[發明專利]一種用于觀察由物體反向散射的輻射的方法和裝置

有效

• 申請號: 201780087348.0
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN110662955B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 艾曼紐·舒爾茨;達米安·德克;米歇爾·洛克
• 申請（專利權）人: 原子能和替代能源委員會;人工智能應用公司
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N15/02;C12Q1/02;G01N21/51;G01N15/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 謝攀;劉繼富

一種用于觀察由物體(3)、特別是生物物體反向散射的輻射的裝置和方法。該裝置包括適于照射樣本(2)的光源(10)，以及在光源(10)和物體(3)之間延伸的屏幕(20)。屏幕(20)具有孔(23)，由光源(10)產生的照射光束(12)穿過該孔(23)朝向屏幕(20)傳播。在照射的作用下，物體(3)發射反向散射的輻射(14)，該反向散射的輻射(14)傳播到屏幕(20)，該屏幕的表面積優選大于100cm。反向散射的輻射(14)在屏幕(20)上的投射形成代表反向散射的輻射(14)的圖像，由術語衍射圖表示。使用圖像傳感器(30)來獲取代表在屏幕(20)上形成的衍射圖的圖像。

技術領域

本發明的技術領域是基于由物體反向散射的輻射的圖像來觀察和識別物體，尤其是生物物體，特別是細菌菌落。

背景技術

微生物(特別是細菌)識別針對各種領域是需要的。例如，在診斷領域中，細菌的識別允許了解引起感染的病原體的性質，并且允許優化患者的治療。另外，細菌識別是流行病學或抗醫院感染的基本技術。除健康領域之外，應用還可以包括但不限制于衛生、安全和食品加工領域。

目前存在允許進行這種識別的各種有效儀器。所使用的方法特別是質譜法、拉曼光譜法、比色測試、菌落形態學分析或核酸擴增技術。使用光譜技術(質譜法或拉曼光譜法)的方法需要昂貴的器件和合格的操作者。比色方法更簡單，但是通常更慢。關于核酸擴增，需要在滿足精確的操作條件時連續執行許多步驟。

專利US74665560描述了一種基于利用微生物對入射激光束的散射和衍射來表征微生物的方法。微生物設置在激光光源和圖像傳感器之間。在激光束照射的作用下，獲得出現衍射圖案的圖像，該圖案構成觀察到的微生物的特征。專利US8787633描述了一種用于相同目的的方法。這些文獻描述了一種用于識別細菌的方法，所述方法似乎很有希望，但是如果設置有細菌的培養基是不透明的、有色的或散射的，該方法就變得不適用。特別地，這些方法使用以所謂的透射配置形成的圖像，其中樣本設置在光源和圖像傳感器之間。如果要獲得可利用的圖像，則樣本必須足夠透明。因此，該方法與包含有色培養基的樣本不相容，例如包含羊血液中的哥倫比亞瓊脂的、已知為哥倫比亞血瓊脂(Columbia Blood Ship，COS)的培養基。所述方法也不適用于例如胱氨酸乳糖電解質缺乏(cystine lactoseelectrolyte deficient，CLED)瓊脂的散射基質，或例如巧克力瓊脂的不透明基質。然而，這種培養基特別頻繁地(在大約70％的情況下)用于臨床診斷。

專利申請WO2016/097063通過提出一種用于觀察微生物的方法部分地解決了該問題，在該方法中圖像不是以透射配置形成的，而是以反向散射配置形成的。樣本由激光束照射。反向散射的輻射通過收集光學器件聚焦在圖像傳感器上。

文獻US5241369描述了一種允許將由樣本反向散射的輻射的圖像形成在半透明屏幕上的裝置，該半透明屏幕耦合到圖像傳感器。在該裝置中，光源以入射角照射樣本，該入射角相對于圖像傳感器的光軸傾斜。

文獻WO2007/020554描述了一種用于觀察由覆蓋有反射屏的樣本散射的輻射的裝置。在多次反射后，圖像聚焦在光學耦合到圖像傳感器的凸面反射器上。在US5912741中描述了類似的配置。

在Huisung Kim等人的出版物中也描述了使用半透明屏幕來觀察由物體散射的光，即“eflected scatterometry for non invasive interrogation of bacterialcolonies”，International society for optical engineering,SPIE,vol.21,N°10,october 2016(“用于非侵入性詢問細菌菌落的反射散射法”，國際光學工程學會SPIE，vol.21，no.10,2016年10月)。