JP2018534610A - ライン走査イメージングにおけるリアルタイム合焦 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2015年9月24日に出願され、「Real−Time Focusing in Line Scan Imaging」と題する米国仮特許出願第62/232,229号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。
本発明は概してデジタル病理学に関し、より具体的には、ライン走査イメージングでリアルタイム合焦を実行するための独立した多重線形センサ装置に関する。
2R=FOV×M合焦
例えば、センサ長=20.48mmおよびR=12.5mmの場合、h≦7.2mmである。h>0のとき、試料120の任意の所与の領域は、最初に合焦センサ30によって、2番目に撮像センサ20によって検知されるのに対して、h<0であるとき、試料120の所与の領域は、最初に撮像センサ20によって、2番目に合焦センサ30によって検知されることを理解されたい。h=0である場合、ステージがスライド走査方向65に沿って移動する際、試料120の所与の領域は撮像センサ20および合焦センサ30によって同時に検知される。実施形態では、試料120の同じ領域の複数の線画像の平均がその領域の線画像として使用されてよい。
v×t=h/M合焦
N=t×κ、ただしκは合焦センサ30のライン速度である。
Claims (66)
- 試料を走査して、前記試料のデジタル画像を取得するためのシステムであって、
試料を支持するように構成されたステージと、
前記ステージに直交する単一の光軸を有する対物レンズと、
撮像センサと、
合焦センサと、
前記対物レンズに光学的に結合され、前記対物レンズの前記光軸に対応する視野を受け入れ、前記視野の少なくとも1つの第1の部分を前記撮像センサに、および前記視野の少なくとも1つの第2の部分を前記合焦センサに同時に提供するように構成された少なくとも1つの第1のビームスプリッタと、
を備えるシステム。 - 前記視野の前記第1の部分は、前記視野の第1の領域であり、
前記視野の前記第2の部分は、前記視野の前記第1の領域から偏位される前記視野の第2の領域である、
請求項1に記載のシステム。 - 前記第1の領域は、前記視野の中心領域である、
請求項2に記載のシステム。 - 前記視野の前記第2の領域は、走査方向で前記視野の前記第1の領域に先行する、
請求項3に記載のシステム。 - 前記視野の前記第2の領域は、走査方向で、前記視野の前記第1の領域に続く、
請求項3に記載のシステム。 - 前記視野の前記第1の部分は、前記視野の第2の部分と同じである、
請求項1に記載のシステム。 - 前記試料は、組織試料であり、前記ステージは、前記組織試料を支持する基材を支持するように構成される、
請求項1から6のいずれかに記載のシステム。 - 前記基材は、スライドである、
請求項7に記載のシステム。 - 前記ステージは、前記対物レンズの前記光軸に対して前記試料を移動させる電動ステージである、
請求項1から8のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサは、光路に沿った前記視野の前記第2の部分を受け入れ、前記合焦センサは、前記光路に対して斜めに傾けられ、これにより前記視野の前記第2の部分は、異なる焦点距離を表すピクセルを含む画像として前記合焦センサによって取得される、
請求項1から9のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサ上の少なくとも1つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
請求項10に記載のシステム。 - 前記合焦センサは、複数の領域を備え、前記合焦センサの各領域が別個の光路に沿った前記視野の前記第2の部分を受け入れ、前記合焦センサは、前記別個のそれぞれ光路に対して斜めに傾けられ、これにより前記視野の前記第2の部分は、前記合焦センサの他の領域におけるものとは異なる焦点距離で、合焦センサの各領域によって取得される、
請求項1から11のいずれかに記載のシステム。 - 前記複数の領域の1つでの少なくとも1つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
請求項12に記載のシステム。 - 集束光学系をさらに備え、前記集束光学系は、前記少なくとも1つの第1のビームスプリッタに光学的に結合され、ビームを分割し、前記視界の前記第2の部分を前記別個の光路に伝達する少なくとも1つの第2のビームスプリッタを備える、
請求項12または13のいずれかに記載のシステム。 - 前記少なくとも1つの第2のビームスプリッタは、複数の第2のビームスプリッタを備え、前記複数の第2のビームスプリッタのそれぞれは、前記合焦センサから同距離に配置される、
請求項14に記載のシステム。 - 前記集束光学系は、前記分割されたビームを前記別個の光路の1つに反射する少なくとも1つのミラーをさらに備える、
請求項14または15のいずれかに記載のシステム。 - 前記集束光学系は、前記分割されたビームを前記別個の光路の1つに反射する少なくとも1つのミラーをさらに備え、前記少なくとも1つのミラーは、前記合焦センサから、前記複数の第2のビームスプリッタと同距離に配置される、
請求項15に記載のシステム。 - 前記合焦センサのすべての領域は、単一のラインセンサの中にある、
請求項12から17のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサの各領域は、別個のラインセンサを備える、
請求項12から17のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサは、複数の領域を備え、前記合焦センサの各領域は、別個の光路に沿った前記視野の前記第2の部分を受け入れ、前記合焦センサは、前記別個の光路のそれぞれに対して直交し、前記別個の光路のそれぞれは、異なる焦点距離を有し、これにより前記視野の前記第2の部分は、前記合焦センサの前記他の領域におけるものとは異なる焦点距離で、合焦センサの各領域によって取得される、
請求項1から9のいずれかに記載のシステム。 - 前記複数の領域の1つでの少なくとも1つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
請求項20に記載のシステム。 - 集束光学系をさらに備え、前記集束光学系は、前記少なくとも1つの第1のビームスプリッタに光学的に結合され、ビームを分割し、前記視界の前記第2の部分を前記別個の光路に伝達する少なくとも1つの第2のビームスプリッタを備える、
請求項20または21のいずれかに記載のシステム。 - 前記少なくとも1つの第2のビームスプリッタは、複数の第2のビームスプリッタを備え、前記複数の第2のビームスプリッタのそれぞれは、前記合焦センサから、前記他の複数の第2のビームスプリッタのそれぞれとは異なる距離に配置される、
請求項22に記載のシステム。 - 前記集束光学系は、前記分割されたビームを前記別個の光路の1つに反射する少なくとも1つのミラーをさらに備える、
請求項22または23のいずれかに記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのミラーは、複数のミラーを備え、前記複数のミラーのそれぞれは、前記合焦センサから、前記他の複数のミラーのそれぞれとは異なる距離に配置される、
請求項24に記載のシステム。 - 前記集束光学系は、複数のガラスブロックをさらに備え、前記複数のガラスブロックのそれぞれは、前記複数のミラーの1つと前記合焦センサの前記複数の領域の1つとの間に配置される、
請求項25に記載のシステム。 - 前記集束光学系は、少なくとも2つの鏡筒レンズをさらに備え、少なくとも2つの鏡筒レンズのそれぞれは、少なくとも1つの第2のビームスプリッタと前記合焦センサの前記複数の領域の1つとの間の前記別個の光路の異なる光路に配置され、前記1つの領域の上に前記分割されたビームを集束する、
請求項20から26のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサのすべての領域は、単一のラインセンサの中にある、
請求項20から27のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサの各領域は、別個のラインセンサを備える、
請求項20から27のいずれかに記載のシステム。 - 前記別個のラインセンサの少なくとも1つは、前記別個のラインセンサの少なくとも1つの他のラインセンサとは別個の平面内にある、
請求項29に記載のシステム。 - 前記合焦センサは、第1の部分および第2の部分を備え、前記合焦センサの前記第1の部分は、第1の光路に沿った前記視野の前記第2の部分を受け入れ、前記第1の光路に対して第1の角度で傾けられ、前記合焦センサの前記第2の部分は、前記第1の光路とは別個である第2の光路に沿った前記視野の前記第2の部分を受け入れ、前記第2の光路に対して前記第1の角度の逆である第2の角度で傾けられる、
請求項1から9のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサの前記第1の部分と前記合焦センサの前記第2の部分との両方の上の少なくとも1つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
請求項31に記載のシステム。 - 前記合焦センサの前記第1の部分は、第1の画像を取得し、前記合焦センサの前記第2の部分は、第2の画像を取得し、前記第1の画像は、前記第1の画像の第1の側から前記第1の画像の第2の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記第2の画像は、前記第2の画像の前記第1の側から前記第2の画像の前記第2の側への方向で増加する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
請求項31または32のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサは、第1の領域および第2の領域を備え、前記第1の領域は、第1の光路に沿った前記視野の前記第2の部分を受け入れ、前記第2の領域は、第2の光路に沿った前記視野の鏡像化された第2の部分を受け入れ、前記合焦センサは、前記第1の光路および前記第2の光路のそれぞれに対して斜めに傾けられる、
請求項1から9のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサの前記第1の領域と前記合焦センサの前記第2の領域との両方の上の少なくとも1つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
請求項34に記載のシステム。 - 前記視野の前記第2の部分は、焦点距離で前記合焦センサの前記第1の領域によって受け入れられ、前記視野の前記鏡像化された第2の部分は、前記同じ焦点距離で前記合焦センサの前記第2の領域によって受け入れられる、
請求項34または35のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサの前記第1の領域は、前記視野の前記第2の部分の第1の画像を取得し、前記合焦センサの前記第2の領域は、前記視野の前記鏡像化された第2の部分の第2の画像を取得し、前記第1の画像は、前記第1の画像の第1の側から前記第1の画像の第2の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記第2の画像は、前記第1の画像と同じ方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
請求項34から36のいずれかに記載のシステム。 - 集束光学系をさらに備え、前記集束光学系は、前記少なくとも1つの第1のビームスプリッタに光学的に結合され、ビームを分割し、前記視野の前記第2の部分を前記第1の光路および前記第2の光路に伝達する少なくとも1つの第2のビームスプリッタを備える、
請求項34から37のいずれかに記載のシステム。 - 前記集束光学系は、前記分割されたビームを前記第1の光路および前記第2の光路の1つに反射する少なくとも1つのミラーをさらに備える、
請求項38に記載のシステム。 - 前記集束光学系は、前記少なくとも1つの第1のビームスプリッタと前記合焦センサの前記第2の領域との間の前記第2の光路に、前記視野の前記第2の部分を反転させて、前記視野の前記鏡像化された第2の部分を形成するダブプリズムをさらに備える、
請求項38または39のいずれかに記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのミラーは、第1のミラーおよび第2のミラーを備え、前記第2の光路は、前記第1のミラーから前記第2のミラーへの反射、前記第2のミラーから前記少なくとも1つの第2のビームスプリッタに戻る反射、および、前記少なくとも1つの第2のビームスプリッタから前記合焦センサの前記第2の領域への経路を含み、これにより前記視野の前記第2の部分は、反転されて、前記視野の前記鏡像化された第2の部分を形成する、
請求項38または39のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサ上の1つの点は、前記撮像センサと同焦点である、
請求項1から41のいずれかに記載のシステム。 - 前記1つの同焦点の点は、前記合焦センサの中心にある、
請求項42に記載のシステム。 - 走査される前記試料のそれぞれの部分について、
前記合焦センサから前記試料の前記部分の合焦画像を取得し、
前記撮像センサから前記試料の前記部分のメイン画像を取得し、
前記合焦センサの複数の位置のそれぞれについて、前記合焦センサ上のその位置に対応する前記合焦画像の領域のコントラスト測度を計算し、
前記撮像センサの複数の位置のそれぞれについて、前記撮像センサ上のその位置に対応する前記メイン画像の領域のコントラスト測度を計算し、
前記合焦画像と前記メイン画像の関係を決定し、
前記関係のピーク決定し、
前記ピークに対応する前記合焦センサ上の場所と、前記合焦センサと前記撮像センサとの間の同焦点の点と、の間の距離に基づいて目標表面を更新し、
次の目標表面に移動する前記対物レンズの位置を決定する、
ように構成されたプロセッサをさらに備える、
請求項42または43のいずれかに記載のシステム。 - 前記プロセッサは、
前記対物レンズを前記決定された位置に移動し、
走査される前記試料の次の位置のために新しい合焦画像およびメイン画像を取得する
ようにさらに構成される、
請求項44に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、走査される前記試料のそれぞれの部分について、前記合焦画像と前記メイン画像の関係を決定するようにさらに構成される、
請求項45に記載のシステム。 - 前記合焦画像と前記メイン画像との関係が、前記合焦画像のコントラスト測度と前記メイン画像のコントラスト測度との比率を含む、
請求項46に記載のシステム。 - 前記合焦画像と前記メイン画像との前記関係が、前記合焦画像のコントラスト測度と前記メイン画像のコントラスト測度との差異を含む、
請求項46に記載のシステム。 - 前記関係のピークを決定することは、
前記関係の最良適合曲線を計算することと、
前記最良適合曲線のピークを決定することと、
を含む、
請求項44から48のいずれかに記載のシステム。 - 前記合焦センサの前記複数の位置のそれぞれは、前記対物レンズの位置にマッピングされ、前記対物レンズの位置を決定することは、前記決定されたピークに対応する前記合焦センサの位置にマッピングされる前記対物レンズの位置を決定することを含む、
請求項44から49のいずれかに記載のシステム。 - 前記関係の前記ピークを提供する前記対物レンズの位置を決定することは、前記ピークが前記更新された目標表面上になるまで前記対物レンズを移動するためにフィードバックループを使用することを含む、
請求項44から49のいずれかに記載のシステム。 - 前記フィードバックループを使用する前記対物レンズの移動の方向は、前記合焦画像と前記合焦画像の鏡像との関係に基づいており、前記合焦画像は、前記第1の画像の第1の側から前記第1の画像の第2の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記合焦画像の前記鏡像は、前記合焦画像と同じ方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
請求項51に記載のシステム。 - 前記合焦画像と前記合焦画像の前記鏡像との関係は、前記合焦画像のコントラスト測度と前記合焦画像の前記鏡像のコントラスト測度との比率を含む、
請求項52に記載のシステム。 - 前記合焦画像と前記合焦画像の前記鏡像との前記関係は、前記合焦画像のコントラスト測度と前記合焦画像の前記鏡像のコントラスト測度との差異を含む、
請求項52に記載のシステム。 - 自動リアルタイム合焦方法であって、前記方法は、走査される試料のそれぞれの部分について、プロセッサを使用して、
前記試料の前記部分が前記撮像センサによって検知される前に、検知されるときに、または、検知された後に、
合焦センサから前記試料の前記部分の合焦画像を取得し、前記合焦センサによって検知される視野の部分が前記撮像センサによって検知される前記視界の部分から偏位され、これにより走査方向で、前記合焦センサが前記視界の部分を、前記撮像センサが前記視野のその同じ部分を検知する前に、検知すると同時に、または、検知した後に検知し、前記合焦センサの1つの点が前記撮像センサと同焦点であり、
前記合焦センサの複数の位置のそれぞれについて、前記合焦センサ上のその位置に対応する前記合焦画像の領域のコントラスト測度を計算し、
前記合焦画像と前記撮像センサによって取得された前記試料の前記部分のメイン画像の関係を決定し、
前記関係のピーク決定し、
前記ピークに対応する前記合焦センサ上の場所と、前記同焦点の点との間の距離に基づいて目標表面を更新し、
次の目標表面に移動する前記対物レンズの位置を決定し、
前記対物レンズが前記決定された位置にある間に、前記撮像センサから前記試料の前記部分の画像を取得する、
ことを含む方法。 - 前記関係のピークを決定することが、
前記関係の最良適合曲線を計算することと、
前記最良適合曲線のピークを決定することと、
を含む、
請求項55に記載の方法。 - 前記合焦センサの前記複数の位置のそれぞれが前記対物レンズの位置にマッピングされ、前記対物レンズの位置を決定することが、前記決定されたピークに対応する前記更新された目標表面の位置にマッピングされる前記対物レンズの位置を決定することを含む、
請求項55または56のいずれかに記載の方法。 - 前記関係の前記ピークを提供する前記対物レンズの位置を決定することが、前記ピークが前記更新された目標表面上になるまで前記対物レンズを移動するためにフィードバックループを使用することを含む、
請求項55から57のいずれかに記載の方法。 - 走査される前記試料のそれぞれの部分について、前記試料の前記部分が前記撮像センサによって検知される前に、検知されるのと同時に、または、検知された後に、前記合焦画像を取得するのと同時に前記合焦画像の鏡像を取得することをさらに含み、前記フィードバックループを使用する前記対物レンズの移動の方向が、前記合焦画像と前記合焦画像の鏡像の関係に基づいており、前記合焦画像が、前記第1の画像の第1の側から前記第1の画像の第2の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記合焦画像の前記鏡像が、前記合焦画像と同じ方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
請求項58に記載の方法。 - 前記合焦画像と前記合焦画像の前記鏡像との関係が、前記合焦画像のコントラスト測度と前記合焦画像の前記鏡像のコントラスト測度との比率を含む、
請求項59に記載の方法。 - 命令が記憶された非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、プロセッサによる実行時に、前記プロセッサに、走査される試料のそれぞれの部分について、
前記試料の前記部分が撮像センサによって検知される前に、検知されるのと同時に、または、検知された後に、
合焦センサから前記試料の前記部分の合焦画像を取得させ、前記合焦センサによって検知される視野の部分が前記撮像センサによって検知される前記視界の部分から偏位され、 これにより走査方向で、前記合焦センサが前記視界の部分を、前記撮像センサが前記視野のその同じ部分を検知する前に、検知すると同時に、または、検知した後に検知し、前記合焦センサの1つの点が前記撮像センサと同焦点であり、
前記合焦センサの複数の位置のそれぞれについて、前記合焦センサ上のその位置に対応する前記合焦画像の領域のコントラスト測度を計算させ、
前記合焦画像と前記撮像センサによって取得された前記試料の前記部分のメイン画像の関係を決定させ、
前記関係のピークを決定させ、
前記ピークに対応する前記合焦センサ上の場所と、前記同焦点の点との間の距離に基づいて目標表面を更新させ、
次の目標表面に移動する対物レンズの位置を決定させ、
前記対物レンズを前記決定された位置に移動させ、
前記対物レンズが前記決定された位置にある間に、前記撮像センサから前記試料の前記部分の画像を取得させる、
非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記関係のピークを決定することが、
前記関係の最良適合曲線を計算することと、
前記最良適合曲線のピークを決定することと、
を含む、
請求項61に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記合焦センサの前記複数の位置のそれぞれが前記対物レンズの位置にマッピングされ、前記対物レンズの位置を決定することが、前記決定されたピークに対応する前記更新された目標表面の位置にマッピングされる前記対物レンズの位置を決定することを含む、
請求項61または62のいずれかに記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記対物レンズの位置を決定することが、前記ピークが前記更新された目標表面上になるまで前記対物レンズを移動するためにフィードバックループを使用することを含む、
請求項61から63のいずれかに記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記命令がさらに、前記プロセッサに、走査される前記試料のそれぞれの部分について、前記試料の前記部分が前記撮像センサによって検知される前に、検知されるのと同時に、または、検知された後に、前記合焦画像を取得するのと同時に前記合焦画像の鏡像を取得させ、前記フィードバックループを使用する前記対物レンズの移動の方向が、前記合焦画像と前記合焦画像の鏡像の関係に基づいており、前記合焦画像が、前記第1の画像の第1の側から前記第1の画像の第2の側への方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含み、前記合焦画像の前記鏡像が、前記合焦画像と同じ方向で減少する焦点距離で取得されたピクセルを含む、
請求項64に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記合焦画像と前記合焦画像の前記鏡像との関係は、前記合焦画像のコントラスト測度と前記合焦画像の前記鏡像のコントラスト測度との比率を含む、
請求項65に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
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