用于检视整个样本图像的系统的制作方法

本发明大体上涉及数字成像系统及方法，且更特定来说，本发明涉及用于获取可显示于计算机监视器上且由细胞化验员及/或细胞病理学家观看于计算机监视器上的样本(例如细胞学(细胞)样本及病变(固体)组织样本)的数字图像的数字成像系统及方法。

背景技术：

1、细胞学涉及细胞的形成、结构及功能的研究的生物学分支。如实验室环境中所应用，细胞学家、细胞化验员及其他医疗专业人员基于患者细胞的样品的目测检查来作出患者状况的医学诊断，此样品在本文中称为“细胞学”样本。典型细胞学技术是“子宫颈抹片”检查，其中细胞从女性的子宫颈刮削且经分析以检测异常细胞的存在(子宫颈癌发病的前兆)。细胞学技术还用于检测人体的其他部分中的异常细胞及疾病。

2、细胞学技术被广泛采用，因为收集细胞样品用于分析的创伤一般小于传统外科病理学程序，例如活体组织检查，其中使用具有弹簧负载的可平移口针、固定插管及其类似者的专用活体组织检查针来自患者切除固体组织样品(本文中称为“病理性”样本)。可通过各种技术(其包含(例如)通过刮削或擦拭区域或通过使用针来自胸腔、膀胱、脊髓管或其他适当区域抽吸体液)来自患者获得细胞样品。所获取的细胞样品通常放置于防腐液中且随后从溶液提取而转移到载玻片。将固定剂施加于细胞样品以确保细胞保持于载玻片上的适当位置中以促进后续染色及检查。

3、一般期望载玻片上的细胞具有适当空间分布，使得可检查个别细胞。单层细胞通常为优选的。因此，从含有许多细胞(例如数万个)的液体样品制备细胞样本通常需要：首先通过机械分散、液体剪切或其他技术来使细胞彼此分离，使得可收集薄的单层细胞且将其沉积于载玻片上。依此方式，细胞化验员可更易于辨别患者样品中的任何异常细胞的存在。还能够计数细胞以确保已评估适当数目个细胞。

4、美国专利第5,143,627号、第5,240,606号、第5,269,918号、第5,282,978号、第6,562,299号、第6,572,824号及第7,579,190号中揭示用于从液体样品容器产生薄的单层细胞且接着将此薄层转移到有利于目测检查的“样本载玻片”的特定方法及设备。本文中所引用的所有公开案的全文以引用的方式并入。根据这些专利中所揭示的方法，使用插入到容器中的旋转样品收集器来分散悬浮于防腐液中且存储于样品容器中的患者细胞。将受控真空施加于样品收集器以通过其筛滤器来汲取液体，直到通过过滤器来收集细胞的所要数量及空间分布。其后，从样品容器移除样品收集器且抵着载玻片压印过滤器部分以依基本上相同于收集的空间分布将收集细胞转移到载玻片。根据一或多个这些专利所制造的设备已成功商业化，例如由位于马萨诸塞州马尔堡(marlborough,massachusetts)的豪洛捷(hologic)公司制造及销售的2000处理器(每次从患者样品处理一个样本载玻片)及5000处理器(从患者样本处理样本载玻片批次)。进一步参考美国专利第7,556,777号及第7,771,662号。

5、在制备样本载玻片之后，通常在放大下且在使用或不使用各种照明源的情况下由细胞化验员目测检验样本。另外或替代地，使用自动载玻片成像系统来促进细胞检验程序。例如，自动载玻片成像系统可捕获固定到载玻片的细胞样本内的所有或基本上所有个别细胞的图像，且使用图像处理技术来执行细胞的初步评估以指引细胞化验员密切检验载玻片上的可能最相关细胞。美国专利第7,587,078号、第6,665,060号、第7,006,674号、第7,369,304号及第7,590,492号中揭示此类成像系统的实例。不管通过在放大下检验实际样本载玻片或检验样本的放大图像，样本通常由细胞化验员分类成“正常”或“异常”，其中异常样品通常归于由“用于报告宫颈/阴道细胞学诊断的贝塞斯达系统(the bethesda system forreporting cervical/vaginal cytologic diagnosis)”界定的主类别中的一者中，所述类别包含轻度鳞状上皮内病变(lsil)、重度鳞状上皮内病变(hsil)、鳞状细胞癌、腺癌、意义未定的非典型腺细胞(agus)、原位腺癌(ais)及非典型鳞状细胞(asc)。可广泛使用关于细胞样本分类的额外信息，例如“报告子宫内膜细胞学的横滨系统：诊断细胞病理学(theyokohama system for reporting endometrial cytology:diagnostic cytopathology)”(2018年5月，第46(5)卷，第400页到第412页)及“非妇科细胞病理学标本报告指南、病理学及检验医学档案(guidelines for the reporting of nongynecologic cytopathologyspecimens,archives of pathology&laboratory medicine)”(2009年11月，第133卷，第11期，第1743页到第1756页)。

6、然而，存在与用于获取生物样本的数字图像的先前系统及方法相关联的许多缺点。例如，先前系统及方法由于扫描整个样本所需的时间而遭受慢获取时间。另外，先前系统及方法通常仅提供跨样本的单个焦平面。生物样本(其包含细胞及病理性样本)实际上呈三维(即，具有一深度)。因此，归因于获得生物样本的数字图像所需的高放大率及聚焦孔径，图像的景深非常有限。因此，焦平面中的景深外的样本的部分将失焦或在图像中不可见。为获得样本的多个不同深度处的聚焦数字图像，必须(例如)通过移动样本或相机或通过调整聚焦透镜来调整焦平面。然而，此需要针对每一焦平面来额外扫描样本，其进一步减慢获取时间。

技术实现思路

1、本文中揭示及描述用于评估贴附到衬底的样本(例如细胞或病理性样本)的改进自动系统的实施例。通常，衬底是显微镜载玻片，因此，相对于使用载玻片作为衬底来描述实施例，且应理解，本文中所揭示的自动系统及方法不受限于使用载玻片，而是可利用适合衬底。样本可包含用于在显微镜放大下数字成像的任何类型的样本，例如生物或化学样本，其包含细胞样本、组织样本等等。如本文中所使用，术语“样本”可指代应用于整个样本或其一部分，其取决于上下文。

2、在示范性实施例中，根据本发明所建构的自动载玻片成像系统包含成像器，其经配置以获取贴附到载玻片的表面的样本的图像(所述样本包括分布于三维体积内的多个对象)且从所述获取图像产生整个样本图像，其中所述对象聚焦描绘于所述整个样本图像中，不管所述三维体积内相应对象的个别位置如何，且其中所述三维样本体积具有一长度、一宽度及一厚度，所述厚度界定相对于所述载玻片表面的z轴，其中所述样本的个别对象(例如视情况为个别细胞或组织结构)定位于沿所述z轴的不同位置处。所述获取图像可包含所述样本的宏图像及所述样本的多个微图像，其中所述宏图像包含定位于所述载玻片表面上的一或多个基准标记，且其中所述成像器经配置以至少部分基于从所述宏图像确定的所述载玻片表面上的所述样本的相对位置及边界来获取所述微图像。

3、在示范性实施例中，所述成像器具有：第一成像平台，其经配置以承载所述载玻片；及第一相机，其经配置以在所述载玻片承载于所述第一成像平台上时获取所述宏图像；及第二成像平台，其经配置以承载所述载玻片；及第二相机，其经配置以获取贴附到承载于所述第二成像平台上的载玻片的样本的所述微图像。所述成像器经配置以使所述第二相机及所述第二成像平台中的至少一者相对于另一者自动移动以获取所述微图像，其中所述第二相机的光轴与所述第二成像平台形成非正交角，且其中所述成像器经配置以获取所述三维样本体积的相同z轴处的所述样本的所述微图像。值得一提的是，经成像的所述载玻片具有一厚度，且所述微图像可包含所述表面下方的所述载玻片的至少一部分。所述样本可由足够透明的盖玻片覆盖以通过所述盖玻片来获取所述样本的所述微图像，所述盖玻片具有一厚度，其中所述微图像各自包含所述盖玻片的深度的至少一部分。在示范性实施例中，所述样本载玻片具有界定x轴的宽度及界定y轴的长度，且所述成像器经配置以在所述第二相机获取相应y轴位置处的所述微图像时沿所述y轴相对于所述第二相机平移所述载玻片，每一微图像包含基于所述载玻片表面上的所述确定样本边界的所述样本的整个x轴宽度。

4、在示范性实施例中，所述成像器具有：一或多个载玻片保持器插座，每一载玻片保持器插座经配置以接收包括多个插槽的载玻片保持器，每一插槽经配置以保持一个别载玻片；及机械臂组合件，其经配置以(i)从所述载玻片保持器插座中的载玻片保持器的插槽接合及移除所述载玻片，(ii)运输所述载玻片且使载玻片承载于所述第一成像平台上以获取所述宏图像，(iii)从所述第一成像平台再接合及移除所述载玻片，(iv)运输所述载玻片且使所述载玻片承载于所述第二成像平台上以获取所述微图像，及(v)从所述第二成像平台再接合及移除所述载玻片。所述机械臂组合件可经进一步配置以(vi)将所述载玻片运输到相同于或不同于所述载玻片从其移除的载玻片保持器的载玻片保持器及(vii)将所述载玻片释放到所述相应相同或不同载玻片保持器的插槽中，其中所述相应相同或不同载玻片保持器的所述插槽是相同于由所述机械臂组合件从其移除所述载玻片的插槽的插槽。

5、在示范性实施例中，所述成像器包含经配置以从所述微图像产生所述整个样本图像的图像处理器，其中所述图像处理器确定所述微图像中个别对象的相应最佳聚焦图像，且其中所述对象的所述最佳聚焦图像并入到所述整个样本图像中。所述图像处理器经优选进一步配置以识别所述样本中的关注对象(例如个别细胞或组织结构)且存储所述识别关注对象的图像及所述整个样本图像。所述样本的所述宏图像可包含所述载玻片表面上的条形码的图像，在所述情况中，所述成像器经优选配置以从所述条形码获得关于所述样本的信息。

6、在示范性实施例中，所述系统进一步包含检视站，其包含显示监视器、用户接口及与所述相应显示监视器及所述用户接口可操作地耦合的处理器，其中所述处理器经配置以在所述显示监视器上显示所述整个样本图像及所述样本图像内个别对象的单独图像。

7、在非限制条件下，所述检视站可经配置以允许系统用户使用所述用户接口来从所存储的整个样本图像的列表选择所述整个样本图像。

8、在非限制条件下，所述系统可经配置以允许系统用户使用所述用户接口来最终特征化或否则转送所述整个样本图像用于二次检视。

9、在非限制条件下，可基于通过所述用户接口所接收的输入来依多种不同格式组织及显示未被最终特征化或否则经转送用于二次检视的所存储的整个样本图像的列表。所述系统可经进一步配置以允许授权第三方完全或部分填写所存储的整个样本图像的所述列表以供特定系统用户检视。

10、在示范性实施例中，所述系统经配置以允许由系统用户将注记添加到所述整个样本图像及/或与整个样本图像相关联的数据文件，其中后续系统用户可使用所述注记及所述整个样本图像来检视。例如，所述注记可与所述整个样本图像中的个别对象相关联，且可呈所述整个样本图像或所述整个样本图像的一部分的图像上所做的电子标记的形式。

11、在示范性实施例中，所述系统可经配置以响应于与所述整个样本图像中的相应对象相关联的系统用户提示而显示与所述相应对象共享一或多个特性的一或多个额外对象，其中所述一或多个额外对象(例如视情况为细胞或组织结构)可来从所述整个样本图像及/或来自含有先前分类对象的库。在非限制条件下，所述系统可经配置以允许关于所述整个样本图像或其内的个别对象的数据通过所述用户接口输入且存储于与所述整个样本图像相关联的数据文件中。

12、在示范性实施例中，所述系统经配置以显示所述整个样本图像的至少一部分的放大图且自动扫描所述整个样本图像的所述所显示的至少一部分。在此实施例中，所述系统优选依用户可选择的扫描模式(其包含(但不限于)蛇形模式、逐行模式及逐列模式)自动扫描。在此实施例中，所述系统经优选配置以允许系统用户经由所述用户接口来设置所述系统显示所述整个样本图像的所述所扫描的至少部分时的放大倍数。在此类实施例中，所述系统经优选配置以允许系统用户经由所述用户接口来停止及开始所述扫描的显示位置处的扫描及设置扫描速度。在此类实施例中，所述系统经配置以允许系统用户在所述扫描期间因所述相应对象被显示而暂停每一对象处的扫描。

13、在示范性实施例中，所述系统经配置以在所述显示监视器上显示检视屏幕，所述检视屏幕包含其中显示整个样本图像的主图像面板及其中显示所述样本图像内的个别对象的单独图像的对象面板，其中系统用户可经由所述用户接口来放大/缩小及/或平移所述主图像面板内的所述整个样本图像。在非限制条件下，所述系统可经配置以在系统用户经由所述用户接口来选择所述对象面板中的相应对象的单独图像之后在所述主图像面板内显示含有所述对象的所述整个样本图像的区域。在非限制条件下，所述系统可经配置以允许系统用户经由所述用户接口来选择所述所显示的整个样本图像中的对象，其中所述系统在系统用户所选择的图像面板中显示所述所选择的对象的图像。

14、根据本发明的另一方面，提供一种产生贴附到载玻片的表面的样本的整个样本图像的方法，所述样本包括分布于三维体积内的多个对象，所述方法包含：(i)获取所述样本的宏图像；(ii)至少部分基于所述宏图像来获取所述样本的多个微图像；及(iii)通过使用图像处理器处理所述微图像来产生所述整个样本图像，其中所述对象基本上聚焦描绘于所述整个样本图像中，不管所述三维体积内所述相应对象的个别位置如何，所述三维体积具有一长度、一宽度及一厚度，所述厚度界定相对于所述载玻片表面的z轴，其中所述样本的相应对象(例如细胞或组织结构)定位于沿所述z轴的不同位置处。

15、在非限制条件下，可使用第一相机来获取所述宏图像，且使用第二相机来获取所述微图像，其中在获取所述微图像时使所述第二相机及所述载玻片中的至少一者相对于另一者自动移动，其中所述第二相机的光轴与所述载玻片形成非正交角，且其中在所述三维体积的相同z轴处获取所述微图像。接着，可通过使用图像处理器处理所述微图像以确定所述微图像中个别对象的相应最佳聚焦图像且将所述对象的所述相应最佳聚焦图像并入到所述整个样本图像中来产生所述整个样本图像。

16、所述宏图像优选捕获定位于所述载玻片表面上的一或多个基准标记，所述方法进一步包括至少部分基于所述一或多个基准标记来确定所述载玻片表面上所述样本的相对位置及边界，其中至少部分基于从所述宏图像确定的所述载玻片表面上的所述样本的所述相对位置及所述边界来获取所述微图像。可通过在所述第二相机获取相应y轴位置处的所述微图像时沿y轴相对于所述第二相机平移所述载玻片来获取所述微图像，每一微图像包含基于所述载玻片表面上的所述确定样本边界的所述样本的整个x轴宽度。

17、所述方法可进一步包含识别所述样本中的关注对象(例如个别细胞或组织结构)及存储所述所识别的关注对象的图像及所述整个样本图像。

18、所述方法可进一步包含使用包含显示器及用户接口的计算机控制检视站来检视所述整个样本图像及其内个别对象的图像。

19、附图中描绘及以下详细描述中描述自动成像及检视系统的揭示实施例的其他及进一步特征及优点。