高数值孔径远程显微镜设备的制作方法

专利名称：高数值孔径远程显微镜设备的制作方法
技术领域：
一般来说，本发明关于远程显微镜，而更具体地与通过使用具有集成相机的无线 通信装置(诸如移动电话或掌上电脑之类)来做远程显微镜有关。
背景技术：
远程医疗是一项正在发展的技术，并且在许多医学领域(诸如不需要显微术来诊 断的风湿病学和泌尿学)中不断得到认可。对于许多需要高分辨率显微术的医学应用(诸 如病原体检测)，目前技术水平通常是将微观图像转入计算机并通过因特网传输，以用于 “远程显微术”或“远端显微术”的应用。直接耦合至移动电话的唯一装置提供低数值孔径 的光学器件以及对于大多数显微术应用来说不足够的放大率和分辨率。在以下公开中可以 找到其他关于相关技术的信息，通过引用的方式将以下公开中的每一个整体并入本申请Dziadzio M, Hamdulay S, Reddy V, Boyce S, Keat A, Andrews J ψ 2006 $ 4 月 4 H^ll^^MM^I^^^^^W "A still image of a transient rash captured by a mobile phone.，，；Razdan S, Johannes J, Kuo RL, Bagley DH 于 2006 年 4 月在泌尿学杂志 67(4) 665—9 发@白勺“The camera phone -.a novel aid in urologic practice."；Jukka-Tapani, M ；K. Niemelae, H. Vasama, R. Mattila, Μ. Aikio, S. Aikio, J. Aikio 于 2005年在Proc.SPIE. Vol. SPIE-5962，pp. 685695 发表的"Add-on laser reading device for a camera phone. ” ；Rodriguez WR, Christodoulides N, Floriano PN, Graham S, Mohanty S ^A 于 2005 年在 PloS Med 2(7) :el82 发表的 “A Microchip CD4Counting Method for HIV Monitoring in Resource-PoorSettings.，，。
在其他应用(植物病理学、疫病跟踪、材料科学评估等)中的医学诊断中，显微术 具有中心位置。在发达国家，将医学样本准备为载玻片，通常(但不总是)采用对比剂(例 如吸收和/或荧光染料)染色，并且放置在装配有约75W的卤素灯和/或约75+W的弧光灯 光源的大型(大约0. 5至Im高，50+kg)研究用显微镜的载物台上。光学器件可以使得人眼 以多达约2000X的放大率来成像、允许使用相机(例如CCD相机)来进行图像捕获、以及允 许在现有技术中使用普通技术人员已知的各种对比机制(例如明视野、荧光、暗视野、斜射 照明、霍夫曼调制对比、微分干涉对比(DIC)、相位对比(相差)、极化显微术等)。捕获的图 像可以与病人病历记录一起存储、可以发电子邮件用于医学会诊，并且如果需要的话可以 对其进行数字化处理。该性能的大部分在发展中国家中是达不到的，这是由于以下原因成本；精密仪 器的维修困难；常用替换件(弧光灯的使用寿命仅为约200hrs)供应链的缺乏；给照明器 等提供动力的电的缺乏；相关联的计算机和/或因特网资源的缺乏；带到遥远的村庄等地 方的便携性的缺乏，等等。即使在发达国家中，昂贵、复杂性、以及便携性问题也妨碍了显微 术广泛用于非医院环境(诸如在家对化疗期间病人的血细胞数进行检测)的医疗目的。因 此，患免疫受损病的病人必须冒着感染的风险到中心医疗设施去测试。在现代化医院和诊所，显微术极其重要并且是普遍的医疗保健工具。但是，发展中 国家通常既缺少使用品质优良的临床显微镜来采集病人数据的机会，也缺少合格的医务人 员来提供诊断和治疗。即使在美国和其他发达国家，也很难在非医院设施(诸如在家)中 将显微术用于医疗目的。装配有相机的移动电话(“可拍照手机”)具有光学系统，由于需要将较大物体和视 野(例如人脸、人、或风景)成像到较小(一边为约5mm)的传感器阵列(例如CCD或CMOS 成像阵列传感器)，因此必须采用较小的光学系统(直径约为5mm、焦距约为5mm的透镜系 统)在物体侧具有低数值孔径(NA)，通常小于等于0.01 ；非远心设计(限于本领域普通技 术人员已知的那样)，并且在整个视野中具有不均勻的采集效率，并且散焦图像的视放大率 改变；光学放大率(M)(定义为从物体到传感器阵列上的图像)小于1，通常小于0. 03。例 如，在Jukka-Tapani Makinsen等人的成果(上文所引用的)中，光学放大率小于等于2. 3， 通常小于等于1. 5，这表明了本发明的原创性(在Jukka-Tapani Makinsen等人的系统中超 过上述放大率的所有放大率都是以软件的方式所实现的，由于是非光学地，因此不增大光 学分辨率)。此外，Jukka-Tapani Makinsen等人的成果中没有相关的透射照明系统(例如 相差显微术中所需要的那样)。因此，不存在当前可用的设计用于远程医疗应用的基于移动 电话或类似装置的显微镜设备。

发明内容
因此，本发明的一方面是为了将高数值孔径光学器件耦合到可拍照的移动电话或 其他通信装置。这种光学系统将允许高分辨率的显微术和通过现有通信网络进行的数据的 即时传送，并且可用于(但不限于)疾病诊断。作为例子而非限制，本发明与直接耦合至移 动通信和图像采集装置(诸如可拍照手机)的显微镜装置有关，所述移动通信和图像采集 装置具有即时传输数据的能力。重要地，所述“远程显微镜”装置包括高数值孔径光学器件， 其允许大多数显微术应用中所必需的高分辨率图像的采集。
在一个实施例中，修改或改进容易获得的具有成像能力的手持式通信装置，以使 其包括至少一个第二成像透镜，其允许大于X的收集数值孔径NA，其中X通常可以为大于 0. 001的值的范围，并且优选地为大于0. 1。 在各实施例中，手持式装置可以为移动电话、掌上电脑或其他具有集成的成像系 统(例如，内置相机)和无线通信能力的装置。应该理解的是，这种类型的装置通常使用小 于0. 001的收集数值孔径NA来成像。因此，本发明的另一方面是为了提供一种可以附接于具有相机的手持式通信装置 或与其集成在一起的光学系统。本发明的另一方面将远心收集透镜系统与手持式通信装置中的相机结合使用。本发明的再一方面是为暗视野、相位对比、荧光、落射照明(印i-illumination)、 或其他显微术连同手持式通信装置中的相机一起使用作准备。在各种工作模式中，本发明是为生物成像能力作准备。在一个实施例中，本发明包 括照明系统。应该注意，对于稀薄的和/或半透明的样本(例如血液)来说，基于透射的照 明是适当的(光源位于样本之后)。对于其他不透明的样本(例如伤口)来说，必须通过光 学系统来收集反射光(光源照射样本并且至少部分地从样本反射)。这对于熟悉显微术的 人来说很容易理解。但是，对于本发明来说还重要的是考虑使发明的显微镜系统可用于任 一种采样类型。本发明的另一方面是为了提供可变范围的放大率以用于对各种样本进行成像。在 一个实施例中，本发明的放大率范围约为5X 20X，用于对诸如皮肤或伤口之类的样本进 行成像。在另一个实施例中，本发明具有的放大率范围约为20X 50X，用于对诸如血细胞 之类的较小样本进行成像。在再一个实施例中，本发明的放大率范围约为5X 50X，用于对 各种大小的样本进行成像。本发明的一方面提供一种远程显微镜设备，其包括便携手持式移动电话或其他 无线通信装置，所述通信装置中具有图像捕获装置；以及与所述图像捕获装置相关联的显 微镜透镜系统；其中所述显微镜透镜系统具有至少约0. 1的收集数值孔径(NA)和至少约1 的放大率(M)。本发明的另一方面提供一种远程显微镜成像系统，其包括便携手持式外壳；安 装在外壳中的图像传感器；安装在外壳中并与图像传感器对准的收集光学器件，所述收集 光学器件具有至少约为0. 1的收集数值孔径(NA)和至少约为1的放大率(M)；安装在外壳 中并与收集光学器件对准的样本支持器；安装在外壳中并定位来对样本支持器照明的照明 源；安装在外壳中的用于从图像传感器传输数据的无线传输单元；以及安装在外壳中的用 于控制数据收集、分析和传输的微处理器。本发明的再一方面是远程显微镜方法，其包括以下步骤使用远程显微镜设备对 第一位置处的样本进行成像，所述远程显微镜设备包括便携手持式移动电话或其他无线 通信装置，所述通信装置具有图像捕获装置；以及与所述图像捕获装置相关联的显微镜透 镜系统；其中所述显微镜透镜系统具有至少约为0. 1的收集数值孔径(NA)和至少约为1的 放大率(M)；以及从通信装置向第二位置传输样本图像和采自该样本图像的信息。本发明还包括以下方面1.成像系统，其包括无线通信装置，所述无线通信装置具有图像捕获装置和装置透镜；以及与所述图像捕获装置和所述装置透镜相关联的辅助透镜；其中与所述装置透 镜结合的所述辅助透镜具有至少约为0. 001的收集数值孔径(NA)。2.如方面1中所述的系统其中所述辅助透镜具有物体侧和图像侧；其中所述辅 助透镜在所述物体侧、或所述图像侧、或这两侧均为远心的。3.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置为收集荧光，以作为生物荧光化验 的部件。4.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置为使用暗视野照明或暗视野光学技 术的任何变体。5.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置为使用相位对比技术。6.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置为使用调制对比技术。7.如方面6所述的系统，其中调制对比包括霍夫曼调制对比。8.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置为使用微分干涉对比技术(DIC)。9.如方面1所述的系统，其中使用透射光显微术来对样本进行成像。10.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置为使用反射光显微术来对样本进 行成像。11.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置为使用发光二级光(LEDs)作为照 明源。12.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置为使用单色LED作为照明源。13.如方面12所述的系统，其中所述照明源被配置为使色差的影响最小化。14.如方面12所述的系统，其中所述照明源被配置为荧光激发源。15.如方面1所述的系统，还包括被布置为对样本进行照明的多个LED(或其他照 明源)中的一个的光源。16.如方面1所述的系统，还包括使用反射光显微术的在样本平面上成角度的一 个或多个照明源(例如LED)。17.如方面1所述的系统，还包括被配置为使用透射光显微术的对样本进行照明 的一个或多个照明源网格。18.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置为使用Kohler照明来均勻地照明 样本。19.如方面1所述的系统，还包括散射元件以均勻地照明样本。20.如方面1所述的系统，还包括由所述无线通信装置供电的照明源。21.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置用于疾病诊断，或者用于对病人的 症状进行医学评估或者生物化验(诸如血液分析、血细胞计数、免疫测定、组织样本形态或 病理的检查或记录)，或者用于对疟疾、雅司病、皮疹或伤口的诊断或评估，或者与微流装置 一起使用以用于疾病或病原体的诊断，或者在饮食服务环境中作为保健监测的部件，诸如 用于细菌的外表检查。22.如方面1所述的系统，其中所述系统是荧光化验的检测臂的一部分，其中用 于所述化验的发射滤色镜(emission filter)的功能由图像捕获装置的彩色滤色镜阵列 (CFA)提供，或者其中所述系统是在分别使用图像捕获装置的单个彩色通道以便以不同的 发射波长进行两个或更多同时化验的情况下的荧光化验的检测臂的一部分，或者其中所述系统是荧光化验的化验臂的一部分并且照明是落射照明。23.如方面1所述的系统其中所述成像捕获装置和所述装置透镜包括自动聚焦 机构，其形成所述系统的聚焦机构。24.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置用于以生物化验的方法来进行光 学检测，并且拣选(bin)像素以减小图像噪声。25.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置用于对金属疲劳的金属部件进行 材料分析检查，或用于对焊接的评估，或用于对微型电路中元件(例如触点)的评估。26.如方面1所述的系统，其中所述系统被配置用于对使用任何标准生物组织染 料染色的样本进行成像。27.如方面1所述的系统其中所述系统被配置用于收集紫外线激发光情况下生 物样本的自发荧光；并且其中所述激发光可以为200 400nm之间的任意波长或者其组合。28.如方面1所述的系统，其中所述系统是用于对溶液(Solution(S))中蛋白质 浓度进行量化或比较的检测臂的一部分，或者是用于对其中通过荧光元件或屏幕将用于蛋 白质浓度评估的波长转换为可见波长(或者透射到装置透镜和彩色滤色镜的波长)的溶 液中的蛋白质浓度进行量化或比较的检测臂的一部分，或者是系统中多通道板增光装置 (multichannel-plate intensifier)中的检IlJ元件。29.如方面1所述的系统，其中所述系统是用于执行基于DNA的化验、或执行其中 由激光二极管提供照明的生物化验、或者执行其中由紫外线LED提供照明的生物化验、或 者执行其中由LED提供照明的生物化验的系统的检测臂的部件。30.如方面29所述的系统，其中所述LED产生大于ImW的功率，或者其中所述LED 产生大于5mW的功率。31.如方面1所述的系统，还包括与所述装置透镜不协同定位的孔径光阑。32.如方面1所述的系统，其中所述辅助透镜的孔径小于所述装置透镜的通光孔径。33.如方面1所述的系统，其中所述透镜为浸没透镜(immersion lense)，以实现 较高的放大率。34.如方面1所述的系统，其中所述辅助透镜是可移除的。35.如方面1-34中的任一所述的系统，其中所述辅助透镜连同所述装置透镜一起 提供对称的1 1成像系统。36.如方面1-34中的任一所述的系统，其中所述系统用于人、动物或植物(农作物 健康和疾病)的评估。37.如方面1-34中的任一所述的系统，其中所述光学系统包括变迹滤色镜，以针 对离轴图像点对四阶余弦类型的渐晕效应进行补偿。38.如方面1-34中的任一所述的系统，其中总的系统放大率M为M >0.01、或 M彡0. 1、或M彡0. 2、或M彡0. 5、或M彡0. 9、或M彡1. 0。39.如方面1-34中的任一所述的系统，其中所述辅助透镜是变焦透镜。40.如方面1-34中的任一所述的系统，其中从包括NA彡0. 01、NA彡0. 1、 NA 彡 0. 2、NA 彡 0. 3、NA 彡 0. 4、NA 彡 0. 5、NA 彡 0. 6、NA 彡 0. 7、NA 彡 0. 8、以及 NA 彡 0. 9 的组中选择所述收集NA。
41.如方面1-34中的任一所述的系统，其中所述辅助透镜提供用于物体的放大。42.如方面41所述的系统，其中从包括彡5X、彡10X、彡15X、彡20X、彡25X、彡30X、 彡35X、彡40X、彡45X、以及彡50X的组中选择所述放大率。43.如方面42所述的系统，其中所述放大率是可变的。44.如方面1所述的系统，还包括运行在所述无线装置上的程序，所述无线装置基 于对装置相机所拍摄的图像的分析向外部装置发送信号，所述外部装置为系统的部件或其 机械构件。45.用于与无线通信装置结合使用的设备，所述无线通信装置具有图像捕获装置 和装置透镜，所述设备包括与所述图像捕获装置和所述装置透镜相关联的辅助透镜；其 中与所述装置透镜结合使用的所述辅助透镜具有至少约为0. 001的收集数值孔径(NA)。46.如方面45所述的设备与方面2_44中的任意之一所述的设备结合使用。47.本申请中所描述的根据以上任意一方面所述的设备、实施例、模式或特征。本发明的另一方面将在说明书的以下部分中说明，其中详细的描述是为了全面地 公开，本发明不限于所公开的优选实施例。


通过参考以下仅用于说明目的的附图，可以更全面地理解本发明图1示出了根据本发明的基于移动电话的显微镜设备的实施例的示意图；图2示出了根据本发明的显微镜设备的替换实施例的示意图；图3示出了根据本发明的具有基于透射照明的光学系统的示意图；图4示出了根据本发明的配置用于落射照明的替换光学系统的示意图；图5示出了根据本发明的微流体样本装置的示意图；图6示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施例方式本发明提供一种装置，其将医疗器械的许多好处与便携式、低功耗、蜂窝式数据传 输能力、以及较低成本结合。在最简单的实施中，将附加的光学器件附加到标准的可拍照 手机(具有内置相机的移动电话)。这种系统还可以具有软件，其帮助图像采集，图像处理 (例如阳性肺结核痰涂片中杆状菌的计数)，将病人信息附加至图像或从图像获得的数据， 并且将该信息上传至用于诊断、医学会诊、普通记录保持(例如用于退款的目的)、疫病跟 踪或普通流行病等的服务器或其它计算机系统(可能包含另一手机)。此外，可以将信息下 载到使用中的手机，例如以提供下一天将要看病的病人的病历记录数据、同步记录、根据其 他测试提供更新的结果、关于那些病人需要跟进测试的日程提醒等。手机上GPS (全球定位 系统)能力的出现还允许对所有数据进行位置标记，对跟踪发展中国家的农村地区的病人 尤其有用，并且对基于位置的通知有用，例如，提醒技术人员通过一个区域以对应该进行进 一步测试的当地病人进行检查。显然，具有这种能力的系统还具有其他用途，包括跟踪封装 或普通物流、植物病理学、生物恐怖主义或生物战的监测、材料研究或测试(例如桥梁中的 焊接等)等。这种系统还可以包括用于对使用过的样本区进行灭菌(例如通过内置紫外线 发光二极管辐射)的机构，或用于使样本制备自动化或半自动化的机构(例如微流体装置或其他液体处理系统)，以允许在制备用于成像的过程中样本的自动染色，例如内置液体处 理和/或内置样本加热器或强迫通风系统，以用于固定样本。如图1所示，显微镜设备10由可拍照手机12构成。可拍照手机12是具有成像系 统的标准移动电话，所述成像系统由视窗14、透镜16、以及图像传感器18制成，成像系统用 作相机，即在图像传感器18 (通常为C⑶装置)上记录图像。通过将安装在显微镜外壳22 中的显微镜透镜系统20附加在可拍照手机12上将可拍照手机12制成为显微镜。显微镜 透镜系统20由一个或多个透镜(例如，如图所示为两个)制成以提供适当的数值孔径和放 大率。显微镜外壳22可移除地附加在可拍照手机12上，例如搭锁的或拧上的方式，并且将 显微镜透镜系统20与图像传感器18对准来定位。外壳22还包括加样槽24，其中可放置样 本26 (例如，显微镜载玻片或包含医学样本的微流体装置)。显微镜透镜系统22可以使任 意样本26的微观图像投射到图像传感器18上。还可以提供照明源。可拍照手机12和显微镜外壳22通过手机12的数据传输能力(如天线28所表示 的)形成显微镜设备10。因此，显微镜设备10可以通过无线的方式将图像传感器18所记 录的样本26的显微镜图像传输到远端接收器。可拍照手机12还可以包括处理器30，其 可以用于分析记录的图像；以及GPS单元32，其可以用于确定位置并连同图像一起传输位 直fe息。尽管可以使用标准的可拍照手机12，但是装置透镜16通常被设计为缩小图像。因 此，装置透镜16可以从手机12移除。不管是何种情况，设计显微镜透镜系统20，以使装置 透镜16被移除或与装置透镜16结合均可获得适当的数值孔径(NA)和(物体到图像的)放 大率(M)。通常，这些值中NA至少约为0. 1，而M至少约为1，并且优选地，NA至少约为0.3 而M至少约为4。图2示出了显微镜设备40，其在功能上类似于图1所示的显微镜设备，但是显微 镜40是在不使用标准移动电话的情况下构造而成的。显微镜设备40由便携手持式外壳 42形成，并且具有图像传感器44、集光系统46、以及样本支持器48，样本支持器中放置有样 本。将图像传感器44、集光系统46、以及样本支持器48对准，以通过传感器44来记录样本 的图像。集光系统46被配置用作显微镜，例如NA至少约为0. 1而M至少约为1，并且优选 地，NA至少约为0. 3而M至少约为4。设备40还包括照明系统，该照明系统由对准以照明样本支持器48的照明源50和 照明光学器件52形成。设备40还包括用于传输记录图像的无线传输单元54，并且还可以 包括微处理器56和GPS单元58。设备40还可以包括灭菌LED 60，放置其以在使用后施加 灭菌辐射(例如UV)。设备40还包括电池和充电器62、键盘64、以及IXD显示器。图3示出了可用于图2所示的设备40或图1所示的设备10的说明性光学系统 70。来自源72(例如LED)的光透射通过照明光学器件74至样本82，所述照明光学器件74 包括集光透镜76、激发滤色镜78、以及聚光透镜80。来自样本80的光通过集光系统84传 输至图像传感器92，所述集光系统包括物镜86、发射滤色镜88、以及目镜90。图4示出了配置用于落射照明的替换光学系统100。来自源102 (例如LED)的光 通过激发滤色镜104和聚光透镜106传输至分色镜108，分色镜108反射该光使其通过发射 滤色镜110和物镜112传输至样本114。来自样本114的光(例如荧光)通过物镜112、发 射滤色镜110、分色镜108、以及目镜116传输至图像传感器118。
图3至图4示出了各种可用于不同结构以提供照明和放大的光学部件。所述光学 部件还可以被配置为提供用于显微术中的任何对比机制，以将该特征增加到本发明的显微 镜系统。图5示出了平移台122上的微流体样本装置120。平移台122可以在χ-y-z方向 上移动以允许样本的查验。微流体样本装置具有一个或多个液体通道124(如图所示为两 个)，其在侦讯区126处汇合为一个通道，在侦讯区126处瞄准显微镜系统。每个通道124 具有可以输入样本(例如一滴血)的液体输入端128、以及控制进入侦讯区126的入口阀 130。在侦讯区126和液体出口端134之后具有出口阀132，其可以连接至输出线路136。外 泵138可以通过输入线路140连接至每个液体输入端128，并且可以用于向系统增加液体 (例如染料)或者将液体冲出系统。图6示出了本发明在远程医疗中的应用。在第一现场(即，现场1)处，本发明的 显微镜设备可用于执行以下任意步骤接收病人病历记录(步骤150)样本制备，包括将显 微镜聚焦到样本上(步骤152)图像采集(步骤154)图像处理，例如粒子计数(步骤156) 将数据附加到记录，例如位置标记(步骤158)以及数据和图像的传输(步骤160)。在第 二现场(即，现场2)处，可以执行以下步骤可以从位置1处的远程显微镜查询位置、状态 等(步骤164)使用新的或更新的病人病历数据、诊断、或提醒(可能是位置指定)来更新 现场1的远程显微镜(步骤166)可以从现场1接收新的病人病历数据和/或图像(步骤 168)以及可以执行附加的人工操作或自动分析(步骤170)。现场1与现场2之间的所有 传输均通过无线传输162。本发明的一些重要特征包括1. NA > 0. 1,0. 2 等。2.可以进行蜂窝或卫星通信(与只能进行Wi-Fi通信形成对照)。3.可以进行GPS或位置感测。4.用于医学应用，例如用于某种疾病诊断、或疾病跟踪。5.具有用于医疗内容的自动图像评估，和/或基于图像或图像信息传输的远程诊 断。6.使用标准的显微对比技术，例如荧光显微术、暗视野显微术、相差显微术等。更具体地，本发明的重要特征和方面包括1.便携式、手持式、重量轻、小尺寸。2.数值孔径大于等于X，其中X是一个范围，优选地起始于0. 1，并且更好地起始于 0. 3。3.从样本到成像传感器阵列(例如，CCD)的光学放大。通常，在标准的可拍照手 机中，该光学放大率远小于1，这是因为大多数相机被设计为在较小的传感器上捕获较大的 区域。以上所引用的SPIE的论文中最大的M约为2. 3。为了实现本发明的目的，M > 1、M > 5、M > 10、或者M > 20、以及更大；特别地，奈奎斯特判据需要最小的放大率以避免数字 图像采集中的混叠现象，由以下公式给出M彡(像素间距)*2*ΝΑ/ λ (以避免混叠现象)通常，λ =0. 5 μ m，像素间距约为5 μ m，并且适中地NA约为0.25，这相当于M彡5。 当NA = 0. 4，并且像素间距为7. 4 μ m时(如在原型相机中)，则变为M彡11. 8，以此类推。这种高放大率仅在采集小区域的图像时有用。4. GPS/位置感测/报告/记录标记。(a)提示探访应该进行测试的本地病人。(b)使用位置来标记病人数据。5.自动的图像处理。(a)用于全面诊断。(b)选择性传输(图像的感兴趣的区域)。(c)对图像中的项目(例如，杆状菌)自动地计数。(d)对图像中的项目进行的鉴别，用于诊断或其他目的。⑴例如，大小(例如，为了区分不同的血细胞类型)。(e)以上所有均用于血细胞、杆状菌、寄生虫。6.内置样本的染色/标记/稀释。(a)使用微流体技术。(b)任意射流技术。7.灭菌LED(例如，起动样本区中的UV LED以对样本之间的样本区进行灭菌)。8.对比技术。(a)荧光。(b)暗视野。(c)相位对比、斜射照明、DIC、霍夫曼调制对比等。9.远距离(无线连接，显著超出Wi-Fi)。(a)接收诊断，对病人病历记录或者要探访哪个病人的日程进行更新。(b)上传数据，以用于⑴记录保持。(ii)跟踪。(iii)诊断。(c)上传图像以用于远程诊断(可以是自动的)。本发明的区别特征包括在手持便携式系统上采用了高数值孔径的集光系统；选 择性地将所述系统耦合至移动电话网络，或耦合至无线(例如802. 11类型的系统)、蓝牙、 无线电、或其他无线系统；可以无线地将数据传输至其他装置的能力，尤其是传输至用于医 疗记录的计算机服务器(例如在医院或医生的办公室)；足够使分辨率处于高数值孔径集 光系统所允许的范围内的从物体到成像传感器(例如CCD)的光学放大；记录的位置标记和 /或基于GPS或移动台的三角测量等的基于位置的通知；通常用于使用手持式、可进行无线 数据传输装置的显微术中的对比机制的使用(例如，明视野、荧光、暗视野、斜射照明、霍夫 曼调制对比、微分干涉对比(DIC)、相位对比、极化显微术等)；以及内置灭菌或液体处理系 统。本发明具有许多其他优点和独特的方面。本发明还可以包括所述通过除无线电话信号之外的方式来传输数据的装置(蓝 牙、连接至笔记本电脑的电缆、红外等)。本发明还可以包括所述将显微镜部件(透镜、滤色镜、孔径)中的一些或全部集成在具有图像传感器的芯片上而不是作为片上附件的部件的装置。可以通过移动或调整芯片 上的透镜或其他部件(而不是调整外部透镜)来使集成的片上系统在传统的成像和微观成 像之间进行切换。以高分辨率成像所必需的本发明将具有高数值孔径，通常大于0. 1 ；放大率大于 1，以使图像覆盖足够的图像传感器像素，从而允许以奈奎斯特判据或高于奈奎斯特判据的 像素来进行图像的数字化采样，以保留所有的分辨率信息；以及优选地，在物体侧为远心 的，以提供如上所列举的本领域技术人员已知的显微术的优点。在优选实施例中，系统将具 有NA彡0. 3、M彡4，在物体侧为远心的，并且具有透射照明系统或落射照明系统以用于样 本的照明。其他有用的实施例可以包括光学放大，以使通过传感器阵列像素进行的图像的数 字化采样低于奈奎斯特判据发生，但是使得图像的MTF(调制传输函数)在与传感器像素间 距相关联的空间奈奎斯特频率处小于等于25%，从而当在屏幕上显示图像时混叠现象对于 人眼来说不特别明显；可选地，可以选择放大率以使人眼所能检测到的MTF差粗略限制在 大于等于7 %的范围。选择这种较低的放大率具有优点，例如在允许将较大视场的物体成像 为给定传感器大小的方面、以及在允许增大来自给定样本的光量的方面，所述来自给定样 本的光在给定的时间将接触给定的传感器像素。关于便携性，一些因素组合用来增大标准显微镜的便携性的范围，并且使得所述 系统可手持用于照明的发光二极管的使用(消除了灯泡更换或较大的或高压电源的需 要)，低功率嵌入式计算系统的使用消除了对独立相关计算机系统的需要；用于图像采集 的低功率CCD或其他聚焦面传感阵列的使用；去掉了与主要测量方法无关的光学器件(例 如，没有用于改变物镜的镜头转台系统、或者用于直观数字成像的目镜)。低功率类型的系 统还可以使得设计用于在不连接到电力网的情况下运行较长时间的(约几小时)系统中的 电池重量较低(例如使用锂离子电池)。在优选实施例中，系统重量小于等于2千克，而系 统体积小于等于8升；在更优选的实施例中，系统重量小于等于1千克而系统体积小于等于 3升。(这里，将系统体积定义为足够装入整个系统的盒子的尺寸)。现有的连接有相机的移动电话系统中，相机不是设计用于显微术，而是用于低 (通常大于0. Imm)分辨率的大面积成像(条码、人脸、或较大区域)，与此不同的是，本发明 则设计用于在连接手机或移动电话网络的系统(例如，具有通过GSM或CDMA标准、或通过 连接轨道卫星的手机系统来与移动电话网络连接起来的能力的嵌入式系统)中以高(小于 IOym)分辨率对较小(通常小于成像传感器)面积进行成像。另外或单独地，所述系统可 以具有使用Wi-Fi (802. 11类型)或其他无线通信来连接到其他系统或将数据传输到其他 系统的能力。本发明包括以下所述特殊优点1.分辨率与现有连接手机的装置不同，原型光学系统具有小于2μπι的分辨率， 并且通常具有约小于等于10 μ m的分辨率，分辨率比通常的连接蜂窝网络的装置大一个数量级。2.放大率足够实现增大光学分辨率的优点，并且分辨率比通常的连接蜂窝系统 的光学装置大几个数量级。3.位置感测使用GPS或蜂窝三角测量法来确定位置，并且使用该信息来标记样本的图像，将来自这种图像的数据、或带有位置数据的病人病历记录用于传染病、病人监测 或跟踪，随后通知/提醒现场技术人员对某些病人进行检查、记录保持(例如，用于退款或 向出资单位(诸如世界卫生组织)进行报告)等。在设计来以小于等于10 μ m的分辨率进 行便携式操作的光学系统中该特征不是普遍公知的。4.用于诊断目的的自动图像评估可以在中心设施(或分布式计算网络，例如类 似于SETIOHome)处对采集的图像进行处理，或者在优选实施例中，可以在嵌入在装置中的 处理器上实时地处理采集的图像，以提供医疗相关的信息，例如对在图像中找到的杆状菌 进行计数。通常，技术人员必须对来自一些(总计大于30个图像)样本中的每一个的多个 (通常大于10)图像中的杆状菌认真地计数，以获得相关数据；操作人员疲劳度、缺少时间、 没有服从所要求的协议等都可以减小计数有效性和诊断的准确性。因此，对杆状菌的自动 计数为医务人员提供了在作出分析的时间(以及因此所产生的成本)以及在结果的准确性 方面的重要益处。也可以考虑更复杂的处理算法(例如，被设计为允许根据图像来形成疟 疾寄生虫的自适应算法)、以及对不同样本(例如，(可以染色的)白色和红色血细胞或寄 生虫)的区分(例如，基于大小)。此外，可以自动地选择所选图像的感兴趣的区域，并且附 加其用于记录保持和/或随后的人类技术人员的化验。5.对比在发展中国家中，许多对比机制、大多数显著的荧光均不可用，并且也没 有实施在蜂窝或无线连接的成像系统中。通常，荧光标记和检测对于诊断分析来说非常有 利，提供较好的对比、增强的特性、以及较低的背景，所有这些均使得医务人员对图像的评 估更容易。与使用例如高功率发光二极管的样本激发光相结合并与廉价(普通的可拍照手 机类型)的成像传感器相耦合的高数值孔径光学器件的使用，允许充分的样本激发光、光 收集效率、以及电检测灵敏度(例如量子效率)，即，在手持便携式装置上可以容易地对发 出荧光的肺结核菌进行成像并自动地计数，该手持便携式装置与其他发展中国家所使用的 医疗设备相比在成本上具有潜在的竞争力。在可以在没有电连接(例如，电池供电)的情 况下运行的相对廉价的手持便携式系统中，可以简单地实现其他对比机制(例如，暗视野 或斜射照明、相位对比等)。例如，斜射照明可以允许以类似于流动血细胞计数器中所使用 的方式基于从细胞散射的光量来对某些血细胞的类型进行区分。6.与样本制备的结合还可以考虑将自动样本制备系统增加到所述装置，以在使 诊断过程自动化并且降低操作人员执行测试或分析所需要的技术水平和对其他设备的需 要的同时，保持小型和便携性(例如，通过使用用于进行液体处理的微流体装置)。例如，在 一个实施例中，化疗病人可以刺破他们的手指，挤一滴血到微流体晶片匣中，并且将该晶片 匣插入手持式显微镜装置。该装置将执行自动染色、稀释、以及(例如)通过使用微流体装 置(可以包括用于样本流控制的微阀或标准阀)将抗凝剂添加到血液、对样本的某些视场 进行成像、计数并区分不同的血细胞类型、将数据上传给病人主治医师、并且接通紫外线发 光二极管以对微流体装置进行灭菌，从而确保随后使用的处理和样本区的安全。光学设计和实施A.相机特点手机相机通常较小，可能将诱镜的盲径定义为小于1cm，并且具有较 小的CXD(或CMOS或其他)检测器阵列，通常线尺寸也小于1cm。像素大小通常为一边小于 10 μ m。所述装置被设计为在物体距离大于约30cm处成像；通常，通过透镜或安装用于透镜的硬件来限定光学系统的孔径，并且光学孔径的直径为几mm的数量级。1.因此，成像链(optical train)的物体侧 NA 约为 0. 005 = (3mm/2) / (30cm)的
数量级。2.通常，对于位于透镜处或透镜附近并小于检测器阵列的系统孔径，系统的图像 空间的场角(即，在检测器阵列之上的场角)均大于0。因此，对于离轴图像点来说，系统将 经历“四阶余弦”强度的衰减(本领域技术人员已知，“四阶余弦规则”不是实际衰减的精确 预测)。3.相机可以设计用于(或不设计用于)对无限远的物体进行最好的聚焦。很可能 的是，可以针对大约几英尺(一米)距离的物体获得最小的平面像点尺寸。这可能在不同 手机类型之间改变。4.通常，检测器阵列为具有各种像素数(通常为640X480或更大)的C⑶或CMOS 芯片。像素大小通常为一边3-10 μ m，并且可以为正方形或不为正方形。总的阵列大小大约 为像素数乘以像素沿轴线的尺寸，由于检测器阵列结构的细节，可能具有另外的因子(例 如，由于行间插入结构所产生的不是100%的占空系数，等)。通常，所述阵列为彩色的，具 有伴随的彩色滤色镜阵列(CFA)，例如Bayer阵列，限制入射到各像素的光的波长，从而可 以在适当的内插之后获得彩色图像。检测器阵列通常允许“电子快门”(例如，通过使用行 间插入结构C⑶阵列)；因此，相机通常没有内置的机械快门。5.通常，用户不能获得增益、暗电平、快门速度、或其他相机调整，然而用户可以想 象出以后这些将会改变。6.可以为手机写入软件，其原则上可以驱动相机。甚至，可以设想程序，其自动地 调整快门速度或其他在手机的操作系统中可获得的相机参数。类似地，可以想象的是，这种 程序可通过来自手机的电子输出(例如，通过非手持式插孔)来调整或发送调整照明、聚焦 或其他外部因子的信号。7.还可以增加根据低劣的品质来自动废弃图像的软件，以及将多个图像拼接在一 起(或者帮助将那些图像拼接在一起)的软件。8.在图像的远距离传输方面，可以增加以下附加软件(a)图像加密。(b)使用文本或图形来对图像进行注解。(c)为图像附加数据(例如，病人信息、诊断、地理信息等)。(d)用于疾病诊断的自动图像处理。B.设计特征可拍照手机等主要设计用于对较大物体(例如人脸、人、建筑等)进 行成像。本发明涉及使用用于对较小物体进行成像的这种装置，尤其是(但不限于)用于 对小于相机中检测器阵列大小的物体进行成像的装置。1.光学不变量(也称为集光率 Etendue)确保 Aimage/A。bje。t = Ω。bje。t/Ω image，其中 A 为各光学平面中物体的面积，而Ω为立体角，光在同一光平面辐射或传播到该立体角。注 意，横向放大率似=^(Ainage/Aobject)。此外，在近轴近似法中Ω oc ΝΑ2。因此，在近轴近似法
中M NA。bje。t/NAimage。在以下论述中，将结合以下知识来使用这种近似法而不限于近轴的 情况对于NA来说，在没有近轴限制的情况下，将使用包含Ω的等式代替，以获得精确的结^ ο
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2.如果使用浸没透镜，在空气中则不能获得约为1的NA，也不能获得浸没介质的 指标值。对不限于将空气作为浸没介质的情况下进行论述。空气的指标值约为1，因此，手 机相机检测器阵列可实现的最大放大率为M l/NAimage。假设(设计到手机相机中的)的 NA为NAimage 0. 25 (典型地NA处于0. 1-0. 5的范围内)，这产生最大的M 4。用于比较， 将人脸(直径约为20cm)成像到约5mm的CXD上将需要M 0. 025的放大率，以在视场中 容纳整个人脸。这是设计这些手机的目的，它们的收集NA达到这样的程度是为了提供该数 量级或小于该数量级的放大率。3.在通常的M彡0. 025的放大率，并假设检测像素大小约为5 μ m,不考虑定格 (pixilation)和混叠问题，物体的最小可分辨特征将为d = 5 μ m/0. 025 200 μ m。4.相反地，在较高的收集NA，再次不考虑定格和混叠问题，则最小的可分辨特征 将为 d = 5 μ m/4 1. 25 μ m。5.使用可拍照手机来对通常使用这种可拍照手机不能有效地分辨的特征进行成 像；为了实现该目的，需要另外的光学器件，以提高系统的收集NA。C.远心度远心度由在无限远处成像的光学系统的出瞳或入瞳或者两者限定。这 具有许多重要的含义。如本发明中所使用的那样，“远心空间”将限定图像、物体、或者光学 系统两侧的空间，在该光学系统中，在无限远处对光瞳进行成像。通过远心所提供的重要收 益和优点包括1.用于图像中所有点或用于远心空间中物体平面的相等的数值孔径(NA)。因此， 例如，如果物体空间是远心的，则光收集效率对于物体场中所有点来说均相同，所有点等亮 度地呈现，但是，如果图像侧的系统不是远心的(即不是双远心系统)，则该优点消失。2.零度场角，其导致当聚焦到具有深度的结构(例如，微孔板)中时缺少视差的问 题。因此，远心空间中视场边缘的孔将被成像为类似光轴上的那些。3.视放大率独立于散焦。因此，对于离焦部件来说，尽管某种程度上，那些部件的 分辨率显著地降低，但是没有适当聚焦的或倾斜(例如不当安装的或具有很大公差的显微 镜载玻片)的样本将不具有失真的图像大小。4.如果图像空间是远心的，则用于光学系统的点扩散函数对于图像空间的所有点 来说均是相同的。在CCD上成像方面或在解释通过CCD (或CMOS或其他)光学检测器阵列 捕获的图像侧面，这是可以确定的优点。5.放置于远心空间中的光学干涉滤色镜将具有独立于场位置的透射和/或反射 带宽，这是由于上述场角和NA特征。在其中存在孔径光阑的空间中放置的滤色镜(即，在 滤色镜与孔径光阑之间没有透镜)将具有可能的最窄宽度，但是，对于不同的物体或图像 点(或者二者)，其将随着场位置而改变。这些特征是显微术中的重要优点，由于这些原因，大多数显微镜的物镜是设计为 在显微镜的物体空间为远心的。通常，还可以将显微镜设计为在图像空间也为远心的(或 者近似这样)。显然，将手机相机设计为远心的是很不可能的，这是不仅是因为收集效率的 不均勻性，还因为远心系统不能对大于图像(或物体)平面之前的最后透镜的直径的视场 进行成像，所述图像(或物体)平面处于远心空间。因此，如果可拍照手机为物体空间远心， 则其可以具有仅几mm的视场，为入透镜到手机的大小。因此，远心度(尤其是物体空间远心度)是新颖的，这是因为通常不考虑这种对视场的限制，例如在手机的物体侧。但是，在辅助透镜的情况下，可以通过为期望的视场选择 适当大小的透镜来避免该问题的发生。使用这种系统，可以实现其他优点中的非常均勻的 放大率、收集效率、以及无视差，使得可以将该系统用于灵敏的显微术和检查任务。P.数倌孔径数倌孔径(NA)限定了光学系统的分辨率和光聚集能力。这对于本 领域技术人员来说是容易理解的，这里将不做说明。但是，在近轴近似法中，系统的放大率 与NA成反比关系，如上所述。由于可拍照手机可以将约2m的人成像至约2mm的检测芯片 上，并且由于以高入射角入射到硅片等之上的反射损失导致检测芯片上的NA不可能大于 NAimage 0. 5，因此物体侧NA必须约为NA。bje。t 0. 5/100 = 0. 005。从显微术或灵敏检查 的观点来看，这是非常低的，因为相关的分辨率将由瑞利判据给出为S 1.22 λ/NA(在这 种情况下约为244 λ，或者假设是λ 500nm的绿光时约0. Imm)。将附加的透镜耦合至现有可拍照手机以使得物体侧的收集NA较大，这将增大系 统的放大率(如上所述，其当前必须以约0. 01的缩小倍数工作)。这种NA。bje。t的增大也将 增大系统的光收集能力以及其在对样本进行成像方面所能实现的分辨率。这种方式的损失 是视场减小，该问题并不是应用所考虑的主要问题。E.显微技术本领域普通技术人员已知本申请所讨论的所有技术(包括暗视野、 微分干涉对比、相位对比、落射照明等)，并且这些技术可以在许多标准参考中找到。F. 1 1成像显然，手机不是设计用于1 1成像。但是，这对于实现显微术、疾 病诊断等目的来说可能是有用的系统，这是因为其将产生约为手机中检测器阵列中像素大 小的分辨率。此外，由于手机的大量生产，因此用于手机的透镜可以廉价地获得，并且可以 廉价地耦合至现有手机，以使成像系统为1 1，显然，这种使用对于手机相机来说是新颖 的。G.小孔径光学系统中包括孔径(可能小于现有手机中的孔径)以使整个系统的 孔径光阑由该孔径限定，这将允许双远心系统的结构，即使当前手机在成像空间中也不是 远心的。这将允许对手机的光收集以及成像效率进行完全控制，尤其允许使其在整个视场 中均勻。此外，其还允许分辨率在同一视场中均勻。本发明所使用的示例在更精密的显微镜不可用的区域中的疾病诊断。可以通过对手机显微镜拍摄并发 送(可以通过手机(无线)通信)至远程计算机的图像的计算机图像处理来进行诊断。为 了实现该目的，在将图像发送给人之后，还可以通过人观察来自远端地点的图像来进行图 像评估。任意其他放大率高于通常手机相机的放大率的低成本、方便、小型、稳健的光学成 像和记录系统的使用是必需的。因此，本发明尤其包括以下方面1.由具有内置相机的手机和附加至其上的至少一个辅助透镜构成的光学系统，所 述至少一个辅助透镜关于手机相机定向以使该光学系统具有至少0. 001的收集数值孔径 (NA)(a)方面1所述的系统，其中收集NA彡0.01 ；(b)方面1所述的系统，其中收集NA彡0. 1 ；(c)方面1所述的系统，其中收集NA彡0.2;
(d)方面1所述的系统，其中收集NA彡0. 3 ；(e)方面1所述的系统，其中收集NA彡0.9;(f)方面1所述的系统，以使其放大物体彡5X ；(g)方面1所述的系统，以使其放大物体彡IOX ；(h)方面1所述的系统，以使其放大物体彡15X ；(i)方面1所述的系统，以使其放大物体彡20X ；(j)方面1所述的系统，以使其放大物体彡25X ；(k)方面1所述的系统，以使其放大物体彡50X ；(1)方面1所述的系统，以使其具有可变的放大率。2.使用手机相机作为检测元件的光学系统，其中该光学系统在物体侧是远心的。3.使用手机相机作为检测元件的光学系统，其中该光学系统在图像侧是远心的。4.使用手机相机作为检测元件的光学系统，其中该光学系统是双远心的(即在物 体侧和图像侧均为远心的)。5.满足方面1和方面2-4中的任意之一的光学系统。6.使用手机相机作为检测元件的光学系统，其中该系统用于收集荧光，以作为生 物荧光化验的部件。7.使用手机相机作为检测元件的光学系统，其中成像系统利用暗视野照明或暗视 野光学技术的任意变形。8.使用手机相机作为检测元件的光学系统，其中成像系统使用相位对比技术。9.使用手机相机作为检测元件的光学系统，其中成像系统使用调制对比技术，例 如霍夫曼调制对比。10.使用手机相机作为检测元件的光学系统，其中成像系统使用微分干涉对比技 术(DIC)。11.使用透射光显微术来对样本进行成像的光学系统。12.使用反射光显微术来对样本进行成像的光学系统。13.使用发光二极管(LED)作为照明源的光学系统。14.使用单色LED作为照明源的光学系统。(a)方面14所述的系统，使得色差影响最小化。(b)方面14所述的系统，作为荧光激发源。15.具有被布置为对样本进行照明的一个或更多LED光源(或其他照明源)的光 学系统。16.通过将一个或多个照明源(例如LED)成角度地布置在样本平面来使用反射光 显微术的光学系统。17.通过使用一个或多个照明源的网格对样本进行照明来使用透射光显微术的光 学系统。18.使用Kohler照明对样本进行均勻地照明的光学系统。19.使用散射元件来对样本进行均勻地照明的光学系统。20.具有由手机供电的照明源的光学系统。21.方面6-19中的任意之一与方面1结合。
22.方面6-19中的任意之一与方面2_4中的任意之一结合。23.方面6-19中的任意之一与方面2_4中的任意之一结合，并且与方面1结合。24.包括用于疾病诊断的手机相机的光学系统。25.包括用于对病人症状进行医学评估的手机相机的光学系统。26.包括用于生物化验的手机相机的光学系统。这种鉴定可以包括血液分析、血细 胞计数、免疫测定、组织样本形态或病理的检查或记录，但不限于此。27.方面26与方面1结合。28.方面26与方面1和/或方面2_4中的任意之一和/或方面6_10中的任意之 一和/或方面24-25中的任意之一结合。29.包括用于对以下任意之一进行诊断和评估的手机的光学系统疟疾、雅司病、 皮疹、伤口等。30.其中将手机相机与微流体装置一起用于疾病或病原体诊断的系统。31.其中将手机相机用作荧光化验法的检测臂的部件的系统，其中通过手机相机 的彩色滤色镜阵列(CFA)来提供用于所述化验法的发射滤色镜的功能。32.其中将手机相机用作荧光化验法的检测臂的部件的系统，其中，单独使用所述 手机相机的各个彩色通道来以不同的发射波长同时进行两个或更多的化验。33.方面1的系统，其中手机相机的自动聚焦机制被用作聚焦机制的部件。34.其中通过手机相机提供光学检测并且拣选像素以减小图像噪声的生物化验。35.作为检测臂的部件的包括手机相机的光学系统，其中照明为落射照明。36.方面1的光学系统，其中所述系统被用于材料分析。例如，这种分析可以包括 (但不限于)对用于金属疲劳的金属部件的化验、或对焊接的评估、或对微电路中元件(例 如触点)的评估。37.将包括手机相机的光学系统用作在饮食服务环境中保健监测的部件，例如用 于对表面细菌的化验。38.手机相机的任意使用，其中使用任意标准的生物组织染料对成像的样本进行 染色(例如Gram染色)。39.在紫外线的激发下，将手机相机用于收集生物样本的自发荧光。这种激发光可 以是200 400nm之间的任意波长(或者其组合)的激发光。40.将手机相机用作用于对溶液(Solution(S))中蛋白质浓度进行量化或比较的 检测臂的部件的光学系统的使用。(a)方面40的系统，其中通过荧光元件或屏幕将用于蛋白质浓度评估的波长转换 为可见波长(或转换为通过手机相机透镜和彩色滤色镜透射的波长)。41.将包括手机相机的系统中的多通道板增光装置用作检测元件。(a)方面41与方面1相结合。(b)方面41，其中所述系统用于生物化验或生物样本的评估。42.将手机相机用作系统的检测臂的部件，以用于执行基于DNA的鉴定。43.将手机相机用作系统的检测臂的部件，以用于执行生物化验，其中照明由激光
二极管提供。44.将手机相机用作系统的检测臂的部件，以用于执行生物化验，其中照明由紫外线LED提供。45.将手机相机用作系统的检测臂的部件，以用于执行生物化验，其中照明由LED提供。(a)方面45的系统，其中LED产生的功率大于lmW。(b)方面45的系统，其中LED产生的功率大于5mW。46.使用手机相机作为检测元件的光学系统，其中所述系统包含孔径光阑，其与手 机相机的内置透镜不协同定位。47.将手机相机用作检测元件的光学系统，其中所述系统包含的孔径小于手机相 机内置透镜的通光孔径。48.以上任一方面，其中所述成像系统包括耦合至至少一个其他透镜的手机相机， 其中附加的透镜与手机相机一起构成对称的11成像系统。49.以上任一方面，其中“耦合至蜂窝电话装置的检测器阵列”由“手机相机”代替。50.以上任一方面的系统，其中所述光学系统包括变迹滤色镜，以对离轴图像点的 四阶余弦类型的渐晕效应进行补偿。51.运行手机上的程序，所述手机基于对手机相机拍摄的图像进行的分析向外部 装置发送信号，所述外部装置是整个光学系统的部件或者其机械构件。(a)方面51与方面1相结合的系统。(b)除以上各方面之外再加上方面51的系统。52.包括手机相机的光学系统，其具有总的系统放大率M > 0. 01。(a)具有M彡0. 1的方面52的系统。(b)具有M彡0. 2的方面52的系统。(c)具有M彡0. 5的方面52的系统。(d)具有M彡0. 9的方面52的系统。(e)具有M彡1. 0的方面52的系统。53.以上任一方面的系统，其中附加在手机上(或紧接手机布置)的透镜系统是变 焦透镜系统。(a)方面53的系统，其中变焦透镜系统是可调节的。54.以上任一方面的系统，其中所述透镜为浸没透镜，以实现较高的放大率。55.以上任一方面的系统，用于对人、动物、或植物(用于农作物健康与疾病的评 估)进行评估。56.整个光学系统可以从手机上拆卸下来或者永久地固定在手机上。结合具有以上所列举的方面1和/或方面2-4和/或方面6-10的光学系统，本发 明还包括以下附加特征1.光学系统与样本支持器或载物台相结合允许手动移动以固定位置(例如，通过 机械缩进的使用)或允许索引化的移动以简化对多视场的采集。2.光学系统与样本支持器或载物台相结合允许自动移动(例如通过使用步进电 机，但是不限于此)，以在用户不直接干涉的情况下允许对多视场的采集。(a)所述系统，其中根据连续采集期间所获得的数据，通过软件的方式来自动地改 变捕获的不同视场数，例如但不限于一种系统，其中通过使用图像处理技术来对细菌进行自动计数，并且一直获取不同视场的图像，直至总的细菌数量超出给定阈值或直至达到采 集总数的阈值。3.通过分格法(但是，不限于蜂窝基站三角网定位)使光学系统与GPS或位置感 测连起来。4.通过使用位置感测能力(诸如GPS或蜂窝式三角网定位)，使光学系统与将位 置数据自动地附加至图像数据连起来。5.光学系统与内置紫外线发光二极管(UV LED)相结合，布置紫外线发光二极管 以使UV光用来对可能被污染的装置的样本区或其他区域进行灭菌。(a)所述系统，其中对UV LED照明进行限制，将其设计为装置的内部或将其设计 为仅当外壳完全关闭时出现(LED接通)，以使用户不会受到UV辐射的伤害。6.光学系统与内置荧光信号标准相结合，所述荧光信号标准允许对从样本测量到 的信号进行校准，例如但不限于，具有永久定位的已知的标准荧光珠的“标准载玻片”，使得 样本支持器位置控制电动机可以定位所述标准载玻片以用于图像采集并且接着移动定位 到样本载玻片。其他方法可以包括使用光学器件来使已知强度的光以已知方式指向样本位 置，所述光可以通过集光系统和用于校准目的的结果图像来获得。7.光学系统与照明路径上的一个或多个滤色镜相结合，以选择或限制来自LED、 白炽灯、或其他激发源的激发光波长。(a)所述系统，其中可以手动改变一组(多于一个)滤色镜。(b)所述系统，其中可以根据预先安装在可变定位装置(例如，滤色镜滑道或转 盘)上的一组滤色镜来手动改变(多于一个)滤色镜。(c)所述系统，其中所述滤色镜(或多个滤色镜之一)是声光的(例如，声光可调 谐滤色镜)。(d)所述系统，其中一个或多个滤色镜是干涉滤色镜。(i)所述系统，其中通过沿垂直于光轴的轴转动滤色镜来修改干涉滤色镜透射频谱，以使滤色镜上光的入射角改变并且从而引起滤色镜 透射移位。(e)所述系统，其中一个或多个滤色镜对极化发生影响而不对波长发生影响或者 还对波长发生影响。(f)所述系统，其中所述滤色镜或所述滤色镜之一是LCD空间光调制器，其以可寻 址的方式对多个像素的极化或传输或二者发生影响。8.光学系统与收集路径上的滤色镜相结合，以选择或限制传到聚焦面传感器阵列 (例如，CXD或CMOS相机，但不限于此)的波长。(a)所述系统，其中可以手动改变一组(多于一个)滤色镜。(b)所述系统，其中可以根据预先安装在可变定位装置(例如，滤色镜滑道或转 盘)上的一组滤色镜来手动改变(多于一个)滤色镜。(c)所述系统，其中所述滤色镜(或所述滤色镜之一)是声光的(例如声光可调谐 滤色fe ) ο(d)所述系统，其中一个或多个滤色镜是干涉滤色镜。(i)所述系统，其中通过沿垂直于光轴的轴旋转滤色镜来修改干涉滤色镜透射频谱，以使滤色镜上光的入射角改变并且从而引起滤色镜透射移位。(e)所述系统，其中一个或多个滤色镜对极化发生影响而不对波长发生影响或者 还对波长发生影响。(f)所述系统，其中所述滤色镜或所述滤色镜之一是LCD空间光调制器，其以可寻 址的方式对多个像素的极化或传输或二者发生影响。9.方面7或8所述的每一个系统，其中所述滤色镜的位置在聚集光或发散光的 区域中，并且所述滤色镜是吸收滤色镜(例如，肖特玻璃(Schott glaSS)GG495，但不限于 此)，以使滤色镜透射不是入射角的强函数。(a)所述系统，其中聚集光或发散光的锥形半角彡0. 5°。(b)所述系统，其中聚集光或发散光的锥形半角彡2°。(C)所述系统，其中聚集光或发散光的锥形半角彡4°。(d)所述系统，其中聚集光或发散光的锥形半角彡10°。(e)所述系统，其中聚集光或发散光的锥形半角彡20°。(f)所述系统，其中聚集光或发散光的锥形半角彡30°。(g)所述系统，其中聚集光或发散光的锥形半角>40°。10.光学系统与基于图像处理的自动聚焦机制相结合，与通过例如步进电机或压 电制动器(但不限于此)的物镜移动或样本移动相结合。该系统可以使得(但不限于此) 例如样本图像中边缘(和/或高空间频率内容)的清晰度最大化，从而确定最佳焦点，通过 变位、重测准则、并且以叠加的方式聚集到最佳焦点的位置。11.所述光学系统，其中照明和/或集光系统被具体设计为容纳用于样本制备和 装载的标准的塑料或玻璃毛细管或样杯，例如，当透过样杯壁来成像时，具有设计用于适当 的球面像差校准的光学系统(但不限于此)。12.所述光学系统，其中该系统被设计为使得毛细管直接装配在集光系统之前。13.所述光学系统，其中该系统被设计为使得毛细管或微流体装置直接装配在传 感器上。14.所述光学系统，其中系统软件允许用户确定的对用于传输的图像的感兴趣区 域的识别，例如，允许用户使用鼠标、触摸屏、或指针来限定在保存或传输之前附加到样本 数据上的图像的指定区域，但不限于此。(a)所述系统，其中这种限定减小了对传输带宽或时间的需求(例如，也减小了数 据传输的成本，但不限于此)。15.所述光学系统，其中系统软件自动地识别用于传输的图像的感兴趣区域，例如 但不限于，通过图像处理找出的包含粒子的区域，以在保存或传输之前附加至样本数据。(a)所述系统，其中这种限定减小了对传输带宽或时间的需求(例如，也减小了数 据传输的成本，但不限于此)。16.所述光学系统，其中装置中运行的软件使用规定的算法来执行自动的细胞或 粒子计数。17.所述光学系统，其中向用户提供指定位置的提示，例如(但不限于此)提示用 户从本地病人数据库选择病人记录，和/或提示用户探访局部地区中应该进行另一测试的 病人或从该病人收集数据。
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18.所述光学系统，其中所使用数据库适用于标准或移动浏览器，或者与其兼容。结合所有以上所述系统和特征或任意之一，本发明还包括以下系统和特征1.用于荧光显微术的装置，其中选择样本与检测器阵列之间的光学图像放大率 (M)，以使典型样本(例如，荧光染色的肺结核菌，但不限于此)的图像跨越最小数量的像 素，该最小数量大于样本中点源在检测器阵列会产生的衍射或像差限制的斑点的大小。(a)例如，对于0. 4的NA、M = 10、衍射限制的成像系统、对发射波长(λ )为λ = 550nm的光的单色光源成像，点分布函数(PSF)将跨越δ = 1. 22 λ *Μ/ΝΑ = 16. 8 μ m的名 义距离(被限定为艾里斑(Airy disk)的零之间的距离)。对于方形像素的一边为7.4μπι 的系统，所述斑点将覆盖最小9个像素。2.荧光显微镜，其中样本激发光是直接的(“透射照明”)并且将“发射滤色镜”放 置在紧接物镜的后聚焦面(BFP)(或尽量实际地靠近BFP)的法向入射处，以使其反射激发 光的大部分从而通过物镜直接返回至样本，因此在样本处增大了激发光强度，但是，由于传 至检测器的激发光波长的“串扰”(又称为漏损)，因此，增加了背景(并且相同大小地减小 了信噪比(S/N))成本。(a)例如，对于NA为0. 67的聚光光学器件以及NA为0. 4的物镜，样本处总的激发 光将以 sin2(asin(0. 4)/2)/sin2(asin(0. 67)/2) = 32%增加。(sin2 (asin (NA)/2)=透 镜的集光效率)(b)通常，使用分色镜来实现激发，并且通过物镜来反射激发光，以使实际上总是 少有激发光碰撞发射滤色镜，因此发射滤色镜必然阻止总的激发功率的较小部分。直接照 明是少有的。3.如上所述使用直接激发光的荧光系统，其中在干涉滤色镜和相机之间放置吸收 滤色镜(例如，肖特玻璃(Schott glass) GG459，3mm厚)，以进一步阻止激发光泄漏到检测
ο(a)这不是荧光显微镜的标准操作，荧光显微镜普遍地使用干涉滤色镜。4.荧光系统，其中收集物镜与样本之间的视窗由吸收激发光波长的材料制成。(a) 一种系统，其中收集系统中的透镜吸收所述激发光波长。5. 一种荧光系统，其中所述发射滤色镜安装在样本附近或图像平面附近以节约成 本，这是因为这种位置中可以使用较小的滤色镜。6. 一种系统，其中粒子计数算法包括下界和上界。7. 一种系统，其中根据光学系统的PSF和/或RMS斑点大小的预定改变(其为检 测器阵列上位置的函数)，粒子计数上界和下界作为检测器阵列上位置的函数而改变。(a)这考虑了像差/PSF在整个视场不均勻的可能性，但是向场边缘接近时发生改 变(可能变坏，但不是必然的)。8. 一种系统，其中粒子计数算法包含明确的阈值，该明确的阈值部分地基于(可 能存在的)粒子图像位置处像素的信噪比(SNR)。9. 一种系统，其中粒子计数算法包含对潜在粒子(potential particle)的“光学 质量”进行计算，“光学质量”被定义为背景以及有可能被计数为粒子图像的一部分的所有 像素的噪声阈值(如基于全阵列、基于列、基于行、或基于逐像素地确定的，背景均值以上 的背景噪声的标准差，例如为3，但不限于此)之上的像素强度之和。
(a) 一种系统，其中用于对粒子进行计数或将给定像素包括为粒子图像部分的取 阈值准则依赖于光学质量与相关像素的背景噪声之比。(b) 一种系统，其中用于对粒子进行计数或将给定像素包括为粒子图像部分的取 阈值准则依赖于光学质量与通过算法试验性地计数的所有粒子的光学质量的分布之比，如 果其光学质量自其他潜在粒子计数下降超过预定距离(例如但不限于，粒子光学质量下降 超过2，2为所有潜在粒子光学质量的均值之上的标准差)时，则假定的粒子计数不合格。10. 一种系统，其中粒子计数算法包括用于非圆形粒子图像的判据，例如(但不限 于)粒子的长轴与短轴之比为除11之外的较大的椭圆度比。(a)相同的系统，具有4 3或3 2的椭圆度比。(b)相同的系统，具有由(艾里斑直径中的像素数)与(该数量加1)之比所确定 的椭圆度比。(i)相同的系统，具有由(艾里斑直径中的像素数)除以(该数量加2)、或(该数 量加3)等确定的椭圆度比。11. 一种系统，其中粒子计数算法包括基于SNR取阈值、像素大小的上界和下界、 光学质量、以及非圆形标准。(a) 一种系统，其中所述计数算法包含以上标准的任意组合。12.用于荧光成像的检测器阵列，其中在图像采集期间，断开非冷却式检测器阵列 的片上输出放大器，以减小“放大器发热”。13. 一种系统，其中除了在收集图像的检测器时钟周期的部分之外，将激发光调制 为零(或更低)功率。(a)如果CCD在30fps (每图像33ms)时具有Imsec的曝光时间，则在实际的CCD 积分时间内，LED不会一直点亮或者不会在整个成像时间内均勻地点亮，这将使得LED所需 功率减小33 X。14. 一种系统，其中通过激光来提供宽视野的荧光激发，并且通过激光输出的空间 模式结构的调制来在检测器积分时间内平均出照明图案中的散斑。(a) 一种系统，其中激光空间模式调制是通过激光二极管的电流调制来实现的。(b) 一种系统，其中在激光二极管的情况下，激光空间模式调制是通过二极管本身 的激光腔的压电(或其他机械的)调制实现的。15. 一种系统，其中将表面上具有样本涂片的载玻片(例如但不限于血液或唾液， 无盖玻片)插入支持器，并且该装置随后进行(a)加热所述载玻片，以有助于或加速样本的干燥和热稳定。(b) 一种装置，其在载玻片之上加封盖玻片。(c) 一种系统，其中通过自动染色来增强用户的安全性(其中技术人员不与染色 剂接触)。(i)可能与在样本之上吹气相结合。(ii)通过对样本吹热气来进行加热。(1)其中，对空气进行过滤以在其吹到样本上之前移除粒子。(iii)通过导电来进行加热，例如通过装置操作或者支持器性质来将电阻加热器 耦接到载波片(例如，被加热并用来加热载玻片的铜支持器)。
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(1)其中，优先地在载玻片中心附近(通常为样本涂片所处位置)加热，而不对边 缘加热或不对整个载玻片均勻地加热。(d)在载玻片上方或其周围密封一个腔室(例如，以0形环密封件在通常覆盖了涂 片的载玻片区施加一个腔室)。(i)具有标记区的载玻片，该标记区标记来对其上涂抹了样本的区域进行定界。(e)使用染色溶液(例如，BD金胺0染色试剂盒溶液)来冲洗腔室。⑴随后清洗。(ii)随后使用脱色液。(iii)随后清洗。(iv)随后加热和/或吹气以使载玻片干燥。(ν)重复覆盖整个载玻片的制备过程。(f)所述溶液，包括清洗水、或包含于装置或安装到装置。(g)在装置之中或之上收集废液，以用于稍后的处理。(h)随后对载玻片进行成像。(i)用户不接触载玻片(例如，移除腔室，并且载玻片已在适当位置，或者接着自 动地对载玻片进行定位，以用于成像)。(j)其中，所述染色过程用于TB的金胺染色，通常用于抗酸杆菌(AFB)或疟疾的染 色。(k)其中荧光染色不是链接了抗体的。(1)其中荧光剂为链接了抗体的。16. 一种系统，其中通过对载玻片进行自动重定位来对多个视场(FoVs)进行成像。(a) 一种系统，其中用户通过使用操纵器来对载玻片进行重定位(以使载玻片和 光学器件保持封闭、与室内等分离)，接着压下单钮以获取图像。17. 一种系统，其中在保持连接(或可连接)到图像处理器和/或传输装置(例如， 可与单独附加的透镜一起移除的网络摄像头，假设网络摄像头具有允许其塞入标准显微镜 目镜管的外部大小，并且其中辅助透镜允许显微镜将通常由人眼获取的中间图像成像到检 测器阵列，但不限于此)的同时，可以从系统移除成像元件(例如，检测器阵列，可以包括一 些或所有光学元件)，以用于另一不同的系统。(a)其中不同的系统是具有目镜管的标准显微镜。(b)其中可移除元件具有标准尺寸，以装配到标准显微镜目镜管中、之上、或其上方。(C)其中永久地附加在成像阵列的“一些”光学元件用来将来自显微镜的中间图像 适当地聚焦到检测器阵列。(d)其中可移除元件具有标准的尺寸，以装配在标准显微镜目镜中、之上、或其上方。(e)其中永久地附加在成像阵列的“一些”光学元件用来将来自显微镜的中间图像 适当地聚焦到检测器阵列。(f)其中在包括检测器阵列的可移除构件中包括荧光发射滤色镜。
(g)其中可移除构件中不包括发射滤色镜。18.电源对于电压尖峰和低压/高压情况健壮。(a) 一种系统，其中通过功率输入线路上的扼流器来实现对电压尖峰的不敏感性。(b) 一种系统，其中在这种扼流器之后跟随DC-DC转换器。19. 一种系统，其中对粒子进行计数，并且通过电话线路上传数据。(a)其中数据包括处理了的图像。(b)其中数据不包括任意图像，仅包括计数和病人标识符。(c)其中包括附加的病人数据。(d)其中包括整个处理图像的小视野，以用于参考，而不包括整个图像(例如，为 了节约带宽的目的，但不限于此)。(e)其中在装置上存储数据已用于稍后上传。(f)其中通过无线或有线连接将数据传输到附近的计算机。20.病人数据的加密。(a)使用公共密钥体系来加密。21. 一种系统，其中LED熄灭，除非系统正在呈现图像以对聚焦的或获取的图像进 行分析。22. 一种软件，其针对所需的图像场的数量提醒用户。(a)同样的软件，针对所需的载玻片的数量提醒用户。(b)其中，如果一个场中的计数较高而第二个场中的计数非常低(例如，如果一个 场被污染，或一个场离开了涂片区)，则闪烁警告，反之亦然。(i)并且向用户呈现图像(或其部分)，以查验其是否合格。(c)其中提醒用户在将图像正式记录到记录之前确认图像(例如，检查图像是否 焦点对准/诸如此类，但不限于此)。23.其中，在输入初始记录信息之后新的测试之前，通过通信链路来下载已有病人 数据。(a)其中将该数据与随后的测试结果进行比较，以产生测试管理的直接反馈，从而 确定病人是否好转或是否需要即时护理。(b)其中，在用户将系统带入视野之前，将所述已有数据下载到系统。24. 一种系统，其中在将图像像素显示在像素大小小于整个成像阵列的像素大小 的屏幕上之前，拣选图像像素，其中所述拣选被设计为增大图像SNR。(a)所述系统，其中还数字化地增强显示用于聚焦目的的图像(例如，软件或固件 中所应用的增益和/或缩放比例)，以帮助用户可视样本中的微颗粒。25. 一种系统，其中在光学安装系统中使用不同热膨胀系数的材料，以使得其对温 度的改变不敏感，允许再聚焦之间较长的周期。如上所述，可以看出本发明涉及将高数值孔径的光学器件附加至手机或其他通信 装置中相机的现有光学器件和图像传感器，以形成可以记录并传输高分辨率显微镜图像的 光学系统。该系统的设计包括不同的显微术方式，包括明视野、暗视野、相位对比、微分干涉 对比(DIC)、极化、以及荧光。对于荧光成像，相机传感器上内置的Bayer彩色滤色镜可以用作三种不同波长荧光的滤色镜。此外，可以写入软件，以允许手机对图像传感器所捕获的每个波长进行重新聚 焦。这可以减小任意彩色图像的像差、荧光或其他。三个8位彩色通道中的每一个都可以 用于图像的高动态范围的后处理，这可以针对特定应用(诸如疾病诊断之类)提供附加的 灵敏度。最后，对于连续的或周期性的监测使用，可以由关键事件(诸如水位改变、运动传 感器、PH值改变、或简单的时间流逝)来触发图像的获取。本发明具有广泛的适用性，包括(但不限于)以下方面1.根据血液样本进行的疾病诊断，包括(但不限于)寄生虫或细菌的感染(例如， 疟疾、查格斯病、利什曼病、睡眠病、败血症、淋病、N型脑膜炎感染)、红血细胞失调(镰状细 胞性贫血、地中海贫血、贫血症、铅中毒、球形红细胞贫血症、丙酮酸激酶疾病)、白血细胞失 调(白血病、Chedik-Higashi综合症、维生素缺乏症)、以及血小板疾病(数量少、免疫媒介 血小板减少性紫癜)。2.根据尿样进行的疾病诊断(尿路感染、肾结石)。3.根据脊髓液进行的疾病诊断(脑膜炎)。4.根据滑液进行的疾病诊断(痛风)。5.根据唾液进行的疾病诊断(肺结核、肺炎、囊性纤维性病)。6.根据病变或脓进行的疾病诊断(雅司病、莱姆病)。7.根据组织样本进行的疾病诊断(癌症)。8.需要荧光图像的疾病诊断或筛查(HIV、使用抗体染色技术的任意病、癌症)。对于上述应用中的每一种来说，可以使用包括染色和固定的现有样本的制备方法 来提供适当的对比和可重复成像结果。该装置还可以耦合至现有的诊断装置，诸如基于微 片的装置。另外的应用包括(但不限于)1.田野里土壤或水样本的显微术。2. 土壤或水样本的远程和/或连续的监测。3.用于对疲劳或失败的材料的监测或测试。4.电路的监测或测试。5.不能在实验设施中发酵的微生物的直接显微术。6.材料、土壤、水样本的监测。7.以先进的显微技术(例如，相位对比、微分干涉对比、极化、暗视野等)来使用以 上任意之一。8.以自动图像处理的方式使用以上任意之一。9.以自动触发图像获取的方式使用以上任意之一。因此，应该理解的是，当前使用远程显微镜的技术存在以下“任何一个/多个”问 题任何一个技术均包括适于特定用途的先进显微术，但是需要用于数据存储的计算机和 用于数据传输的因特网连接，或者耦合至可拍照手机的“显微镜”装置不足以用于任何先进 显微术，而这对于上述用途中的有益性来说是必须的。本发明通过将高数值孔径光学器件结合至可拍照手机来弥补现有技术中的缺陷， 以具有使用单一装置来直接捕获并传输高分辨率图像的能力。与传统的先进显微术不同，该技术具有高度的可便携性，考虑到全世界通信网路的普及，该技术可用于远端位置。并 且，与低数值孔径装置不同，该技术可用于多种显微术应用。最后，高数值孔径光学器件的 光捕获能力将允许该技术用于荧光图像，其中信噪比可以非常低。 尽管以上描述包含有许多细节，但是不应将其理解为对本发明范围的限制，而仅 为了提供本发明的一些当前优选实施例的说明。因此，应该理解的是，本发明的范围完全包 含对本领域技术人员来说显而易见的其他实施例。在所附权利要求中，所引用的单数的元 件不表示“一个且仅一个”(除非明确说明)，而是表示“一个或多个”。本领域普通技术人 员已知的等效于上述优选实施例元件的结构、化学、和功能通过参考的方式清楚地并入本 申请，并且包含于本公开。此外，本发明所公开的一个装置或方法不必解决本发明试图要解 决的每个问题。此外，对于公众来说，本发明中的元件、构件、或方法不是专用的，不管在权 利要求中是否明确地列举出该元件、构件、或方法步骤。这里的权利要求的要素不依照美国 法典第35法案第112条第6款的规定来解释，除非该要素通过词组“用于……的装置”明 确地记载。
权利要求
一种远程显微镜设备，其包括便携手持式蜂窝或其他无线通信装置，所述通信装置中具有图像捕获装置；以及与所述图像捕获装置相关联的显微镜透镜系统；其中所述显微镜透镜系统具有至少约为0.1的收集数值孔径(NA)和至少约为1的放大率(M)。
2.如权利要求1所述的显微镜设备，其中所述通信装置是具有内置相机的蜂窝式电话。
3.如权利要求1所述的显微镜设备，其中NA彡0.3并且M彡4。
4.如权利要求1所述的显微镜设备，还包括可拆卸地安装在所述通信装置上的外壳， 并具有安装在外壳中的显微镜透镜系统、以及与所述外壳相关联的样本支持器。
5.如权利要求4所述的显微镜设备，其中所述样本支持器包括微流体装置或其他小型 液体处理系统。
6.如权利要求1所述的显微镜设备，其中所述显微镜透镜系统在物体侧、在图像侧、或 同时在这两侧为远心的。
7.如权利要求1所述的显微镜设备，还包括执行对比机制的装置，从透射明视野、暗视 野、相位对比、微分干涉对比、极化对比、霍夫曼调制对比、荧光、纹影、以及倾斜透射法中选 择所述对比机制。
8.如权利要求1所述的显微镜设备，还包括与显微镜透镜系统相关联的照明源。
9.如权利要求8所述的显微镜设备，其中所述照明源是荧光激发源。
10.如权利要求1所述的显微镜设备，还包括通信装置中的GPS或其他位置感测系统。
11.如权利要求1所述的显微镜设备，其中所述通信装置还具有与图像捕获装置对准 的装置透镜，并且进一步地，其中结合了所述装置透镜的所述显微镜透镜系统具有至少约 为0. 1的收集数值孔径(NA)以及至少约为1的放大率(M)。
12.如权利要求1所述的显微镜设备，其中所述通信装置还包括可编程为从采集的图 像取得医学相关信息的处理器。
13.如权利要求12所述的显微镜设备，其中所述处理器被编程为执行粒子计数算法。
14.如权利要求5所述的显微镜设备，其中所述微流体装置或其他小型液体处理系统 可以从样本支持器移除。
15.一种显微镜成像系统，其包括便携手持式外壳；安装在所述外壳中的图像传感器；安装在所述外壳中并且与图像传感器对准的集光系统，所述集光系统具有至少约为 0. 1的收集数值孔径(NA)以及至少约为1的放大率(M)；安装在所述外壳中并且与所述集光系统对准的样本支持器；安装在所述外壳中并且定位来对样本支持器进行照明的照明源；安装在外壳中的用于从图像传感器传输数据的无线传输单元；安装在外壳中的用于控制数据收集、分析和传输的微处理器。
16.如权利要求15所述的成像系统，其中所述微处理器被编程为从所采集的图像取得 医学相关信息。
17.如权利要求16所述的成像系统，其中所述微处理器被编程为执行粒子计数算法。
18.如权利要求15所述的成像系统，其中所述微处理器被编程为通过自动图像处理来 从采集的图像提取医学相关信息。
19.如权利要求15所述的成像系统，还包括GPS或其他位置感测单元，其中所述微处理 器被编程为将位置数据添加至通过无线传输单元传输的图像数据。
20.如权利要求15所述的成像系统，其中所述微处理器被编程为允许用户确定的对用 于传输的图像的感兴趣区域的识别。
21.—种远程显微镜方法，其包括(a)使用远程显微镜设备来对第一位置处的样本进行成像，所述显微镜设备包括便携手持式蜂窝或其他无线通信装置，所述通信装置中具有图像捕获装置；以及与所述图像捕获装置相关联的显微镜透镜系统；其中所述显微镜透镜系统具有至少约为0. 1的收集数值孔径(NA)和至少约为1的放 大率(M)，以及(b)将样本图像和从样本图像中获得的信息从通信装置传输至第二位置。
22.如权利要求21所述的方法，还包括在第二位置处对接收的样本图像和信息进行进一步分析；以及将基于对样本的进一步分析的信息从第二位置传输回所述通信系统。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述样本是血液样本。
24.如权利要求23所述的方法，还包括将血液样本输入至与成像系统相关联的微流体直ο
25.如权利要求23所述的方法，还包括对血液样本染色和通过细胞计数来分析样本。
26.如权利要求25所述的方法，其中对血液样本染色包括使用荧光染料来染色，并且 还包括激发样本的荧光。
27.如权利要求21所述的方法，还包括在第一位置处获得位置数据，并且将位置信息 添加到传输图像。
28.如权利要求21所述的方法其中所述通信装置还具有与图像捕获装置对准的装置透镜；以及其中结合了所述装置透镜的所述显微镜透镜系统具有至少约为0. 1的收集数值孔径 (NA)以及至少约为1的放大率(M)。
29.如权利要求21所述的方法，还包括基于从第一位置接收的信息来在第二位置处执 行疾病监测或跟踪。全文摘要
一种成像系统，其包括具有相机的手机，所述相机作为成像链的检测部件，所述成像链包括其他构件；可选地，用于对样本中的对比度进行控制的照明系统。该成像系统用于(但不限于)对人、动物和植物进行疾病诊断、症状分析、事后程序监测、以及其他应用。
文档编号G02B21/00GK101952762SQ200880123463
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年1月2日
发明者丹尼尔·弗莱彻, 埃里克·道格拉斯, 威尔伯·拉姆, 尼尔·斯维茨, 戴维·N·布雷斯劳尔, 杰西·迪尔, 温迪·汉森, 罗比·马阿迈里 申请人:加利福尼亚大学董事会