ES2928577T3

ES2928577T3 - Barrido en Z fijo bidimensional y tridimensional

Info

Publication number: ES2928577T3
Application number: ES18861142T
Authority: ES
Inventors: Yunlu Zou; Peyman Najmabadi
Original assignee: Leica Biosystems Imaging Inc
Current assignee: Leica Biosystems Imaging Inc
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-11-21
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: US20190101737A1; CN111133359B; US20200110253A1; EP3625605B1; JP2020536271A; CN111133359A; JP7184983B2; WO2019068045A1; EP3625605A1; EP4092467A1; EP3625605A4; US10502941B2; JP6940696B2; US10895726B2; JP2021192118A

Abstract

Aparatos y métodos para escanear una imagen 2D o 3D de una muestra sin movimiento relativo del eje Z entre la muestra y la lente del objetivo. En una realización, el aparato incluye una cámara inclinada que tiene líneas individuales de píxeles. Cada línea de píxeles se puede procesar por separado y se encuentra en un plano de imagen diferente con respecto al escenario. La profundidad de campo de cada línea de píxeles linda, se superpone ligeramente o está ligeramente separada de las líneas de píxeles adyacentes en la cámara inclinada. El ángulo de inclinación determina la relación (colindantes, superpuestas o espaciadas) de las líneas de píxeles adyacentes. Las líneas de imagen individuales producidas por cada línea de píxeles se pueden combinar en una imagen de volumen 3D de una muestra. Además, la línea de mayor contraste en cada ubicación XY se puede combinar en una imagen 2D enfocada de la muestra. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Barrido en Z fijo bidimensional y tridimensional

ANTECEDENTES

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general al campo de la patología digital, y más en particular al barrido tridimensional (3D) y bidimensional (2D) sin movimiento relativo entre la platina que sostiene la muestra y la lente del objetivo.

Técnica relacionada

Cuando la profundidad de un objeto es mayor que la profundidad de campo (DoF) cubierta por un dispositivo de formación de imágenes, para aproximarse a una imagen 3D del objeto, los sistemas de barrido de imágenes convencionales realizan un barrido de una serie de imágenes planas 2D a diversas profundidades dentro del objeto usando óptica de DoF limitada y, posteriormente, combinan las imágenes planas 2D en una imagen de pila en Z. Este proceso se denomina apilamiento en Z y la imagen de pila en Z 3D resultante tiene huecos (es decir, áreas para las que no hay datos de imagen) entre los datos de imagen de las diversas imágenes planas 2D. Estos huecos típicamente se rellenan interpolando datos de imagen entre dos imágenes planas 2D barridas usando los datos de imagen para ese par de imágenes planas 2D. El apilamiento en Z se ve afectado porque es un proceso lento y requiere múltiples movimientos repetidos de la platina para realizar un barrido de cada imagen plana 2D. Específicamente, en un dispositivo de barrido de formación de imágenes de portaobjetos completo ("WSI"), los puntos de interés en un portaobjetos se pueden localizar más allá de la DoF del objetivo, por ejemplo, en un portaobjetos de citología que tiene una muestra gruesa. En una situación de este tipo, el apilamiento en Z se usa típicamente para realizar un barrido de las diversas capas de la muestra de citología en el portaobjetos.

El documento US 2009/231689 A1 se refiere a un aparato y un procedimiento de barrido y digitalización tridimensional rápido de toda una muestra de microscopio, o una parte sustancialmente grande de una muestra de microscopio, usando un sensor inclinado sincronizado con una platina de posicionamiento. El sistema también proporciona un procedimiento para interpolar capas de imágenes inclinadas en una matriz dimensional de árbol ortogonal o en su proyección bidimensional, así como un procedimiento para componer las franjas de volumen obtenidas de barridos sucesivos de la muestra en una única imagen o volumen digital continuo.

El documento US 2011/115897 A1 se refiere a una patología digital de fluorescencia de portaobjetos completo que usa una cámara de barrido de línea de TDI monocromática, que es en particular útil en el barrido de fluorescencia, donde la señal es típicamente mucho más débil que en la microscopía de campo claro. El sistema usa iluminación oblicua de campo claro para encontrar tejido de forma rápida y exacta y emplea una técnica única de puntuación de enfoque de barrido doble y promediado de altura de la lente del objetivo para identificar los puntos de enfoque y crear un mapa de enfoque que se puede seguir durante el barrido posterior para proporcionar capacidad de enfoque automático. El sistema también realiza un barrido y analiza los datos de imagen para determinar la tasa de línea óptima para que la cámara de barrido de línea de TDI la use durante el barrido posterior de la imagen de portaobjetos digital y también cree un perfil de luz para compensar la pérdida de luz de iluminación debido a la atenuación.

El documento US 2001/035489 A1 se refiere a un sistema para realizar un barrido de objetos que tiene un sensor de matriz lineal, adaptado para detectar señales de entrada de luz. Una lente está ópticamente conectada al sensor de matriz lineal y está adaptada para recibir y transmitir una imagen óptica localizada en un campo visual a lo largo de un eje de la lente al sensor de matriz lineal. Se proporciona una fuente de luz que genera una franja de iluminación en alineación lineal general con el eje de la lente. Una lente cilíndrica se sitúa entre la fuente de luz y un objeto del que se va a realizar un barrido. La lente cilíndrica adaptada para recolectar, transmitir y enfocar la luz de la fuente de luz para formar la franja de iluminación.

El documento WO 2012/159205 A1 se refiere a un instrumento y procedimiento para realizar un barrido de una muestra grande que comprende un portamuestras para sostener la muestra, un sistema óptico para enfocar una imagen de una serie de planos de objeto paralelos en una de una matriz de detectores bidimensionales, matrices lineales múltiples, matrices de TDI múltiples y matrices bidimensionales múltiples. La matriz de detectores tiene un plano de imagen de detector que está inclinado en relación con la serie de planos de objeto en una dirección de barrido para posibilitar que se obtenga una serie de tramas de imagen de la muestra para producir una imagen tridimensional de al menos parte de la muestra con datos de cada fila de la trama de imagen que representan un plano diferente en la imagen tridimensional.

El documento WO 2017/144482 A1 se refiere a un sistema para generar una imagen 2D sintética con una profundidad de campo potenciada de una muestra biológica. Se describe que se adquieren con un microscopio electrónico de barrido primeros datos de imagen en una primera posición lateral de la muestra biológica y segundos datos de imagen en una segunda posición lateral de la muestra biológica. El microscopio electrónico de barrido se usa para adquirir terceros datos de imagen en la primera posición lateral y cuartos datos de imagen en la segunda posición lateral, en el que los terceros datos de imagen se adquieren a una profundidad que es diferente a la de los primeros datos de imagen y los cuartos datos de imagen se adquieren a una profundidad que es diferente a la de los segundos datos de imagen. Se generan los primeros datos de imagen de trabajo para la primera posición lateral, comprendiendo la generación procesar los primeros datos de imagen y los terceros datos de imagen por un algoritmo de apilamiento de enfoque. Se generan los segundos datos de imagen de trabajo para la segunda posición lateral, comprendiendo la generación procesar los segundos datos de imagen y los cuartos datos de imagen por el algoritmo de apilamiento de enfoque. Los primeros datos de imagen de trabajo y los segundos datos de imagen de trabajo se combinan, durante la adquisición de los datos de imagen, para generar la imagen 2D sintética con una profundidad de campo potenciada de la muestra biológica.

Por el contrario, para una muestra de tejido fino, la superficie superior del tejido puede no ser absolutamente plana en todo el portaobjetos. Para mantener enfocada la imagen barrida de la superficie del tejido en todo el portaobjetos, se necesitan técnicas de enfoque automático que usen un mapa de enfoque predeterminado o un esquema de enfoque dinámico. El enfoque dinámico es de forma ventajosa rápido, pero se necesitan uno o más sensores, además del sensor de formación de imágenes principal, y típicamente se requiere un bucle de retroalimentación complicado para mantener el enfoque. El procedimiento de mapa de enfoque requiere etapas adicionales de barrido previo y, en consecuencia, es lento. Además, tanto las técnicas dinámica como la de mapa de enfoque requieren un movimiento relativo en el eje Z, entre la muestra y la lente del objetivo, para permitir que el plano focal del sensor de formación de imágenes principal siga la topografía del tejido durante el barrido. En consecuencia, ambas técnicas se ven afectadas por la complejidad de requerir un control constante del eje Z. Por lo tanto, lo que se necesita es un sistema y procedimiento que supere estos importantes problemas encontrados en los sistemas convencionales descritos anteriormente.

SUMARIO

Para abordar los problemas encontrados en los sistemas convencionales, se describen en el presente documento sistemas y procedimientos para barrido en Z fijo 2D y 3D. En un modo de realización, un aparato de barrido digital está configurado con un sensor de barrido de área que comprende una pluralidad de píxeles de sensor individuales dispuestos en un rectángulo M x N, donde M y N no son iguales a uno (1). En un modo de realización, cada fila del sensor es direccionable individualmente, de modo que se puede acceder a y manipular los datos de imagen para una única fila del sensor. En otro modo de realización, cada píxel del sensor es direccionable individualmente, de modo que se puede acceder a y manipular los datos de imagen para cada único píxel del sensor.

El sensor de barrido de área se puede inclinar lógicamente con respecto al eje óptico de modo que cada fila del sensor esté a una altura separada de cualquier otra fila del sensor con respecto a la trayectoria óptica, y de modo que todos los píxeles de una única fila estén a la misma altura con respecto a la trayectoria óptica. Adicionalmente, la distancia entre las filas del sensor inclinado se puede configurar para lindar sustancialmente con la DoF de los respectivos píxeles de sensor adyacentes, de modo que los datos de imagen generados por el sensor inclinado tengan superposiciones muy escasas, ninguna superposición o hueco, o huecos muy escasos en la dimensión de la altura con respecto a la trayectoria óptica. Esto da como resultado de forma ventajosa datos de imagen de volumen 3D contiguos con superposiciones de datos de imagen muy escasas, sin superposiciones o huecos de datos de imagen, o huecos de datos de imagen muy escasos. Por lo tanto, no hay necesidad de interpolar datos de imagen entre planos de imagen barridos en la imagen de volumen 3D. Como se usa en el presente documento en relación con los datos de imagen de volumen 3D, el término "contiguo" significa que los datos de imagen para los planos de imagen adyacentes en la dimensión de altura de una imagen de volumen 3D tienen pequeñas superposiciones de datos de imagen, ninguna superposición o hueco de datos de imagen, o pequeños huecos de datos de datos de imagen.

Durante el barrido, el sensor inclinado genera datos de imagen en un intervalo de distancias (por ejemplo, alturas) con respecto a la trayectoria óptica. De forma ventajosa, el intervalo de distancias está configurado para englobar toda la profundidad de una muestra en el portaobjetos en el que se realiza el barrido. En consecuencia, un único pase de la muestra bajo el sensor inclinado genera datos de imagen para toda la profundidad de la muestra y para toda la superficie de la muestra. Los datos de imagen barrida se usan para generar una imagen 3D de todo el espesor de la muestra y/o para generar una imagen 2D de la superficie de la muestra.

En un ejemplo que no se encuentra dentro del alcance de protección como se define en las reivindicaciones adjuntas, se divulga un aparato de barrido digital que comprende: una platina motorizada configurada para sostener una muestra y mover la muestra a una velocidad sustancialmente constante; un sistema de iluminación configurado para iluminar una parte de la muestra; una lente del objetivo situada para ver la parte iluminada de la muestra; una cámara acoplada ópticamente con la lente del objetivo, comprendiendo la cámara una pluralidad de elementos sensibles a la luz dispuestos en al menos dos matrices lineales, en la que los elementos sensibles a la luz de una primera matriz lineal están situados en un primer plano de imagen con respecto a la platina motorizada y los elementos sensibles a la luz de una segunda matriz lineal están situados en un segundo plano de imagen con respecto a la platina motorizada, en el que el primer plano de imagen y el segundo plano de imagen no son idénticos; un procesador configurado para procesar intensidades de luz de la pluralidad de elementos sensibles a la luz en el primer plano de imagen durante un primer movimiento de la platina motorizada para generar una primera imagen de una primera parte de la muestra en el primer plano de imagen, el procesador configurado además para procesar intensidades de luz de la pluralidad de elementos sensibles a la luz en el segundo plano de imagen durante el primer movimiento de la platina motorizada para generar una segunda imagen de la primera parte de la muestra en el segundo plano de imagen, en el que el procesador está configurado además para alinear la primera imagen y la segunda imagen en una imagen de volumen contigua de la primera parte de la muestra.

En un modo de realización, se divulga un aparato de barrido digital que comprende: una platina motorizada configurada para sostener una muestra y mover la muestra a una velocidad sustancialmente constante; un sistema de iluminación configurado para iluminar una parte de la muestra; una lente del objetivo situada para ver la parte iluminada de la muestra; una cámara acoplada ópticamente con la lente del objetivo, comprendiendo la cámara una primera pluralidad de elementos sensibles a la luz dispuestos en una primera matriz lineal, en la que los elementos sensibles a la luz de la primera matriz lineal están situados en un primer plano de imagen con respecto a la platina motorizada y los elementos sensibles a la luz de la primera matriz lineal están situados ortogonales a una dirección de desplazamiento de la platina motorizada, y los elementos sensibles a la luz de la primera matriz lineal están configurados para generar una pluralidad de primeras líneas de datos de imagen en sincronía con la velocidad sustancialmente constante de la platina motorizada, comprendiendo además la cámara una segunda pluralidad de elementos sensibles a la luz dispuestos en una segunda matriz lineal, en la que los elementos sensibles a la luz de la segunda matriz lineal están situados en un segundo plano de imagen con respecto a la platina motorizada y los elementos sensibles a la luz de la segunda matriz lineal están situados ortogonales a la dirección de desplazamiento de la platina motorizada, y los elementos sensibles a la luz de la segunda matriz lineal están configurados para generar una pluralidad de segundas líneas de datos de imagen en sincronía con la velocidad sustancialmente constante de la platina motorizada, en el que cada línea de datos de imagen en la segunda pluralidad de segundas líneas de datos de imagen tiene una línea correspondiente de datos de imagen en la primera pluralidad de primeras líneas de datos de imagen; un procesador configurado para determinar un valor de contraste para cada línea de datos de imagen en la pluralidad de primeras líneas de datos de imagen, determinar un valor de contraste para cada línea de datos de imagen en la pluralidad de segundas líneas de datos de imagen, comparar el valor de contraste de cada línea de datos de imagen en la pluralidad de segundas líneas de datos de imagen con el valor de contraste de su línea de datos de imagen correspondiente en la pluralidad de primeras líneas de datos de imagen para determinar una línea de datos de imagen de valor de contraste más alto para cada conjunto de primeras líneas de datos de imagen y segundas líneas de datos de imagen correspondientes, y combinar las líneas de datos de imagen de valor de contraste más alto de cada conjunto de primeras líneas de datos de imagen y segundas líneas de datos de imagen correspondientes para generar una primera imagen de una primera parte de la muestra.

La cámara puede comprender una pluralidad de matrices lineales y cada una de la pluralidad de matrices lineales se puede situar en un plano de imagen respectivo de una pluralidad de planos de imagen, en la que dicha pluralidad de matrices lineales es mayor que dos. Al menos un plano de imagen en la pluralidad de planos de imagen puede ser contiguo o superponerse con al menos otro plano de imagen en la pluralidad de planos de imagen. La pluralidad de planos de imagen puede englobar todo el espesor de una muestra. El procesador se puede configurar además para alinear una pluralidad de imágenes correspondientes a la pluralidad de planos de imagen en una imagen de volumen contigua de todo el espesor de una parte de la muestra. El procesador se puede configurar además para alinear una pluralidad de imágenes de volumen contiguas de una pluralidad de partes de la muestra en una imagen de volumen contigua de toda la muestra. Cada matriz lineal puede comprender una matriz lineal de color, una matriz lineal de integración de retraso de tiempo (TDI) o una matriz lineal de TDI de color. La pluralidad de planos de imagen puede comprender una profundidad de campo combinada de al menos 100 micrómetros.

Otros rasgos característicos y ventajas de la presente invención resultarán más fácilmente evidentes para los expertos en la técnica después de revisar la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La estructura y el funcionamiento de la presente invención se entenderán a partir de una revisión de la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos en los que los números de referencia similares se refieren a partes similares y en los que:

La FIG. 1 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema de ejemplo para barrido en Z fijo 2D y 3D, de acuerdo con un modo de realización;

la FIG. 2 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema de ejemplo para barrido en Z fijo 2D y 3D, de acuerdo con un modo de realización;

la FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para barrido en Z fijo 3D, de acuerdo con un modo de realización;

la FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para barrido en Z fijo 2D, de acuerdo con un modo de realización;

la FIG. 5A es un diagrama de bloques que ilustra un dispositivo habilitado para procesador de ejemplo que se puede usar en conexión con diversos modos de realización descritos en el presente documento;

la FIG. 5B es un diagrama de bloques que ilustra una cámara de barrido lineal de ejemplo que tiene una única matriz lineal, de acuerdo con un modo de realización;

la FIG. 5C es un diagrama de bloques que ilustra una cámara de barrido lineal de ejemplo que tiene tres matrices lineales, de acuerdo con un modo de realización; y

la FIG. 5D es un diagrama de bloques que ilustra una cámara de barrido lineal de ejemplo que tiene una pluralidad de matrices lineales, de acuerdo con un modo de realización.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Determinados modos de realización divulgados en el presente documento proporcionan sistemas y procedimientos para el barrido 3D y 2D de una muestra sin movimiento relativo entre la muestra y la lente del objetivo en una dimensión de distancia a lo largo de la trayectoria óptica. Después de leer esta descripción, será evidente para un experto en la técnica cómo implementar la invención en diversos modos de realización alternativos y aplicaciones alternativas. Sin embargo, aunque en el presente documento se describirán diversos modos de realización de la presente invención, se entiende que estos modos de realización se presentan solo a modo de ejemplo y no como limitación. Como tal, esta descripción detallada de diversos modos de realización alternativos no se debe interpretar para limitar el alcance o amplitud de la presente invención como se expone en las reivindicaciones adjuntas.

La FIG. 1 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema de ejemplo 10 para barrido en Z fijo 2D y 3D, de acuerdo con un modo de realización. En el modo de realización ilustrado, el sistema 10 incluye una platina móvil 20 que sostiene una muestra 30. El sistema 10 también incluye un sensor de área inclinado 40 que comprende una pluralidad de elementos sensibles a la luz individuales 45, que también se denominan "elementos de imagen" " o "píxeles". Los grupos de píxeles están dispuestos en matrices lineales 47, y cada matriz lineal 47 está situada en un plano de imagen diferente con respecto a la platina 20. De forma ventajosa, el ángulo 50 (marcado como 0), en el que está inclinado el sensor 40, facilita que cada matriz lineal 47 de píxeles 45 se sitúe en un plano de imagen diferente con respecto a la platina 20. El sistema 10 también incluye una óptica de formación de imágenes 60, tal como una lente del objetivo en la trayectoria óptica.

Cuando se proyecta un campo visual de la muestra 30 sobre el sensor inclinado 40, cada matriz lineal 47 individual se sitúa en un plano de imagen diferente al de las otras matrices lineales 47. Por tanto, cuando la platina 20 se mueve, cada una de las matrices lineales 47 individuales realiza un barrido de una imagen en el plano de imagen respectivo de esa matriz. De forma ventajosa, este posicionamiento permite que el único sensor inclinado 40 realice un barrido de una imagen 2D en cada uno de los diferentes planos de imagen, durante el movimiento continuo de la platina 20. Al hacerlo, el único sensor inclinado 40 puede realizar un barrido de todo el espesor de una parte (por ejemplo, franja) de la muestra 30 en un único movimiento de la platina 20. A continuación, las imágenes 2D individuales en diferentes planos de imagen se pueden combinar en una imagen de volumen 3D contigua de una parte de la muestra 30. De esta manera, se puede generar una imagen de volumen 3D de una parte de la muestra sin ningún movimiento relativo del eje Z entre la platina y la óptica de formación de imágenes 60. Adicionalmente, se pueden combinar varias partes (por ejemplo, franjas) para generar una imagen de volumen 3D de toda la muestra.

La FIG. 2 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema 15 de ejemplo para barrido en Z fijo 2D y 3D, de acuerdo con un modo de realización. En el modo de realización ilustrado, el sensor inclinado 40 incluye una pluralidad de matrices lineales 47 que incluyen cada una una pluralidad de píxeles individuales. El sensor 40 está inclinado en un ángulo 50 (marcado como 0) que sitúa cada matriz lineal 47 del sensor 40 en un plano de imagen diferente (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, etc.) con respecto a la platina (no mostrado) que sostiene la muestra 30. Cuando las matrices lineales 47 se proyectan en sus respectivos planos de imagen con respecto a la platina 20, se ilustran en diferentes posiciones de altura (L'1, L'2, L'3, L'4, L'5,) dentro de la muestra 30. La distancia (AZ) entre las matrices lineales en la dimensión de la trayectoria óptica (Z) está determinada por el ángulo 50 (marcado como 0) en el que está inclinado el sensor 40 y la distancia entre cada matriz lineal 47 (AL) de acuerdo con la siguiente ecuación:

Modos de realización de ejemplo

En un primer modo de realización configurado para barrido 3D sin movimiento relativo entre la platina que sostiene una muestra y la óptica de formación de imágenes (por ejemplo, la lente del objetivo), un aparato de barrido digital comprende una platina motorizada que está configurada para sostener la muestra y mover la muestra en una velocidad sustancialmente constante. El aparato también incluye un sistema de iluminación configurado para iluminar una parte de la muestra y una lente del objetivo situada para ver la parte iluminada de la muestra.

El aparato de barrido digital también incluye una cámara que está ópticamente acoplada con la lente del objetivo. La cámara incluye una pluralidad de elementos sensibles a la luz (píxeles) que están dispuestos en al menos dos matrices lineales. Los píxeles de la primera matriz lineal están situados en un primer plano de imagen con respecto a la platina motorizada y los píxeles de la segunda matriz lineal están situados en un segundo plano de imagen con respecto a la platina motorizada.

El aparato de barrido digital también incluye un procesador que está configurado para procesar intensidades de luz de la pluralidad de píxeles en el primer plano de imagen durante un primer movimiento de la platina motorizada para generar una primera imagen de una primera parte de la muestra en el primer plano de imagen. El procesador también está configurado para procesar intensidades de luz de la pluralidad de píxeles en el segundo plano de imagen durante el mismo primer movimiento de la platina motorizada para generar una segunda imagen de la misma primera parte de la muestra en el segundo plano de imagen. El procesador también está configurado para alinear la primera imagen y la segunda imagen en una imagen de volumen 3D contigua de la primera parte de la muestra. La generación de una imagen de volumen 3D contigua se logra de forma ventajosa sin movimiento relativo entre la platina que sostiene la muestra y la óptica de formación de imágenes (por ejemplo, la lente del objetivo).

La cámara del aparato de barrido digital también puede incluir un gran número de matrices lineales de píxeles, por ejemplo, diez (10), mil (1000), cuatro mil (4000) o incluso se pueden incluir más matrices lineales en la cámara. Debido a que los píxeles individuales de una matriz lineal tienen cada uno la misma profundidad de campo visual (denominada profundidad de campo), la profundidad de campo cubierta por la matriz lineal define el plano de imagen en el que se sitúa la matriz lineal. En consecuencia, la disposición de las matrices lineales en la cámara puede ser de modo que los planos de imagen de las matrices lineales adyacentes colindan, se superponen o tienen un hueco entre ellos. De forma ventajosa, la profundidad de campo cubierta por toda la cámara como se determina por las matrices lineales individuales se puede configurar para que sea lo suficientemente grande como para englobar todo el espesor de una muestra muy gruesa y, de este modo, englobar todo el espesor de sustancialmente todas las muestras en las que se les realiza un barrido por el aparato de barrido digital. En un modo de realización, la DoF cubierta por toda la cámara es de 100 micrómetros. En modos de realización alternativos, la DoF de toda la cámara puede variar de 10 a 1000 micrómetros.

Adicionalmente, el procesador del aparato de barrido digital está configurado para alinear una pluralidad de imágenes de la misma parte de la muestra captada por diferentes matrices lineales en diferentes planos de imagen. Las imágenes alineadas forman de forma ventajosa una imagen de volumen 3D contigua de todo el espesor de la parte de la muestra. El procesador también puede alinear una pluralidad de partes de imagen de volumen 3D de la muestra en una imagen de volumen 3D contigua de toda la muestra.

En diferentes configuraciones, las matrices lineales del aparato de barrido digital pueden comprender una matriz lineal de color, una matriz lineal de integración de retraso de tiempo (TDI) o matrices lineales de TDI de color.

En un segundo modo de realización configurado para barrido 2D sin movimiento relativo entre la platina que sostiene una muestra y la óptica de formación de imágenes (por ejemplo, la lente del objetivo), un aparato de barrido digital comprende una platina motorizada configurada para sostener una muestra y mover la muestra a una velocidad sustancialmente constante, un sistema de iluminación configurado para iluminar una parte de la muestra, una lente del objetivo situada para ver la parte iluminada de la muestra, y una cámara acoplada ópticamente con la lente del objetivo.

La cámara incluye una primera pluralidad de elementos sensibles a la luz (píxeles) dispuestos en una primera matriz lineal, en la que los píxeles de la primera matriz lineal están situados en un primer plano de imagen con respecto a la platina motorizada y están situados ortogonales a una dirección de desplazamiento de la platina motorizada. Los píxeles de la primera matriz lineal están configurados para generar intensidades de luz en sincronía con la velocidad sustancialmente constante de la platina motorizada, y las intensidades de luz se convierten en una pluralidad de primeras líneas de datos de imagen.

La cámara también incluye una segunda pluralidad de píxeles dispuestos en una segunda matriz lineal, en la que los píxeles de la segunda matriz lineal están situados en un segundo plano de imagen con respecto a la platina motorizada y también están situados ortogonales a la dirección de desplazamiento de la platina motorizada. Los píxeles de la segunda matriz lineal también están configurados para generar intensidades de luz en sincronía con la velocidad sustancialmente constante de la platina motorizada. Las intensidades de luz se convierten en una pluralidad de segundas líneas de datos de imagen, y cada segunda línea de datos de imagen tiene una primera línea de datos de imagen correspondiente.

El aparato de barrido digital también incluye un procesador que está configurado para determinar un valor de contraste para cada primera línea de datos de imagen y para cada segunda línea de datos de imagen, por ejemplo, usando una función de mérito. El procesador compara el valor de contraste de una primera línea de datos de imagen con el valor de contraste de su segunda línea de datos de imagen correspondiente para determinar la línea de datos de imagen que tiene el valor de contraste más alto en cada grupo de líneas de datos de imagen correspondientes. El número de líneas de datos de imagen en un grupo de líneas de datos de imagen correspondientes puede ser igual al número de matrices lineales en la cámara.

El procesador también está configurado para combinar las líneas de datos de imagen que tienen los valores de contraste más altos de cada grupo de líneas de datos de imagen correspondientes para generar una imagen de una parte de la superficie de la muestra. Esto se logra de forma ventajosa sin movimiento relativo entre la platina que sostiene la muestra y la óptica de formación de imágenes (por ejemplo, la lente del objetivo).

La cámara del aparato de barrido digital también puede incluir un gran número de matrices lineales de píxeles, por ejemplo, diez (10), mil (1000), cuatro mil (4000) o incluso se pueden incluir más matrices lineales en la cámara. Debido a que los píxeles individuales de una matriz lineal tienen la misma profundidad con respecto al campo visual (denominada profundidad de campo), la profundidad de campo cubierta por la matriz lineal define el plano de imagen en el que se sitúa la matriz lineal. En consecuencia, la disposición de las matrices lineales en la cámara puede ser de modo que los planos de imagen de matrices lineales adyacentes colindan, se superponen o tienen un hueco entre ellos. De forma ventajosa, la profundidad de campo cubierta por toda la cámara como se determina por las matrices lineales individuales se puede configurar para que sea lo suficientemente grande como para englobar todo el intervalo, con respecto a la trayectoria óptica, de la superficie de una muestra en la que se realiza un barrido por el aparato de barrido digital. En un modo de realización, la DoF cubierta por toda la cámara es de 100 micrómetros. En modos de realización alternativos, la DoF de toda la cámara puede variar de 10 a 1000 micrómetros.

Procesos de ejemplo

La FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para el barrido en Z fijo 3D, de acuerdo con un modo de realización. Si bien el proceso se ilustra con una determinada disposición y orden de etapas, el proceso se puede implementar con menos, más o diferentes etapas y una disposición y/u orden de etapas diferente. Se debe entender que el proceso se puede implementar por al menos un procesador de equipo informático de un aparato de barrido digital.

Como se ilustra, se realizan las etapas 310 y 315 para realizar un barrido de cada parte de una muestra u otra muestra. Específicamente, si queda una parte en la que se va a realizar un barrido (es decir, "Sí" en la etapa 305), en la etapa 310, se realiza un barrido de esa parte por una cámara inclinada, que tiene múltiples matrices lineales en diferentes planos de imagen, para detectar simultáneamente la parte de la muestra en cada uno de los diferentes planos de imagen. La parte de la muestra se puede detectar mientras la distancia entre la lente del objetivo del aparato de barrido digital y la muestra está fija. A continuación, en la etapa 315, se genera una imagen de volumen contigua para comprender la parte detectada de la muestra en cada uno de los diferentes planos de imagen. Por otra parte, si no queda ninguna parte de la muestra en la que se va a realizar un barrido (es decir, "No" en la etapa 305), en la etapa 320, las imágenes de volumen contiguas para cada parte detectada de la muestra se alinean en una imagen de volumen contigua de la muestra (por ejemplo, toda la muestra o una parte más grande de la muestra).

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para el barrido en Z fijo 2D, de acuerdo con un modo de realización. Si bien el proceso se ilustra con una determinada disposición y orden de etapas, el proceso se puede implementar con menos, más o diferentes etapas y una disposición y/u orden de etapas diferente. Se debe entender que el proceso se puede implementar por al menos un procesador de equipo informático de un aparato de barrido digital.

Como se ilustra, se realizan las etapas 410-435 para cada parte de una muestra u otra muestra en la que se va a realizar un barrido. Específicamente, si queda una parte en la que se va a realizar un barrido (es decir, "Sí" en la etapa 405), en la etapa 410 se realiza un barrido a esa parte por una cámara inclinada, que tiene múltiples matrices lineales en diferentes planos de imagen, para detectar simultáneamente la parte de la muestra en cada uno de los diferentes planos de imagen. A continuación, se realiza la etapa 420 para cada matriz lineal en la cámara inclinada. Específicamente, si queda por considerar una matriz lineal (es decir, "Sí" en la etapa 415), en la etapa 420 se calcula un valor de contraste (por ejemplo, el valor de contraste promedio) para la matriz lineal. El valor de contraste se puede calcular de cualquier manera divulgada o bien conocida.

Por otra parte, si se han calculado los valores de contraste para todas las matrices lineales en la cámara (es decir, "No" en la etapa 415), se realiza la etapa 430 para cada conjunto de líneas correspondientes a través de las matrices lineales. Específicamente, cada matriz lineal en la cámara genera una pluralidad de líneas de datos de imagen, y cada línea de datos de imagen corresponde a una línea de datos de imagen en cada una de las otras matrices lineales en la cámara. Se debe entender que cada línea en un conjunto dado de líneas correspondientes representa datos de imagen del mismo campo visual de la muestra que las otras líneas en el conjunto, pero captada en un plano de imagen diferente al de las otras líneas en el conjunto. Se considera cada uno de estos conjuntos de líneas correspondientes (es decir, que consisten en una línea generada por cada una de las matrices lineales en un plano de imagen diferente). Si queda por considerar un conjunto de líneas correspondientes (es decir, "Sí" en la etapa 425), en la etapa 430 se considera el siguiente conjunto de líneas correspondientes, y se selecciona la línea en el conjunto con el contraste más alto. Por otra parte, si se han considerado todos los conjuntos de líneas correspondientes (es decir, "No" en la etapa 425), en la etapa 435, las líneas de contraste más alto seleccionadas de cada uno de los conjuntos de líneas correspondientes se combinan en una imagen de la parte de la muestra.

Finalmente, si se ha realizado un barrido de todas las partes (es decir, "No" en la etapa 405), en la etapa 440, las imágenes de las partes, generadas en diferentes iteraciones de la etapa 435, se alinean en una imagen de la muestra (por ejemplo, toda la muestra o una parte más grande de la muestra).

Aparato de barrido de ejemplo

La FIG. 5A es un diagrama de bloques que ilustra un dispositivo 550 habilitado para procesador de ejemplo que se puede usar en conexión con diversos modos de realización descritos en el presente documento. También se pueden usar formas alternativas del dispositivo 550 como se entenderá por el experto en la técnica. En el modo de realización ilustrado, el dispositivo 550 se presenta como un dispositivo de formación de imágenes digitales (también denominado en el presente documento sistema electrónico de barrido, sistema de barrido, aparato de barrido, aparato de barrido digital, aparato de barrido de portaobjetos digital, etc.) que comprende uno o más procesadores 555, una o más memorias 565, uno o más controladores de movimiento 570, uno o más sistemas de interfaz 575, una o más platinas móviles 580 que sostienen cada una uno o más portaobjetos de vidrio 585 con una o más muestras 590, uno o más sistemas de iluminación 595 que iluminan la muestra, una o más lentes del objetivo 600 que definen cada una una trayectoria óptica 605 que se desplaza a lo largo de un eje óptico, uno o más posicionadores de lentes del objetivo 630, uno o más sistemas opcionales de epi-iluminación 635 (por ejemplo, incluidos en un sistema de barrido de fluorescencia), una o más ópticas de enfoque 610, una o más cámaras de barrido de línea 615 y/o una o más cámaras adicionales 620 (por ejemplo, una cámara de barrido de línea o una cámara de barrido de área), de las que cada una define un campo visual 625 separado en la muestra 590 (por ejemplo, correspondiente a la muestra 210) y/o el portaobjetos de vidrio 585 (por ejemplo, correspondiente al portaobjetos 200). Los diversos elementos del sistema de barrido 550 se acoplan de forma comunicativa por medio de uno o más buses de comunicación 560. Aunque puede haber uno o más de cada uno de los diversos elementos del sistema de barrido 550, en aras de la simplicidad, estos elementos se describirán en el presente documento en singular, excepto cuando sea necesario que se describan en plural para transmitir la información apropiada.

El uno o más procesadores 555 pueden incluir, por ejemplo, una unidad de procesamiento central (CPU) y una unidad de procesamiento de gráficos (GPU) separada que puede procesar instrucciones en paralelo, o el uno o más procesadores 555 pueden incluir un procesador multinúcleo que puede procesar instrucciones en paralelo. También se pueden proporcionar procesadores separados adicionales para controlar componentes particulares o realizar funciones particulares, tales como el procesamiento de imágenes. Por ejemplo, los procesadores adicionales pueden incluir un procesador auxiliar para gestionar la entrada de datos, un procesador auxiliar para realizar operaciones matemáticas de punto flotante, un procesador de propósito especial que tenga una arquitectura adecuada para la ejecución rápida de algoritmos de procesamiento de señales (por ejemplo, un procesador de señales digitales), un procesador esclavo subordinado al procesador principal (por ejemplo, un procesador de fondo (baok-end)), un procesador adicional para controlar la cámara de barrido lineal 615, la platina 580, la lente del objetivo 225 y/o una pantalla (no mostrada). Dichos procesadores adicionales pueden ser procesadores discretos separados o pueden estar integrados con el procesador 555.

La memoria 565 proporciona almacenamiento de datos e instrucciones para programas que se pueden ejecutar por el procesador 555. La memoria 565 puede incluir uno o más medios de almacenamiento legibles por ordenador volátiles y/o no volátiles que almacenan los datos e instrucciones, incluyendo, por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio, una memoria de sólo lectura, una unidad de disco duro, una unidad de almacenamiento extraíble y/o similares. El procesador 555 está configurado para ejecutar instrucciones que están almacenadas en la memoria 565 y comunicarse por medio del bus de comunicación 560 con los diversos elementos del sistema de barrido 550 para llevar a cabo la función global del sistema de barrido 550.

El uno o más buses de comunicación 560 pueden incluir un bus de comunicación 560 que está configurado para transmitir señales eléctricas analógicas y puede incluir un bus de comunicación 560 que está configurado para transmitir datos digitales. En consecuencia, las comunicaciones desde el procesador 555, el controlador de movimiento 570 y/o el sistema de interfaz 575, por medio de uno o más buses de comunicación 560, pueden incluir tanto señales eléctricas como datos digitales. El procesador 555, el controlador de movimiento 570 y/o el sistema de interfaz 575 también se pueden configurar para comunicarse con uno o más de los diversos elementos del sistema de barrido 550 por medio de un enlace de comunicación inalámbrica.

El sistema de control de movimiento 570 está configurado para controlar y coordinar con precisión el movimiento en X, Y y/o Z de la platina 580 (por ejemplo, dentro de un plano X-Y) y/o la lente del objetivo 600 (por ejemplo, a lo largo de un eje Z ortogonal al plano X-Y, por medio del posicionador de lente del objetivo 630). El sistema de control de movimiento 570 también está configurado para controlar el movimiento de cualquier otra parte móvil en el sistema de barrido 550. Por ejemplo, en un modo de realización de barrido de fluorescencia, el sistema de control de movimiento 570 está configurado para coordinar el movimiento de filtros ópticos y similares en el sistema de epi-iluminación 635.

El sistema de interfaz 575 permite que el sistema de barrido 550 interactúe con otros sistemas y operarios humanos. Por ejemplo, el sistema de interfaz 575 puede incluir una interfaz de usuario para proporcionar información directamente a un operario y/o para permitir la entrada directa de un operario. El sistema de interfaz 575 también está configurado para facilitar la comunicación y la transferencia de datos entre el sistema de barrido 550 y uno o más dispositivos externos que están conectados directamente (por ejemplo, una impresora, un medio de almacenamiento extraíble) o dispositivos externos tales como un sistema de servidor de imágenes, una estación de operario, una estación de usuario y un sistema de servidor administrativo que están conectados al sistema de barrido 550 por medio de una red (no mostrada).

El sistema de iluminación 595 está configurado para iluminar una parte de la muestra 590. El sistema de iluminación puede incluir, por ejemplo, una fuente de luz y óptica de iluminación. La fuente de luz puede comprender una fuente de luz halógena de intensidad variable con un espejo reflectante cóncavo para maximizar la salida de luz y un filtro KG-1 para suprimir el calor. La fuente de luz también podría comprender cualquier tipo de lámpara de arco, láser u otra fuente de luz. En un modo de realización, el sistema de iluminación 595 ilumina la muestra 590 en el modo de transmisión de modo que la cámara de barrido lineal 615 y/o la cámara 620 detectan la energía óptica que se transmite a través de la muestra 590. De forma alternativa, o en combinación, el sistema de iluminación 595 también se puede configurar para iluminar la muestra 590 en modo de reflexión de modo que la cámara de barrido lineal 615 y/o la cámara 620 detecten la energía óptica que se refleja desde la muestra 590. El sistema de iluminación 595 se puede configurar para que sea adecuado para la exploración de la muestra microscópica 590 en cualquier modo conocido de microscopía óptica.

En un modo de realización, el sistema de barrido 550 incluye opcionalmente un sistema de epi-iluminación 635 para optimizar el sistema de barrido 550 para el barrido de fluorescencia. El barrido de fluorescencia es el barrido de muestras 590 que incluyen moléculas de fluorescencia, que son moléculas sensibles a los fotones que pueden absorber luz a una longitud de onda específica (excitación). Estas moléculas sensibles a los fotones también emiten luz a una longitud de onda mayor (emisión). Debido a que la eficiencia de este fenómeno de fotoluminiscencia es muy baja, la cantidad de luz emitida es a menudo muy baja. Esta baja cantidad de luz emitida típicamente frustra las técnicas convencionales para realizar un barrido y digitalizar la muestra 590 (por ejemplo, microscopía de modo de transmisión). De forma ventajosa, en un modo de realización de sistema de barrido de fluorescencia opcional del sistema de barrido 550, el uso de cámaras 615 y/o 620 que incluyen múltiples matrices de sensores lineales (por ejemplo, una cámara de barrido de línea de integración de retraso de tiempo ("TDI")) incrementa la sensibilidad a la luz de la cámara de barrido lineal exponiendo la misma área de la muestra 590 a cada una de las múltiples matrices de sensores lineales de las cámaras 615 y/o 620. Esto es en particular útil cuando se realizan barridos de muestras de fluorescencia tenue con poca luz emitida.

En consecuencia, en un modo de realización de sistema de barrido de fluorescencia, al menos una de las cámaras 615 y/o 620 es preferentemente una cámara de barrido lineal de TDI monocromática. De forma ventajosa, las imágenes monocromáticas son ideales en microscopía de fluorescencia porque proporcionan una representación más exacta de las señales reales de los diversos canales presentes en la muestra. Como se entenderá por los expertos en la técnica, una muestra de fluorescencia 590 se puede marcar con múltiples tintes de fluorescencia que emiten luz a diferentes longitudes de onda, que también se denominan "canales".

Además, debido a que los niveles de señal de extremo bajo y alto de diversas muestras de fluorescencia presentan un amplio espectro de longitudes de onda para que las detecte la cámara 615 y/o 620, es deseable para los niveles de señal de extremo bajo y alto que la cámara 615 y/o 620 pueda detectar que tienen un ancho similar. En consecuencia, en un modo de realización de barrido de fluorescencia, al menos una de las cámaras 615 y/o 620 usadas en el sistema de barrido de fluorescencia 550 es una cámara de barrido lineal de TDI monocromática de 10 bits y 64 matrices lineales. Cabe destacar que se puede emplear una variedad de profundidades de bits para la cámara 615 y/o 620 para su uso con un modo de realización de barrido de fluorescencia del sistema de barrido 550.

La platina móvil 580 está configurada para un movimiento en X-Y preciso bajo el control del procesador 555 o el controlador de movimiento 570. La platina móvil también se puede configurar para el movimiento en Z bajo el control del procesador 555 o el controlador de movimiento 570. La platina móvil está configurada para situar la muestra en una localización deseada durante la captación de datos de imagen por las cámaras 615 y/o 620. La platina móvil también está configurada para acelerar la muestra 590 en una dirección de barrido a una velocidad sustancialmente constante y a continuación mantener la velocidad sustancialmente constante durante la captación de datos de imagen por al menos una de las cámaras 615 y/o 620. En un modo de realización, el sistema de barrido 550 puede emplear una cuadrícula X-Y estrechamente coordinada y de alta precisión para ayudar en la localización de la muestra 590 en la platina móvil 580. En un modo de realización, la platina móvil 580 es una platina X-Y basada en un motor lineal con codificadores de alta precisión empleados en los ejes tanto X como Y. Por ejemplo, se pueden usar codificadores nanométricos muy precisos en el eje en la dirección de barrido y en el eje que está en la dirección perpendicular a la dirección de barrido y en el mismo plano que la dirección de barrido. La platina también está configurada para sostener el portaobjetos de vidrio 585 sobre el que se dispone la muestra 590.

La muestra 590 (por ejemplo, correspondiente a la muestra 210) puede ser cualquier cosa que se pueda explorar por microscopía óptica. Por ejemplo, se usa con frecuencia un portaobjetos de microscopio de vidrio 585 (por ejemplo, correspondiente al portaobjetos 200 como sustrato de visualización para muestras que incluyen tejidos y células, cromosomas, ADN, proteínas, sangre, médula ósea, orina, bacterias, microesferas, materiales de biopsia o cualquier otro tipo de material o sustancia biológica que esté muerta o bien viva, teñida o no teñida, marcada o no marcada. La muestra 590 también puede ser una matriz de cualquier tipo de ADN o material relacionado con el ADN tal como ADNc o ARN o proteína que se deposita en cualquier tipo de portaobjetos u otro sustrato, incluyendo todas y cada una de las muestras comúnmente conocidas como micromatrices. La muestra 590 puede ser una placa de microvaloración (por ejemplo, una placa de 96 pocilios). Otros ejemplos de la muestra 590 incluyen placas de circuitos integrados, registros de electroforesis, placas de Petri, película, materiales semiconductores, materiales forenses o piezas mecanizadas.

La lente del objetivo 600 está montada en el posicionador de objetivo 630 que, en un modo de realización, emplea un motor lineal muy preciso para mover la lente del objetivo 600 a lo largo del eje óptico definido por la lente del objetivo 600. Por ejemplo, el motor lineal del posicionador de lente del objetivo 630 puede incluir un codificador de 50 nanómetros. Las posiciones relativas de la platina 580 y la lente del objetivo 600 en los ejes X, Y y/o Z se coordinan y controlan en bucle cerrado usando el controlador de movimiento 570 bajo el control del procesador 555 que emplea la memoria 565 para almacenar información e instrucciones, incluyendo las etapas programadas ejecutables por ordenador para el funcionamiento del sistema de barrido 550 global.

En un modo de realización, la lente del objetivo 600 es un objetivo corregido al infinito apocromático ("APO") plano con una apertura numérica correspondiente a la resolución espacial más alta deseable, donde la lente del objetivo 600 es adecuada para microscopía de iluminación en modo de transmisión, microscopía de iluminación en modo de reflexión y/o microscopía de fluorescencia en modo de epi-iluminación (por ejemplo, una Olympus 40X, 0.75NA o 20X, 0.75 NA). De forma ventajosa, la lente del objetivo 600 puede corregir aberraciones cromáticas y esféricas. Debido a que la lente del objetivo 600 es corregida al infinito, la óptica de enfoque 610 se puede colocar en la trayectoria óptica 605 por encima de la lente del objetivo 600 donde el haz de luz que pasa a través de la lente del objetivo se convierte en un haz de luz colimado. La óptica de enfoque 610 enfoca la señal óptica captada por la lente del objetivo 600 en los elementos sensibles a la luz de las cámaras 615 y/o 620 y puede incluir componentes ópticos tales como filtros, lentes de cambio de aumento y/o similares. La lente del objetivo 600 combinada con la óptica de enfoque 610 proporciona el aumento total para el sistema de barrido 550. En un modo de realización, la óptica de enfoque 610 puede contener una lente de tubo y un cambiador de aumento 2X opcional. De forma ventajosa, el cambiador de aumento 2X permite que una lente del objetivo 60020X natural realice un barrido de la muestra 590 con un aumento 40X.

Una o más de las cámaras 615 y/o 620 pueden comprender al menos una matriz lineal de elementos de imagen ("píxeles"). Las cámaras 615 y/o 620 pueden ser monocromáticas o en color. Las cámaras de barrido de línea en color típicamente tienen al menos tres matrices lineales, mientras que las cámaras de barrido de línea monocromáticas pueden tener una única matriz lineal o una pluralidad de matrices lineales. También se puede usar cualquier tipo de matriz lineal única o una pluralidad, ya sea empaquetada como parte de una cámara o integrada a la medida en un módulo electrónico de formación de imágenes. Por ejemplo, también se puede usar una cámara de barrido de línea de color de 3 matrices lineales ("rojo-verde-azul" o "RGB") o un TDI monocromático de 96 matrices lineales. Las cámaras de barrido de línea de TDI típicamente proporcionan una relación señal-ruido ("SNR") sustancialmente mejor en la señal de salida al sumar los datos de intensidad de las regiones de las que previamente se formaron imágenes de una muestra, proporcionando un incremento en la SNR que es proporcional a la raíz cuadrada del número de fases de integración. Las cámaras de barrido de línea de TDI comprenden múltiples matrices lineales. Por ejemplo, las cámaras de barrido de línea de TDI están disponibles con 24, 32, 48, 64, 96 o incluso más matrices lineales. El sistema de barrido 550 también admite matrices lineales que se fabrican en una variedad de formatos, incluyendo algunas con 512 píxeles, algunas con 1024 píxeles y otras que tienen hasta 4096 píxeles. De forma similar, también se pueden usar matrices lineales con una variedad de tamaños de píxeles en el sistema de barrido 550. El requisito principal para la selección de cualquier tipo de cámara de barrido de línea para las cámaras 615 y/o 620 es que el movimiento de la platina 580 se pueda sincronizar con la tasa de línea de la cámara de barrido de línea, de modo que la platina 580 pueda estar en movimiento con respecto a la cámara de barrido de línea durante la captación de imagen digital de la muestra 590.

Los datos de imagen generados por la cámara de barrido de línea 615 y/o 620 se almacenan en una parte de la memoria 565 y se procesan por el procesador 555 para generar una imagen digital contigua de al menos una parte de la muestra 590. La imagen digital contigua se puede procesar además por el procesador 555, y la imagen digital contigua revisada también se puede almacenar en la memoria 565.

En un modo de realización alternativo, la cámara 615 y/o 620 puede ser una cámara de barrido de área siendo cada línea independiente para funcionar como una serie de cámaras de barrido de línea integradas físicamente. Además, cada una de las líneas individuales se puede situar lógicamente a una distancia diferente a lo largo de la trayectoria óptica, de modo que todos los píxeles en cada línea de la cámara de barrido de área estén en el mismo plano de imagen con respecto a la trayectoria óptica y de modo que no haya dos píxeles de dos líneas separadas cualesquiera en el mismo plano de imagen con respecto a la trayectoria óptica. De forma ventajosa, esta disposición de cámara permite que la cámara de barrido de área 615 y/o 620 combinada adquiera imágenes de una muestra gruesa en una pluralidad de planos de imagen y, de este modo, construya una imagen de volumen de la muestra gruesa. De forma alternativa, o en combinación, esta disposición de cámara permite combinar la línea individual que tiene el valor de contraste más alto en cada localización X-Y con las otras líneas individuales de valor de contraste más alto para construir una imagen 2D bien enfocada de la superficie de la muestra.

En funcionamiento, los diversos componentes del sistema de barrido 550 y los módulos programados almacenados en la memoria 565 posibilitan el barrido y la digitalización automáticos de la muestra 590, que se dispone en un portaobjetos de vidrio 585. El portaobjetos de vidrio 585 se coloca de forma segura en la platina móvil 580 del sistema de barrido 550 para realizar un barrido de la muestra 590. Bajo el control del procesador 555, la platina móvil 580 acelera la muestra 590 a una velocidad sustancialmente constante para su detección por la cámara de barrido de línea 615 y/o 620, donde la velocidad de la platina se sincroniza con la tasa de línea de la cámara de barrido de línea 615. Después de realizar un barrido de una franja de datos de imagen, la platina móvil 580 desacelera y detiene la muestra 590 sustancialmente por completo. A continuación, la platina móvil 580 se mueve ortogonalmente a la dirección de barrido para situar la muestra 590 para realizar un barrido de una franja posterior de datos de imagen (por ejemplo, una franja adyacente). Posteriormente se realiza un barrido de franjas adicionales hasta que se realiza un barrido de toda una parte de la muestra 590 o de toda la muestra 590.

Por ejemplo, durante el barrido digital de la muestra 590, se adquiere una imagen digital de la muestra 590 como una pluralidad de campos de visión que se combinan entre sí para formar una franja de imagen. Una pluralidad de franjas de imágenes adyacentes se combinan de forma similar entre sí para formar una imagen digital de una parte o de toda la muestra 590. El barrido de la muestra 590 puede incluir la adquisición de franjas de imagen verticales o franjas de imagen horizontales. El barrido de la muestra 590 puede ser de arriba hacia abajo, de abajo hacia arriba o bien ambas (bidireccional), y puede comenzar en cualquier punto de la muestra. De forma alternativa, el barrido de la muestra 590 puede ser de izquierda a derecha, de derecha a izquierda o bien ambas (bidireccional), y puede comenzar en cualquier punto de la muestra. Adicionalmente, no es necesario que las franjas de imagen se adquieran de manera adyacente o contigua. Además, la imagen resultante de la muestra 590 puede ser una imagen de toda la muestra 590 o solo de una parte de la muestra 590.

En un modo de realización, las instrucciones ejecutables por ordenador (por ejemplo, módulos y programa informático programados) se almacenan en la memoria 565 y, cuando se ejecutan, posibilitan que el sistema de barrido 550 realice las diversas funciones descritas en el presente documento. En esta descripción, el término "medio de almacenamiento legible por ordenador" se usa para referirse a cualquier medio usado para almacenar y proporcionar instrucciones ejecutables por ordenador al sistema de barrido 550 para su ejecución por el procesador 555. Los ejemplos de estos medios incluyen la memoria 565 y cualquier medio de almacenamiento externo o extraíble (no mostrado) acoplado de forma comunicativa con el sistema de barrido 550 directa o bien indirectamente, por ejemplo, por medio de una red (no mostrada).

La FIG. 5B ilustra una cámara de barrido de línea que tiene una matriz lineal única 640, que se puede implementar como una matriz de dispositivo de carga acoplada ("CCD"). La matriz lineal única 640 comprende una pluralidad de píxeles individuales 645. En el modo de realización ilustrado, la matriz lineal única 640 tiene 4096 píxeles. En modos de realización alternativos, la matriz lineal 640 puede tener más o menos píxeles. Por ejemplo, los formatos comunes de matrices lineales incluyen 512, 1024 y 4096 píxeles. Los píxeles 645 están dispuestos de forma lineal para definir un campo visual 625 para la matriz lineal 640. El tamaño del campo visual varía de acuerdo con el aumento del sistema de barrido 550.

La FIG. 5C ilustra una cámara de barrido de línea que tiene tres matrices lineales, de las que cada una se puede implementar como una matriz CCD. Las tres matrices lineales se combinan para formar una matriz de colores 650. En un modo de realización, cada matriz lineal individual en la matriz de colores 650 detecta una intensidad de color diferente, por ejemplo, rojo, verde o azul. Los datos de imagen en color de cada matriz lineal individual en la matriz de colores 650 se combinan para formar un único campo visual 625 de datos de imagen en color.

La FIG. 5D ilustra una cámara de barrido de línea que tiene una pluralidad de matrices lineales, de las que cada una se puede implementar como una matriz CCD. La pluralidad de matrices lineales se combina para formar una matriz de TDI 655. De forma ventajosa, una cámara de barrido de línea de TDI puede proporcionar una SNR sustancialmente mejor en su señal de salida al sumar los datos de intensidad de las regiones de las que previamente se adquirieron imágenes de una muestra, proporcionando un incremento en la SNR que es proporcional a la raíz cuadrada del número de matrices lineales (también denominadas fases de integración). Una cámara de barrido de línea de TDI puede comprender una mayor variedad de números de matrices lineales. Por ejemplo, los formatos comunes de las cámaras de barrido de línea de TDI incluyen 24, 32, 48, 64, 96, 120 e incluso más matrices lineales.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de barrido digital que comprende:

una platina motorizada (580) configurada para sostener una muestra y mover la muestra a una velocidad sustancialmente constante;

un sistema de iluminación (595) configurado para iluminar un campo visual (625);

una lente del objetivo (600) que define una trayectoria óptica (605) que acopla ópticamente el campo visual (625) iluminado a una cámara (615; 620);

comprendiendo la cámara (615; 620) una pluralidad de elementos sensibles a la luz dispuestos en una pluralidad de matrices lineales, en el que la cámara (615; 620) está inclinada con respecto a la trayectoria óptica (605) de modo que cada una de la pluralidad de matrices lineales está situada en un plano diferente de una pluralidad de planos de imagen, con respecto a la trayectoria óptica, que cualquiera de la otra pluralidad de matrices lineales, en la que cada una de la pluralidad de matrices lineales está configurada para generar una pluralidad de líneas de datos de imagen en sincronía con la velocidad sustancialmente constante de la platina motorizada (580), y en la que cada una de la pluralidad de líneas de datos de imagen en cada una de la pluralidad de matrices lineales corresponde a una de la pluralidad de líneas de datos de imagen en cada una de la otra pluralidad de matrices lineales; y caracterizado por

al menos un procesador (555) configurado para, para una muestra en la platina motorizada (580), para cada una de la pluralidad de matrices lineales, determinar un valor de contraste para cada una de la pluralidad de líneas de datos de imagen generados por esa matriz lineal (640), en el que el valor de contraste se determina calculando un valor de contraste promedio para cada una de la pluralidad de líneas, comparar los valores de contraste para cada conjunto de líneas de datos de imagen correspondientes generados por la pluralidad de matrices lineales (640) para determinar una línea de datos de imagen de contraste más alto para cada conjunto de líneas de datos de imagen correspondientes, en el que la línea de contraste más alto de los datos de imagen tiene un valor de contraste más alto entre el conjunto respectivo de líneas de datos de imagen correspondientes, y

combinar las líneas de datos de imagen de contraste más alto de cada conjunto de líneas de datos de imagen correspondientes para generar una imagen de al menos una parte de la muestra.

2. El aparato de barrido digital de la reivindicación 1, en el que un número de la pluralidad de matrices lineales es mayor que dos.

3. El aparato de barrido digital de la reivindicación 1 o 2, en el que una profundidad de campo de cada una de la pluralidad de matrices lineales linda sustancialmente con una profundidad de campo de cada una de la pluralidad de matrices lineales que son adyacentes a esa matriz lineal (640).

4. El aparato de barrido digital de la reivindicación 1 o 2, en el que una profundidad de campo de cada una de la pluralidad de matrices lineales se superpone a una profundidad de campo de cada una de la pluralidad de matrices lineales que son adyacentes a esa matriz lineal (640).

5. El aparato de barrido digital de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que una profundidad de campo de la pluralidad de matrices lineales es de al menos 100 micrómetros.

6. El aparato de barrido digital de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el al menos un procesador está configurado además para alinear una pluralidad de imágenes de partes de la muestra en una imagen de toda la muestra.

7. El aparato de barrido digital de cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, en el que cada una de la pluralidad de matrices lineales comprende una matriz lineal de color (650).

8. El aparato de barrido digital de cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, en el que cada una de la pluralidad de matrices lineales comprende una matriz lineal de integración de retraso de tiempo, TDI.

9. El aparato de barrido digital de la reivindicación 8, en el que la matriz lineal de TDI comprende una matriz lineal de TDI en color.