[發(fā)明專利]利用自動(dòng)成像設(shè)備來(lái)聚焦到樣本上的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110120109.5
• 申請(qǐng)日: 2007-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN102176245A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邁克爾·扎赫尼塞爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西泰克公司
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G02B21/24
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，其原案申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00780045741.X，申請(qǐng)日為2007年11月27日，發(fā)明名稱為“評(píng)價(jià)圖像聚焦質(zhì)量的方法”。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的領(lǐng)域大體涉及電子成像系統(tǒng)的領(lǐng)域，更具體地，涉及計(jì)算機(jī)控制的顯微成像系統(tǒng)和其中使用的聚焦系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在病理學(xué)領(lǐng)域中，經(jīng)常需要為潛在的病態(tài)或疾病狀態(tài)而檢查組織樣品。在一些情況下，組織或其他生物材料的樣品被嵌入在嵌入介質(zhì)中并被切割為多個(gè)非常薄的切片(slice)。之后這些切片被放置在諸如載玻片的樣品固定器上用于隨后的成像和分析。在其他應(yīng)用中，在基于液體的制備中，將細(xì)胞或其他生物材料轉(zhuǎn)移到載玻片上。例如，可以從目標(biāo)位置(例如，組織)上刮下細(xì)胞，并可選地在液體溶液中沖洗這些細(xì)胞。可替換地，可從體液(例如，尿液)中直接獲得細(xì)胞。可以將細(xì)胞直接轉(zhuǎn)移到載玻片，例如，可以將血液樣品直接涂在載玻片上。還開發(fā)了一種自動(dòng)裝置用來(lái)在載玻片上獲得和放置細(xì)胞。例如，系統(tǒng)(摩洛哥莫爾伯勒Cytyc公司)對(duì)包含細(xì)胞懸浮體的液體進(jìn)行過(guò)濾。然后將過(guò)濾器上累積的細(xì)胞薄層轉(zhuǎn)移到載玻片上用于隨后的處理和觀察。

越來(lái)越多地，自動(dòng)成像或掃描系統(tǒng)被用來(lái)拍攝樣品的數(shù)字圖像。然后，病理學(xué)家或其他受訓(xùn)技術(shù)人員可以為該組織中潛在的病態(tài)或疾病狀態(tài)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行分析。自動(dòng)成像系統(tǒng)經(jīng)常采用計(jì)算機(jī)控制的顯微鏡，這種顯微鏡利用自動(dòng)控制的鏡臺(tái)和光學(xué)部件來(lái)獲取樣品的一個(gè)或多個(gè)聚焦圖像。例如，該系統(tǒng)可以被用于獲得載玻片上所制備的整個(gè)樣品的圖像。可替換地(或相結(jié)合地)，該系統(tǒng)可以獲得感興趣區(qū)域或特定區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)放大圖像。為了獲得樣品或樣品放大區(qū)域的高質(zhì)量圖像，該系統(tǒng)必須能夠迅速聚焦到該樣品或該區(qū)域上。

這種需求提出了多種技術(shù)挑戰(zhàn)。在觀察圖像時(shí)，人類可以立即識(shí)別出其是否處于聚焦?fàn)顟B(tài)或未處于聚焦?fàn)顟B(tài)。計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)對(duì)待這種任務(wù)有困難。給出同一對(duì)象在不同聚焦高度的兩幅圖像，計(jì)算機(jī)操作的聚焦系統(tǒng)能夠識(shí)別出聚焦得更好的那副圖像。然而，只給出一幅圖像的話，計(jì)算機(jī)就難以自動(dòng)評(píng)價(jià)聚焦質(zhì)量。此外，計(jì)算機(jī)難以確定所成像的焦平面距理想聚焦高度或最佳聚焦高度有多遠(yuǎn)。

評(píng)估一幅圖像的聚焦質(zhì)量的多種現(xiàn)有方法都利用了傅立葉變換。在沒有噪聲時(shí)，聚焦較差的圖像將不包含特定頻率之上的傅立葉信號(hào)。該截止頻率的位置將給出基本結(jié)構(gòu)的尺度。不幸的是，實(shí)際的圖像包含噪聲，且其限制了傅立葉變換的有效性。基于傅立葉變換的方法對(duì)具有低信噪比(SNR)的圖像效果較差。而且，所使用的傅立葉變換方法計(jì)算強(qiáng)度大，需要加強(qiáng)的計(jì)算硬件和軟件。

在自動(dòng)顯微鏡學(xué)中，計(jì)算機(jī)一般通過(guò)改變聚焦高度、獲取每個(gè)高度處的圖像來(lái)找出樣品內(nèi)給定位置的最佳焦平面。利用各種“自動(dòng)聚焦函數(shù)”之一來(lái)計(jì)算所獲取的每幅圖像的評(píng)分；評(píng)分最高的圖像對(duì)應(yīng)于理想的聚焦高度。因?yàn)樽詣?dòng)聚焦函數(shù)的值依賴于視野中的對(duì)象，所以這些函數(shù)可僅用于判斷一幅圖像相對(duì)于同一對(duì)象的另一幅圖像的質(zhì)量，而不作出絕對(duì)的質(zhì)量評(píng)價(jià)。一類自動(dòng)聚焦函數(shù)基于圖像差來(lái)運(yùn)算。未聚焦的圖像在彼此靠近的多個(gè)像素之間通常只有輕微的差異，這是因?yàn)辄c(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(PSF)在多個(gè)像素中分配給每個(gè)像素強(qiáng)度，使它們模糊并平均了它們的灰度級(jí)。多種不同類型的圖像差已被用作圖像的相對(duì)聚焦質(zhì)量的測(cè)值。例如，Brenner提出使用所有像素及距兩個(gè)點(diǎn)遠(yuǎn)的其相鄰點(diǎn)之間的平方差之和。參見，例如，Brenner等人的An?Automated?Microscope?For?Cytological?Research，J.Histochem.Cytochem.24，100-111(1971)。

由于計(jì)算機(jī)控制的成像系統(tǒng)改變聚焦高度同時(shí)獲得載玻片的圖像，Brenner函數(shù)已被用作聚焦質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)有方法對(duì)在多個(gè)聚焦高度獲取的圖像的Brenner函數(shù)評(píng)分進(jìn)行比較。圖像聚焦質(zhì)量的確定依賴于對(duì)一個(gè)聚焦高度的視野的Brenner函數(shù)評(píng)分與一個(gè)不同聚焦高度的同一視野的Brenner函數(shù)評(píng)分進(jìn)行比較。Brenner函數(shù)評(píng)分是圖像中的基本結(jié)構(gòu)的測(cè)值。處于聚焦的圖像具有高的Brenner函數(shù)評(píng)分，并且相比于未聚焦的圖像包含更小尺度的基本結(jié)構(gòu)。相反，未聚焦的圖像具有低的Brenner函數(shù)評(píng)分，并且不包含小尺度的基本結(jié)構(gòu)。由于該聚焦高度從理想高度以上變到理想高度以下，所以Brenner函數(shù)開始處于較低值，圖像在理想聚焦高度進(jìn)入聚焦時(shí)Brenner函數(shù)達(dá)到峰值，并在失去聚焦時(shí)Brenner函數(shù)減小。繪制時(shí)相對(duì)于聚焦高度的Brenner函數(shù)的形狀是鐘形曲線。