显微镜自动检测系统及方法与流程

1.本发明涉及显微镜技术领域，具体地说，涉及一种能将玻片平整地放入显微镜载台以快速准确地取得正确焦距的显微镜自动检测系统及方法。


背景技术：

2.癌症在已开发国家中已成为国民的重要死因之一，其致死的主要原因在于癌细胞转移，而癌细胞的转移与血液中的循环肿瘤细胞(circulating tumor cell，以下简称ctc)关系密切。详言之，癌细胞的转移主要有以下几个阶段：肿瘤细胞从原生肿瘤器官组织脱离，穿过微血管而到达血管；进入血管中的肿瘤细胞会借助血液循环到身体各部位，此时肿瘤细胞又称为循环肿瘤细胞(ctc)；最后，当ctc到达器官时会穿透血管管壁进入该器官的组织中而形成新肿瘤。因此，监控血液中的ctc数量，可有效弥补传统癌症检测的不足之处，使患者的癌症监察更全面。
3.ctc检测首先自受测者的血液样本分离出ctc，获得含该细胞的液体，接着将该液体注入玻片，再借助显微镜观察。由于肿瘤细胞尺寸较大及其细胞膜上有特殊抗原，经染色后，可借助影像拍摄确认肿瘤细胞并计算其数量，由此推知患者血液中的ctc数量以及癌细胞转移程度。
4.现有技术中，ctc检测已经自动化，亦即上述的步骤都由自动检测化系统达成。当含ctc之液体注入玻片后，自动检测化系统可利用机器夹爪将玻片移动至显微镜上。然而，基于以下的因素，每次夹取玻片进入显微镜后都会产生不同的拍摄焦距：1.夹取玻片时的机械动作造成玻片无法平整放入显微镜；2.玻片本身的制造公差造成每片玻片焦距不同；以及3.玻片本身有曲度，使得同一玻片的不同位置的焦距有差异。当产生上述焦距变化时，玻片中含ctc的液体很可能会位于显微镜的焦距之外而使拍摄出来的影像模糊，进而让后续计算ctc数量的判断失准。若判断失准，很可能造成患者的癌细胞已经转移却未被发现的状况发生，对病情监控来说相当不利。
5.因此，如何使玻片稳定且平整地放入显微镜载台，以快速准确地取得正确焦距而使拍摄影像清晰以利后续分析，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种显微镜自动检测系统及方法，能使玻片稳定且平整地放入显微镜载台，以取得正确焦距而使拍摄影像清楚，而利于后续针对拍摄影像的分析。
7.本发明实施例提供一种显微镜自动检测系统，用以对一玻片中的一物体进行拍摄，包括：一载台，所述载台包括一承载区域，形成于所述载台上，以承载所述玻片；一固定挡块，设置于所述承载区域的一侧；一移动挡块，设置于所述承载区域相对于所述固定挡块的另一侧，其中所述移动挡块具有一斜面；一弹性件，连接所述移动挡块，以将所述移动挡块推向所述承载区域；以及一夹爪，用以夹取所述玻片并将所述玻片移动至所述承载区域；
其中，所述夹爪将所述玻片移动至所述承载区域时，通过与所述移动挡块的所述斜面接触，以推动移动挡块；当所述夹爪将所述玻片放置于所述承载区域后，所述移动挡块通过所述弹性件的弹性回复力与所述固定挡块一同夹持所述玻片，并且所述夹爪闭合且接触所述玻片的上表面并在所述玻片上移动以压平所述玻片。
8.在一些实施例中，还包括一显微镜，设置于对应所述载台的所述承载区域的位置，其中所述显微镜为用以对所述承载区域中的所述玻片中的所述物体进行拍摄。
9.在一些实施例中，其中所述显微镜的一镜头为用以朝所述承载区域移动或远离所述承载区域，以使所述玻片中的所述物体位于所述显微镜的焦距上。
10.在一些实施例中，包括一血液分离装置，用以将一生物物质从血液中分离并将一含所述生物物质的液体注入所述玻片中，其中所述夹爪为用以夹取经注入所述液体的所述玻片，并将夹爪移动至载台的所述承载区域。
11.在一些实施例中，其中所述血液分离装置为一循环肿瘤细胞分离装置，以及所述生物物质为循环肿瘤细胞。
12.本发明实施例还提供一种显微镜自动检测方法，用于对一玻片中的一物体进行拍摄，所述方法包括以下步骤：
13.一夹爪夹持并移动所述玻片至一载台的一承载区域；
14.当该夹爪将所述玻片放置于所述载台的所述承载区域后，所述载台上的一移动挡块通过一弹性件提供的弹性回复力与一固定挡块夹住所述玻片；以及
15.所述夹爪闭合，并接触所述玻片的上表面且于所述玻片上移动以压平所述玻片。
16.在一些实施例中，还包括如下步骤：
17.一显微镜对所述承载区域中已被压平的所述玻片进行拍摄。
18.在一些实施例中，还包括如下步骤：
19.所述显微镜的一镜头朝所述承载区域移动或远离所述承载区域，以使所述玻片中的所述物体位于所述显微镜的焦距上。
20.在一些实施例中，还包括如下步骤：
21.所述镜头为根据曲线拟合法或反曲点搜寻算法朝所述承载区域移动或远离所述承载区域，以使所述玻片中的所述物体位于所述显微镜的焦距上。
22.在一些实施例中，还包括如下步骤：
23.一控制装置对一显微镜拍摄出的一影像进行图像处理以计算出所述影像是否包括一不适合状况，并且当所述影像包括所述不适合状况时针对所述不适合状况进行修正并控制所述显微镜对所述承载区域中已被压平的所述玻片再次进行拍摄，其中所述不适合状况包括影像过度曝光、影像中无任何物体、默认焦距与正确焦距差异过大以及同一影像出现不同平面的物体。
24.在一些实施例中，其中所述影像过度曝光为根据所述影像中超过一定比例的物体呈过度曝光状态来判断；其中所述影像中无任何物体为根据所述影像中超过一设定背景亮度的像素点总合低于一预定数量来判断；其中预设焦距与正确焦距差异过大为根据所述影像模糊程度高于一默认值来判断；以及其中同一影像出现不同平面的物体为根据所述影像中大面积且亮度不均处的面积及亮度标准偏差值大于各自的阈值来判断。
25.在一些实施例中，于所述夹爪夹持所述玻片的步骤前，还包括如下步骤：
26.对一血液样本进行生物物质分离，并将分离后的含所述生物物质的液体注入所述玻片。
27.本发明提供了一种显微镜自动检测系统和方法，可将载有待拍摄物体的玻片稳定且平整地放入显微镜载台，并且再将玻片压平以减少拍摄焦距的变化，因此，可利用不同的焦距测试方法快速准确地获得正确焦距而使拍摄影像清晰，进而利于后续针对拍摄影像的分析流程。
附图说明
28.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
29.图1为根据本发明的一具体实施例提供的显微镜自动检测系统的示意图；
30.图2为图1的显微镜自动检测系统的显微镜装置的内部示意图；
31.图3a至图3e为图1的夹爪将玻片放入显微镜装置的载台的示意图；
32.图4为根据本发明的另一具体实施例的显微镜自动检测方法的步骤流程图；
33.图5为根据本发明的另一具体实施例的显微镜自动检测方法的步骤流程图。
34.附图标记
35.1：显微镜自动检测系统
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10：显微镜装置
36.12：夹爪
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14：控制装置
37.16：待测物提供装置
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100：载台
38.102：显微镜
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1002：承载区域
39.1004：固定挡块
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1006：移动挡块
40.1008：弹性件
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2：玻片
41.s10～s162：流程步骤
具体实施方式
42.以下将参考图示更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反地，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。此外，图式仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的图式标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
43.请参照图1，图1为根据本发明的一具体实施例提供的显微镜自动检测系统1的示意图。如图1所示，本具体实施例的显微镜自动检测系统1包括显微镜装置10以及夹爪12，此外，显微镜自动检测系统1还可包含控制装置14以及待测物提供装置16，其中控制装置14可连接显微镜装置10和夹爪12，以控制夹爪12至待测物提供装置16夹取玻片2，并将玻片移动至显微镜装置10进行拍摄。在本具体实施例中，待测物提供装置16可为ctc分离装置，用以自血液样本分离出ctc，并将含ctc之液体注入玻片中，以供夹爪12夹取。然而，待测物提供装置16的实例包括(但不限于)血液分离装置以及ctc分离装置。换言之，可提供含生物物质的液体的装置皆可为上述的待测物提供装置，并且待测物提供装置也可为显微镜自动检测
系统外的另一装置，显微镜自动检测系统则用以对此装置所完成的待测物试片进行检测。此外，生物物质的实例包括(但不限于)ctc。只要显微镜可以拍摄到的物，如细胞、蛋白质等等，皆属于本发明之范围。此外，本发明所述玻片的实例包含(但不限于)可装载液体样本的片状容器以及载玻片等。
44.当控制装置14控制夹爪12夹取玻片后，可将其移动到显微镜装置10的载台上以进行拍摄。请参照图2，图2为图1的显微镜自动检测系统1的显微镜装置10的内部示意图。请注意，图2的显微镜装置10为省略了外壳的部分。如图2所示，显微镜装置10还包括载台100以及显微镜102，载台100包括承载区域1002、固定挡块1004、移动挡块1006和弹性件1008。固定挡块1004设置在承载区域1002的一侧，其为固定不动的。相对地，移动挡块1006则设置在承载区域1002的另一侧而与固定挡块1004相对。弹性件1008连接移动挡块1006与载台100的本体，其可提供弹性力而将移动挡块1006推向承载区域1002。显微镜102设置在载台100的下方，其具有镜头对应承载区域1002的位置，因此，显微镜102可针对承载区域1002及其上的物体进行拍摄。如图2所示，本具体实施例的载台100具有两个承载区域1002，每个承载区域1002则配合两个移动挡块1004，但在实际应用中，承载区域和移动挡块的数量并不限于图2所显示的情况，其数量可根据使用者或设计者需求而定。
45.请参照图3a至图3e，图3a至图3e为图1的夹爪12将玻片2放入显微镜装置10的载台100的示意图。请注意，为了图面简洁起见，图3a至图3e中的载台100仅绘示了承载区域1002、固定挡块1004、移动挡块1006和弹性件1008的部分，其他部分则予以省略。如图3a至图3e所示，夹爪12夹取玻片2后移动至承载区域1002的上方，接着下降而接触到移动挡块1006的斜面。夹爪12持续下降，可通过移动挡块1006的斜面对移动挡块1006施力，使其朝远离承载区域1002的方向移动，同时弹性件1008被移动挡块1006压缩。当夹爪12将玻片2置于承载区域1002后离开玻片2，此时移动挡块1006受到弹性件1008的弹性回复力的推动，而与固定挡块1004一同夹持玻片2在承载区域1002的中。此外，夹爪12放置玻片2后可以闭合，并且在闭合后再次下降以接触玻片2的上表面，接着在上表面移动以压平玻片2。由此，玻片2不但可以稳定地被置入载台100的承载区域1002中，夹爪12对玻片2的压平动作还可大幅降低前述因机械动作或玻片差异对拍摄焦距的影响。
46.通过上述的夹爪和载台设计可减低每次夹取玻片后进入显微镜都会产生不同的拍摄焦距的问题，然而玻片本身的制造公差和曲度属于玻片本身的特性，仍然会影响到拍摄焦距。在先前技术中，若要减低玻片本身的特性对拍摄焦距的影响，需加强玻片的品管，然而此方法的缺点在于耗时以及成本高。因此，本发明的显微镜自动检测系统1在上述夹爪12完成放置及压平玻片2的动作后，会进行焦距测试而取得正确焦距，并使玻片2位于该焦距内而可拍摄出清晰的影像以供后续分析，可不需经过加强玻片品管的流程而节省时间及成本。
47.如图2所示，显微镜102设置在载台100的下方，其具有镜头对应承载区域1002的位置。显微镜102的镜头可以调整其与承载区域1002间的距离，由此调整显微镜102的焦距。请注意，虽然在本具体实施例中显微镜102是通过调整距离以进行焦距调整，但在实际应用上除了距离外，任何可改变显微镜的焦距的手段皆可被本发明所采用。当玻片2被放置到承载区域1002且被夹爪12压平后，显微镜102可根据两个不同的算法调整镜头与承载区域1002间的距离，亦即，调整显微镜102的焦距，由此找出最适合目前位于承载区域1002上的玻片2
的正确焦距。在实际应用中，在进行上述调整焦距的步骤之前，可先搜集多片玻片的焦距数据的平均值来定出一个焦距默认值以限缩焦距测试的范围。然而，载台100的承载区域1002上的玻片2的焦距可能位于上述步骤所定出的焦距测试范围中或是位于焦距测试范围之外，此两种状况会分别通过不同的算法进行焦距测试。
48.如图1所示，显微镜自动检测系统1包括连接夹爪12以及显微镜装置10的控制装置14，因此控制装置14可用来控制显微镜装置10进行焦距调整及测试。此外，控制装置14可包括计算单元以通过显微镜装置10所拍摄的影像来计算及确认正确焦距。在实际应用中，控制装置14可为任何可发出指令及进行计算的装置，例如计算机系统或控制芯片等。当控制装置14确认显微镜装置10所拍摄到的玻片2的影像不在前述的焦距测试范围内时，控制装置14可通过曲线拟合法找出对应此玻片2的正确焦距。具体来说，利用光学成像的清晰度与物距(镜头与玻片2之间的距离)呈现常态分布的物理现象，可调整镜头与玻片2之间的距离而取得三个或三个以上的清晰度数据，接着利用曲线拟合法处理上述清晰度数据及对应的物距而获得曲线方程式，再将该曲线方程式微分后可得到此曲线方程式所代表之曲线的顶点，此顶点所代表的物距即为正确的焦距位置。
49.另外，当控制装置14确认显微镜装置10所拍摄到的玻片2的影像在前述的焦距测试范围内时，控制装置14可通过反曲点搜寻算法找出对应此玻片2的正确焦距。具体地，控制装置14可先于焦距测试范围内取任一焦距对玻片2进行拍摄以获得拍摄影像的清晰度，接着降低一焦距单位再进行拍摄，若第二次取焦所获得的拍摄影像清晰度大于第一次取焦的清晰度，代表第一次取焦的焦距大于正确焦距，因此需要再次降低焦距单位进行测试，亦即，降低取焦距离并与前一次取焦的清晰度进行比对。当持续降低焦距单位而得到的清晰度产生反转时，亦即，当次取焦的清晰度小于前一次取焦的清晰度时，前一次取焦的焦距即为正确焦距。
50.相对地，若第二次取焦的清晰度小于第一次取焦的清晰度，代表第一次取焦的焦距为正确焦距或是小于正确焦距，因此须从第一次取焦的焦距增加焦距单位再进行测试，并且，当第三次取焦的清晰度小于第一次取焦的清晰度时，可得知第一次取焦的焦距即为正确焦距。若第三次取焦的清晰度大于第一次取焦的清晰度时，代表第一次取焦的焦距小于正确焦距，需要再增加焦距单位进行测试。当持续增加焦距单位而得到的清晰度产生反转时，亦即，当次取焦的清晰度小于前一次取焦的清晰度时，前一次取焦的焦距即为正确焦距。
51.上述反曲点搜寻算法的各步骤可形成循环，然而若进行了多次循环仍然找不到反转点时，在实际应用中可以最后一次取焦作为正确焦距。另外，在实际应用中焦距单位可依用户或设计者需求而定。
52.综上所述，本发明的显微镜自动检测系统可通过夹爪自动夹取玻片放入显微镜的载台上，并且对玻片进行压平的动作，接着透过焦距测试算法找到正确的焦距。由此，可有效解决玻片无法平整地放入显微镜、玻片本身的制造公差以及玻片本身曲度造成焦距变化导致拍摄影像不清楚而使后续分析失准的问题。
53.除了前述的显微镜自动检测系统，本发明还提供了一种显微镜自动检测方法，其可利用前述具体实施例的显微镜自动检测系统1完成。请参阅图4，图4为根据本发明的另一具体实施例的显微镜自动检测方法的步骤流程图。由于图4的具体实施例可通过前述具体
实施例的系统达成，因此针对显微镜自动检测方法的步骤将以显微镜自动检测系统1中的各单元直接进行说明，关于显微镜自动检测系统1的各单元的详细结构和功能请参照先前图示以及具体实施例之描述，于此处不再赘述。
54.如图4所示，本具体实施例的显微镜自动检测方法包含以下步骤：步骤s10，夹爪12夹持并移动玻片2至载台100的承载区域1002；步骤s12，当夹爪12将玻片2放置于载台100的承载区域1002后，载台100上的移动挡块1006通过弹性件1008提供的弹性回复力与固定挡块1004夹住玻片2；以及，步骤s14，夹爪12闭合，并接触玻片2的上表面且于上表面移动以压平玻片2。因此，本具体实施例的显微镜自动检测方法可以降低夹取玻片时的机械动作造成玻片无法平整地放入显微镜，导致拍摄影像不清楚的问题。
55.本发明的显微镜自动检测方法可用于自动ctc检测，令玻片及其中的含ctc的液体的影像清晰而利于进行ctc数量计算。请参阅图5，图5为根据本发明的另一具体实施例的显微镜自动检测方法的步骤流程图。如图5所示，本具体实施例的显微镜自动检测方法除了前述图4中之步骤外，还包含了以下步骤：步骤s100，对血液样本进行ctc分离，并将分离后的含ctc的液体注入玻片2；步骤s160，显微镜102的镜头根据曲线拟合法或反曲点搜寻算法朝承载区域1002移动或远离承载区域1002，以使玻片2中的液体位于显微镜2的焦距上；以及，步骤s162，显微镜102对已被压平的玻片2进行拍摄。请注意，虽然本具体实施例的显微镜自动检测方法用于ctc检测，但在实际应用中并不限于此用途，任何可以玻片承载的待测物都可通过上述步骤平稳地放入显微镜并计算出正确焦距，以得到高清晰度的拍摄影像。
56.在步骤s100中，可通过前述具体实施例的待测物提供装置16对血液样本进行ctc分离且将分离后的含ctc的液体注入玻片2。在步骤s14执行后，玻片2以及其中的液体已平整地放置在载台100的承载区域1002上，因此夹取并移动玻片2的机械动作导致不平整地将玻片放入显微镜装置的问题已被克服。然而，焦距变化的产生仍有玻片本身制造公差以及玻片曲度的影响，因此本具体实施例的方法在步骤s14之后可接续执行步骤s160，亦即根据曲线拟合法或反曲点搜寻算法改变显微镜102的焦距以进行焦距测试来找到玻片2的正确焦距。在实际应用中，可先搜集多片玻片的焦距数据来定出焦距测试的范围，而选用曲线拟合法或反曲点搜寻算法进行测试则可先根据玻片2的焦距是否位于上述焦距测试范围内来决定。关于焦距测试的详细步骤，已于先前的具体实施例中有详细说明，故在此处不再赘述。当执行完步骤s160之后，可使玻片2中的液体位于显微镜102的焦距上，接着执行步骤s162，以显微镜102对玻片2及其中的液体进行拍摄影像，此时显微镜102对玻片2中的液体所拍摄的影像是清晰的，因此后续根据拍摄影像计算ctc数量的结果相当准确。
57.前述具体实施例中，以曲线拟合法或反曲点搜寻算法找出焦距的方法，为基于显微镜多次在不同距离拍摄玻片所产生的影像，然而在实际应用中，若拍摄出的影像本身为不合格的影像，例如影像中没有拍摄到任何物体，利用此影像进行对焦只会得到错误的结果。因此，本发明的显微镜自动检测方法可针对拍摄到的影像判断是否有不合适的状况，并决定是否要重新拍摄新影像来进行对焦。
58.在一具体实施例中，前述的显微镜自动检测方法可进一步包括以下步骤：控制装置14对显微镜装置10拍摄出的影像进行图像处理以计算出影像是否有不适合状况；以及，当影像包含不适合状况时针对不适合状况进行修正，并控制显微镜装置10再次对已被压平的该玻片进行拍摄而取得新影像。
59.上述步骤可在显微镜装置10任一拍摄而取得影像的步骤后进行，以确保所得到的影像都是合格影像，可用于进行对焦程序。在实际应用中，影像可能具有以下的不合适状况导致影像无法被利用来对焦：影像过度曝光、影像中无任何物体、默认焦距与正确焦距差异过大，以及同一影像中出现不同平面的物体。控制装置14可针对上述不适合状况改变显微镜装置10的控制参数，使其再次拍摄已被压平的该玻片而得到新影像。举例来说，若影像有过度曝光的状况，控制装置14可修正显微镜装置10的曝光条件而再度进行拍摄。若影像的画面中没有任何物体，或是玻片表面沾有粉尘使影像出现不同平面的物体时(粉尘和玻片中的待拍摄物位于不同平面上)，控制装置14可控制显微镜装置10移动到别的视野进行拍摄，以找到物体或者是避开粉尘位置。此外，当预设焦距和正确焦距差距过大时，取得的影像将会非常模糊，控制装置14可控制显微镜装置10上升或下降一定的移动量再次进行拍摄。
60.控制装置14可通过图像处理的方式，检测影像中是否包含上述的不合适状况。举例来说，若控制装置14通过图像处理计算出影像中所有物体的亮度值，当超过一定比例的物体呈现过度曝光状态，或过度曝光状态的像素面积超过所有物体像素面积的10％，控制装置14判断此影像包含过度曝光的不合适状况。上述一定比例可定义为70％的物体，而过曝光状态择可定义为亮度值超过250，但在实际应用中并不限于此，由使用者或设计者需求而定。
61.此外，若控制装置14透过图像处理，计算出影像中超过一设定背景亮度的像素总和低于一预定数量时，控制装置14判断此影像包含画面中无任何物体的不合适状况。影像中的物体相较于背景，通常具有较高的亮度，因此影像中超过设定背景亮度的像素可看成代表影像中的物体的像素。上述的设定背景亮度和预定数量可根据实际使用状况而定，本发明对此并不加以限制。
62.此外，若控制装置14通过图像处理，计算出此影像的模糊程度高于默认值，或清晰度低于默认值时，控制装置14判断此影像包含默认焦距和正确焦距差距过大的不合适状况。因此，控制装置14可先控制显微镜装置10先上升或下降一定的移动量再进行拍摄，再以较为接近正确焦距的影像来进行前述以曲线拟合法或反曲点搜寻算法寻找正确焦距的步骤。
63.此外，若控制装置14通过图像处理，计算出影像中的大面积且亮度不均处的面积和亮度标准偏差值都大于各自的阈值时，判断此影像包含同一影像中出现不同平面的物体的不适合状况。在一实例中，显微镜装置所欲拍摄的物体位于玻片之中，但玻片的表面也有可能沾有粉尘等其他物体，这些其他物体与所欲拍摄的物体位于不同的平面上，将会干扰到对焦。玻片表面粉尘的成像特性通常是面积相当大并且亮度不均，因此影像中是否有面积大小和亮度标准偏差值皆超过各自的阈值的区域，可作为判断是否有粉尘沾于玻片上的依据。上述面积和亮度标准偏差值的阈值可依据实际使用状况而定，本发明对此并不加以限制。
64.综上所述，本发明的显微镜自动检测方法可透过夹爪自动夹取玻片放入显微镜的载台上，并且对玻片进行压平的动作，接着通过不同的焦距测试算法找到正确的焦距。由此，可有效解决玻片无法平整地放入显微镜、玻片本身的制造公差以及玻片本身曲度造成焦距变化导致拍摄影像不清楚而使后续分析失准的问题。
65.根据以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所想要申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范围应根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。