邻扫描线的光学扫描被平均以减小光学噪声。据说该技术采用过采样。该技术可用于对将否则是在从人眼看时显得暗淡的被扫描图像的事物进行改善（增加其亮度）。

在其它使用场景中，可以为了各种目的采用不同的操作参数，诸如不同的目标共振扫描仪频率、不同的像素大小和像素形状、以及不同的目标XY载物台速度。该书面描述使用示例实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或***以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的字面语言无实质差异的等效结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求的范围内。

部件清单

110 计算机

120 共焦激光扫描显微镜（CLSM）接口板

130 载物台控制器板

140 CLSM

150 XY载物台

210 激光器模块

212 分束器

214 快速扫描镜

216 慢速扫描镜

218 振镜

220 共振扫描仪

230 望远镜

232 波片

234 物镜

236 窗口

238 样本

240 检测器模块

242 检测器模块输入透镜

260 X轴

270 Y轴

280 Z轴

340 共焦扫描头

342 激光器驱动器

344 共振扫描仪驱动器

346 振镜驱动器

348 Z电机驱动器

354 物镜

360 检测器模块

362 ***控制组件

364 扫描头接口通信信道

366 载物台同步信号

368 载物台控制器电机电缆

410 感兴趣的体积、层

420a-420e 位置

450 向北的方向

460 向南的方向

470 向东的方向

480 向西的方向

510a, 510b, 510c, 510d, 510e, 510o, 510p 框架

520a-h 位置

610 共振扫描仪驱动器（RSD）组件

612 共振扫描仪

614 反馈速度信号

616 模数转换器

618 平均器组件

620 滤波器组件

622 幅度信号

624 幅度控制器

626 脉冲宽度值信号

628 脉冲宽度调制器（PWM）组件

630 PWM输出信号

642 相位信号

644 频率控制器

646 频率调整值信号

648 直接数字频率合成器（DDFS）

650 第一信号

652 第二信号

Claims (14)

1.一种用于扫描组织的***，包括：

共振扫描仪，其被配置用于样本的光学扫描，并且其中在振荡图案内执行一个方向的所述光学扫描，所述振荡图案在限定基本上平行于第一轴的线的两个极端位置中间循环；

载物台，其被配置成在至少一个方向上移动，所述方向基本上平行于与所述第一轴垂直的第二轴，并且其中所述载物台被配置成根据由所述载物台接收的控制信号以一速度移动；

电子器件的集合，其被配置成获得所述共振扫描仪的随着时间的过去的共振的频率，并且其中所述电子器件的集合响应于所述随着时间的过去的共振的频率而经由所述控制信号向所述载物台的传送来控制所述载物台随着时间的过去的移动的速度。

2.根据权利要求1所述的***，其中控制所述载物台以执行条带映射。

3.根据权利要求1所述的***，其中控制所述载物台以执行步进映射。

4.根据权利要求1所述的***，其中所述电子器件的集合包括直接数字频率合成器。

5.根据权利要求1所述的***，其中控制载物台速度以使得能够扫描正方形像素。

6.根据权利要求2所述的***，其中一层内的相邻条带被联结在一起，以联结所述样本的所述层内的多个条带之间的扫描数据。

7.根据权利要求6所述的***，其中样本内的相邻层被联结在一起，以跨一个样本内的多个层获得联结的扫描数据。

8.一种用于扫描组织的方法，包括以下步骤：

提供共振扫描仪，其被配置用于样本的光学扫描，并且其中在振荡图案内执行一个方向的所述光学扫描，所述振荡图案在限定基本上平行于第一轴的线的两个极端位置中间循环；

提供载物台，其被配置成在至少一个方向上移动，所述方向平行于与所述第一轴垂直的第二轴，并且其中所述载物台被配置成根据由所述载物台接收的控制信号以一速度移动；

提供电子器件的集合，其被配置成获得所述共振扫描仪的随着时间的过去的共振的频率，并且其中所述电子器件的集合响应于所述随着时间的过去的共振的频率而经由所述控制信号向所述载物台的传送来控制所述载物台随着时间的过去的移动的速度。

9.根据权利要求8所述的方法，其中控制所述载物台以执行条带映射。

10.根据权利要求8所述的方法，其中控制所述载物台以执行步进映射。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述电子器件的集合包括直接数字频率合成器。

12.根据权利要求8所述的方法，其中控制载物台速度以使得能够扫描正方形像素。

13.根据权利要求9所述的方法，其中一层内的相邻条带被联结在一起，以联结所述样本的所述层内的多个条带之间的扫描数据。

14.根据权利要求13所述的方法，其中样本内的相邻层被联结在一起，以跨一个样本内的多个层获得联结的扫描数据。

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