(57)【要約】【課題】  血液サンプルを分析するための自動システムと方法を提供する。【解決手段】  本発明は、広義には、加色混合の三原色に続いて露光デジタル後処理を用いた時系列的な照明と組み合わせたグレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、診断カセット又は対象物体の最大解像度カラーデジタル画像を作成するための方法と装置の双方に関するものである。そのような手順及び装備は、空間が限られておりかつ画質も高いものが要求される診断用臨床分析器などの状況で利用されると、相当な経済的価値をなす。【選択図】  図１
2014087060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体のカラーデジタル画像の構築のための装置であって、
照明された物体に対する１回の露出に基づいて画像を形成することが可能なグレースケールデジタルカメラ又はセンサーと、
撮像される前記診断カセット又は対象物体を撮像の間に保持する機械的手段と、
撮像される前記物体を赤色波長、緑色波長、及び青色波長の光で複数回、照射することが可能な前方照明源と、
撮像される前記物体を赤色波長、緑色波長、及び青色波長の光で複数回、照射することが可能な後方照明源と、
撮像される前記物体のカラーデジタル画像を構築する手段であって、前記グレースケールデジタルカメラ又はセンサーに電気的に接触する、手段と、
を備える装置。
【請求項２】
カラーデジタル画像を構築する前記手段が、少なくとも１個の特定用途向け集積回路を含む電気回路である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
カラーデジタル画像を構築する前記手段が、少なくとも１個のフィールドプログラマブルゲートアレイを含む電気回路である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
カラーデジタル画像を構築する前記手段が、汎用デジタルコンピュータ内のソフトウェアである、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記装置が、診断用臨床分析器のための撮像サブシステムである、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記対象物体が、診断カセットである、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記構築されたカラーデジタル画像が、最大解像度である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記前方照明源と光学的に接続し、かつ前記後方照明源と光学的に接続する円筒反射器が、前記対象物体に均一な照明をもたらす、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記前方照明源が、複数の発光ダイオードの回路基板によって提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記後方照明源が、少なくとも１つの発光ダイオードの回路基板によって提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
対象物体のモノクロデジタル画像を構築する方法であって、
グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの赤色、緑色、及び青色のカラープレーンを光学的に取得することと、
後の操作のために１枚のカラープレーンを選択することと、
前記選択されたカラープレーンに所定の色の重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた選択されたカラープレーンを生成することと、
前記重み付けされた選択されたカラープレーンに所定の選択されたゲインスカラーを乗算して、前記構築されたモノクロデジタル画像となる最終的な選択されたカラープレーンを生成することと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記対象物体が、診断カセットである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記選択されたカラープレーンが、前記赤色のカラープレーンである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記選択されたカラープレーンが、前記緑色のカラープレーンである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記選択されたカラープレーンが、前記青色のカラープレーンである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記構築されたモノクロデジタル画像が、最大解像度である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記構築されたモノクロデジタル画像が、凝集反応の有無を判断するためのデジタル画像として使用される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
赤色、緑色、又は青色のモノクロデジタル画像のうちの少なくとも２つの組合わせを使用して、撮像された診断カセット又は対象物体内の凝集反応の有無を判定する方法。
【請求項１９】
前記赤色、緑色、又は青色のモノクロデジタル画像は最大解像度である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
対象物体のカラーデジタル画像を構築する方法であって、
グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの赤色のカラープレーンを光学的に取得することと、
グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの緑色のカラープレーンを光学的に取得することと、
グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの青色のカラープレーンを光学的に取得することと、
前記赤色のカラープレーンに所定の赤色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた赤色のカラープレーンを生成することと、
前記重み付けされた赤色のカラープレーンに所定の赤色ゲインスカラーを乗算して、最終的な赤色のカラープレーンを生成することと、
前記緑色のカラープレーンに所定の緑色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた緑色のカラープレーンを生成することと、
前記重み付けされた緑色のカラープレーンに所定の緑色ゲインスカラーを乗算して、最終的な緑色のカラープレーンを生成することと、
前記青色のカラープレーンに所定の青色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた青色のカラープレーンを生成することと、
前記重み付けされた青色のカラープレーンに所定の青色ゲインスカラーを乗算して、最終的な青色のカラープレーンを生成することと、
前記最終的な赤色のカラープレーンと、前記最終的な緑色のカラープレーンと、前記最終的な青色のカラープレーンとを結合して、前記対象物体の前記カラーデジタル画像にすることと、
を含む方法。
【請求項２１】
前記対象物体が、診断カセットである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記構築されたカラーデジタル画像が、最大解像度である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記対象物体の前記カラーデジタル画像が、凝集反応の有無を判断するためのデジタル画像として使用される、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には、グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して診断カセット又は対象物体の最大解像度カラーデジタル画像を作成するための方法と装置の両方に関するものである。特に、本発明は、広義には血液サンプルなどの溶液を分析するための方法と装置の両方に関するものであり、より具体的には、免疫学的な反応に応答してそれらのサンプル中に形成される凝集塊を検出及び定量化することによって血液サンプルを分析するような方法と装置に関するものである。更に具体的には、本発明は、このようにして血液サンプルを分析するための自動システムと方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
免疫学的な凝集反応は、様々な種類の血液型を識別するために、また血液及び他の水溶液中の様々な種類の抗体及び抗原を検出するために利用されている。通常の手順では、赤血球のサンプルが試験管又はマイクロプレート内の漿液又は血漿と混合され、次いで培養又は遠心分離され得る。例えば、赤血球の血液型、又は特定の抗体が血液サンプル中に存在するか否かによって、各種の反応が発生するか、あるいは発生しない。通常、これらの反応は、細胞又は粒子がそれらの表面上で抗原又は抗体と結合することによって明らかとなり、この結合は凝集と呼ばれる。したがって、そのような集塊が存在しないことは、反応が発生しなかったことを示唆し、そのような集塊が存在することは、反応が発生したことを示唆し、そのような集塊の寸法及び量は、サンプル中のレベル又は濃度の定量的な指標、又は、血液サンプルが試験された複合体の反応強度、親和性の指標となる。
【０００３】
カラム凝集技術と呼ばれる伝統的な凝集試験法が現在、（参照によってその全容が本明細書に組み込まれる米国特許第５，５９４，８０８号に開示されているように）利用可能となっている。カラム凝集技術は、免疫学的な用途のために、凝集、沈殿、吸収、又は吸着された粒子を非反応性の成分から分離する手段として濾過を利用する血液及び血液製剤の分析法として定義されている。この方法において、ゲル又はガラスビーズの微小粒子が、マイクロカラムと呼ばれる小さなカラムに収容される。抗体Ａなどの試薬が、マイクロカラム内の希釈液中に分配され、試験用の赤血球がカラム上方の反応チャンバ内に置かれる。通常は透明なカセット内に形成された多数のカラムのうちの１つであるカラムが遠心分離される。赤血球を試薬の中に引き込んで凝集を増強し、その後に、非結合性の細胞をカラムの底に押しやることによって、遠心は、反応がある場合にその反応を加速させる。マイクロカラム中のガラスビーズ又はゲルは、フィルタとして働き、カラム中で粒子が下向きに移動することを阻止又は妨害する。結果として、遠心分離後のマイクロカラム中における粒子の性質及び分布により、マイクロカラム中で凝集反応が発生したか否かが、また発生した場合はその反応の強度が視覚的に示される。
【０００４】
特に、凝集反応が発生しない場合、マイクロカラム中のすべて又は実質的にすべての赤血球が、遠心分離の間に、カラムの底へと下向きに移動し、その底に沈渣を形成する。試薬と赤血球との間に非常に強い反応がある場合、赤血球の実質的にすべてが凝集し、大きな凝集塊が、マイクロカラムの上部に、そのマイクロカラムに収容されたゲル又はガラスビーズの上に形成される。このゲル又はガラスビーズは、凝集塊が遠心分離の間にカラムの底へと移動するのを防止するものであり、そのため、遠心分離後にも凝集塊はそのゲル又はガラスビーズの表面に残存するようになる。
【０００５】
試薬と血液細胞との間の反応があるが、この反応が、上述の非常に強い反応ほど強くない場合、赤血球のすべてではないが一部が凝集する。凝集する赤血球の百分率と凝集した粒子の寸法は共に、直接、反応の強さに伴って変動する。遠心分離の間、未反応の血液細胞はカラムの底に移動し、凝集した粒子がカラムを通じて下向きに移動する距離は、それらの粒子の寸法及び個数に依存する。したがって、マイクロカラムの底にある赤血球の沈渣の寸法と、マイクロカラム中のゲル又はガラスビーズの中に凝集塊が侵入する程度は共に、試薬と赤血球との反応の強度に逆相関する。
【０００６】
一部のカラム凝集技術の分析器を用いると、所望の処理工程が実施された後、マイクロカラムが人間オペレータによって観察されるかあるいは読み取られ、その人間オペレータが次いで、試薬と赤血球との反応を分類する。慣習的に、その反応は陰性か又は陽性のいずれかに分類され、陽性の場合、その反応は更に、反応の強度に応じて、４つのクラスのうちの１つに分類される。
【０００７】
従来の（参照によってその全容が本明細書に組み込まれる米国特許第５，６２０，８９８号に開示されているような）血液分析システムは、各々が１つ以上の役割を実施する多数のステーション又は組立体又はサブシステムを含み、また通常、システムを動作させるためには、相当な量のオペレータ監視及び作業が必要となる。本願では、診断カセット又は対象物体の高品位な画像の取得を可能にする撮像分析サブシステムが開示されるが、その画像は、適切な分析結果がオペレータ介入を伴うことなく取得されるように、自動化された方式で分析され得る。ある自動化された方法は、マイクロカラムの照明されたモノクロデジタル画像をピクセルの配列上に生成することと、照明された画像の各ピクセルに、そのピクセル上における照明された画像の強度を表すデータ値を割り当てる工程とを含む。次いでこれらのデータ値が所定のプログラムに従って処理されて、凝集パターンが存在するか否かが判断され、また存在する場合はそのパターンが複数の所定のクラスのうちの１つに分類される。本明細書で開示される、別の自動化された方法は、マイクロカラムの照明されたモノクロ画像をピクセルの配列上に生成することと、照明された画像の各ピクセルに、そのピクセル上における照明された画像の強度を表すデータ値を割り当てる工程とを含む。次いでこれらのデータ値が所定のプログラムに従って処理されてカラーデジタル画像が構築され、次いでそのカラーデジタル画像は、凝集パターンが存在するか否かを判断するために、また存在する場合にそのパターンを複数の所定のクラスのうちの１つに分類するために使用される。上記の処理手順の双方において、ピクセル配列は複数のゾーンに分離され、各ゾーンのピクセルのデータ値がそれぞれの所定の手順に従って処理されて、所定の変数の組の値が決定される。次いで、それらの決定された値が処理されて、凝集パターンが溶液中に存在するか否かが判断され、また存在する場合はそのパターンが所定のクラスのうちの１つに分類される。
【０００８】
これらの溶液は、ガラスマイクロビーズ又はゲルを有するカラムに収容される。画像処理プログラムが、ピクセル配列上のソース画像におけるカラムの位置を探索し、カラムが探し出された後に、プログラムはカラムを対象とするウィンドウを生成し、そのウィンドウで赤血球が探し出される。次いでプログラムは、カラムの内側及び外側から３つの参照領域を選択し、これらの領域における強度、つまりグレーレベルを測定し、また、測定されたこれらのグレーレベルは、処理プログラムで後に使用される特定の閾値を決定するために使用される。
【０００９】
この特徴の算出のために、ビーズ／ゲルカラムは、異なる５つのゾーンに分割される。ビーズ／ゲルカラムの上部の領域は陽性ゾーンとして定義され、カラムの下部の領域は陰性ゾーンとして定義され、陽性ゾーンと陰性ゾーンとの間の範囲は、３つの中間ゾーン（「陽性ゾーン」とも見なされる）に分離される。陽性ゾーンで発見された赤血球は閾値法を利用して抽出され、中間ゾーンで発見された赤血球の凝集塊は形態学的フィルタを利用して抽出される。加えて、カラムの左側と右側との間の赤血球のバランスが決定される。各カラムごとに、上記のパラメータが好ましくは、カラムの前側と後側の両方に関して算出され、各パラメータの２つの算出値が組み合わされる。次いで凝集反応が、これらの組み合わされた特徴に基づいて分類される。カラム凝集の結果を評価するためのアルゴリズムは、チアン・シェン（Jian Shen）、ミコラ・ヤレンコ（Mykola Yaremko）、ローズマリー・チャコウスキー（Rosemary Chachowski）、ジョセフ・アトツラー（Josef Atzler）、ティエリー・デュピネット（Thierry Dupinet）、ダニエル・キットリッチ（Daniel Kittrich）、ハンスエルク・クンツ（Hansjoerg Kunz）、カール・プチェガー（Karl Puchegger）、及びライナー・ロールフス（Reiner Rohlfs）によって、米国特許第５，５９４，８０８号、名称「凝集反応を分類するための方法及びシステム（Method and system for classifying agglutination reactions）」にて、また、チアン・シェン、ミコラ・ヤレンコ、ローズマリー・チャコウスキー、ジョセフ・アトツラー、ティエリー・デュピネット、ダニエル・キットリッチ、ハンスエルク・クンツ、カール・プチェガー、及びライナー・ロールフスによって、米国特許第５，７６８，４０７号、名称「凝集反応を分類するための方法及びシステム（Method and system for classifying agglutination reactions）」にて開示されており、これらの米国特許は共に、参照によってそれらの全容が本明細書に組み込まれる。
【００１０】
本明細書で開示される本発明の利点の一部は、重ね合わされたカラーフィルタ配列の利用を必要とする従来のカラーデジタルカメラ又はセンサーと比較して、グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用することにある。（参照によってその全容が本明細書に組み込まれる米国特許第３，９７１，０６５号に開示されているような）カラーフィルタ配列は、指定された出力空間解像度のカラーデジタル画像を生成するとき、結果として得られるカラーデジタル画像の実効解像度を低減する補間アルゴリズムの利用を必要とする。そのように生成された低減解像度のカラーデジタル画像は、上述したカラム凝集アルゴリズムの特異性を低下させ、試験結果を確実でないものにする。別法として、最大解像度の出力カラーデジタル画像が生成されるようにカラーフィルタ配列を使用するカラーデジタルカメラ又はセンサーが利用されてもよい。しかしながら、これには、物理的により大きなセンサ（ピクセルの行及び列がより多い）を有するデジタルセンサが必要となり、そのデジタルセンサが、カラーフィルタ配列及びそれに関連する補間アルゴリズムと共に使用されると、そのように生成されたカラーデジタル画像は最大解像度に相当するものとなる。この後者の方法を利用する際の欠点は、コストが増加すること及び光学的な撮像経路が長くなることであり、本明細書で開示する本発明と比較して、同等の被写界深度を得るのに、より長い撮像経路が必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の一目的は、前述した既知の技術の欠点を克服し、後述する目的のうちの１つ以上を達成することである。
【００１２】
本明細書にて開示する本発明の目的は、空間が限られておりかつ画質の要求も高い場合に診断カセット又は対象物体の画像を撮るときに、経済的な利点をもたらすことである。
【００１３】
更に、本明細書にて開示する別の目的は、グレースケールデジタルカメラ又はセンサーのみを使用して、診断カセット又は対象物体のカラーデジタル画像を高度なセンサー解像度で生成できるようにすることである。
【００１４】
なおかつ、本明細書にて開示する別の目的は、診断カセット又は対象物体のカラーデジタル画像を、コストを削減して高度なセンサー解像度で生成できるようにすることである。
【００１５】
更に、本明細書にて開示する別の目的は、カラーフィルタ配列を利用した等価な空間解像度のカラーデジタルカメラ又はセンサーを使用して生成されたカラーデジタル画像に勝る改善された品質を有する診断カセット又は対象物体のカラーデジタル画像を、最大センサー分解能で生成できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の上記の目的及び更なる目的はそれに従って達成され、本明細書に記載する本発明の一態様は、対象物体のカラーデジタル画像を構築するためのカラーデジタル装置であり、このカラーデジタル装置は、照明された物体への１回の露出に基づいて画像を形成することが可能なグレースケールデジタルカメラ又はセンサーと、撮像される前記診断カセット又は対象物体を撮像の間に保持する機械的手段と、撮像される前記物体を赤色波長、緑色波長、及び青色波長の光で複数回、照射することが可能な前方照明源と、撮像される前記物体を赤色波長、緑色波長、及び青色波長の光で複数回、照射することが可能な後方照明源と、撮像される前記物体のカラーデジタル画像を構築する手段であって、前記グレースケールデジタルカメラ又はセンサーと電気接触する手段とを備える。
【００１７】
本明細書で開示する本発明の別の態様は、診断カセット又は対象物体のモノクロデジタル画像を構築する方法であり、その方法は、グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの赤色、緑色、及び青色のカラープレーンを光学的に取得することと、後の操作のために１枚のカラープレーンを選択することと、前記選択されたカラープレーンに所定の赤色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた選択されたカラープレーンを生成することと、前記重み付けされた選択されたカラープレーンに所定の選択されたゲインスカラーで乗算して、最終的な選択されたカラープレーンを生成することとを含む。
【００１８】
更に、本明細書で説明する本発明の別の態様は、少なくとも１枚の赤色、緑色、又は青色のモノクロデジタル画像の組合わせを使用して、撮像された診断カセット又は対象物体内の凝集反応の有無を判断する方法である。
【００１９】
本明細書で説明する本発明の更なる態様は、対象物体のカラーデジタル画像を構築する方法を提供することであり、その方法は、グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの赤色のカラープレーンを光学的に取得することと、グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの緑色のカラープレーンを光学的に取得することと、グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの青色のカラープレーンを光学的に取得することと、前記赤色カラープレーンに所定の赤色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた赤色のカラープレーンを生成することと、前記重み付けされた赤色のカラープレーンに所定の赤色のゲインスカラーを乗算して、最終的な赤色のカラープレーンを生成することと、前記緑色のカラープレーンに所定の緑色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた緑色のカラープレーンを生成することと、前記重み付けされた緑色のカラープレーンに所定の緑色ゲインスカラーを乗算して、最終的な緑色のカラープレーンを生成することと、前記青色のカラープレーンに所定の青色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた青色のカラープレーンを生成することと、前記重み付けされた青色のカラープレーンに所定の青色ゲインスカラーを乗算して、最終的な青色のカラープレーンを生成する工程と、前記最終的な赤色のカラープレーンと、前記最終的な緑色のカラープレーンと、前記最終的な青色のカラープレーンとを結合して、前記対象物体の前記カラーデジタル画像にすることとを含む。
【００２０】
本明細書にて開示する本発明の更なる態様は、等価な解像度のデジタルカメラ又はセンサーと比較して、グレースケールデジタル撮像器の物理的大きさが小さいことにより、結果として、限られた空間により適した、より短くかつより密な光路が得られることである。
【００２１】
更に、本明細書にて開示する本発明の更なる別の態様は、電機部品のばらつきに、カメラ感度の変動に、周辺光の変動に、電力入力の変動に、経時的な電機部品の劣化に、電機部品の感温性に、そして、交換又は部品製造業者の変更による部品変更における変動に応答する較正手順を可能にすることである。
【００２２】
本願の更なる目的、特徴、及び利点が、以下の実施形態を子細に検討することによって当業者には明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】順次式カラー撮像装置の概略図であり、この順次式カラー撮像装置は、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００と、前方の３色照明光源１０１と、診断カセット又は対象物体１０２と、後方又は背面の３色照明光源１０３と、診断カセット又は対象物体１０２を保持及び操作するための機械的手段１０４とからなる。
【図２】順次式の露光及び撮像プロセスの概略図である。時刻１では、赤色光源２００が使用されて、前方と後方の両方からカラー物体２０３が照明され、結果として、組合わせの反射及び透過強度プレーン２０４が得られる。時刻２では、緑色光源２０１が使用されて、前方と後方の両方からカラー物体２０３が照明され、結果として、組合わせの反射及び透過強度プレーン２０５が得られる。時刻３では、青色光源２０２が使用されて、前方と後方の両方からカラー物体２０３が照明され、結果として、組合わせの反射及び透過強度プレーン２０６が得られる。
【図３】カラー再構築プロセスの略図である。赤色のカラープレーン２０４からの個々の強度値が、緑色のカラープレーン２０５からの個々の強度値及び青色のカラープレーン２０６からの個々の強度値と組み合わされて、カラー画像３００が生成される。
【図４】グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００から見た診断カセットの視野４００の略図である。この視野内には、１００％の透過強度４０１、８５％の透過強度４０２、７０％の透過強度４０３、５５％の透過強度４０４、４０％の透過強度４０５のプラスチック上のグレースケールパッチと、診断カセット又は対象物体１０２がある。この診断カセット又は対象物体１０２は、ゲル又はガラスビーズの微小粒子を収容した複数のマイクロカラム４０９を収容している。また、この視野内には、プラスチック上の解像度ターゲット４０７と、プラスチック上の反転した解像度ターゲット４０８がある。グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００によって撮像される範囲は、矩形領域４１０で示されている。
【図５】青色光５０１、緑色光５０２、及び赤色光５０３を発する３色発光ダイオード（ＬＥＤ）の例示的なスペクトルのグラフ５００。
【図６】診断カセット又は対象物体１０２の均一な照明を得るために利用される前方照明、後方照明、及び湾曲反射器の平面図である。グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００は、湾曲反射器６０１のホールを通じて画像を取得する。診断カセット又は対象物体１０２の均一な照明は、一連の前方照明発光ダイオード６０２によって、そして後方照明パネル６０３によってもたらされる。
【図７】縦に整列された４個の３色発光ダイオード７０１を示す、前方照明発光ダイオードの回路基板６０２の細部の図。
【図８】正方形のパターンで整列された４行４列の３色発光ダイオード７０１を示す、後方照明発光ダイオードの回路基板６０３の細部の図。
【図９】順次式の照明露光後のデジタル画像処理を実行するために利用された、例示的なＭａｔＬａｂソースコードのリストであり、そのデジタル画像処理には、強度補正、ゲイン補正、並びに診断カセット又は対象物体の最終的な複合カラー（人間である観察者の視覚反応を近似する）による前方及び後方画像の構築が含まれる。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明について、以下で説明し図示する好ましい実施形態に関連して説明するが、本発明は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００２５】
本明細書で説明する装置及び方法により、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００を使用して好ましくは最大解像度のカラーデジタル画像を作成することが可能となる。
【００２６】
この装置の利点には、フルカラーデジタルカメラ又はセンサーを使用する等価なプロセスと比較すると、ユニットの製造費が低減されること、及び、カラーフィルタ配列を使用してカラー画像を生成することによって画質の低下がないことが含まれる。もう１つの重要な利点は、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００を使用することで、限られた空間に好適な、より短くかつより小規模な光路が得られることである。
【００２７】
開示される技術が全般的に理解されるように、図面を参照する。図面において、同様の参照符号が同一の要素を示すために用いられている。開示する技術を説明する上で、以下の用語が説明において用いられている。
【００２８】
「画像」又は「ピクチャ」という用語は、指定された座標点における画像の輝度又はグレーレベルに比例する数値と共に、ｘ軸及びｙ軸の位置座標を任意選択で有する２次元の光強度関数を指す。
【００２９】
「アナログ（analog又はanalogue）」という用語は、２次元にて空間的にも、輝度又は強度においても連続的であるピクチャ又は画像を指す。
【００３０】
「デジタル」という用語は、２次元にて空間的にも輝度又は強度においても、所定のレベルにデジタル化されたピクチャ又は画像を指す。デジタル画像は、その行及び列番号が画像における点を識別するものであり、それに対応するベクトル又は行列の数値がその点における輝度又は強度を識別するものであるベクトル又は行列によって表現され得る。
【００３１】
「強度」という用語は、相対的な出力値が高くなるにつれてより多数の光子がデジタルカメラ又はセンサーに到達するような、デジタルカメラ又はセンサーに到達する光の量を指す。強度は一般に、デジタルピクチャ又は画像と関連付けられる。
【００３２】
「濃度」という用語は、相対的な出力値が高くなるにつれてより少数の光子がデジタルカメラ又はセンサーに到達するような、デジタルカメラ又はセンサーに到達する光の量を指す。「濃度」は一般に、写真撮影のピクチャ又は画像と関連付けられる。
【００３３】
「反射強度」という用語は、デジタルカメラ又はセンサーによって受容される光の量を指し、ここで光路は光源から発し、対象物体から反響するか、跳ね返るか、あるいは反射され、その後にデジタルカメラ又はセンサーに到達するものである。
【００３４】
「透過強度」という用語は、デジタルカメラ又はセンサーによって受容される光の量を指し、ここで光路は光源から発し、対象物体を通じて進み、その後にデジタルカメラ又はセンサーに到達するものである。
【００３５】
「コントラスト」という用語は、ある物体と、同じ視野内にある他の物体とのカラー及び輝度の差を指す。画像の最大コントラストは、コントラスト比又はダイナミックレンジである。
【００３６】
「ダイナミックレンジ」又は同義で「コントラスト比」という用語は、最も明るい色（白色）の輝度と、システムが生成可能である最も暗い色（黒色）の輝度との比を指す。
【００３７】
「輝度」という用語は、所与の方向に移動する光の単位面積当たりの強度の測光的尺度を指す。これは、特定の範囲を通過するかあるいは特定の範囲から発せられ、所与の立体角の中に含まれる光の量を表す。
【００３８】
「赤色」という用語は、一般には実質的に６０３ナノメートル〜７４０ナノメートルの波長範囲にある、可視光のうちのより長い波長に対応すると人間に知覚される色を指す。
【００３９】
「緑色」という用語は、一般には実質的に５２０ナノメートル〜５７０ナノメートルの波長を持つエネルギーで支配されたスペクトルを有する可視光に対応すると人間に知覚される色を指す。
【００４０】
「青色」という用語は、一般には実質的に４４０ナノメートル〜４９０ナノメートルの波長範囲にある、可視光のうちのより短い波長に対応すると人間に知覚される色を指す。
【００４１】
「モノクロ」という用語は、単色又は単色の色合い又は色調をなす画像を指す。灰色の色合いで構成される白黒画像は、モノクロ画像の一例である。
【００４２】
「グレースケール」という用語は、各ピクセルの値が単一のサンプルである、つまり強度の情報のみを持つデジタル画像を指す。この種の、例えば白黒の画像はもっぱら、最も強度の低い黒色から最も強度の高い白色まで変動する、灰色の色合いから構成されている。
【００４３】
「プレーン」又は「カラープレーン」という用語は、反射プロセス、透過プロセス、又はそれらの組合わせの結果として生じ得る、単一の色に関連する強度又は濃度の組を指す。
【００４４】
「ピクセル」という用語は、デジタルピクチャ又は画像の離散的空間成分を指し、ピクチャエレメント（picture element）を略したものである。
【００４５】
「最大解像度」という用語は、指定された個数のピクセルに関連付けられる最大の情報内容を有するモノクロ又はカラーデジタル画像を指し、例えば、矩形のデジタル画像の場合、ピクセルの総数は、ピクセルの行数にピクセルの列数を掛けたものである。
【００４６】
「低減解像度」という用語は、出力のピクセル値を生じさせるために利用されている補間又はローパスフィルタ処理など、数学的アルゴリズムを生のピクセルデータに適用することによって情報内容が低減されたモノクロ又はカラーデジタル画像を指す。低減解像度のデジタル画像におけるピクセル数は、最大解像度のデジタル画像と空間的に同一であってもよく、つまり、これら２枚のデジタル画像の空間的サイズは同じであるが、低減解像度のデジタル画像の情報内容は著しく少なくなる。
【００４７】
「空間解像度」という用語は、デジタル画像の物理的サイズ又は寸法を指す。矩形のデジタル画像の場合、空間解像度は、１行のピクセル数に１列のピクセル数を掛けたものである。デジタルカメラ又はセンサーの解像度の一般的な単位はメガピクセルである。
【００４８】
「好適に捕捉する」又は「好適に捕捉される」という用語は、診断カセット又は対象物体の高品位のイメージを取得することを可能にする方法について言及するものである。
【００４９】
「被写界深度」という用語は、容認できる鮮鋭度で画像に現れる、場面における最も近い物体と最も遠い物体との距離を指す。レンズは１度に１つの距離にのみ正確に焦点を合わせることができるが、鮮鋭度の減少は、焦点を合わせた距離のいずれの側においても緩やかであり、そのため、被写界深度内で、不鮮鋭度の大きさは通常の目視又は撮像条件下では知覚不能となる。撮像又は光学システムの被写界深度内にあるすべての物体は、焦点が合っていると見なされる。
【００５０】
「アダマール乗算」という用語は行列乗算の一種を指すものであり、その行列乗算は、乗算される行列が、合成又は出力行列と同じ数の行及び列を有し、特定の行及び列に対する合成又は出力行列の要素が、同じ特定の行及び列を有する要素の値の乗算によって生じるものである。これはまた、要素対要素（element-by-element）の行列乗算法としても知られている。
【００５１】
「デューティサイクル」という用語は、実体が活性状態で過ごす時間を、検討中の総時間に対する割合として指す。発光ダイオード（ＬＥＤ）の場合、デューティサイクルは、所定の開始時刻以後にＬＥＤが実際に発光した時間の割合となる。ＬＥＤが実際に発光する時間の長さは、デューティサイクル（０．０〜１．０の数）に、所定の開始時刻以降に経過した時間を掛けた数値である。
【００５２】
「診断カセット」という用語は、試験室を画定する複数の透明なマイクロチューブ又はマイクロカラムを有する平坦な平面基板によって一般に画定される試験要素を指す。所定の品質の不活性ビーズ又はゲル材料が、マイクロチューブの各々に加えられる。この不活性材料は、抗体又は抗原で被膜されても、担体結合した抗体又は抗原をあるいは特定の試薬を付与されてもよい。通常、ホイルラップがカード又はカセットの上部を被覆するために使用され、それによって試験の時まで各マイクロカラムの内容物が封止される。このホイルラップは、一定分量の患者のサンプル及び／又は試薬を手動であるいは自動化された装置にてマイクロチューブの各々に加えることができるように、穿刺可能であるかあるいは別様に除去される。
【００５３】
「診断用分析器」又は「診断用臨床分析器」という用語は、患者試料ハンドラ、試験容器（診断カセットなど）ハンドラ、恒温器、遠心器、試薬及び患者試料を取得及び分配するためのピペット、並びに、とりわけ患者試料に対する特定の試験の結果を測定及び定量化する手段を含めて、様々なサブシステムから構成された半自動又は自動装置を指す。
【００５４】
本発明の一態様は、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００を使用してカラーデジタル画像を最大解像度で生成するための方法及び装置に関する。この技術の主たる利点は、診断用臨床分析器の構成要素として用いられると等価なデジタル解像度を生み出すカラーデジタルカメラ又はセンサーを使用する場合と比較して、ユニットの製造費用が低減されることである。もう１つの利点は、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００を使用してこの方法で生み出される、結果として得られるカラー画像品質は、カラーフィルタ配列を利用してカラーデジタルカメラ又はセンサーで生成される等価な空間分解能の画像と比べて、より品質の高いものとなることであり、これは、カラーデジタルカメラ又はセンサーの場合、要求される画像センサーのデータ操作が原因で、実効解像度が損なわれる（結果として解像度が低下する）ためである。カラーフィルタ配列については、参照によってその全容が本明細書に組み込まれる米国特許第３，９７１，０６５号、名称「カラー撮像配列（Color imaging array）」において、ブライス・Ｅ．・バイヤー（Bryce E. Bayer）によって述べられている。更に別の利点は、等価な分解能のカラーデジタルカメラ又はセンサーの大きさと比較して、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００の物理的大きさが小さいことにより、結果として、限られた空間により適した、より短い光路が得られることである。診断結果を生成するプロセスは一般に、患者試料及び診断試薬を受け取るために診断カセットを輸送することに加えて、場合により、より高温（恒温）の領域にあるいは遠心力を加えるための装置に移動することを必要とする。インキュベーション及び遠心分離プロセスの終わりに、診断カセット又は対象物体１０２は、１つ以上の固定位置に保持され得る。その時点で、診断カセット又は対象物体１０２及びその内容物の前方及び後方の最大解像度カラーデジタル画像を取得するために、順次式の照明が利用され得る。
【００５５】
図１は、順次式カラー撮像装置の簡潔な概略図である。概念的には、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００が、任意の特定の時点で、赤色光、緑色光、又は青色光を選択的に発し得る少なくとも１つの前方照明光源、好ましくは３色発光ダイオード（ＬＥＤ）１０１から、そして、赤色光、緑色光、又は青色光を選択的に発し得る少なくとも１つの後方照明源、好ましくは３色発光ダイオード（ＬＥＤ）１０３から、１色のみの光を受容する。３色ＬＥＤの照明順序は、赤色光、緑色光、又は青色光のみで構成された順次式のモノクロ照射が生じるように調整される。図１の機械的保持器１０４は、診断カセット又は対象物体１０２の前側に対する順次式の照明及び画像捕捉が処理中である間に、診断カセット又は対象物体１０２を保持する。診断カセット又は対象物体１０２は２つの面を有するので、機械的保持器１０４は、診断カセット又は対象物体１０２の後側が撮像され得るように、１８０°回転することが可能である。診断カセット又は対象物体１０２の前側に対する順次式の照明及び画像捕捉、並びに診断カセット又は対象物体１０２の後側に対する順次式の照明及び画像捕捉の結果として、６枚の画像又は像平面が生成され、それらの画像又は像平面は具体的には、
１．診断カセット又は対象物体１０２の前部のモノクロ赤色画像、
２．診断カセット又は対象物体１０２の前部のモノクロ緑色画像、
３．診断カセット又は対象物体１０２の前部のモノクロ青色画像、
４．診断カセット又は対象物体１０２の後部のモノクロ赤色画像、
５．診断カセット又は対象物体１０２の後部のモノクロ緑色画像、
６．診断カセット又は対象物体１０２の後部のモノクロ青色画像である。
【００５６】
好ましい機械的保持器１０４の更なる詳細は、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の、ロバート・ジョーンズ（Robert Jones）及びリン・ウィレット（Lynn Willett）の出願に見出すことができ、その出願は、「診断カセットを把持及び保持するための装置（An Apparatus for Gripping and Holding Diagnostic Cassettes）」（第６１／５４５６５１号）と題され、２０１１年１０月１１日に出願されたものであり、参照によって全容が本明細書に組み込まれる。
【００５７】
図２は、順次式の露光及び撮像プロセスの性質的な態様を示す概略図である。時刻１において、前方照明ＬＥＤ  １０１と後方照明ＬＥＤ  １０２の双方からの組合わせ赤色光源２００が使用されて、赤色パッチと、緑色パッチと、青色パッチと、黒色パッチと、白色パッチとからなるカラー物体２０３が照明される。当然のこととして、赤色を呈するパッチは、赤色を除くすべての波長の光を吸収するパッチである。同様に、緑色のパッチは緑色を除くすべての波長の光を吸収し、青色のパッチは青色を除くすべての波長の光を吸収する。黒色のパッチはすべての波長の光を吸収し、いかなる光も反射しないのに対し、白色のパッチはいかなる波長の光も吸収せず、すべての光を反射する。したがって、定性的に、カラー物体２０３の赤色照明２００に対する反射強度と透過強度２０４（ここでは５つの定性値によって表される）とが結果的に組み合わされることにより、赤色のパッチに対してはＨＩＧＨの強度、緑色のパッチに対してはＬＯＷの強度、青色のパッチに対してはＬＯＷの強度、黒色のパッチに対してはＬＯＷの強度、白色のパッチに対してはＨＩＧＨの強度が生じる。時刻２において、前方照明ＬＥＤ  １０１と後方照明ＬＥＤ  １０２との双方からの緑色光源２０１が使用されて、カラー物体２０３が照明される。定性的に、カラー物体２０３の緑色照明２０１に対する反射強度と透過強度２０５（ここでは５つの定性値によって表される）とが結果的に組み合わされることにより、赤色のパッチに対してはＬＯＷの強度、緑色のパッチに対してはＨＩＧＨの強度、青色のパッチに対してはＬＯＷの強度、黒色のパッチに対してはＬＯＷの強度、白色のパッチに対してはＨＩＧＨの強度が生じる。時刻３において、前方照明ＬＥＤ  １０１と後方照明ＬＥＤ  １０２との双方からの青色光源２０２が使用されて、カラー物体２０３が照明される。定性的に、カラー物体１０３の青色照明１０２に対する反射強度と透過強度２０６（ここでは５つの定性値によって表される）とが結果的に組み合わされることにより、赤色のパッチに対してはＬＯＷの強度、緑色のパッチに対してはＬＯＷの強度、青色のパッチに対してはＨＩＧＨの強度、黒色のパッチに対してはＬＯＷの強度、白色のパッチに対してはＨＩＧＨの強度が生じる。結果として得られるこれらの強度の各組は、赤色、緑色、及び青色照明にそれぞれ基づいた強度のカラープレーンであると考えられ得る。
【００５８】
図３は、上の図２で述べたような照明操作の結果として得られるカラープレーンを使用したカラー画像再構築プロセスの略図である。赤色のカラープレーン２０４における特定のパッチ（あるいは同じことであるがピクセル）から生じた強度は、緑色のカラープレーン２０５及び青色のカラープレーン２０６における同じパッチ（あるいは同じことであるが、同じ特定のピクセル）の強度と組み合わされる。カラープレーンにおける第１のパッチ（表示した要素１，１）に対し、ＨＩＧＨ及びＬＯＷの定性的な測定を利用すると、結果として得られる、カラー画像３００におけるパッチの色は、カラー画像３００に赤色のパッチを生じるＨＩＧＨの赤色、ＬＯＷの緑色、及びＬＯＷの青色の強度の組合わせを必要とする。同様の方式で、カラープレーンにおける第２のパッチ（表示した要素２，１）に対し、結果として得られる、カラー画像３００におけるパッチの色は、カラー画像３００に緑色のパッチを生じるＬＯＷの赤色、ＨＩＧＨの緑色、及びＬＯＷの青色の組合わせを必要とする。同様に、カラープレーンにおける第３のパッチ（表示した要素３，１）に対し、結果として得られる、カラー画像３００におけるパッチの色は、カラー画像３００に青色のパッチを生じるＬＯＷの赤色、ＬＯＷの緑色、及びＨＩＧＨの青色の組合わせを必要とする。カラープレーンにおける第４のパッチ（表示した要素４，１）に対し、結果として得られる、カラー画像３００におけるパッチの色は、カラー画像３００に黒色のパッチを生じるＬＯＷの赤色、ＬＯＷの緑色、及びＬＯＷの青色の組合わせを必要とする。そしてカラープレーンにおける第５のパッチ（表示した要素５，１）に対し、結果として得られる、カラー画像３００におけるパッチの色は、カラー画像３００に白色のパッチを生じるＨＩＧＨの赤色、ＨＩＧＨの緑色、及びＨＩＧＨの青色の組合わせを必要とする。
【００５９】
図４は、診断カセット又は対象物体１０２と、上向きの解像度ターゲット４０７及び反転した解像度ターゲット４０８と、グレースケール試験パッチ（４０１、４０２、４０３、４０４、及び４０５）とを示す、デジタルカメラ又はセンサー１００の視野４００の略図である。上向きの解像度ターゲット４０７及び反転した解像度ターゲット４０８と、グレースケール試験パッチ（４０１、４０２、４０３、４０４、及び４０５）が、診断カセット又は対象物体１０２の背板の透明プラスチック窓に提示されている。２つの群のグレースケールパッチがあり、診断カセット又は対象物体１０２の各側に１つある。左側に、上部から下部に向かって、１００％の透過強度４０１、８５％の透過強度４０２、７０％の透過強度４０３、５５％の透過強度４０４、及び４０％の透過強度４０５がある。右側には、上部から下部に向かって、４０％の透過強度４０５、５５％の透過強度４０４、７０％の透過強度４０３、８５％の透過強度４０２、及び１００％の透過強度４０１がある。これらのグレースケールパッチは、画像を較正し、適切なホワイト／カラーバランスを達成するために使用される。上向きの解像度ターゲット４０７及び反転した解像度ターゲット４０８は、診断カセット又は対象物体１０２が焦点を合わせられるようにするために使用される。上向きの解像度ターゲット４０７及び反転した解像度ターゲット４０８と診断カセット又は対象物体１０２は共に、撮像システムの被写界深度内に含まれるように定置されている。ゲル又はガラスビーズ微粒子を含んだ多数のマイクロカラム４０９があり、その中に、分析される溶液が置かれることに留意されたい。
【００６０】
図５は、３色ＬＥＤによって発光される青色光５０１、緑色光５０２、及び赤色光５０３の例示的なスペクトルのグラフ５００である。例示的な各光スペクトルの相対強度のピーク値は、このグラフの１に正規化されている。
【００６１】
図６は、図１に示す撮像システムのより詳細な概略平面図である。グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００は、円筒反射器６０１の後方に示されており、この円筒反射器６０１は、円筒反射器６０１の更に右側の縁部に装着された一連の３色発光ダイオードの回路基板６０２から発光された光を、診断カセット又は対象物体１０２の前方に向ける。後方照明発光ダイオードの回路基板６０３は、診断カセット又は対象物体１０２の背面を直接、照明する。グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００は、円筒反射器６０１の開口部６０４を通じて診断カセット又は対象物体１０２を撮像する。グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００に到達する光は、前方照明発光ダイオードの回路基板６０２と後方照明発光ダイオードの回路基板６０３の組によって発光された光の組合わせである。円筒反射器６０１は、前方照明発光ダイオードの回路基板６０２の組によって発光された光を、診断カセット又は対象物体１０２の前方に向ける。この照明は、後方照明発光ダイオードの回路基板６０３からの照明と相まって、均一な照明強度をもたらす。
【００６２】
図７は、２枚の前方照明発光ダイオードの回路基板６０２の組の一方の簡略図である。回路基板６０２は、実質的に３対１〜１０対１の縦横アスペクト比を有している。３色発光ダイオード７０１は垂直に分布している。垂直なパターンで装置された４個の３色発光ダイオードが図７に示されているが、実質的に２個〜１２個の垂直に整列された発光ダイオードを有する構成も考えられる。
【００６３】
図８は、後方照明発光ダイオードの回路基板６０３の概略図である。回路基板６０３は、形状においては実質的に矩形であり、３色発光ダイオード７０１が実質的に矩形のパターン又は配列をなして付形されている。図８に示す回路基板６０３は、実質的に矩形の配列をなして付形された１６個の３色発光ダイオード７０１を有しているが、水平（行）又は垂直（列）方向に異なる個数のダイオード７０１を有することを含めて、異なるパターン又は配列の３色発光ダイオード７０１が考えられる。加えて、実質的に９個〜１４４個の範囲内で、全体的により少数の又はより多数のダイオード７０１を有することも考えられる。
【００６４】
図９は、例示的なＭａｔＬａｂ  Ｍ−ファイルのリストであり、このリストは、赤色、緑色、及び青色のモノクロ順次式露光で取得された最終的な前方照射及び後方照射のフルカラー画像を較正、処理、及び提示するために使用されたものである。グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００からの、ビットマップ形式の出力が、ステートメント９０１にて、ファイルｆ：上の画像記憶領域からＭａｔＬａｂに読み込まれる。各前方照明露光ごとに、そして各後方照明露光ごとに、赤色、緑色、及び青色のモノクロプレーンがあることに留意されたい。各デジタル画像のサイズは、前方照明と後方照明のいずれも、ステートメント９０２で決定される。ステートメント９０３は、計算の出力を記憶するためのスペースを確保し、そのスペースのすべての要素をゼロに初期化する。各カラープレーンに対するスカラー重みがステートメント９０４で定義されている。ステートメント９０５は、６枚の画像プレーンの要素それぞれに、適切なスカラー重みを作用させる。前方照明プレーンに対する最大強度値と後方照明プレーンに対する最大強度値がステートメント９０６に見出される。これらの最大強度値は次いで、ステートメント９０７で前方照明画像と後方照明画像をスケーリングするために用いられる。補正又は較正用の重み行列がこの計算で利用されていることに留意されたい。
【００６５】
上記の装置は、環境及び設備に関連する多数の問題に対処することが可能な較正及び画像処理方法が得られるように、適切に構成されている。これらの問題は、最も好都合には次のように４つの層に分類される。
【００６６】
【表１】
2014087060.tif 000003
【００６７】
撮像サブシステムの較正
撮像サブシステムの層１の較正は、工場における製造の直後に行われる。電気部品のばらつきは、機械的に修正可能な抵抗器（例えば、調節可能な分圧器を形成する滑り接触点を備えた３端子抵抗器であるポテンショメータ）と、一連の所定の試験信号が一連の所定の試験結果を生じるような計装とを用いることによって対処される。グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００の感度の変動は、照明の変動性を含めて、乗法重みの行列を決定することによって対処される。この乗法重みの行列は、デジタルカメラ又はセンサー１００からのピクセルの出力行列と同じ行及び列の次元を有しており、そのため、特定の重みがアダマール乗算によって特定の画像に作用される。
【００６８】
層２の較正は、診断用分析器がその提示場所に移動されたときに行われる。入力電力の変動は、テキサスインスツルメンツ社（Texas Instruments）のＴＬＣ５９２３集積回路（詳細については、参照によってその全容が本明細書に組み込まれるコウゾウ・イチマル（Kouzo Ichimaru）の米国特許第５，４３０，３９５号、「温度補償型定電圧及び温度補償型定電流回路（Temperature compensated constant-voltage circuit and temperature compensated constant-current circuit）」を参照）を使用することによって管理され、このＴＬＣ５９２３集積回路は、故障した又は切断されたＬＥＤ装置の検出を可能にするエラー情報回路をも組み込んだ温度補償型低電流回路を実装している。必要となる前後の画像コントラストは、前方及び後方照明発光ダイオードの回路基板６０２及び６０３それぞれに送られる電力の相対量を調節することによって取得される。緑色の画像に基づいて、前方照明された画像の平均強度と、後方照明された画像の平均強度との比が、所定値に設定される。これにより、要求される前後のコントラストが得られる。グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００の感度の変動は、照明の変動性を含めて、層１の較正を反復して乗法重みの新たな行列を取得することによって対処される。これにより、照明の変動性を含めて、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００の感度の変動が補償され、そしてまた、周辺光の変動に加えて、層２の較正手順の最初の２段階で生じた照明強度の任意の変動も補償される。
【００６９】
層３の較正が、あるいはより正確には、経時的な電気部品の劣化の補償が、既知のハードウェア挙動を利用することによって達成される。例えば、発光ダイオードが生じる単位入力電力当たりの光出力は、使用時間の関数としてより小さくなることが周知である。具体的に言えば、こうして光出力は、デューティサイクルに基づいて、ダイオードが発光した累積時間の関数として低下するが、この光出力の低下をモデル化し利用して一次画像補正行列を取得し、撮像サブシステムをより長い期間にわたって較正された状態に維持することができる。これらの画像補正行列要素は、ＬＥＤが発光した総時間に依存する時間の関数として変動する。詳細については、参照によってその全容が本明細書に組み込まれる、アンソニー・Ｐ．ジグムント（Anthony P. Zygmunt）、チェイン・スン・ワン（Chein Hsun Wang）、及びＪ．アンソニー・スピーズ（J. Anthony Spies）の「ＬＥＤ劣化及び温度の補償に関するシステム及び方法（System and Method for LED Degradation and Temperature Compensation）」、米国特許出願第２０１０／０００７５８８号を参照されたい。電機部品の感温性に対する補償は、上述したように、テキサスインスツルメンツ社（Texas Instrument）のＴＬＣ５９２３集積回路によって達成される。
【００７０】
層４の較正は、再び層１、層２、及び層３の較正を順に実施することからなる。
【００７１】
画像処理及び再構築手順
一般には、すべての較正手順が実行された後に、撮像サブシステムの通常の動作モードにて生じる。
【００７２】
図２及び３の先の定性的な議論は、強度に対する数値を導入することで定量的となり得る。１バイト又は８ビットのコンピュータワードでピクセルの強度値を表現することが一般的である。これにより、［０，２５５］の範囲で
２８＝２５６
の強度レベルが得られる。また、ＭａｔＬａｂで利用されているように、［０．０，１．０］の範囲の浮動小数点数を使用して強度の範囲を記述することも一般的である。この後者の構文は、以下の好ましい方法を記述する際に用いられる。以下の例で用いられる例示的な画像サイズは、数千もの行及び列を有し得る実際の画像よりもかなり小さいことに留意されたい。
【００７３】
行列形式をなす以下の例示的な画像を考える。
【数１】
2014087060.tif 000004
【００７４】
２行の赤色ピクセル（Ｒ）、２行の緑色ピクセル（Ｇ）、２行の青色ピクセル（Ｂ）、２行の黒色ピクセル（Ｋ）、及び２行の白色ピクセル（Ｗ）がある。赤色波長、緑色波長、又は青色波長の光に露光されると、上記の画像の反射強度が、閉区間［０．０，１．０］内にある値の１０×１０の行列として記録される。例えば、強度０．８の緑色波長の光に均一に露光されると、理想的には、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００に対し、反射強度において以下の緑色の画像プレーンが生じる。
【数２】
2014087060.tif 000005
【００７５】
しかしながら、均一な露光を達成することは困難であり、また、例えば、以下の緑色の画像プレーンを生じ得る、左から右への露光の勾配が存在し得る。
【数３】
2014087060.tif 000006
【００７６】
露光におけるそのような不均一性は、緑色重み行列を使用することで処理され得るが、その緑色重み行列の数値要素は、較正手順によって決定された値を有し、その較正手順は、実施されると、補正済みの緑色のカラープレーンを生じることが可能である。上記のＡＧＲＥＥＮ ＰＲＩＭＥのような露光勾配に対しては、以下の緑色重み行列（小数第２位までの数値を持つ）が利用され得る。
【数４】
2014087060.tif 000007
そのため、補正済みの露光行列が以下のように得られる。
【数５】
2014087060.tif 000008
ここで、演算（．＊）は、ＭａｔＬａｂで定義されている、行列要素の要素対要素の乗算（参照によってその全容が本明細書に組み込まれる「Ｇｅｔｔｉｎｇ  Ｓｔａｒｔｅｄ  ｗｉｔｈ  ＭａｔＬａｂ  ７」（２０１０年９月、マスワークス社（The Math Works, Inc.））のページ２〜２４及び２〜２５を参照）を示しており、アダマール積としても知られている。この具体例に関しては、小数第１位〜第２位まで、
【数６】
2014087060.tif 000009
であり、つまり、ほとんど完全な補正が得られることに留意されたい。
【００７７】
同様の方式で、別の露光形状に対する補正が実施され得る。更なる例として、緑色波長の露光が点光源であり、その光源からの最大強度が、撮像されている物体の中心に向けられるようになっていると仮定する。（強度における）点光源露光は次いで、半径方向に、撮像されている物体の中心から増加する距離にあるピクセルに向かって、減少する勾配を有する。この場合の重み行列は、中心において最小の数値を有し、各数値は、露光強度の半径方向における減少を補償するように、中心からの距離の関数として増加する。
【００７８】
露光形状の補正に加えて、時間に応じた長期間にわたるＬＥＤの出力強度の低下に対する補償、及び／又は、グレースケールのスペクトル応答又は感度に対する補償など、他のデジタル画像補正が用いられる。いずれの場合も、結果として得られる重み行列は、以下のように、利用されているすべての補正に対処するように、結合されて単一の重み行列にされ得る。
【数７】
2014087060.tif 000010
ここで、（．＊）の演算は、ＡＧＲＥＥＮ ＧＡＩＮのスカラーに、右側から、結果として得られるアダマール行列乗算の各要素を乗算することを示している。更なる補正も可能であり、例えば、ピーク相対強度と、その相対強度の応答又は感度曲線の下の面積の両方が、光の波長の関数として著しく変化し得ることも考えられる。したがって、特定の強度の露光に対し、赤色の反射強度は、緑色又は青色の反射強度の数分の１に過ぎないこともある。同様に、グレースケールデジタルカメラ又はセンサー１００に対し、赤色光に対するスペクトル応答又は感度も緑色又は青色の反射強度の数分の１に過ぎないこともある。この変動性は、各波長の露光ごとにスカラーのゲイン補正を有することによって、最も容易に補償される。具体的に言えば、グレースケールの緑色スペクトル応答又は感度と組み合わされた緑色露光反射強度が、次のように、先に定義された、形状に対する露光補正式にゲインのスカラーを当てはめることによって補正され得る。
【数８】
2014087060.tif 000011
ここで、（．＊）の演算は、ＡＧＲＥＥＮ ＧＡＩＮのスカラーに、右側から、結果として得られるアダマール行列乗算の各要素を乗算することを示している。全体として、補正処理は、以下の通りに、平面のように実行される。
【数９】
2014087060.tif 000012
【００７９】
当業者には明らかとなることであるが、様々な修正及び変形が本発明の方法及びプロセスになされ得る。したがって、そのような修正及び変形が添付の特許請求の範囲及びそれに等価なものに含まれるならば、本発明はそれらを対象とすることが意図される。
【００８０】
上で引用したすべての刊行物の開示内容は、各々が個別に参照によって組み込まれるのと同じ程度に、それらのすべてが参照によって本明細書に明示的に組み込まれる。
【００８１】
〔実施の態様〕
（１）  対象物体のカラーデジタル画像の構築のための装置であって、
照明された物体に対する１回の露出に基づいて画像を形成することが可能なグレースケールデジタルカメラ又はセンサーと、
撮像される前記診断カセット又は対象物体を撮像の間に保持する機械的手段と、
撮像される前記物体を赤色波長、緑色波長、及び青色波長の光で複数回、照射することが可能な前方照明源と、
撮像される前記物体を赤色波長、緑色波長、及び青色波長の光で複数回、照射することが可能な後方照明源と、
撮像される前記物体のカラーデジタル画像を構築する手段であって、前記グレースケールデジタルカメラ又はセンサーに電気的に接触する、手段と、
を備える装置。
（２）  カラーデジタル画像を構築する前記手段が、少なくとも１個の特定用途向け集積回路を含む電気回路である、実施態様１に記載の装置。
（３）  カラーデジタル画像を構築する前記手段が、少なくとも１個のフィールドプログラマブルゲートアレイを含む電気回路である、実施態様１に記載の装置。
（４）  カラーデジタル画像を構築する前記手段が、汎用デジタルコンピュータ内のソフトウェアである、実施態様１に記載の装置。
（５）  前記装置が、診断用臨床分析器のための撮像サブシステムである、実施態様１に記載の装置。
【００８２】
（６）  前記対象物体が、診断カセットである、実施態様１に記載の装置。
（７）  前記構築されたカラーデジタル画像が、最大解像度である、実施態様１に記載の装置。
（８）  前記前方照明源と光学的に接続し、かつ前記後方照明源と光学的に接続する円筒反射器が、前記対象物体に均一な照明をもたらす、実施態様１に記載の装置。
（９）  前記前方照明源が、複数の発光ダイオードの回路基板によって提供される、実施態様１に記載の装置。
（１０）  前記後方照明源が、少なくとも１つの発光ダイオードの回路基板によって提供される、実施態様１に記載の装置。
【００８３】
（１１）  対象物体のモノクロデジタル画像を構築する方法であって、
グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの赤色、緑色、及び青色のカラープレーンを光学的に取得することと、
後の操作のために１枚のカラープレーンを選択することと、
前記選択されたカラープレーンに所定の色の重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた選択されたカラープレーンを生成することと、
前記重み付けされた選択されたカラープレーンに所定の選択されたゲインスカラーを乗算して、前記構築されたモノクロデジタル画像となる最終的な選択されたカラープレーンを生成することと、
を含む方法。
（１２）  前記対象物体が、診断カセットである、実施態様１１に記載の方法。
（１３）  前記選択されたカラープレーンが、前記赤色のカラープレーンである、実施態様１１に記載の方法。
（１４）  前記選択されたカラープレーンが、前記緑色のカラープレーンである、実施態様１１に記載の方法。
（１５）  前記選択されたカラープレーンが、前記青色のカラープレーンである、実施態様１１に記載の方法。
【００８４】
（１６）  前記構築されたモノクロデジタル画像が、最大解像度である、実施態様１１に記載の方法。
（１７）  前記構築されたモノクロデジタル画像が、凝集反応の有無を判断するためのデジタル画像として使用される、実施態様１１に記載の方法。
（１８）  赤色、緑色、又は青色のモノクロデジタル画像のうちの少なくとも２つの組合わせを使用して、撮像された診断カセット又は対象物体内の凝集反応の有無を判定する方法。
（１９）  前記赤色、緑色、又は青色のモノクロデジタル画像は最大解像度である、実施態様１８に記載の方法。
（２０）  対象物体のカラーデジタル画像を構築する方法であって、
グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの赤色のカラープレーンを光学的に取得することと、
グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの緑色のカラープレーンを光学的に取得することと、
グレースケールデジタルカメラ又はセンサーを使用して、画像データの青色のカラープレーンを光学的に取得することと、
前記赤色のカラープレーンに所定の赤色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた赤色のカラープレーンを生成することと、
前記重み付けされた赤色のカラープレーンに所定の赤色ゲインスカラーを乗算して、最終的な赤色のカラープレーンを生成することと、
前記緑色のカラープレーンに所定の緑色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた緑色のカラープレーンを生成することと、
前記重み付けされた緑色のカラープレーンに所定の緑色ゲインスカラーを乗算して、最終的な緑色のカラープレーンを生成することと、
前記青色のカラープレーンに所定の青色重み付け行列を要素ごとに乗算して、重み付けされた青色のカラープレーンを生成することと、
前記重み付けされた青色のカラープレーンに所定の青色ゲインスカラーを乗算して、最終的な青色のカラープレーンを生成することと、
前記最終的な赤色のカラープレーンと、前記最終的な緑色のカラープレーンと、前記最終的な青色のカラープレーンとを結合して、前記対象物体の前記カラーデジタル画像にすることと、
を含む方法。
【００８５】
（２１）  前記対象物体が、診断カセットである、実施態様２０に記載の方法。
（２２）  前記構築されたカラーデジタル画像が、最大解像度である、実施態様２０に記載の方法。
（２３）  前記対象物体の前記カラーデジタル画像が、凝集反応の有無を判断するためのデジタル画像として使用される、実施態様２０に記載の方法。
【図１】
2014087060.tif 000013
【図２】
2014087060.tif 000014
【図３】
2014087060.tif 000015
【図４】
2014087060.tif 000016
【図５】
2014087060.tif 000017
【図６】
2014087060.tif 000018
【図７】
2014087060.tif 000019
【図８】
2014087060.tif 000020
【図９】
2014087060.tif 000021
【外国語明細書】
2014087060000001.pdf