(57)【要約】      （修正有）【課題】スライド上に配置された組織標本および／または他の物体の焦点の合った画像を走査および収集する移動光学走査顕微鏡において、病理学スライド内の一領域のデジタル画像形成に必要な時間を低減させ、試験片の高品質デジタル画像を作成する。【解決手段】ディザレンズの移動をＸＹ移動ステージ１３０の位相と同期させる。また、ディザレンズを移動させるディザ焦点ステージを機械的共振である６０Ｈｚで移動させる。ディザレンズの運動の正弦波形の上下部分両方に関する焦点情報を生成し、この焦点情報により測定基準に対する焦点位置を判定する。焦点位置内へ移動された後に、前記試験片の画像を捕獲する。【選択図】図２
2014098908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片の焦点の合った画像を取得するデバイスであって、
前記試験片を検査するように配置された対物レンズと、
前記対物レンズに結合され、前記対物レンズの移動を制御する低速集束ステージと、
ディザレンズを含み、前記ディザレンズを移動させるディザ焦点ステージと、
前記ディザレンズを介して伝送される光に従って焦点情報を提供する焦点センサと、
前記焦点情報を使用して測定基準を判定し、前記測定基準に従って前記対物レンズの第１の焦点位置を判定し、前記対物レンズを前記第１の焦点位置へ移動させるための位置情報を前記低速集束ステージへ送る少なくとも１つの電気構成要素と、
前記対物レンズが前記第１の焦点位置内へ移動された後に、前記試験片の画像を捕獲する画像センサとを備えるデバイス。
【請求項２】
ＸＹ移動ステージをさらに備え、前記ＸＹ移動ステージ上に前記試験片が配置され、前記少なくとも１つの電気構成要素が、前記ＸＹ移動ステージの移動を制御する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ＸＹ移動ステージの前記移動が、前記ディザレンズの運動に位相ロックされる、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ディザ焦点ステージが、前記ディザレンズを並進運動で移動させる音声コイル作動式の屈曲アセンブリを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ディザレンズが、少なくとも６０Ｈｚの共振周波数で移動され、前記少なくとも１つの電気構成要素が、前記焦点情報を使用して、１秒当たり少なくとも６０回の焦点計算を実行する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記焦点センサおよび前記ディザ焦点ステージが、双方向に動作するように設定され、前記焦点センサが、前記共振周波数の前記ディザレンズの前記運動の正弦波形の上下部分両方に関する前記焦点情報を生成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記測定基準が、コントラスト情報、鮮明度情報、および色度情報の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記焦点情報が、前記試験片の焦点走査中に使用される焦点窓の複数の区間に対する情報を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
ＸＹ移動ステージをさらに備え、前記ＸＹ移動ステージ上に前記試験片が配置され、前記少なくとも１つの電気構成要素が、前記ＸＹ移動ステージの移動を制御し、前記ＸＹ移動ステージの速度を判定する際に、前記複数の区間の少なくとも一部分からの前記情報が使用される、
請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記焦点センサの視野が、前記画像センサの視野に対して傾いている、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
試験片の焦点の合った画像を取得する方法であって、
前記試験片を検査するように配置された対物レンズの移動を制御するステップと、
ディザレンズの運動を制御するステップと、
前記ディザレンズを介して伝送される光に従って焦点情報を提供するステップと、
前記焦点情報を使用して測定基準を判定し、前記測定基準に従って前記対物レンズの第１の焦点位置を判定するステップと、
前記対物レンズを前記第１の焦点位置内へ移動させるために使用される位置情報を送るステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記第１の焦点位置が、最善の焦点位置として判定され、前記方法が、
前記対物レンズが前記最善の焦点位置へ移動された後に、前記試験片の画像を捕獲するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記試験片が配置されたＸＹ移動ステージの移動を制御するステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ディザレンズが、少なくとも６０Ｈｚの共振周波数で移動され、１秒当たり少なくとも６０回の焦点計算が実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記測定基準が、鮮明度情報、コントラスト情報、および色度情報の少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記焦点情報が、前記試験片の焦点走査中に使用される焦点窓の複数の区間に対する情報を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記試験片が配置されたＸＹ移動ステージの移動を制御するステップをさらに含み、前記ＸＹ移動ステージの速度を判定する際に、前記複数の区間の少なくとも一部分からの前記情報が使用される、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＸＹ移動ステージの前記移動が、前記試験片の前後の並進走査を提供するように制御される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
試験片の画像を取得する方法であって、
公称焦点面を確立するステップと、
関連するｘおよびｙ座標を有する開始位置で前記試験片を位置決めするステップと、
前記試験片を越える単一の横断で、第１の処理を実行するステップとを含み、前記第１の処理が、
ディザレンズを使用して、複数の点のそれぞれに対して焦点位置を判定するステップと、
前記焦点位置に従って、前記複数の点のそれぞれに対してフレームを獲得するステップとを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１１から１９のいずれか一項に従って試験片の焦点の合った画像を取得するために記憶されたコードを備える、コンピュータ可読媒体。
【請求項２１】
顕微鏡ステージのためのデバイスであって、
移動ステージブロックと、
前記移動ステージブロックを案内する底ブロックとを備え、前記底ブロックが、
実質上平坦な第１のブロックと、
三角形の形状を有する第２のブロックとを含み、前記第１のブロックおよび前記第２のブロックが、前記移動ステージブロックを並進方向に案内する、デバイス。
【請求項２２】
前記第１のブロックおよび前記第２のブロックが、底板上の高くなった突起上で支持さ
れる、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記第１のブロックおよび前記第２のブロックが、ガラスから作製される、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記移動ステージブロック上に配置され、前記第１のブロックおよび前記第２のブロックに接触する複数のボタン要素をさらに備え、前記ボタン要素によって、前記並進方向にのみ前記移動ステージブロックの運動が可能になる、
請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記ボタン要素が球面形状であり、熱可塑性物質から作製される、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記複数のボタン要素の少なくとも２つが、前記第２のブロックの前記三角形の形状の両側で互いに面するように構成され、前記複数のボタン要素の少なくとも１つのボタンが、その平坦な面で前記第１のブロックに接触する、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記移動ステージブロック上の前記複数のボタン要素の位置が、三角形を形成する、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記複数のボタン要素がそれぞれ、ステージの運動中に等しい重量を保持する、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記移動ステージブロックが、前記複数のボタン要素の前記位置によって形成された前記三角形の質量中心に重心を有するような形状である、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項３０】
片持ち梁アームアセンブリと、
前記片持ち梁アセンブリに堅く結合された第１の端部、および前記移動ステージブロック上の質量中心位置に結合された第２の端部を有する屈曲要素と
をさらに備える、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記片持ち梁アームアセンブリが、レール上の再循環式の軸受設計を介して動作する軸受ブロックに結合された片持ち梁アームを含む、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記レール上で前記軸受ブロックを駆動させると、前記屈曲要素が前記移動ステージブロックに力を印加する、請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記屈曲要素の曲げ剛性が、前記片持ち梁アームアセンブリの上下運動から前記移動ステージブロックを分離する、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記底ブロックが、前記移動ステージブロックの前記並進方向に対して垂直な方向に別の移動ステージを形成する、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３５】
１５０ナノメートル程度の運動の繰返し精度が提供される、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３６】
スライドキャッシングのためのデバイスであって、
ラックと、
バッファと、
前記ラックと前記バッファの間で第１のスライドを移動させるスライドハンドラと、
前記第２のスライドの走査に関連して第２のスライドを移動させるＸＹステージとを備え、前記第１のスライドに対応する前記スライドハンドラの少なくとも１つの機能が、前記第２のスライドに対応する前記ＸＹステージの少なくとも１つの機能と並行して実行される、デバイス。
【請求項３７】
前記スライドハンドラが、前記ラック、前記バッファ、および前記ＸＹステージの間で前記第１のスライドおよび前記第２のスライドを移動させる、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記スライドハンドラが、少なくとも３自由度で移動する、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記ＸＹステージが、前記バッファから前記ＸＹステージへスライドを移動させるスライドピックアップヘッドを含む、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記第１のスライドおよび前記第２のスライドを撮像する撮像デバイス
をさらに備える、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記撮像デバイスが、集束システムおよびカメラを含む、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記集束システムが動的集束システムを含む、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４３】
前記ＸＹステージの前記少なくとも１つの機能と並行して実行される前記スライドハンドラの前記少なくとも１つの機能が、少なくとも１０％の時間利得を提供する、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項４４】
前記スライドハンドラが、機械的ピックアップデバイスおよび真空ピックアップデバイスの少なくとも１つを含むスライドピックアップヘッドを含む、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項４５】
前記バッファが、複数のスライドを受け入れる複数のバッファ位置を含む、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記バッファの少なくとも１つのバッファ位置が、スライドのサムネイル画像を捕獲するために使用される位置である、請求項４５に記載のデバイス。
【請求項４７】
前記ラックが、少なくとも１つの主トレーおよび迂回トレーを含み、前記少なくとも１つの主トレー内に何らかのスライドが配置される前に、前記迂回トレー内に配置されたスライドが処理される、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項４８】
スライドキャッシングのための方法であって、
ラックおよびバッファを提供するステップと、
前記ラックと前記バッファの間で第１のスライドを移動させるステップと、
第２のスライドを、前記第２のスライドの走査に関連して前記バッファ内または前記バッファ外へ移動させるステップとを含み、前記ラックと前記バッファの間の前記第１のスライドの移動が、前記第２のスライドの前記走査と並行して実行される、方法。
【請求項４９】
前記第２のスライドの前記走査が、集束動作および画像捕獲動作を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記第２のスライドの前記走査と並行して第１のスライドを移動させることで、少なくとも１０％の時間利得を提供する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２のスライドの前記走査が、動的集束動作を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記バッファが、カメラバッファ位置および戻りバッファ位置の少なくとも１つを含む複数のバッファ位置を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１のスライドおよび前記第２のスライドの少なくとも１つが前記カメラバッファ位置にあるとき、前記第１のスライドおよび前記第２のスライドの少なくとも１つのサムネイル画像を捕獲するステップ
をさらに含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
スライドキャッシングのためのデバイスであって、
第１のラックと、
第２のラックと、
第１のスライドを、前記第１のスライドの走査に関連して前記第１のラック内または前記第１のラック外へ移動させる第１のＸＹステージと、
第２のスライドを、前記第２のスライドの走査に関連して前記第２のラック内または前記第２のラック外へ移動させる第２のＸＹステージとを備え、前記第１のスライドに対応する前記第１のＸＹステージの少なくとも１つの機能が、前記第２のスライドに対応する前記第２のＸＹステージの少なくとも１つの機能と並行して実行される、デバイス。
【請求項５５】
前記第１のラックおよび前記第２のラックが、単一のラックの一部を形成する、請求項５４に記載のデバイス。
【請求項５６】
前記第１のスライドおよび前記第２のスライドを撮像する撮像デバイス
をさらに備える、請求項５４に記載のデバイス。
【請求項５７】
前記第１のＸＹステージと前記第２のＸＹステージがそれぞれ、スライドピックアップヘッドを含む、請求項５４に記載のデバイス。
【請求項５８】
スライド走査のためのデバイスであって、
回転可能なトレーと、
前記回転可能なトレー内に配置された少なくとも１つの凹部とを備え、前記少なくとも１つの凹部が、スライドを受け取るように寸法設定され、前記少なくとも１つの凹部が、前記回転可能なトレーの回転の結果、走査位置で前記スライドを安定させる、デバイス。
【請求項５９】
前記少なくとも１つの凹部が、前記スライドを安定させる複数の凸部を含む、請求項５８に記載のデバイス。
【請求項６０】
前記少なくとも１つの凹部が、前記回転可能なトレーの円周リング上に配置された複数の凹部を含む、請求項５８に記載のデバイス。
【請求項６１】
撮像システムをさらに備え、前記撮像システムの少なくとも１つの構成要素が、前記回転可能なトレーの放射方向に移動する、
請求項５８に記載のデバイス。
【請求項６２】
前記撮像システムの前記少なくとも１つの構成要素が、前記回転可能なトレーの１回転
に対応して前記放射方向に漸進的に移動する、請求項６１に記載のデバイス。
【請求項６３】
前記少なくとも１つの凹部が、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定され、前記スライドの前記長さが、前記回転可能なトレーの放射方向に向けられる、請求項５８に記載のデバイス。
【請求項６４】
前記少なくとも１つの凹部が、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定され、前記スライドの前記幅が、前記回転可能なトレーの放射方向に向けられる、請求項５８に記載のデバイス。
【請求項６５】
スライドを走査する方法であって、
回転可能なトレーの少なくとも１つの凹部内に前記スライドを配置するステップと、
前記回転可能なトレーを回転させるステップとを含み、前記少なくとも１つの凹部が、スライドを受け取るように寸法設定され、前記少なくとも１つの凹部が、前記回転可能なトレーの回転の結果、走査位置で前記スライドを安定させる、方法。
【請求項６６】
前記少なくとも１つの凹部が、前記スライドを安定させる複数の凸部を含む、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記少なくとも１つの凹部が、前記回転可能なトレーの円周リング上に配置された複数の凹部を含む、請求項６５に記載の方法。
【請求項６８】
撮像システムを提供するステップと、
前記回転可能なトレーの放射方向に前記撮像システムの少なくとも１つの構成要素を移動させるステップと
をさらに含む、請求項６５に記載の方法。
【請求項６９】
前記撮像システムの前記少なくとも１つの構成要素が、前記回転可能なトレーの１回転に対応して前記放射方向に漸進的に移動される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記少なくとも１つの凹部が、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定され、前記スライドの前記長さが、前記回転可能なトレーの放射方向に向けられる、請求項６５に記載の方法。
【請求項７１】
前記少なくとも１つの凹部が、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定され、前記スライドの前記幅が、前記回転可能なトレーの放射方向に向けられる、請求項６５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、「Ｏｎ−ｔｈｅ−Ｆｌｙ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ」という名称の２０１０年７月２３日出願の米国特許仮出願第６１／３６７，３４１号、「Ｓｌｉｄｅ  Ｃａｃｈｉｎｇ  ｉｎ  ａ  Ｓｌｉｄｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ」という名称の２０１０年１月２８日出願の米国特許仮出願第６１／２９９，２３１号、「Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  Ｓｌｉｄｅ  Ｓｔａｇｅ」という名称の２００９年１１月１３日出願の米国特許仮出願第６１／２６１，２５１号、「Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｓｌｉｄｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐａｔｈｏｌｏｇｙ」という名称の２００９年１０月２９日出願の米国特許仮出願第６１／２５６，２２８号、および「Ｏｎ−ｔｈｅ−Ｆｌｙ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ」という名称の２００９年１０月１９日出願の米国特許仮出願第６１／２５２，９９５号に対する優先権を主張する。同願をすべて、参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本願は、撮像の分野に関し、より詳細には、画像を取得および捕獲するシステムおよび技法に関する。
【背景技術】
【０００３】
疾病を示す細胞構造の変化の分子撮像識別は、依然として、創薬科学をよりよく理解するための鍵である。顕微鏡検査の適用分野は、微生物学（たとえば、グラム染色など）、植物組織培養、動物細胞培養（たとえば、位相差顕微鏡検査など）、分子生物学、免疫学（たとえば、ＥＬＩＳＡなど）、細胞生物学（たとえば、免疫蛍光法、染色体分析など）、共焦点顕微鏡検査、微速度および生細胞撮像、直列および３次元撮像に適用することができる。
【０００４】
共焦点顕微鏡検査の進歩により、細胞内で発生する秘密の多くを解明してきたため、蛍光マーカを使用すると、転写および並進のレベル変化を検出することができる。共焦点手法の利点は、試験片を通じて順次高い分解能で個々の光学断面を撮像する特性に起因する。しかし依然として、比較的低いコストで病理組織の正確な分析を提供する病理組織の画像のデジタル処理システムおよび方法が必要とされている。
【０００５】
デジタル病理学における所望の目標は、観察するための高分解能のデジタル画像を短期間で取得することである。病理学者が顕微鏡の接眼レンズを通じてスライドを観察する現在の手動の方法では、細胞特性の検査または染色された細胞と染色されていない細胞の計数の際に診断することができる。デジタル画像が収集され、高分解能のモニタで観察され、また後の使用のために共用および保管できる自動化された方法が望ましい。デジタル化プロセスは、高い処理量ならびに高分解能および高品質の画像で効率的に実現されると有利である。
【０００６】
従来の仮想顕微鏡検査システムにおける撮像技法では、個々の画像で、画像の大部分において著しく焦点がずれている可能性がある。従来の撮像システムは、カメラによって得られるそれぞれの個々のスナップショットに対して単一の焦点距離に制限されており、したがって、走査されている対象試験片の表面が均一でないとき、それぞれの「視野」には焦点のずれた領域がある。仮想顕微鏡検査で用いられる高倍率レベルでは、均一の表面を有する試験片は極めてまれである。
【０００７】
従来のシステムは、１）第１の通過において、組織断面の上部に配置された２次元の格
子上に構成された画像フレームによって分離される点のアレイで最善の焦点を判定するステップと、２）別の通過において、各焦点へ移動して画像フレームを獲得するステップとを含む２ステッププロセスに基づく事前集束技法を使用して、高い比率の焦点ずれ画像に対処する。これらの最善の焦点間の点では、焦点は補間される。この２ステッププロセスは、焦点ずれ画像を低減させ、またはさらにはなくすことができるが、このプロセスの結果、傾けた画像を獲得する速度が著しく損失される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、従来の撮像システムに固有の著しい問題を克服し、焦点の合った高品質の画像を高い処理量で効率的に提供するシステムを提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書に記載するシステムによれば、試験片の焦点の合った画像を取得するデバイスは、試験片を検査するように配置された対物レンズを含む。対物レンズには低速集束ステージが結合され、低速集束ステージは、対物レンズの移動を制御する。ディザ焦点ステージがディザレンズを含み、ディザ焦点ステージはディザレンズを移動させる。ディザレンズを介して伝送される光に従って、焦点センサが焦点情報を提供する。少なくとも１つの電気構成要素が焦点情報を使用して測定基準を判定し、測定基準に従って対物レンズの第１の焦点位置を判定し、電気構成要素は、対物レンズを第１の焦点位置へ移動させるための位置情報を低速集束ステージへ送る。対物レンズが第１の焦点位置へ移動された後、画像センサが試験片の画像を捕獲する。ＸＹ移動ステージを含むことができ、ＸＹ移動ステージ上に試験片が配置され、電気構成要素は、ＸＹ移動ステージの移動を制御する。ＸＹ移動ステージの移動は、ディザレンズの運動に位相ロックすることができる。ディザ焦点ステージは、ディザレンズを並進運動で移動させる音声コイル作動式の屈曲アセンブリを含むことができる。ディザレンズは、少なくとも６０Ｈｚの共振周波数で移動させることができ、電気構成要素は、焦点情報を使用して、１秒当たり少なくとも６０回の焦点計算を実行する。焦点センサおよびディザ焦点ステージは、双方向に動作するように設定することができ、焦点センサは、共振周波数のディザレンズの運動の正弦波形の上下部分両方に関する焦点情報を生成する。測定基準は、コントラスト情報、鮮明度情報、および／または色度情報を含むことができる。焦点情報は、試験片の焦点走査中に使用される焦点窓の複数の区間に対する情報を含むことができる。電気構成要素は、ＸＹ移動ステージの移動を制御することができ、ＸＹ移動ステージの速度を判定する際に、複数の区間の少なくとも一部分からの情報が使用される。焦点センサの視野は、画像センサの視野に対して傾けることができる。
【００１０】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、試験片の焦点の合った画像を取得する方法が提供される。この方法は、試験片を検査するように配置された対物レンズの移動を制御するステップを含む。ディザレンズの運動が制御され、ディザレンズを介して伝送される光に従って焦点情報が提供される。焦点情報を使用して測定基準を判定し、測定基準に従って対物レンズの第１の焦点位置を判定する。対物レンズを第１の焦点位置へ移動させるために使用される位置情報が送られる。第１の焦点位置は、最善の焦点位置として判定することができ、この方法は、対物レンズが最善の焦点位置へ移動された後に、試験片の画像を捕獲するステップをさらに含むことができる。ディザレンズは、少なくとも６０Ｈｚの共振周波数で移動させることができ、１秒当たり少なくとも６０回の焦点計算を実行することができる。測定基準は、鮮明度情報、コントラスト情報、および／または色度情報を含むことができる。焦点情報は、試験片の焦点走査中に使用される焦点窓の複数の区間に対する情報を含むことができる。試験片が配置されたＸＹ移動ステージの移動を制御することができ、ＸＹ移動ステージの速度を判定する際に、複数の区間の少なくとも一部分からの情報を使用することができる。ＸＹ移動ステージの移動を制御して、試験片の前
後の並進走査を提供することができる。
【００１１】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、試験片の画像を取得する方法は、公称焦点面を確立するステップを含む。試験片は、関連するｘおよびｙ座標を有する開始位置で位置決めされる。前記試験片を越える単一の横断で、第１の処理が実行される。第１の処理は、ディザレンズを使用して、複数の点のそれぞれに対して焦点位置を判定するステップと、前記焦点位置に従って、前記複数の点のそれぞれに対してフレームを獲得するステップとを含む。
【００１２】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、コンピュータ可読媒体が、上述したステップのいずれかによって試験片の焦点の合った画像を取得するために記憶されたコードを備える。さらに、コンピュータ可読媒体は、後述するプロセスのいずれか１つまたは複数を実行するために記憶されたコードを備えることができる。
【００１３】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、顕微鏡ステージのためのデバイスが、移動ステージブロックと、移動ステージブロックを案内する底ブロックとを含む。底ブロックは、実質上平坦な第１のブロックと、三角形の形状を有する第２のブロックとを含み、第１のブロックおよび第２のブロックは、移動ステージブロックを並進方向に案内する。第１のブロックおよび第２のブロックは、底板上の高くなった突起上で支持することができる。第１のブロックおよび第２のブロックは、ガラスから作製することができる。移動ステージブロック上に、第１のブロックおよび第２のブロックに接触する複数のボタン要素を配置することができ、ボタン要素は、並進方向にのみ移動ステージブロックの運動を可能にすることができる。ボタン要素は、球面形状を有することができ、熱可塑性物質から作製することができる。複数のボタン要素の少なくとも２つは、第２のブロックの三角形の形状の両側で互いに面するように構成することができ、複数のボタン要素の少なくとも１つのボタンは、その平坦な面で第１のブロックに接触する。移動ステージブロック上の複数のボタン要素の位置は、三角形を形成することができる。複数のボタン要素はそれぞれ、ステージの運動中に等しい重量を保持することができる。移動ステージブロックは、複数のボタン要素の位置によって形成された三角形の質量中心に重心を有するような形状とすることができる。片持ち梁アームアセンブリを提供することができ、片持ち梁アセンブリに堅く結合された第１の端部と、移動ステージブロック上の質量中心位置に結合された第２の端部とを有する屈曲要素を提供することができる。片持ち梁アームアセンブリは、レール上の再循環式の軸受設計を介して動作する軸受ブロックに結合された片持ち梁アームを含むことができる。レール上で軸受ブロックを駆動させると、屈曲要素は、移動ステージブロックに力を印加することができる。屈曲要素の曲げ剛性は、片持ち梁アームアセンブリの上下運動から移動ステージブロックを分離することができる。底ブロックは、移動ステージブロックの並進方向に対して垂直な方向に別の移動ステージを形成することができる。１５０ナノメートル程度の運動の繰返し精度を提供することができる。運動の繰返し精度は、移動ステージおよび底ブロックの並進方向に直交することができる。
【００１４】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、スライドキャッシングのためのデバイスが、ラックと、バッファと、ラックとバッファの間で第１のスライドを移動させるスライドハンドラと、ＸＹステージとを含む。ＸＹステージは、第２のスライドの走査に関連して第２のスライドを移動させ、第１のスライドに対応するスライドハンドラの少なくとも１つの機能が、第２のスライドに対応するＸＹステージの少なくとも１つの機能と並行して実行される。スライドハンドラは、ラック、バッファ、およびＸＹステージの間で第１のスライドおよび第２のスライドを移動させることができ、少なくとも３自由度で移動することができる。ＸＹステージは、バッファからＸＹステージへスライドを移動させるスライドピックアップヘッドを含むことができる。撮像デバイスが、第１のスライドおよび第２のスライドを撮像することができ、集束システムおよびカメラを含むことができる。
集束システムは、動的集束システムを含むことができる。ＸＹステージの機能と並行して実行されるスライドハンドラの機能は、少なくとも１０％の時間利得を提供することができる。スライドハンドラは、機械的ピックアップデバイスおよび／または真空ピックアップデバイスを含むスライドピックアップヘッドを含むことができる。バッファは、複数のスライドを受け入れる複数のバッファ位置を含むことができる。バッファの少なくとも１つのバッファ位置は、スライドのサムネイル画像を捕獲するために使用される位置とすることができる。ラックは、少なくとも１つの主トレーおよび迂回トレーを含むことができ、主トレー内に何らかのスライドが配置される前に、迂回トレー内に配置されたスライドが処理される。
【００１５】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、スライドキャッシングのための方法が、ラックおよびバッファを提供するステップを含む。ラックとバッファの間で、第１のスライドが移動される。第２のスライドが、第２のスライドの走査に関連してバッファ内またはバッファ外へ移動される。ラックとバッファの間の第１のスライドの移動は、第２のスライドの走査と並行して実行することができる。第２のスライドの走査は、集束動作および画像捕獲動作を含むことができる。第２のスライドの走査と並行して第１のスライドを移動させることで、少なくとも１０％の時間利得を提供することができる。第２のスライドの走査は、動的集束動作を含むことができる。バッファは、カメラバッファ位置および戻りバッファ位置の少なくとも１つを含む複数のバッファ位置を含むことができる。この方法は、第１のスライドおよび／または第２のスライドがカメラバッファ位置にあるとき、第１のスライドおよび／または第２のスライドのサムネイル画像を捕獲するステップをさらに含むことができる。
【００１６】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、スライドキャッシングのためのデバイスは、第１のラック、第２のラック、第１のＸＹステージ、および第２のＸＹステージを含む。第１のＸＹステージは、第１のスライドを、第１のスライドの走査に関連して第１のラック内または第１のラック外へ移動させる。第２のＸＹステージは、第２のスライドを、第２のスライドの走査に関連して第２のラック内または第２のラック外へ移動させる。第１のスライドに対応する第１のＸＹステージの少なくとも１つの機能は、第２のスライドに対応する第２のＸＹステージの少なくとも１つの機能と並行して実行される。第１のラックおよび第２のラックは、単一のラックの一部を形成することができる。撮像デバイスが、第１のスライドおよび第２のスライドを撮像することができる。第１のＸＹステージと第２のＸＹステージはそれぞれ、スライドピックアップヘッドを含むことができる。
【００１７】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、スライド走査のためのデバイスが、回転可能なトレーと、回転可能なトレー内に配置された少なくとも１つの凹部とを含む。凹部は、スライドを受け取るように寸法設定され、凹部は、回転可能なトレーの回転の結果、走査位置でスライドを安定させる。凹部は、スライドを安定させる複数の凸部を含むことができ、回転可能なトレーの円周リング上に配置された複数の凹部を含むことができる。撮像システムを含むことができ、撮像システムの少なくとも１つの構成要素は、回転可能なトレーの放射方向に移動する。撮像システムの構成要素は、回転可能なトレーの１回転に対応して放射方向に漸進的に移動することができる。凹部は、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定することができ、スライドの長さは、回転可能なトレーの放射方向に向けることができる。凹部は、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定することができ、スライドの幅は、回転可能なトレーの放射方向に向けることができる。
【００１８】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、スライドを走査する方法が、回転可能なトレーの少なくとも１つの凹部内にスライドを配置するステップと、回転可能なトレーを回転させるステップとを含む。凹部は、スライドを受け取るように寸法設定され、凹部は
、回転可能なトレーの回転の結果、走査位置でスライドを安定させる。凹部は、スライドを安定させる複数の凸部を含むことができ、回転可能なトレーの円周リング上に配置された複数の凹部を含むことができる。この方法は、撮像システムを提供するステップと、回転可能なトレーの放射方向に撮像システムの少なくとも１つの構成要素を移動させるステップとをさらに含むことができる。撮像システムの構成要素は、回転可能なトレーの１回転に対応して放射方向に漸進的に移動させることができる。凹部は、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定することができ、スライドの長さは、回転可能なトレーの放射方向に向けられる。凹部は、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定することができ、スライドの幅は、回転可能なトレーの放射方向に向けられる。
【００１９】
本明細書に記載するシステムの実施形態について、図面に基づいて本明細書により詳細に説明する。図面について、以下に簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本明細書に記載するシステムの様々な実施形態によるデジタル病理学標本の走査および撮像に関連して使用される様々な構成要素デバイスを含むことができる走査顕微鏡および／または他の走査デバイスの撮像システムの概略図である。
【図２】本明細書に記載するシステムの一実施形態による焦点システムを含む撮像デバイスを示す概略図である。
【図３】図３Ａは、制御システムが適当な電子機器を含むことができることを示す、制御システムの一実施形態の概略図である。図３Ｂは、制御システムが適当な電子機器を含むことができることを示す、制御システムの一実施形態の概略図である。
【図４】本明細書に記載するシステムの一実施形態によるディザ焦点ステージをより詳細に示す概略図である。
【図５Ａ】本明細書に記載するシステムによる集束動作の反復を示す概略図である。
【図５Ｂ】本明細書に記載するシステムによる集束動作の反復を示す概略図である。
【図５Ｃ】本明細書に記載するシステムによる集束動作の反復を示す概略図である。
【図５Ｄ】本明細書に記載するシステムによる集束動作の反復を示す概略図である。
【図５Ｅ】本明細書に記載するシステムによる集束動作の反復を示す概略図である。
【図６】図６Ａは、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるディザ焦点光学系および鮮明度判断の命令波形を示すグラフの概略図である。図６Ｂは、ディザレンズの正弦波運動の一部分に対して計算された鮮明度（Ｚｓ）値のグラフを示す概略図である。
【図７】図７Ａは、本明細書に記載するシステムの一実施形態による試験片（組織）の集束判断および調整を示す概略図である。図７Ｂは、本明細書に記載するシステムの一実施形態による試験片（組織）の集束判断および調整を示す概略図である。
【図８】本明細書に記載するシステムの一実施形態によるディザ集束光学系によって標本化された複数の点における各鮮明度応答に対する鮮明度曲線およびコントラスト比を含む鮮明度プロファイルの一例を示す概略図である。
【図９】制御信号を生成して低速焦点ステージを制御するためのコントラスト関数の使用を示す機能制御ループブロック図である。
【図１０】本明細書に記載するシステムの一実施形態による焦点処理に関連して複数の区間に分割されている焦点窓を示す概略図である。
【図１１】本明細書の技法による一実施形態において複数の時点で取得できる異なる鮮明度値の図である。
【図１２】本明細書に記載するシステムの一実施形態による検査下で試験片の走査中に実行中の焦点処理を示す流れ図である。
【図１３】本明細書に記載するシステムの一実施形態による低速焦点ステージにおける処理を示す流れ図である。
【図１４】本明細書に記載するシステムの一実施形態による画像捕獲処理を示す流れ図である。
【図１５】本明細書に記載するシステムの一実施形態による焦点処理のための代替構成を示す概略図である。
【図１６】本明細書に記載するシステムの別の実施形態による焦点処理のための代替構成を示す概略図である。
【図１７】本明細書に記載するシステムの一実施形態によるスライド上の組織のモザイク画像を獲得するための処理を示す流れ図である。
【図１８】本明細書に記載するシステムの一実施形態によるＸＹステージの精密ステージ（たとえば、Ｙステージ部分）の一実装形態を示す概略図である。
【図１９】図１９Ａは、本明細書に記載するシステムの一実施形態による精密ステージの移動ステージブロックのより詳細な図である。図１９Ｂは、本明細書に記載するシステムの一実施形態による精密ステージの移動ステージブロックのより詳細な図である。
【図２０】本明細書に記載するシステムの一実施形態によるＹステージ、Ｘステージ、および底板を含む、本明細書に論じる精密ステージの特徴によるＸＹ複合ステージ全体の一実装形態を示す図である。
【図２１】本明細書に記載するシステムの一実施形態によるスライドキャッシングデバイスを示す概略図である。
【図２２】図２２Ａは、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるスライドキャッシング処理を、第１のスライドに関連して示す流れ図である。図２２Ｂは、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるスライドキャッシング処理を、第２のスライドに関連して示す流れ図である。
【図２３Ａ】本明細書に記載するシステムの様々な実施形態による時間の節約を示す、本明細書に記載するシステムの実施形態によるスライドキャッシング技法を使用するタイミング図である。
【図２３Ｂ】本明細書に記載するシステムの様々な実施形態による時間の節約を示す、本明細書に記載するシステムの実施形態によるスライドキャッシング技法を使用するタイミング図である。
【図２４】本明細書に記載するシステムの別の実施形態によるスライドキャッシングデバイスを示す概略図である。
【図２５】図２５Ａは、スライド処理のために２つのＸＹ複合ステージを有するスライドキャッシングデバイスに関して記載するシステムの一実施形態による第１のスライドに関連するスライドキャッシング処理を示す流れ図である。図２５Ｂは、スライド処理のために２つのＸＹ複合ステージを有するスライドキャッシングデバイスに関して記載するシステムの一実施形態による第２のスライドに関連するスライドキャッシング処理を示す流れ図である。
【図２６】本明細書に記載するシステムの別の実施形態によるスライドキャッシングデバイスを示す概略図である。
【図２７】図２６によるスライドキャッシングデバイスの別の図を示す概略図である。
【図２８Ａ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２８Ｂ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２８Ｃ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２８Ｄ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２８Ｅ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２８Ｆ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２８Ｇ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２８Ｈ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２８Ｉ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２８Ｊ】本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。
【図２９】本明細書に記載するシステムの一実施形態による発光ダイオード（ＬＥＤ）照射アセンブリを使用してスライドを照射する照射システムを示す概略図である。
【図３０】本明細書に記載するシステムによるＬＥＤ照射アセンブリに対する一実施形態のより詳細な図を示す概略図である。
【図３１】本明細書に記載するシステムの一実施形態によるＬＥＤ照射アセンブリの特有の実装形態を示す概略分解図である。
【図３２】デジタル病理学撮像に関連して使用できる本明細書に記載するシステムの一実施形態による高速スライド走査デバイスを示す概略図である。
【図３３】本明細書に記載するシステムの一実施形態による高速スライド走査デバイスのトレー上の凹部をより詳細に示す概略図である。
【図３４】凹部内のスライド上の試験片を撮像するためにスライドに対して第１の放射方向の位置から開始する撮像経路を示す概略図である。
【図３５】図３５Ａは、本明細書に記載するシステムの別の実施形態による回転式スライドホルダ上のスライドの代替構成を示す概略図である。
【００２１】
図３５Ｂは、本明細書に記載するシステムの別の実施形態による回転式スライドホルダ上のスライドの代替構成を示す概略図である。
【図３６】スライド上の試験片を検査するように配置された対物レンズを含む、本明細書に記載するシステムの一実施形態による撮像システムを示す概略図である。
【図３７】本明細書に記載するシステムの一実施形態による回転可能なトレーを使用する高速スライド走査を示す流れ図である。
【図３８】本明細書に記載するシステムの一実施形態による光学複像システムを示す概略図である。
【図３９】図３９Ａは、本明細書に記載するシステムの一実施形態による画像センサの前における第１の結像レンズおよび第２の結像レンズの往復を示す光学複像システムの概略図である。図３９Ｂは、本明細書に記載するシステムの一実施形態による画像センサの前における第１の結像レンズおよび第２の結像レンズの往復を示す光学複像システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本明細書に記載するシステムの様々な実施形態によるデジタル病理学標本の走査および撮像に関連して使用される様々な構成要素デバイスを含むことができる走査顕微鏡および／または他の走査デバイスの撮像システム５の概略図である。撮像システム５は、本明細書に別途詳細にさらに論じるように、他の構成要素システム５０の中でも、集束システム１０、スライドステージシステム２０、スライドキャッシングシステム３０、および照射システム４０を有する撮像デバイスを含むことができる。本明細書に記載するシステムは、「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  Ｓｌｉｄｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称のＤｉｅｔｚらの米国特許出願公開第２００８／０２４０６１３号に記載されているように、精度を実質的に損失することなく、拡大して画像を再構成し、再構成された画像を表示および記憶することに関連する特徴を含む、画像の捕獲、ステッチ、および拡大のための顕微鏡スライド走査計器のアーキテクチャおよび技法に関連して使用できることにも留意されたい。同願を、参照により本
明細書に組み込む。
【００２３】
図２は、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるスライド上に配置された組織標本１０１および／または他の物体の焦点の合った画像を撮る集束システムの構成要素を含む光学走査顕微鏡および／または他の適当な撮像システムの撮像デバイス１００を示す概略図である。本明細書に記載する集束システムは、スナップショットが捕獲されると、各スナップショットに対する最善の焦点の判定を実現する。これを、「実行中の集束」と呼ぶことができる。本明細書に提供されるデバイスおよび技法は、病理学スライド内の一領域のデジタル画像を形成するのに必要な時間を著しく低減させる。本明細書に記載するシステムは、従来のシステムの２ステップ手法のステップを組み込み、事前集束に必要な時間を本質的になくす。本明細書に記載するシステムは、スナップショットを捕獲するための実行中の処理を使用して顕微鏡スライド上の試験片のデジタル画像を作成するステップを提供し、すべてのスナップショットを捕獲する総時間は、スナップショットを捕獲する前に各スナップショットに対する焦点を事前判定するステップを使用する方法によって必要とされる時間より短くなる。
【００２４】
撮像デバイス１００は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）および／またはコンプリメンタリ（ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ）金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサなどの撮像センサ１１０を含むことができる。撮像センサ１１０は、デジタル病理学画像を捕獲するカメラ１１１の一部とすることができる。撮像センサ１１０は、光が伝送される顕微鏡の結像レンズ１１２、ビームスプリッタ１１４、ならびに集光器１１６および光源１１８および／または他の適当な光学構成要素１１９などの他の構成要素を介して、顕微鏡対物レンズ１２０から伝送される光を受け取ることができる。顕微鏡対物レンズ１２０は、無限大補正式とすることができる。一実施形態では、ビームスプリッタ１１４は、光ビーム源の約７０％を画像センサ１１０へ誘導し、約３０％の残りの部分を経路に沿ってディザ集束ステージ１５０および焦点センサ１６０へ誘導するように配分することを実現することができる。撮像されている組織標本１０１は、Ｘ方向およびＹ方向に移動できるＸＹ移動ステージ１３０上に配置することができ、ＸＹ移動ステージ１３０は、本明細書に別途さらに論じるように制御することができる。低速集束ステージ１４０が、画像センサ１１０によって捕獲される組織１０１の画像を集束させるように、顕微鏡対物レンズ１２０のＺ方向の移動を制御することができる。低速集束ステージ１４０は、顕微鏡対物レンズ１２０を移動させるモータおよび／または他の適したデバイスを含むことができる。本明細書に記載するシステムによれば、オンフライ（ｏｎ−ｆｌｙ−）集束に対する微細な集束制御を提供するために、ディザ集束ステージ１５０および焦点センサ１６０が使用される。様々な実施形態では、焦点センサ１６０は、ＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳセンサとすることができる。
【００２５】
ディザ集束ステージ１５０および焦点センサ１６０は、画像スナップショットが捕獲されると、各画像スナップショットに対する最善の焦点を取得するために撮像プロセス中に急速に計算される鮮明度値および／または他の測定基準に従って、実行中の集束を提供する。本明細書に別途詳細にさらに論じるように、ディザ集束ステージ１５０は、顕微鏡対物レンズ１２０のより低速の運動で実行可能な移動周波数とは無関係に、それを超過する周波数で、たとえば正弦運動で移動させることができる。焦点センサ１６０によって、ディザ集束ステージ１５０の運動範囲にわたって、組織の観察のための焦点情報に関する複数の測定が行われる。焦点電子機器および制御システム１７０は、焦点センサおよびディザリング焦点ステージ１５０を制御する電子機器と、マスタクロックと、低速焦点ステージ１４０を制御（Ｚ方向）する電子機器と、Ｘ−Ｙ移動ステージ１３０と、本明細書の技法によるシステムの一実施形態の他の構成要素とを含むことができる。焦点電子機器および制御システム１７０は、ディザ集束ステージ１５０および焦点センサ１６０からの情報を使用して鮮明度計算を実行するために使用することができる。ディザ移動によって画定
される正弦曲線の少なくとも一部分にわたって、鮮明度値を計算することができる。次いで、焦点電子機器および制御システム１７０は、その情報を使用して組織の最善の焦点画像に対する位置を判定し、低速焦点ステージ１４０に命令して、撮像プロセス中に最善の焦点画像を取得するのに所望の位置へ顕微鏡対物レンズ１２０を移動（図示のようにＺ軸に沿って）させる。制御システム１７０はまた、その情報を使用して、ＸＹ移動ステージ１２０の速度、たとえばステージ１３０のＹ方向の移動速度を制御することもできる。一実施形態では、隣接する画素のコントラスト値の差を計算してそれを２乗し、それらの値をともに合計して１つの点数を形成することによって、鮮明度値を算出することができる。鮮明度値を判定するための様々なアルゴリズムについては、本明細書に別途さらに論じる。
【００２６】
本明細書に別途論じる構成要素によれば、本明細書に記載するシステムによる様々な実施形態では、顕微鏡スライド上の試験片のデジタル画像を作成するデバイスは、無限大補正式の顕微鏡対物レンズと、ビームスプリッタと、カメラ集束レンズと、高分解能のカメラと、センサ焦点レンズ群と、ディザ集束ステージと、集束センサと、集束粗動（低速）ステージと、焦点電子機器とを含む。このデバイスは、スナップショットを捕獲する前にすべてのスナップショットに対する焦点を事前判定する必要なく、対物レンズを集束させてカメラを通じて各スナップショットを捕獲することを可能にすることができ、すべてのスナップショットを捕獲する総時間は、スナップショットを捕獲する前に各スナップショットに対する焦点を事前判定するステップを必要とするシステムによって必要とされる時間より短くなる。このシステムは、ｉ）ｚ範囲全体にわたって粗動焦点ステージを移動させて鮮明度値を監視することによって、組織上の第１の焦点を判定して公称焦点面を確立するコンピュータ制御部、ｉｉ）当該領域の隅部から開始するように組織をｘおよびｙで位置決めするコンピュータ制御部、ｉｉｉ）ディザ微焦点ステージが移動するように設定し、ディザ焦点ステージがＸＹステージの速度も制御するマスタクロックに同期されるコンピュータ制御部、ｉｖ）ステージに命令して、フレームから隣接するフレームへ移動させるコンピュータ制御部、ならびに／またはｖ）トリガ信号を生成して画像センサ上でフレームを獲得し、光源をトリガして光パルスを生じさせるコンピュータ制御部を含むことができる。
【００２７】
さらに、別の実施形態によれば、本明細書に記載するシステムは、顕微鏡スライド上の試験片のデジタル画像を作成するコンピュータ実施方法を提供することができる。この方法は、顕微鏡スライドのうち試験片の少なくとも一部分を含む領域を含む走査領域を判定するステップを含むことができる。走査領域は、複数のスナップショットに分けることができる。これらのスナップショットは、顕微鏡対物レンズおよびカメラを使用して捕獲することができ、対物レンズおよび顕微鏡の集束ならびにカメラを通じた各スナップショットの捕獲は、スナップショットを捕獲する前にすべてのスナップショットに対する焦点を事前判定する必要なく、各スナップショットに対して行うことができる。すべてのスナップショットを捕獲する総時間は、スナップショットを捕獲する前に各スナップショットに対する焦点を事前判定するステップを必要とする方法によって必要とされる時間より短くすることができる。
【００２８】
図３Ａは、焦点電子機器１６１、マスタクロック１６３、およびステージ制御電子機器１６５を含む焦点電子機器および制御システム１７０の一実施形態の概略図である。図３Ｂは、焦点電子機器１６１の一実施形態の概略図である。図示の実施形態では、焦点電子機器１６１は、適切な速さのＡ／Ｄ変換器１７１、および鮮明度計算を行うために使用できるマイクロプロセッサ１７３を有するフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１７２などの適当な電子機器を含むことができる。Ａ／Ｄ変換器１７１は、焦点センサ１６０から情報を受け取ることができ、焦点センサ１６０は、ＦＰＧＡ１７２およびマイクロプロセッサ１７３に結合され、鮮明度情報を出力するために使用される。１７０内
に含まれるマスタクロックは、システムの焦点電子機器１６１、ステージ制御電子機器１６５、および他の構成要素へマスタクロック信号を供給することができる。ステージ制御電子機器１６５は、本明細書に別途さらに論じるように、低速焦点ステージ１４０、Ｘ−Ｙ移動ステージ１３０、ディザ集束ステージ１５０を制御するために使用される制御信号、ならびに／または他の制御信号および情報を生成することができる。ＦＰＧＡ１７２は、他の情報の中でも、クロック信号を焦点センサ１６０へ供給することができる。研究室における測定は、６４０×３２画素のフレーム上の鮮明度計算を１８マイクロ秒で行うことができることを示す。これは、本明細書に記載するシステムの適切な動作にとって優に十分な速さである。一実施形態では、焦点センサ１６０は、本明細書に別途さらに論じるように、６４０×３２のストリップに窓を有する単色のＣＣＤカメラを含むことができる。
【００２９】
走査顕微鏡は、本明細書に別途さらに論じるように、コントラスト情報、および／またはＲＧＢもしくは何らかの他の色空間の強度情報を含む１Ｄまたは２Ｄの画素アレイを獲得することができる。システムは、広い視野にわたって、たとえば２５ｍｍ×５０ｍｍのガラススライド上で最善の焦点を見出す。多くの市販のシステムは、ＣＣＤアレイを有する２０倍で０．７５ＮＡの顕微鏡対物レンズによって生成される情景を標本化する。対物レンズおよび集光器のＮＡが０．７５であり、波長が５００ｎｍであることを考えると、この光学系の横方向の分解能は約０．５ミクロンである。この分解能の要素をナイキスト周波数で標本化するには、物体での画素寸法は、約０．２５ミクロンである。３０ｆｐｓで動作する４メガ画素のカメラ（たとえば、Ｄａｌｓａ  Ｆａｌｃｏｎ  ４Ｍ３０／６０）の場合、画素寸法が７．４ミクロンの状態では、物体から撮像カメラまでの倍率は７．４／０．２５＝３０倍である。したがって、２３５２×１７２８の１つのフレームは、物体で０．５８８ｍｍ×０．４３２ｍｍの面積を覆うことができ、これは、面積で１５ｍｍ×１５ｍｍと画定される典型的な組織断面の場合、約９１０フレームに等しい。本明細書に記載するシステムは、焦点寸法における組織の空間的変動が、物体におけるフレーム寸法よりはるかに小さい場合に使用されることが望ましい。実際には、焦点の変動は、より大きい距離にわたって発生し、焦点調整の大部分は、傾きを補正するために行われる。これらの傾きは通常、物体における１フレーム寸法当たり０．５〜１ミクロンの範囲内である。
【００３０】
現在の走査システム（たとえば、ＢｉｏＩｍａｇｅｎｅ  ｉＳｃａｎ  Ｃｏｒｅｏシステム）で結果を得る時間は、２０倍で１５ｍｍ×１５ｍｍの視野の事前走査および走査に対して約３．５分であり、１５ｍｍ×１５ｍｍの視野で４０倍の走査に対して約１５分である。１５ｍｍ×１５ｍｍの視野は、３５フレームを２６回の通過で通ることによって走査される。これらの走査は、１秒の回帰時間で単方向に行うことができる。本明細書に記載するシステムによる技法を使用して走査する時間は、公称焦点面を見出すのに約５秒とすることができ、１回の通過当たり１．１７秒（２５回通過）であり、合計は、５＋２５×（１．１７＋１）＝５９．２５秒（約１分）である。これは、従来の手法に比べてかなりの時間の節約である。本明細書に記載するシステムの他の実施形態では、さらに速い焦点時間を可能にすることができるが、連続走査の際に運動のぼけを回避するために、短い照射時間で必要な光の量が制限されることがある。この問題は、本明細書に別途さらに論じるようにＬＥＤ光源とすることができる光源１１８をパルシングまたはストロービングして高いピーク照射を可能にすることで緩和することができる。一実施形態では、光源１１８のパルシングは、焦点電子機器および制御システム１７０によって制御することができる。さらに、システムを双方向に動作させることで、２０倍の走査の場合の約２５秒の回帰時間の節約がなくなり、その結果、走査時間は３５秒になるはずである。
【００３１】
焦点電子機器および制御システム１７０に関連して使用される構成要素はまた、より全体として、本明細書に記載する技法の実施形態に関連して様々な異なる機能を実行するた
めに使用される電気構成要素を指すことができることに留意されたい。
【００３２】
図４は、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるディザ焦点ステージ１５０をより詳細に示す概略図である。ディザ焦点ステージ１５０はディザ集束レンズ１５１を含むことができ、ディザ集束レンズ１５１は、音声コイルアクチュエータなどの１つまたは複数のアクチュエータ１５２ａ、ｂ、によって移動させることができ、剛性の筐体１５３内へ取り付けることができる。一実施形態では、レンズは、市販の５０ｍｍの焦点距離を有する無彩色レンズとすることができる。たとえば、Ｅｄｍｕｎｄ  ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃのＮＴ３２−３２３を参照されたい。別法として、ディザ集束レンズ１５１は、プラスチックから構築し、非球面にし、レンズの重量が低減されるような形状（極めて低い質量）にすることができる。屈曲構造１５４は、剛性の筐体１５３に取り付けることができ、剛性の接地点に取り付けることができ、またディザ集束レンズ１５１の並進運動のみを、たとえば約６００〜１０００ミクロンというわずかな距離だけ可能にすることができる。一実施形態では、屈曲構造１５４は、曲げ方向に厚さ約０．２５４ｍｍ（０．０１０”）の適当なステンレス鋼シートから構築することができ、４本のバーの連結を形成することができる。屈曲部１５４は、多くのサイクルにわたって動作するように、その疲労限度から程遠い使用応力（５低い係数）で適したばね鋼から設計することができる。
【００３３】
ディザ集束レンズ１５１および屈曲部１５４の移動質量は、約６０Ｈｚ以上の第１の機械的共振を提供するように設計することができる。移動質量は、制御システム１７０にフィードバックを提供するために、容量性センサまたは渦電流センサなどの適切な高帯域幅（たとえば、１ｋＨｚ超）の位置センサ１５５で監視することができる（図２参照）。たとえば、ＫＬＡ  ＴｅｎｃｏｒのＡＤＥ部門は、本願に適した１ｋＨｚ帯域幅、１ｍｍの測定範囲、および７７ナノメートルの分解能を有する容量性センサの５ｍｍの２８０５プローブを製造する。要素１７０内に含まれる機能によって代表されるようなディザ焦点および制御システムは、ディザ集束レンズ１５１の振幅を規定の焦点範囲に維持することができる。ディザ焦点および制御システムは、よく知られている利得制御式の発振器回路に依拠することができる。共振動作するとき、ディザ集束レンズ１５１を低電流で駆動し、音声コイル巻線内で低い電力を放散することができる。たとえば、ＢＥＩ  Ｋｉｍｃｏ  ＬＡＯ８−１０（巻線Ａ）アクチュエータを使用すると、平均電流を１８０ｍＡ未満にすることができ、放散される電力を０．１Ｗ未満にすることができる。
【００３４】
本明細書に記載するシステムの様々な実施形態に関連して、ディザレンズの他のタイプの運動および他のタイプのアクチュエータ１５２ａ、ｂを使用できることに留意されたい。たとえば、アクチュエータ１５２ａ、ｂとして、圧電アクチュエータを使用することができる。さらに、ディザレンズの運動は、顕微鏡対物レンズ１２０の運動とは無関係なままの共振周波数以外の運動とすることができる。
【００３５】
本明細書の技法による一実施形態に含むことができる上記の容量性センサなどのセンサ１５５は、ディザ集束レンズがどこに位置決めされるか（たとえば、レンズの移動に対応する正弦波またはサイクルに対して）に関して、フィードバックを提供することができる。本明細書に別途説明するように、焦点センサを使用して取得されたどの画像フレームが最善の鮮明度値をもたらすかに関して、判断を行うことができる。このフレームに対して、センサ１５５によって示される正弦波位置に対するディザ集束レンズの位置を判定することができる。センサ１５５によって示される位置は、低速集束ステージ１４０に対する適当な調整を判定するために、１７０の制御電子機器によって使用することができる。たとえば、一実施形態では、顕微鏡対物レンズ１２０の移動は、低速焦点ステージ１４０の低速ステッパモータによって制御することができる。センサ１５５によって示される位置を使用して、顕微鏡対物レンズ１２０をＺ方向に最善の焦点位置で位置決めするのに対応する移動量（および対応する制御信号（複数可））を判定することができる。制御信号（
複数可）は、顕微鏡対物レンズ１２０の位置を最善の焦点位置へ必要に応じて変更するために、低速焦点ステージ１４０のステッパモータへ伝送することができる。
【００３６】
図５Ａ〜５Ｅは、本明細書に記載するシステムによる集束動作の反復を示す概略図である。これらの図は、画像センサ１１０、焦点センサ１６０、ディザレンズを有するディザ集束ステージ１５０、および顕微鏡対物レンズ１２０を示す。組織１０１は、焦点動作が実行される間に、ｙ軸、すなわちＸＹ移動ステージ１３０上を移動しているところを示す。一例では、ディザ集束ステージ１５０は、６０Ｈｚ以上（たとえば、８０Ｈｚ、１００Ｈｚ）などの所望の周波数でディザレンズを移動させることができるが、他の実施形態では、本明細書に記載するシステムはまた、ディザレンズが適用できる状況に応じてより低い周波数（たとえば、５０Ｈｚ）で移動する状態で動作できることに留意されたい。ＸＹ移動ステージ１３０には、フレームから隣接するフレームへ、たとえばＹ方向に移動するように命令することができる。たとえば、ステージ１３０には、１３ｍｍ／秒で一定に移動するように命令ことができる。これは、２０倍の対物レンズの場合、約３０フレーム／秒の取得速度に対応する。ディザ焦点ステージ１５０とＸＹ移動ステージ１３０を位相ロックすることができるため、ディザ焦点ステージ１５０およびセンサ１６０は、１秒当たり６０回の焦点計算を行うことができ、または１秒当たり１２０個の焦点もしくは１フレーム当たり４個の焦点で双方向に機能する（正弦波の上下運動を読む）ことができる。フレーム高さが１７２８画素である場合、これは、４３２画素ごと、または２０倍の対物レンズの場合１０８ミクロンごとに１つの焦点があることに等しい。ＸＹ移動ステージ１３０が移動しているため、焦点は、情景の変動を最小で維持するために、非常に短い期間、たとえば３３０μ秒（以下）で捕獲されるはずである。
【００３７】
様々な実施形態では、本明細書に別途さらに論じるように、このデータを記憶および使用して、次のフレームの焦点位置を外挿することができ、または別法として、外挿を使用しないことがあり、最後の焦点が、有効なフレームの焦点位置に使用される。ディザ周波数が６０Ｈｚであり、フレーム速度が１秒当たり３０フレームである場合、焦点は、フレームのうち、スナップ撮影されたフレームの中心から１／４以下の位置で得られる。通常、組織の高さは、フレームの１／４では、この焦点を不正確にするのに十分なほど変化しない。
【００３８】
組織上で第１の焦点を見出して、公称焦点面または基準面１０１’を確立することができる。たとえば、基準面１０１’は、最初に顕微鏡対物レンズ１２０を移動させ、ｚ範囲全体にわたって、たとえば＋１／−１ｍｍで低速焦点ステージ１４０を使用して鮮明度値を監視することによって判定することができる。基準面１０１’が見出された後、図５Ａから始まるように、当該領域の隅部および／または他の特定の位置から開始するように組織１０１をＸおよびＹで位置決めし、ディザ集束ステージ１５０は移動するように設定され、および／または他の方法で、ディザ集束ステージ１５０の移動は引き続き監視される。
【００３９】
ディザ焦点ステージ１５０は、ＸＹ移動ステージ１３０の速度の制御に関連して使用することもできる制御システム１７０（図２参照）内のマスタクロックに同期させることができる。たとえば、ディザ焦点ステージ１５０が６０ヘルツで０．６ミリメートルのｐ−ｖ（山から谷）の正弦運動によって移動する場合、３２％のデューティーサイクルで正弦のより直線的な範囲を使用すると仮定すると、２．７ミリ秒の期間にわたって焦点範囲で８つの点を収集することができる。図５Ｂ〜５Ｄでは、ディザ集束ステージ１５０は、ディザレンズを正弦運動で移動させ、正弦曲線の少なくとも一部分に沿って焦点標本が得られる。したがって焦点標本は、３３０μ秒ごとに、または３ｋＨｚの速度で得られるはずである。物体と焦点センサ１６０の間の倍率が５．５倍である場合、ディザレンズでの０．６ｍｍのｐ−ｖ運動は、対物レンズでの２０のミクロンｐ−ｖ運動に等しい。この情報
は、最も高い鮮明度が算出される位置、すなわち最善の焦点を、低速焦点ステージ１４０のより低速のステッパモータに伝えるために使用される。図５Ｅに示すように、低速焦点ステージ１４０は、画像センサ１１０が組織１０１の当該領域の最善の焦点画像１１０’を捕獲するのに合わせて顕微鏡対物レンズ１２０を最善の焦点位置（運動範囲１２０’によって示す）へ移動させるように命令される。一実施形態では、画像センサ１１０は、たとえば制御システム１７０によってトリガして、ディザレンズ運動の特有の数のサイクル後に画像のスナップショットを撮影することができる。ＸＹ移動ステージ１３０は次のフレームへ移動し、ディザ焦点ステージ１５０におけるディザレンズの周期的な運動が継続し、図５Ａ〜５Ｅの集束動作が繰り返される。鮮明度値は、プロセスの進行を妨げない速度、たとえば３ｋＨｚで計算することができる。
【００４０】
図６Ａは、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるディザ焦点光学系および鮮明度判断の命令波形を示すグラフ２００の概略図である。一実施形態では、図５Ａ〜５Ｅの例に関連して論じる時間に基づいて、
Ｔ＝１６．６７ミリ秒、／＊レンズが６０Ｈｚで共振する場合のディザレンズ正弦の期間＊／
Ｆ＝３００μｍ、／＊焦点値の正の範囲＊／
Ｎ＝８、／＊期間Ｅ内で取得される焦点の数＊／
Δｔ＝３３０μ秒、／＊３３０μ秒ごとに取得される焦点標本＊／
Ｅ＝２．６７ミリ秒、／＊Ｎ個の焦点が取得される期間＊／
Δｆ＝焦点の進行の中心で１．０６μｍ。／＊焦点曲線のステップ寸法＊／
したがって、このデューティーサイクルが３２％である場合、８．４８μｍ（８×１．０６μｍ＝８．４８μｍ）が焦点処理を通じて標本化される。
【００４１】
図６Ｂは、グラフ２１０に示すディザレンズの正弦波運動の一部分に対する計算された鮮明度（Ｚｓ）値のグラフ２１０を示す概略図である。各点ｉの関数として標本化された各焦点面に対する位置（ｚ）は、等式１によって与えられる。
【００４２】
【数１】
2014098908.tif 000003
【００４３】
ＣＣＤカメラに窓を付けることで、本明細書に記載するシステムに適した速いフレーム速度を提供することができる。たとえば、カナダのオンタリオ州ウォータールーのＤａｌｓａという会社は、Ｇｅｎｉｅ  Ｍ６４０−１／３という６４０×４８０の単色カメラを生産している。Ｇｅｎｉｅ  Ｍ６４０−１／３は、６４０×３２のフレーム寸法において３，０００フレーム／秒で動作する。ＣＣＤアレイ上の画素寸法は、７．４ミクロンである。物体と焦点面の間の倍率が５．５倍であると、１つの焦点画素は、その物体における約１．３ミクロンと同等である。１つの焦点画素当たり約１６個の物体画素（４×４）の平均化を行うことができるが、良好な焦点情報を取得するのに十分な高さの空間周波数コントラスト変化が保持される。一実施形態では、最善の焦点位置は、鮮明度計算グラフ２１０のピーク値に従って判定することができる。追加の実施形態では、本明細書に別途さらに論じるように、他の焦点計算および技法を使用して、コントラスト測定基準の使用を含む他の測定基準に従って、最善の焦点位置を判定できることに留意されたい。
【００４４】
図７Ａおよび７Ｂは、本明細書に記載するシステムの一実施形態による試験片（組織）の集束判断および調整を示す概略図である。図７Ａでは、図２５０は、本明細書に論じるＸＹ移動ステージ１３０の移動によるＹ軸に沿った試験片の移動に関連して近似の画像フレームに示す試験片の図である。Ｙ軸に沿った（たとえば、ＸＹステージの移動による）試験片の移動に関連する試験片上の１つの横断または通過を２５０に示す。図２５０’は
、図２５０の一部分の拡大版である。図２５０’の１つのフレームをｄｔｐと呼び、試験片の一定の組織点を指す。図２５０’の例では、試験片の境界を示し、試験片上の走査中、本明細書に記載するシステムによって複数の焦点計算が実行される。フレーム２５１では、例として、試験片の撮像に関連して４つの焦点計算（焦点位置１、２、３、および０＊として示す）が実行された後に最善の焦点判断が行われることを示すが、本明細書に記載するシステムに関連してより多くの焦点計算を実行することもできる。図７Ｂは、検査されている試験片のＹ軸位置に対する顕微鏡対物レンズのＺ軸位置のグラフを示す概略図２６０を示す。図示の位置２６１は、顕微鏡対物レンズ１２０を調整して本明細書に記載するシステムの一実施形態による最善の焦点を実現するようにＺ軸に沿って判定された位置を示す。
【００４５】
本明細書に記載するシステムは、顕微鏡対物レンズ全体が正弦または三角形のパターンで焦点を通じて移動される米国特許第７，５７６，３０７号および第７，５１８，６４２号に記載されているものなどの従来のシステムに比べて、著しい利点を提供することに留意されたい。同特許を、参照により本明細書に組み込む。本明細書に提供するシステムは、重い顕微鏡対物レンズおよび添付のステージとともに使用するのに適しており（特にターレットを介して他の対物レンズが追加されている場合）、ディザ光学系を使用する記載のより高い周波数では移動できないという点で有利である。本明細書に記載するディザレンズでは、質量を調整する（たとえば、より軽く、より少ないガラスにする）ことができ、焦点センサに対する撮像要求は、顕微鏡対物レンズによって課されるものより少ない。本明細書に記載するように、焦点データを高速で得て、鮮明度を算出するときの情景の変動を最小にすることができる。情景変動を最小にすることによって、本明細書に記載するシステムは、組織が顕微鏡対物レンズの下を移動している間、焦点が合った状態と焦点がぼけた状態をシステムが移動するときの鮮明度測定基準の不連続性を低減させる。従来のシステムでは、そのような不連続性により、最善の焦点計算に雑音が加わる。
【００４６】
図８は、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるディザ集束光学系によって標本化された複数の点における各鮮明度応答に対する鮮明度曲線およびコントラスト比を含む、焦点位置を移動することから生成される鮮明度プロファイルの一例を示す概略図３００である。グラフ３１０は、ｘ軸にディザレンズの振幅をマイクロメートル単位で示し、ｙ軸に沿って鮮明度単位を示す。図示のように、ディザレンズの運動は、代表点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥを中心とすることができるが、鮮明度曲線上のそれぞれの点に、本明細書に記載する演算を適用できることに留意されたい。ディザレンズの運動がそれぞれの点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥを中心とするときにディザレンズ正弦曲線のサイクルの２分の１で焦点センサ１６０から生成される鮮明度応答を、それぞれグラフ３１０ａ〜ｅに示す。これに基づき、コントラスト関数＝（ｍａｘ−ｍｉｎ）／（ｍａｘ＋ｍｉｎ）に従って、点Ａ〜Ｅのうちの対応する１つを有するそれぞれの鮮明度応答に対するコントラスト比が算出される。点Ａ〜Ｅのうちの１つ（たとえば、ディザレンズ運動が中心とする）および鮮明度応答曲線３１０ａ〜ｅのうちの対応する１つに対して判定されるコントラスト関数に関連して、ｍａｘは、鮮明度応答曲線から取得される最大の鮮明度値を表し、ｍｉｎは、鮮明度応答曲線から取得される最小の鮮明度値を表す。その結果得られるコントラスト関数グラフ３２０を、鮮明度曲線グラフ３１０の下に示し、コントラスト比値のグラフは、ディザレンズ振幅に従ってディザレンズの移動に対応する。グラフ３２０内のコントラスト関数の最小値は、最善の焦点位置である。コントラスト関数および最善の焦点位置の判断に基づいて、制御信号を生成することができ、この制御信号を使用して、画像センサ１１０が画像１１０’を捕獲する前に顕微鏡対物レンズ１２０を最善の焦点位置内へ移動させるように低速焦点ステージ１４０を制御する。
【００４７】
図９は、制御信号を生成して低速焦点ステージ１４０を制御するためのコントラスト関数の使用を示す機能制御ループブロック図３５０を示す。Ｕｄは、焦点制御ループに対す
る妨害と見なすことができ、たとえばスライドの傾き、または組織表面の高さの変化を表すことができる。機能ブロック３５２は、焦点センサ１６０によって生成して焦点電子機器および制御システム１７０へ通信できる鮮明度ベクトル情報の生成を示す。機能ブロック３５４は、ディザレンズが焦点を標本化する点におけるコントラスト数（たとえば、コントラスト関数の値）の生成を示す。このコントラスト数は、最善の焦点が事前に確立された最初のステップで生成される設定点または基準値（Ｒｅｆ）と比較される。この比較から生成される誤差信号は、適用される適当な利得Ｋ１（機能ブロック３５６）とともに、情景に焦点を合わせたまま維持するように働く低速焦点モータ（機能ブロック３５８）を補正する。一実施形態では、移動の最小または閾値量に従って顕微鏡対物レンズ１２０の位置を調整できることに留意されたい。したがって、そのような一実施形態では、調整が閾値より小さくなるのを回避することができる。
【００４８】
図１０は、本明細書に記載するシステムの一実施形態による焦点処理に関連して焦点窓４０２が複数の区間に分割されていることを示す概略図である。図示の実施形態では、焦点窓は８つの区間（４０２’）にさらに分割されるが、本明細書に記載するシステムに関連して、８つの区間より少ない区間または多い区間を使用することもできる。これらの区間の第１の部分集合は、スナップショットｎ内に位置することができ、区間の第２の部分集合は、スナップショットｎ＋１内に位置することができる。たとえば、区間２、３、４、５は、時間ｔ１でスナップ撮影された画像フレーム４０４内に位置する。区間６および７は、ＸＹ移動ステージ１３０が図内で下から上へ横断するときにスナップ撮影される次の画像フレーム内に完全に位置することができ、ならびに／または区間０および１は、ステージ１３０が図の上から下へ横断するときにスナップ撮影される次の画像フレーム内に完全に位置することができる。焦点位置０、１、２、および３を使用して、スナップ撮影される次のフレームに対する最善の焦点位置を位置０＊で外挿することができる。組織の範囲は、たとえば当該領域全体を横断する蛇行したパターンを実行することによって確立することができる。
【００４９】
画像センサの方形の窓４０４は、撮像中に獲得される１列のフレームが方形の焦点窓４０２と位置合わせされるように、ステージ１３０の進行方向へ向けることができる。たとえばＤａｌｓａの４Ｍ３０／６０ＣＣＤカメラを使用する画像フレーム４０６内の物体の寸法は、倍率３０倍の結像レンズを使用すると０．５８８ｍｍ×０．４３２ｍｍである。アレイ寸法は、（２３５２×７．４ミクロン／３０）×（１７２０×７．４ミクロン／３０）とすることができる。画像フレーム４０６の広い方の寸法（０．５８８ｍｍ）は、焦点窓４０２に対して垂直に向けることができ、組織の断面を横断する列の数を最小にすることができる。焦点センサは、焦点レッグ４０６内で５倍の倍率を使用すると、０．０５ｍｍ×０．９４ｍｍである。方形の窓４０２は、（３２×７．４ミクロン／５．０）×（６４０×７．４ミクロン／５．０）とすることができる。したがって、焦点センサのフレーム４０２は、画像センサのフレーム４０４より約２．２倍高くすることができ、本明細書に別途さらに論じるように、複数の区間を伴う先取り集束技法に関連して使用できることが有利である。本明細書に記載するシステムの一実施形態によれば、１秒当たり１２０回の最善の焦点判断を行うことができ、３３３μ秒ごとに鮮明度計算が行われ、その結果、２．６７ミリ秒で８つの鮮明度が計算される。２．６７ミリ秒は、ディザレンズ運動のディザ期間の２分の１である８．３ミリ秒にわたるデューティーサイクルの約３２％に等しい。
【００５０】
各区間に対する鮮明度測定基準を算出および記憶することができる。複数の区間を使用して単一の焦点に対する鮮明度測定基準を算出するとき、たとえばそのような単一の点で考慮されるすべての区間に対するすべての鮮明度測定基準を追加することなどによって、各区間に対する鮮明度測定基準を判定して組み合わせることができる。区間ごとの鮮明度演算の一例を等式２に示す（たとえば、６４０×３２のストリップに窓を有するカメラの
使用に基づく）。行ｉでは寸法ｎが最高３２であり、列ｊでは寸法ｍが最高６４０／ｚである場合、１区間に対する鮮明度を等式２によって表すことができる。上式で、ｚは区間の数である。
【００５１】
【数２】
2014098908.tif 000004
【００５２】
上式で、ｋは１および５の間またはこれに等しい整数である。他の鮮明度測定基準およびアルゴリズムも、本明細書に記載するシステムに関連して使用することができる。ＸＹ移動ステージ１３０がｙ軸に沿って移動しているとき、システムは、焦点窓４０２内の区間０〜７すべてに対する鮮明度情報を獲得する。ステージ１３０が移動しているとき、組織の断面の高さがどのように変動しているかを知ることが望ましい。鮮明度曲線（最大鮮明度が最善の焦点である）を算出することによって、焦点高さを変動させることで、区間６および７はたとえば、情報を提供してから、次の最善の焦点面が位置決めされた次のフレームを移動させることができる。この先取りによって大きな焦点変化が予想される場合、ステージ１３０を減速させて、より密接して隔置された点を提供し、高さの遷移をより良好に追跡することができる。
【００５３】
走査プロセス中、システムが白色空間（組織なし）からより暗い空間（組織）へ遷移しているかどうかを判定できることが有利である。たとえば区間６および７内の鮮明度を算出することによって、この遷移が行われようとしているかどうかを予測することが可能である。この列を走査しながら、区間６および７が鮮明度の増大を示す場合、ＸＹ移動ステージ１３０に命令して減速させ、組織境界上でより密接して隔置された焦点を作成させることができる。他方では、高鮮明度から低鮮明度への移動が検出された場合、スキャナの図が白色空間に入っていると判定することができ、ステージ１３０を減速させて組織境界上でより密接して隔置された焦点を作成できることが望ましい。これらの遷移が行われない領域では、ステージ１３０に命令してより速い一定の速度で移動させ、スライド走査の総処理量を増大させることができる。この方法では、組織を高速で走査できることが有利である。本明細書に記載するシステムによれば、集束データが収集される間に、スナップショットを撮ることができる。さらに、第１の走査ですべての焦点データを収集および記憶することができ、後の走査中に最善の焦点でスナップショットを撮ることができる。一実施形態では、焦点の変化を検出し、したがって組織または白色空間を含む領域内または領域外への遷移を判定するために、鮮明度値に関して本明細書に記載する方法と類似の方法で、コントラスト比または機能値を使用する。
【００５４】
たとえば、０．５８８×０．４３２ｍｍの画像フレーム寸法で、１５ｍｍ×１５ｍｍで２０倍の走査の場合、２６列のデータが存在し、各列は３５個のフレームを有する。撮像速度が３０ｆｐｓである場合、各列を１．２秒で横断し、または走査時間は約３０秒である。焦点センサ１６０が１秒当たり１２０個（以上）の焦点を算出するため、本明細書に記載するシステムは、１フレーム当たり４つの焦点（１２０焦点／秒を３０ｆｐｓで割った値）を取得することができる。撮像速度が６０ｆｐｓである場合、走査時間は１５秒であり、１フレーム当たり２つの焦点（１２０焦点／秒を６０ｆｐｓで割った値）である。
【００５５】
別の実施形態では、焦点センサ１６０としてカラーカメラを使用することができ、鮮明度コントラスト測定基準に対する別法および／または追加として、色度測定基準を判定することができる。たとえば、６４０×４８０のＧｅｎｉｅカメラのＤａｌｓａのカラー版を、この実施形態による焦点センサ１４０として適切に使用することができる。色度測定基準は、同様に照射された白色の明度に対する彩度として説明することができる。等式の形（等式３Ａおよび３Ｂ）では、色度（Ｃ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂ色尺度の直線的な組合せとす
ることができる。
【００５６】
ＣＢ＝−３７．７９７×Ｒ−７４．２０３×Ｇ＋１１２×Ｂ  等式３Ａ
ＣＲ＝１１２×Ｒ−９３．７８６×Ｇ−１８．２１４×Ｂ  等式３Ｂ
Ｒ＝Ｇ＝Ｂ、ＣＢ＝ＣＲ＝０であることに留意されたい。全体的な色度を表すＣに対する値は、ＣＢおよびＣＲに基づいて判定することができる。（たとえば、ＣＢとＣＲを足すことなどによる）。
【００５７】
ＸＹ移動ステージ１３０がｙ軸に沿って移動しているとき、焦点センサ１６０は、明視野顕微鏡の場合と同様に、色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）情報を獲得することができる。ステージが移動しているとき、組織の断面の高さがどのように変動しているかを知ることが望ましい。ＲＧＢ色情報の使用をコントラスト技法の場合と同様に使用して、システムが白色空間（組織なし）から多彩な空間（組織）へ遷移しているかどうかを判定することができる。たとえば区間６および７内の色度を算出することによって、この遷移が行われようとしているかどうかを予測することが可能である。たとえば、色度がほとんど検出されない場合、Ｃ＝０であり、組織境界に接近していないと認識することができる。しかし、この焦点列を走査しながら、区間６および７が色度の増大を示す場合、ステージ１３０に命令して減速させ、組織境界上でより密接して隔置された焦点を作成させることができる。他方では、高色度から低色度への移動が検出された場合、スキャナが白色空間に入っていると判定することができ、ステージ１３０を減速させて組織境界上でより密接して隔置された焦点を作成できることが望ましい。これらの遷移が行われない領域では、ステージ１３０に命令してより速い一定の速度で移動させ、スライド走査の総処理量を増大させることができる。
【００５８】
鮮明度値、コントラスト比値、および／または色度値を使用して、視野または次に来るフレーム（複数可）が、組織を有するスライド領域に入っているのか、それともその組織から出ているのかを判定することに関連して、処理の変動を加えることができる。たとえば、白色空間から組織を有する領域に入るとき（たとえば、組織領域間）、Ｙ方向の移動を低減させることができ、取得される複数の焦点も増大することができる。白色空間または組織標本間の領域を観察したとき、Ｙ方向の移動を増大させることができ、組織を含む領域上の移動が検出される（たとえば、色度および／または鮮明度値の増大などによる）まで、より少ない焦点を判定することができる。
【００５９】
図１１は、本明細書の技法による一実施形態で複数の時点で取得できる異なる鮮明度値の図を示す。上部部分４６２は、ディザレンズ移動の正弦波サイクルの２分の１（たとえば、単一のピークからピークまでのサイクルまたは期間の２分の１）に対応する曲線４５２を含む。Ｘ軸は、このサイクル中のディザレンズ振幅値に対応し、Ｙ軸は、鮮明度値に対応する。点４６２ａなどの点はそれぞれ、焦点センサを使用してフレームが取得される点を表し、各フレームは、その点のＸ軸値によって表されるディザレンズ振幅で取得され、その点のＹ軸値によって表される鮮明度値を有する。下部部分４６４内の要素４６５は、図示のデータ点に対する部分４６２内に表される取得された１組の鮮明度値に適合された曲線を表す。
【００６０】
図１２は、本明細書に記載するシステムの一実施形態による検査下で試験片の走査中に実行中の焦点処理を示す流れ図５００である。ステップ５０２で、検査されている試験片に対して、公称焦点面または基準面を判定することができる。ステップ５０２後、処理はステップ５０４へ進み、本明細書に記載するシステムによるディザレンズが、特定の共振周波数で移動するように設定される。ステップ５０４後、処理はステップ５０６へ進み、ＸＹ移動ステージは、特定の速度で移動するように命令される。ステップ５０４および５０６の順序は、本明細書に論じる処理の他のステップの場合と同様に、本明細書に記載す
るシステムに従って適当に修正できることに留意されたい。ステップ５０６後、処理はステップ５０８へ進み、本明細書に記載するシステムによるディザレンズの運動（たとえば、正弦）に関連して、検査されている試験片に対する焦点の鮮明度計算が実行される。鮮明度計算は、本明細書に別途さらに論じるように、コントラスト、色度、および／または他の適当な尺度の使用を含むことができる。
【００６１】
ステップ５０８後、処理はステップ５１０へ進み、本明細書に記載するシステムによって画像を捕獲するために画像センサに関連して使用される顕微鏡対物レンズの位置に対して、最善の焦点位置が判定される。ステップ５１０後、処理はステップ５１２へ進み、最善の焦点位置に関する制御信号が、顕微鏡対物レンズの位置（Ｚ軸）を制御する低速焦点ステージへ送られる。ステップ５１２はまた、対物レンズ下の試験片部分の画像を捕獲するようにカメラ（たとえば、画像センサ）へトリガ信号を送ることを含むことができる。トリガ信号は、たとえば特有の数のサイクル（たとえば、ディザレンズの移動に関係する）後などに画像センサによる画像の捕獲を引き起こす制御信号とすることができる。ステップ５１２後、処理は試験ステップ５１４へ進み、走査下で試験片を保持するＸＹ移動ステージの速度を調整するべきかどうかが判定される。この判断は、本明細書に別途詳細にさらに論じるように、焦点視野内の複数の区間の鮮明度および／または他の情報を使用する先取り処理技法に従って行うことができる。試験ステップ５１４で、ＸＹステージの速度を調整するべきであると判定された場合、処理はステップ５１６へ進み、ＸＹ移動ステージの速度が調整される。ステップ５１６後、処理はステップ５０８へ戻る。試験ステップ５１４で、ＸＹ移動ステージの速度に対する調整を行うべきではないと判定された場合、処理は試験ステップ５１８へ進み、焦点処理を継続するべきかどうかが判定される。処理を継続するべきである場合、処理はステップ５０８へ戻る。そうではなく、処理を継続するべきでない（たとえば、現在の試験片の走査が完了した）場合、焦点処理は終了され、処理は完了する。
【００６２】
図１３は、本明細書に記載するシステムの一実施形態による低速焦点ステージにおける処理を示す流れ図５３０である。ステップ５３２で、顕微鏡対物レンズの位置（たとえば、Ｚ軸に沿って）を制御する低速焦点ステージは、試験片を検査している顕微鏡対物レンズの位置を調整するための情報を有する制御信号を受け取る。ステップ５３２後、処理はステップ５３４へ進み、低速焦点ステージは、本明細書に記載するシステムによる顕微鏡対物レンズの位置を調整する。ステップ５３４後、処理は待機ステップ５３６へ進み、低速焦点ステージは、別の制御信号を受け取るのを待機する。ステップ５３６後、処理はステップ５３２へ戻る。
【００６３】
図１４は、本明細書に記載するシステムの一実施形態による画像捕獲処理を示す流れ図５５０である。ステップ５５２で、カメラの画像センサは、顕微鏡検査下で試験片の画像を捕獲するための処理をトリガするトリガ信号および／または他の命令を受け取る。様々な実施形態では、トリガ信号は、本明細書に記載するシステムによる焦点処理で使用されるディザレンズの特有の数の運動サイクル後、画像センサの画像捕獲処理のトリガを制御する制御システムから受け取ることができる。別法として、トリガ信号は、ＸＹ移動ステージ上の位置センサに基づいて提供することができる。一実施形態では、位置センサは、Ｒｅｎｉｓｈａｗ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｅｎｃｏｄｅｒモデル番号Ｔ１０００−１０Ａとすることができる。ステップ５５２後、処理はステップ５５４へ進み、画像センサは、画像を捕獲する。本明細書に詳細に論じるように、画像センサによって捕獲された画像は、本明細書に記載するシステムによる集束システムの動作に関連して焦点を合わすことができる。捕獲された画像は、本明細書に参照する他の技法に従って、ともにステッチすることができる。ステップ５５４後、処理はステップ５５６へ進み、画像センサは、別のトリガ信号を受け取るのを待機する。ステップ５５６後、処理はステップ５５２へ戻る。
【００６４】
図１５は、本明細書に記載するシステムの一実施形態による焦点処理に対する代替構成を示す概略図６００である。窓を有する焦点センサは、フレーム視野（ＦＯＶ）６０２を有することができ、フレームＦＯＶ６０２は、撮像センサのフレームＦＯＶ６０４の幅に実質上等しい幅を斜めに走査するように傾けることができ、または他の方法で位置決めすることができる。本明細書に記載するように、窓は、進行方向に傾けることができる。たとえば、タイトル（ｔｉｔｌｅｄ）の焦点センサのフレームＦＯＶ６０２は、４５度回転させることができ、物体（組織）で０．９４×０．７０７＝０．６６ｍｍという有効幅を有するはずである。撮像センサのフレームＦＯＶ６０４は、０．５８８ｍｍという有効幅を有することができ、したがって、組織を保持するＸＹ移動ステージが対物レンズ下へ移動すると、タイトルの焦点センサのフレームＦＯＶ６０２は、画像センサによって観察される幅の縁部を見る。図では、傾けた焦点センサの複数のフレームは、時間０、１、２、および３において中間位置の画像センサのフレームＦＯＶ６０４上で重ね合わせたところを示す。焦点列内の隣接するフレームの中心間の３つの点で、焦点を得ることができる。焦点位置０、１、２、および３は、スナップ撮影される次のフレームに対する最善の焦点位置を位置０＊で外挿するために使用される。この方法に対する走査時間は、本明細書に別途記載する方法に類似しているはずである。タイトルの焦点センサのフレームＦＯＶ６０２が、より短い先取り、この場合０．７０７×（０．９４−０．４３２）／２＝０．１８ｍｍを有し、または傾けた焦点センサが、獲得すべき次のフレーム内へ４２％侵入するとき、画像センサのフレームＦＯＶ６０４に対して傾斜している傾けた焦点センサのフレームＦＯＶ６０２は、走査幅の縁部上の組織を見る。これは特定の場合、縁部の焦点情報を提供できることが有利になり得る。
【００６５】
図１６は、本明細書に記載するシステムの別の実施形態による焦点処理に対する代替構成を示す概略図６５０である。図６５０のように、タイトルの焦点センサのフレームＦＯＶ６５２および画像センサのフレームＦＯＶ６５４を示す。傾けたセンサのフレームＦＯＶ６５２を使用して、組織を横断する前方通過に関する焦点情報を獲得することができる。後方通過の際には、撮像センサは、焦点ステージが先の前方通過焦点データを使用して調整する間、フレームをスナップ撮影する。従来の方法で中間位置０、１、２、３を飛ばし、すべての画像フレームで焦点データを得たい場合、ＸＹ移動ステージは、高速の焦点取得を考えると、前方通過の速度の４倍で移動することができる。たとえば、２０倍で１５ｍｍ×１５ｍｍである場合、１列のデータは３５フレームである。焦点データは、１秒当たり１２０個の点で獲得されるため、前方通過は、０．３秒（１秒当たり３５フレーム／１２０焦点）で実行することができる。この例における列の数は２６であり、したがって焦点部分は、２６×０．３または７．６秒で行うことができる。３０ｆｐｓでの画像取得は、約３２秒である。したがって、総走査時間の焦点部分はわずか２０％であり、これは効率的である。さらに、焦点が１つおきにフレームを飛ばすことができた場合、走査時間の焦点部分は実質上さらに落ち込むはずである。
【００６６】
他の実施形態では、焦点センサの焦点ストリップは、隣接するデータ列を標本化して、本明細書に記載するシステムに関連して使用できる追加の先取り情報を提供するように、視野内の他の位置に他の向きで位置決めできることに留意されたい。
【００６７】
スライドを運ぶＸＹ移動ステージは、後方進行上で生成されるものに対して、前方進行上で生成される最善の焦点を繰り返すことができる。焦点の深さが０．９ミクロンである２０倍の０．７５ＮＡの対物レンズの場合、約０．１ミクロンまで繰り返すことが望ましいはずである。０．１ミクロンの前方／後方の繰返し精度を満たすステージを構築することができ、したがって本明細書に別途さらに論じるように、この要件は技術的に実行可能である。
【００６８】
一実施形態では、本明細書に記載するシステムによって検査されているガラススライド
上の組織または塗抹標本は、スライド全体または約２５ｍｍ×５０ｍｍの面積を覆うことができる。分解能は、対物レンズの開口数（ＮＡ）、スライドへの結合媒体、集光器のＮＡ、および光の波長に依存する。たとえば、６０倍で０．９ＮＡの顕微鏡対物レンズの平面のアポクロマート（平面ＡＰＯ）の場合、空気中の緑色光（５３２ｎｍ）では、顕微鏡の横方向の分解能は約０．２μｍであり、焦点の深さは０．５μｍである。
【００６９】
本明細書に記載するシステムの動作に関連して、当該領域上で線走査センサまたはＣＣＤアレイを介して制限された視野を移動させ、制限された視野またはフレームもしくはタイルをともに組み合わせてモザイクを形成することによって、デジタル画像を取得することができる。モザイクは、継ぎ目のないように見え、観察者が画像全体を見るときに目に見えるステッチ、焦点、または照射異常がないことが望ましい。
【００７０】
図１７は、本明細書に記載するシステムの一実施形態によってスライド上の組織のモザイク画像を獲得するための処理を示す流れ図７００である。ステップ７０２で、スライドのサムネイル画像を獲得することができる。サムネイル画像は、１倍または２倍程度の倍率の低分解能とすることができる。スライドラベル上にバーコードが存在する場合、このステップでバーコードを復号して、スライド画像に取り付けることができる。ステップ７０２後、処理はステップ７０４へ進み、組織は、標準的な画像処理ツールを使用してスライド上で見ることができる。組織は、所与の当該領域に走査領域を狭めるように範囲内にとどめることができる。ステップ７０４後、処理はステップ７０６へ進み、組織の平面にＸＹ座標システムを取り付けることができる。ステップ７０６後、処理はステップ７０８へ進むことができ、組織に対して規則的なＸおよびＹ間隔で１つまたは複数の焦点を生成することができ、本明細書に別途論じる１つまたは複数のオンフライ集束技法などの焦点技法を使用して、最善の焦点を判定することができる。ステップ７０８後、処理はステップ７１０へ進むことができ、所望の焦点の座標、および／または他の適当な情報を保存することができ、これらをアンカー点と呼ぶことができる。アンカー点間にフレームが位置する場合、焦点を補間できることに留意されたい。
【００７１】
ステップ７１０後、処理はステップ７１２へ進むことができ、顕微鏡対物レンズは、本明細書に別途論じる技法によって最善の焦点位置で位置決めされる。ステップ７１２後、処理はステップ７１４へ進み、画像が収集される。ステップ７１４後、処理は試験ステップ７１６へ進み、当該領域全体が走査および撮像されたかどうかが判定される。そうでない場合、処理はステップ７１８へ進み、ＸＹステージは、本明細書に別途論じる技法によって、Ｘ方向および／またはＹ方向に組織を移動させる。ステップ７１８後、処理はステップ７０８へ戻る。試験ステップ７１６で、当該領域全体が走査および撮像されたと判定された場合、処理はステップ７２０へ進み、本明細書に記載するシステムによって、本明細書に別途論じる技法（たとえば、米国特許出願公開第２００８／０２４０６１３号参照）を使用して、収集された画像フレームはともにステッチまたは他の方法で組み合わされ、モザイク画像を作成する。ステップ７２０後、処理は完了する。本明細書に記載するシステムに関連して他の適当なシーケンスを使用して、１つまたは複数のモザイク画像を獲得することもできることに留意されたい。
【００７２】
本明細書に記載するシステムの有利な動作のために、対物レンズの焦点の深さのほんの一部まで、ｚ位置繰返し精度を繰返し可能にすることができる。焦点モータによってｚ位置へ戻る際のわずかな誤差は、傾けたシステム（２ＤのＣＣＤまたはＣＭＯＳ）および線走査システムの隣接する列で容易に見られる。６０倍の上述した分解能の場合、１５０ナノメートル以下程度のｚピーク繰返し精度が望ましく、したがってそのような繰返し精度は、４倍、２０倍、および／または４０倍の対物レンズなどの他の対物レンズにも適しているはずである。
【００７３】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、たとえば実行中の集束技法に関連して本明細書に別途論じるＸＹ移動ステージ１３０としての機能を含む本明細書に論じるデジタル病理学撮像に対する特徴および技法に関連して使用できる病理学上の顕微鏡検査の適用分野に対して、ＸＹステージを含むスライドステージシステムに対する様々な実施形態が提供される。一実施形態によれば、本明細書に別途詳細にさらに論じるように、ＸＹステージは、堅い底ブロックを含むことができる。底ブロックは、高くなった突起上で支持された平坦なガラスブロックと、高くなった突起上で支持された三角形の横断面を有する第２のガラスブロックとを含むことができる。２つのブロックは、移動ステージブロックを案内するための平滑かつまっすぐなレールまたは通路として使用することができる。
【００７４】
図１８は、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるＸＹステージの精密ステージ８００（たとえば、Ｙステージ部分）の一実装形態を示す概略図である。たとえば、精密ステージ８００は、２５ｍｍ×５０ｍｍの面積にわたって、１５０ナノメートル以下程度のｚピーク繰返し精度を実現することができる。本明細書に別途さらに論じるように、精密ステージ８００は、たとえば実行中の集束技法に関して論じたＸＹ移動ステージ１３０に関連する機能を含む、本明細書に別途論じる特徴および技法に関連して使用することができる。精密ステージ８００は、堅い底ブロック８１０を含むことができ、高くなった突起上に平坦なガラスブロック８１２が支持される。これらの突起の間隔は、精密ステージ８００の重量による簡単な支持体上のガラスブロックのたるみが最小になるような間隔である。三角形の横断面を有する第２のガラスブロック８１４は、高くなった突起上で支持される。ガラスブロック８１２、８１４は、ガラスブロックを歪ませない半剛性のエポキシによって、底ブロック８１０に接着接合することができる。ガラスブロック８１２、８１４は、まっすぐにすることができ、５００ｎｍで１つまたは２つの光波まで研磨することができる。ガラスブロック８１２、８１４に対する材料として、Ｚｅｒｏｄｕｒなどの低熱膨張の材料を用いることができる。他の適当なタイプのガラスを、本明細書に記載するシステムに関連して使用することもできる。切抜き８１６により、顕微鏡の集光器からの光をスライド上の組織へ照射することができる。
【００７５】
２つのガラスブロック８１２、８１４は、移動ステージブロック８２０を案内するための平滑かつまっすぐなレールまたは通路として使用することができる。移動ステージブロック８２０は、位置８２１ａ〜ｅに示すように、ガラスブロックに接触する硬質プラスチックの球面形状のボタン（たとえば、５つのボタン）を含むことができる。これらのプラスチックボタンが球面であるため、接触表面は、プラスチックの弾性係数によって判定される非常に小さい領域＜＜０．５ｍｍ）に制限することができる。たとえば、英国のＧＧＢ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＣｏｍｐａｎｙからのＰＴＦＥまたは他の熱可塑性物質混合物に他の潤滑添加剤を加えたものを使用して、直径約３ｍｍの接触ボタンの形状に鋳造することができる。一実施形態では、プラスチックボタンと研磨されたガラスの間の摩擦係数は、可能な限り低くするべきであるが、計器の保守を抑えるために、液体の潤滑剤の使用を回避できることが望ましい。一実施形態では、０．１〜０．１５の摩擦係数で枯渇を容易に実現することができる。
【００７６】
図１９Ａおよび１９Ｂは、位置８２１ａ〜ｅでガラスブロック８１０、８１２に接触する球面形状のボタン８２２ａ〜ｅを示す、本明細書に記載するシステムの一実施形態による移動ステージブロック８２０のより詳細な図である。これらのボタンは、駆動方向（Ｙ）以外のすべての方向で優れた剛性を可能にする位置に構成することができる。たとえば、２つのプラスチックボタンは、三角形の形状のガラスブロック８１４の側面に接触するように互いに面することができ（すなわち、４つのボタン８２２ｂ〜ｅ）、１つのプラスチックボタン８２２ａは、平坦なガラスブロック８１２に接触するように位置決めされる。移動ステージブロック８２０は、プラスチック支持ボタン８２２ａ〜ｅの位置によって形成された三角形の質量中心８２６に重心がくるような軽い重量および形状の１つまたは
複数の孔８２４を含むことができる。このようにして、三角形８２８の隅部にあるプラスチックボタン８２２ａ〜ｅはそれぞれ、ステージ８００の運動中はいつでも等しい重量を有することができる。
【００７７】
再び図１８を参照すると、スライドネスト８３２内で、ばね式のアーム８３０を介してスライド８０１が締め付けられる。スライド８０１は、ネスト８３２内に手動で配置することができ、および／または補助機構によってネスト８３２内にロボットで配置することができる。堅い片持ち梁アーム８４０は、高い疲労強度の鋼から作製できる小さい直径の屈曲棒８４２の端部を支持して堅く締め付ける。一例では、この直径は、０．７ｍｍとすることができる。棒状の屈曲部８４２の他方の端部は、移動ステージ８２０上の質量中心位置８２６に取り付けることができる。片持ち梁アーム８４０は、軸受ブロック８５０に取り付けることができ、軸受ブロック８５０は、硬化された鋼レール８５２上の再循環式の軸受設計を介して動作することができる。軸受ブロック８５０には親ねじアセンブリ８５４を取り付けることができ、親ねじアセンブリ８５４は、ステッパモータ８５６によって回転させることができる。上記の要素に適した構成要素は、日本のＴＨＫなどのいくつかの会社を通じて入手可能である。親ねじアセンブリ８５４は、レール８５２上の軸受ブロック８５０を駆動し、棒状の屈曲部８４２を介して移動ステージブロック８２０を押したり引いたりする。
【００７８】
棒状の屈曲部８４２の曲げ剛性は、プラスチックパッド上の移動ステージブロック８２０の剛性の６０００分の１より大きい係数とすることができる（これは、ｚ方向の移動ステージの平面に直交する力に対向する剛性である）。これにより、軸受雑音によって生成される軸受ブロック８５０／片持ち梁アーム８４０の上下運動から、移動ステージブロック８２０を効果的に分離する。
【００７９】
本明細書に記載する精密ステージ８００の設計における注意深い物質収支および幾何形状への注意により、わずかな振動運動を生成するはずの移動ステージブロック８２０上のモーメントを最小にする。追加として、移動ステージブロック８２０は、研磨されたガラス上で動作するため、６０倍の倍率で走査するのに十分な１５０ナノメートル未満のピークでｚ位置繰返し精度を有する。６０倍の条件は最も厳しいため、２０倍および４０倍の高ＮＡの対物レンズなどの他のより低い倍率もまた、６０倍の条件下で取得される性能に類似している適した性能を示す。
【００８０】
図２０は、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるＹステージ９２０、Ｘステージ９４０、および底板９６０を含む、本明細書に論じる精密ステージの特徴によるＸＹ複合ステージ９００全体の一実装形態を示す。この場合、Ｙステージ９２０に対する底ブロックは、Ｘ方向の移動ステージであるＸステージ９４０になる。Ｘステージ９４０に対する底ブロックは、地面へ固定できる底板９６０である。ＸＹ複合ステージ９００は、本明細書に記載するシステムによって、Ｚ方向に１５０ナノメートル程度の繰返し精度、ならびにＸ方向およびＹ方向に１〜２ミクロン（以下）程度の繰返し精度を実現する。これらのステージが、英国グロスターシャーのＲｅｎｉｓｈａｗによって生産されるものなどのテープスケールを介してフィードバック位置を含む場合、本明細書に記載するシステムによってミクロン以下の精度が実現可能である。
【００８１】
本明細書に記載するシステムによるステージ設計は、本明細書に記載するシステムによるＸＹステージが、球形でない玉軸受または円筒形でないクロスローラ軸受のために繰返し精度の誤差を受けないという点で、球形の軸受で支持された移動ステージより優れていることがある。さらに、再循環式の軸受設計では、異なる寸法の玉の新しい玉コンプリメントにより、繰り返しできない運動を引き起こすことができる。本明細書に記載する実施形態の追加の利益は、ステージのコストである。ガラス要素は、標準的なラップ仕上げお
よび研磨技法を利用し、過度に高価ではない。軸受ブロックおよび親ねじアセンブリは、棒状の屈曲部が移動ステージを軸受ブロックから切り離すという点で、特に高品質である必要はない。
【００８２】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、デジタル病理学スライドの走査中の走査時間を低減および／または他の方法で最小にすることが有利である。臨床上の設定では、所望の作業の流れは、スライドのラックをロボットのスライド走査顕微鏡内へ配置し、ドアを閉じ、システムに命令してスライドを走査させることである。すべてのスライドが走査されるまで、ユーザの介入が必要とされないことが望ましい。バッチ寸法は、複数のスライド（たとえば、１６０枚のスライド）を含むことができ、すべてのスライドを走査する時間を、バッチ時間と呼ぶ。スライド処理量とは、１時間当たりに処理されるスライドの数である。サイクル時間とは、観察する準備ができたそれぞれの利用可能なスライド画像間の時間である。
【００８３】
サイクル時間は、画像を獲得する際、（ａ）スライドをロボットで持ち上げるステップと、（ｂ）スライド組織領域およびラベルのサムネイル図または概観画像を作成するステップと、（ｃ）スライド組織を範囲内にとどめる当該領域を計算するステップと、（ｄ）範囲内にとどめた組織領域を事前走査して、組織上で焦点の合った最善の点の規則的なアレイを見出すステップと、（ｅ）ステージおよび／またはセンサの移動に従って組織を走査するステップと、（ｆ）観察する準備ができた圧縮された出力画像を作成するステップと、（ｇ）スライドを配置して次のスライドのために準備するステップとによる影響を受けることがある。ステップ（ｄ）は、本明細書に記載するシステムによって動的な集束または「実行中の」集束が実行された場合、必要でないこともあり、したがって、実行中の集束技法を使用する結果、走査／画像取得時間を低減できることに留意されたい。
【００８４】
本明細書に記載するシステムは、ステップ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｇ）を実行する時間をなくし、または著しく短くすることをさらに伴うことができる。本明細書に詳細にさらに論じるように、本明細書に記載するシステムの様々な実施形態によれば、これらの利得は、たとえば、１つのスライドに対する上述したステップ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｇ）が、別のスライドに対するステップ（ｄ）、（ｅ）、および（ｆ）に合わせて重複されるキャッシング概念を使用することによって実現することができる。様々な実施形態では、１つのスライドに対するステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）と別のスライドに対するステップ（ｄ）、（ｅ）、および（ｆ）の重複は、１つのスライドに対するステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）が別のスライドに対するステップ（ｄ）、（ｅ）、および（ｆ）と重複されないシステムと比較すると、１０％、２５％、またはさらには５０％の利得を提供することができる。
【００８５】
図２１は、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるスライドキャッシングデバイス１０００を示す概略図である。スライドピックアップヘッド１００２は、スライド１００１を持ち上げるように位置決めすることができる。ピックアップヘッド１００２は、機械的デバイスおよび／または真空デバイスを使用して、スライド１００１を持ち上げることができる。スライド１００１は、バッチ、たとえば１６０枚のスライドからなるバッチ内のスライドの集合体のうちの１つとすることができる。スライドの集合体は、スライドラック１００３内に配置することができる。ピックアップヘッド１００２は、鋼レール１００５上を進む軸受車またはブロック１００４に取り付けられる。軸受ブロック１００４は、回転する親ねじ１００６によって移動される。回転エンコーダ１００７でモータ数を検出し、直線的な進行に変換し、スライド位置をＹ方向に制御することができる。要素１００２〜１００７は、スライドローダ／アンローダ１００８と呼ばれる移動アセンブリを備えることができる。スライドローダ／アンローダ１００８はまた、電動式の軸受車またはブロック１００９上で、レール１０１０上をｘ方向に移動することができ、それによ
ってスライドローダ／アンローダ１００８は、Ｘ方向とＹ方向の両方に移動することができる。
【００８６】
動作の際には、スライドは、依然としてピックアップヘッド１００２上に保持したまま、低分解能のカメラ１０１１下に位置決めして、スライド組織領域およびラベルのサムネイル図または概観画像を取得することができる（たとえば、上述したステップ（ｂ））。この動作が完了した後、ステップ（ｃ）を実行することができ、スライドは、スライドバッファ１０１２上の位置へ配置される。スライドバッファ１０１２は、２つ（以上）のバッファスロットまたは位置１０１８ａ、１０１８ｂを含むことができ、バッファ位置１０１８ａ内にスライド１０１７を含むところを示す。
【００８７】
一実施形態では、複合ＸＹステージ１０１３が、Ｙ方向に移動するステージ板１０１４を含むことができ、ステージ板１０１４は、ｘ方向に移動する板１０１５に取り付けられる。ＸＹステージ１０１３は、たとえば本明細書に論じる複合ＸＹステージ９００の特徴を含めて、本明細書に別途論じるものに類似の特徴および機能を有することができる。ステージ板１０１４は、追加のスライドピックアップヘッド１０１６をさらに含むことができる。ピックアップヘッド１０１６は、上述したピックアップヘッド１０１２に類似のものとすることができる。ピックアップヘッド１０１６は、機械的デバイスおよび／または真空デバイスを使用して、スライドを持ち上げることができる。
【００８８】
複合ＸＹステージ１０１６のピックアップヘッド１０１６は、バッファ位置１０１８ａへ移動してスライド１０１７を持ち上げることができる。スライド１０１７は次に、（ｄ）事前走査するステップと、（ｅ）走査するステップと、（ｆ）出力画像を作成するステップとを含む上述したステップの１つまたは複数に進むことができる。この処理が実行されている間、スライドローダ／アンローダ１００８は、点線１００１’によって概略的に示すように、別のスライド（たとえば、スライド１００１）を持ち上げ、カメラ１０１１を使用してスライド１００１のサムネイル図を取得し、スライドバッファ１０１２内の空の位置１０１８ｂにスライド１００１を配置することができる。先のスライド（スライド１０１７）上で走査が完了したとき、ＸＹ複合ステージ１０１３のスライドピックアップヘッド１０１６は、スライド１０１７をバッファ位置１０１８ａへ配置し、バッファ位置１０１８ｂから走査する準備ができた次のスライド（スライド１００１）を持ち上げることができる。複合ＸＹステージ１０１３は、高分解能の光学システム顕微鏡の光学系およびカメラ１０１９下で規則的な前後の走査パターンで移動して、本明細書に別途論じる特徴および技法によって、生物学的組織の高分解能の画像を獲得することができる。複合ＸＹステージ１０１３および／またはスライドローダ／アンローダ１００８の移動およびスライド選択は、制御システム内の１つまたは複数の処理装置によって制御できることにさらに留意されたい。
【００８９】
スライドローダ／アンローダ１００８は、バッファ位置１０１８ａへ移動して、スライド１０１７を持ち上げ、スライド１０１７をスライドラック１００３内へ配置することができる。このスライド１０１７は、上記で列挙したステップのすべてを完了させる。次いでスライドローダ／アンローダ１００８は引き続き、別のスライドを持ち上げてスライドバッファ１０１２内へ積み、最終的にスライド１００１を持ち上げてスライドラック１００３へ戻すことができる。上述したもののような処理は、スライドラック１００３内に位置するすべてのスライドが走査されるまで継続することができる。
【００９０】
本明細書に記載するシステムによるスライドキャッシング技法は、有利な時間の節約を提供する。たとえば、２０倍の１５ｍｍ×１５ｍｍの視野のシステム内では、ピックアップ時間は約２５秒であり、サムネイル取得は約１０秒であり、事前走査時間は約３０秒であり、走査時間は９０秒である。出力ファイルの生成は、走査プロセスと同時に行われ、
約５秒追加することがある。スライドの配置は、約２０秒である。これらの時間をすべて足し合わせると、１８０秒のサイクル時間になる。ＸＹ複合ステージはそれでもなお、走査されたスライドを持ち上げて配置する時間を必要とし、それによって約１０秒相殺することがある。したがって、それに応じた走査時間の低減は、約１−（１８０−５５＋１０）／１８０＝２５％である。本明細書に別途さらに論じるように、実行中の集束などの動的焦点技法を使用するシステムの場合、事前走査時間をなくすことができ、速いデータ速度のカメラを用いると、持上げおよび配置に関連しない時間を２０〜３０秒まで低減させることができる。この場合、スライドキャッシングを使用する際の走査時間の低減は、約１−（７５−５５＋１０）／７５＝５０％とすることができる。
【００９１】
図２２Ａは、第１のスライドに関連して本明細書に記載するシステムの一実施形態によるスライドキャッシング処理を示す流れ図１１００である。ステップ１１０２で、第１のスライドは、スライドラックから持ち上げられる。ステップ１１０２後、処理はステップ１１０４へ進み、サムネイル画像が取得され、および／またはスライド上の組織の当該領域の判定を含むことができる他のサムネイル処理が、第１のスライドに対して実行される。ステップ１１０４後、処理はステップ１１０６へ進み、第１のスライドは、スライドバッファ内へ配置される。ステップ１１０６後、処理はステップ１１０８へ進み、第１のスライドは、スライドバッファから持ち上げられる。ステップ１１０８後、処理はステップ１１１０へ進み、第１のスライドは、本明細書に別途さらに論じるもののような技法によって走査および撮像される。様々な実施形態では、走査および撮像技法は、集束ステップの事前走査および／または実行中の集束技法などの動的集束技法の使用を含むことができることに留意されたい。ステップ１１１０後、処理はステップ１１１２へ進み、第１のスライドは、スライドバッファ内に配置される。ステップ１１１２後、処理はステップ１１１４へ進み、第１のスライドは、スライドバッファから持ち上げられる。ステップ１１１４後、処理はステップ１１１６へ進み、第１のスライドは、スライドラック内に配置される。ステップ１１１６後、第１のスライドに対する処理は完了する。
【００９２】
図２２Ｂは、第２のスライドに関連して本明細書に記載するシステムの一実施形態によるスライドキャッシング処理を示す流れ図１１２０である。本明細書にさらに論じるように、流れ図１１２０の様々なステップは、流れ図１１００のステップと並行して実行することができる。ステップ１１２２で、第２のスライドは、スライドラックから持ち上げられる。ステップ１１０２後、処理はステップ１１２４へ進み、サムネイル画像が取得され、および／またはスライド上の組織の当該領域の判定を含むことができる他のサムネイル処理が、第２のスライドに対して実行される。ステップ１１２４後、処理はステップ１１２６へ進み、第２のスライドは、スライドバッファ内へ配置される。ステップ１１２６後、処理はステップ１１２８へ進み、第２のスライドは、スライドバッファから持ち上げられる。ステップ１１２８後、処理はステップ１１３０へ進み、第２のスライドは、本明細書に別途さらに論じるもののような技法によって走査および撮像される。様々な実施形態では、走査および撮像技法は、集束ステップの事前走査および／または実行中の集束技法などの動的集束技法の使用を含むことができることに留意されたい。ステップ１１３０後、処理はステップ１１３２へ進み、第２のスライドは、スライドバッファ内に配置される。ステップ１１３２後、処理はステップ１１３４へ進み、第２のスライドは、スライドバッファから持ち上げられる。ステップ１１３４後、処理はステップ１１３６へ進み、第２のスライドは、スライドラック内に配置される。ステップ１１３６後、第２のスライドに対する処理は完了する。
【００９３】
スライドキャッシングに対処する本明細書に記載するシステムの一実施形態によれば、サイクル時間を低減させるために、第１のスライドに対する流れ図１１００のステップを、第２のスライドに対する流れ図１１２０のステップと並行して、スライドキャッシングデバイスによって実行することができる。たとえば、第２のスライドに対する流れ図１１
２０のステップ１１２２、１１２４、１１２６（たとえば、スライドラックから第２のスライドを持ち上げること、サムネイル画像処理、および第２のスライドをスライドバッファ内へ配置することに関連するステップ）は、第１のスライドに対する流れ図１１００のステップ１１０８、１１１０、および１１１２（たとえば、スライドバッファから第１のスライドを持ち上げること、第１のスライドを走査および撮像すること、ならびに第１のスライドを再びスライドバッファ内に配置することに関連するステップ）と重複することができる。さらに、ステップ１１３４および１１３６（たとえば、スライドバッファから第２のスライドを持ち上げること、およびスライドをスライドラック内へ配置することに関連するステップ）はまた、第１のスライドの走査ステップと重複することができる。本明細書に記載するシステムによる並列スライド処理技法によれば、一度に１つのスライドを処理することと比較すると、最高５０％の時間利得を取得することができ、本明細書に記載するシステムおよび技法の他の態様を使用すると、追加の利得が可能である。
【００９４】
図２３Ａおよび２３Ｂは、本明細書に記載するシステムの様々な実施形態による時間の節約を示す、本明細書に記載するシステムの実施形態によるスライドキャッシング技法を使用するタイミング図を示す。
【００９５】
図２３Ａは、事前走査ステップが使用されるシナリオに対するタイミング図１１５０を示す。このタイミング図は、スライドラックからスライドを持ち上げること、サムネイル画像処理、スライドをバッファ内に配置すること、バッファから持ち上げること、事前走査、スライドを走査してファイルを出力すること、バッファ内へ配置すること、およびスライドラック内へ配置することを含むスライドキャッシングを使用するスライド処理ステップを実行することに関連して、約３００秒の期間にわたる３枚のスライド（スライド１、２、および３）に対するタイミングを示す。図示のように、一実施形態では、図示の処理に対するサイクル時間は、約１５０秒とすることができる。
【００９６】
図２３Ｂは、実行中の集束技法が使用される（事前走査なし）シナリオに対するタイミング図１１６０を示す。このタイミング図は、スライドラックからスライドを持ち上げること、サムネイル画像処理、スライドをバッファ内に配置すること、バッファから持ち上げること、スライドを走査してファイルを出力すること、バッファ内へ配置すること、およびスライドラック内へ配置することを含むスライドキャッシングを使用するスライド移動および走査ステップを実行することに関連して、約１５０秒の期間にわたる３枚のスライド（スライド１、２、および３）に対するタイミングを示す。図示のように、一実施形態では、図示の処理に対するサイクル時間は、約５０秒とすることができる。
【００９７】
図２４は、本明細書に記載するシステムの別の実施形態によるスライドキャッシングデバイス１２００を示す概略図である。図示の実施形態では、バッファは必要ではなく、スライドキャッシングデバイス１２００を使用すると、持上げ、サムネイル、および配置時間をサイクル時間からなくすことができる。スライドキャッシングデバイス１２００は、独立して動作する２つのＸＹ複合ステージ１２１０、１２２０を含むことができる。ＸＹ複合ステージ１２１０、１２２０はそれぞれ、ＸＹ複合ステージ１０１３に対して本明細書に論じるものに類似の特徴を有することができる。ステージ１２１０の端部に、第１のスライドラック１２１１を位置決めすることができ、ステージ１２２０の端部に、第２のスライドラック１２２１を位置決めすることができる。本明細書に記載するシステムの別の実施形態に関連して、第１のスライドラック１２１１および第２のスライドラック１２１１は、１つのスライドラックの一部分を代わりに指すことができることに留意されたい。２つのサムネイルカメラ１２１２、１２２２は、ＸＹ複合ステージ１２１０、１２２０それぞれに作用することができる。スライドラック１２１１、１２２１は、対応するピックアップヘッドを有するその対応するＸＹ複合ステージ１２１０、１２２０へスライドを供給することができる。１つの顕微鏡光学縦列１２３０は、ＸＹ複合ステージ１２１０、
１２２０の両方に作用することができる。たとえば、ＸＹ複合ステージの一方（たとえば、ステージ１２１０）がスライドを走査している間、他方（たとえば、ステージ１２２０）は、別のスライドとともにその持上げ、サムネイル、および配置機能を実行している。これらの機能は、走査時間と重複させることができる。したがって、サイクル時間は、スライドの走査時間によって判定することができ、したがって、本明細書に記載するシステムの図示の実施形態によれば、持上げ、サムネイル、および配置時間をサイクル時間からなくすことができる。
【００９８】
図２５Ａは、スライド処理のために２つのＸＹ複合ステージを有するスライドキャッシングデバイスに関して記載するシステムの一実施形態による第１のスライドに関連するスライドキャッシング処理を示す流れ図１２５０である。ステップ１２５２で、第１のスライドは、スライドラックから持ち上げられる。ステップ１２５２後、処理はステップ１２５４へ進み、第１のスライド上でサムネイル処理が実行される。ステップ１２５４後、処理はステップ１２５６へ進み、第１のスライドは、本明細書に別途さらに論じるもののような技法によって走査および撮像される。様々な実施形態では、走査および撮像技法は、集束ステップの事前走査および／または実行中の集束技法などの動的集束技法の使用を含むことができることに留意されたい。ステップ１２５６後、処理はステップ１２５８へ進み、第１のスライドは、再びスライドラック内へ配置される。ステップ１２５８後、第１のスライドに対する処理は完了する。
【００９９】
図２５Ｂは、スライド処理のために２つのＸＹ複合ステージを有するスライドキャッシングデバイスに関して記載するシステムの一実施形態による第２のスライドに関連するスライドキャッシング処理を示す流れ図１２７０である。ステップ１２７２で、第２のスライドは、スライドラックから持ち上げられる。ステップ１２７２後、処理はステップ１２７４へ進み、第２のスライド上でサムネイル処理が実行される。ステップ１２７４後、処理はステップ１２７６へ進み、第２のスライドは、本明細書に別途さらに論じるもののような技法によって走査および撮像される。様々な実施形態では、走査および撮像技法は、集束ステップの事前走査および／または実行中の集束技法などの動的集束技法の使用を含むことができることに留意されたい。ステップ１２７６後、処理はステップ１２７８へ進み、第２のスライドは、再びスライドラック内へ配置される。ステップ１２７８後、第２のスライドに対する処理は完了する。
【０１００】
スライドキャッシングを伴う本明細書に記載するシステムの一実施形態によれば、サイクル時間を低減させるために、第１のスライドに関する流れ図１２５０のステップを、第２のスライドに関する流れ図１２７０のステップと並行して、スライドキャッシングデバイスによって実行することができる。たとえば、第２のスライドに対するステップ１２７２、１２７４、および１２７８（たとえば、持上げ、サムネイル処理、および配置）は、第１のスライドのステップ１２５６（たとえば、第１のスライドの走査／撮像）と重複することができ、逆も同様であり、したがって持上げ、サムネイル処理、および配置の時間は、サイクル時間からなくなる。したがってサイクル時間は、本明細書に記載するシステムの一実施形態によるスライドの走査時間のみによって決まる。
【０１０１】
図２６は、本明細書に記載するシステムの別の実施形態によるスライドキャッシングデバイス１３００を示す概略図である。スライドキャッシングデバイス１３００は、カルーセル１３１０として構成されたスライドラックと、スライドハンドラ１３２０と、バッファ１３３０と、ＸＹステージ１３４０とを含むことができる。カルーセル１３１０は、１つまたは複数の位置１３１２、１３１２’、１３１２”を含むことができ、これらの位置には、本明細書に別途論じるもののような特徴および機能を有することができる撮像デバイス１３５０によって撮像される前および／または後に、スライド１３０１などのスライドを配置することができる。位置１３１２、１３１２’、１３１２”は、くさび（たとえ
ば、８つのくさび）のアレイとして示し、本明細書に別途さらに論じるように、カルーセル１３１０は、複数のスライド位置がそれぞれの図示の最上位のくさび位置１３１２、１３１２’、１３１２”の下へ延びるような高さを有することができる。スライドハンドラ１３２０は、ピックアップヘッドとして働くアーム１３２２を含むことができ、スライドを持ち上げるために機械的および／または真空デバイスを含むことができる。スライドハンドラ１３２０上のアーム１３２２は、位置１３２２ａ〜ｄ間を移動して、カルーセル１３１０、バッファ１３３０、およびＸＹステージ１３４０の間でスライドを移動させることができる。
【０１０２】
バッファ１３３０は、複数のバッファ位置１３３２、１３３４を含むことができる。１つのバッファ位置１３３２は、戻りバッファ位置１３３２と呼ぶことができ、ＸＹステージ１３４０を介して撮像デバイス１３５０から戻されているスライドは、スライドハンドラ１３２０によって再びカルーセル１３１０へ位置決めしてから移動させることができる。別のバッファ位置１３３４は、カメラバッファ位置１３３４と呼ぶことができ、撮像デバイス１３５０へ送られるスライドは第１に、本明細書に別途論じる技法によって捕獲されたスライドのサムネイル画像を有することができる。カメラバッファ位置１３３４でスライドのサムネイル画像が捕獲された後、このスライドは、ＸＹステージ１３４０上の位置１３４２へ移動させることができ、ＸＹステージ１３４０は、本明細書に別途論じる技法による走査および撮像のために、スライドを撮像デバイス１３５０へ輸送する。
【０１０３】
図２７は、スライドキャッシングデバイス１３００の別の図を示す概略図である。スライドキャッシングデバイス１３００の構成要素は、様々な移動および複数の移動自由度で動作する機能を有することができる。たとえば、カルーセル１３１０は、方向１３１１に回転可能とすることができ、複数のスライド（スライド１、２、３、および４として示す）を収容するために、各回転位置において複数の高さ位置で複数のスライド位置１３１２ａ〜ｄを含むことができる。一実施形態では、それぞれのくさび位置１３１２、１３１２’、１３１２”における複数のスライド位置１３１２ａ〜ｄは、たとえば一実施形態では３０．４８ｃｍ（１２インチ）であるカルーセル１３１０の高さ内に等距離で位置決めされた４０枚のスライドに対する位置を含むことができる。さらに、カルーセル１３１０はまた、１つまたは複数のスライド位置１３１４ａ、ｂを有するユーザトレー１３１４を含むことができ、これらの位置でユーザは、カルーセル１３１０内の他のスライドに加えて、撮像すべきスライドを挿入することができる。ユーザトレー１３１４へのスライドの相互作用、たとえばユーザトレー１３１４のカバーを持ち上げること、および／またはユーザトレー１３１４の位置決めする１３１４ａ、ｂのうちの１つの位置内へスライドを挿入することは、迂回モードをトリガするように働くことができ、迂回モードでは、カルーセル１３１０のくさび位置からの次のスライドの代わりに、ユーザトレー１３１４からのスライドが処理される。
【０１０４】
少なくとも３運動自由度を有するスライドハンドラ１３２０のアーム１３２２を示す。たとえば、アーム１３２２は、方向１３２１ａに回転して、カルーセル１３１０、バッファ１３３０、およびＸＹステージ１３４０のそれぞれと係合することができる。追加として、アーム１３２２は、カルーセル１３１０の位置１３１２ａ〜ｄの異なる高さに対応して、方向１３２１ｂに調整可能とすることができる。追加として、アーム１３２２は、カルーセル１３１０、バッファ１３３０、およびＸＹステージ１３４０からのスライドの積降しに関連して、方向１３２１ｃに延びることができる。一実施形態では、以下にさらに論じるように、スライドキャッシングデバイス１３００の無駄時間を最小にするために、アーム１３２２が回転する弧の距離を最小にすること、ならびに／またはアーム１３２２および／もしくはスライドハンドラ１３２０によって横断される他の距離を最小にすることが有利である。様々な実施形態では、カルーセル１３１０、スライドハンドラ１３２０、およびＸＹステージ１３４０の移動は、本明細書に別途論じるもののような制御システ
ムによって制御することができる。一実施形態では、バッファ１３３０およびＸＹステージ１３４０は、同じ高さとすることができることにも留意されたい。
【０１０５】
図２８Ａ〜２８Ｊは、本明細書に記載するシステムの一実施形態による図２６および２７のスライドキャッシングデバイスのスライドキャッシング動作を示す概略図である。一実施形態によれば、本明細書に論じるスライド動作は、システムの無駄時間、すなわちスライド走査および撮像動作と重複しないスライド持上げおよび移送動作中の時間を最小にする。無駄時間は、たとえばＸＹステージ１３４０が、スライドハンドラ１３２０にスライドを持ち上げさせる位置へ移動する駐車時間を含むことがある。無駄時間への他の寄与は、スライドをバッファ１３３０の戻り位置へ移動させることと、ＸＹステージ１３４０にスライドを再び積むこととを含む。
【０１０６】
図２８Ａは、スライド２が撮像デバイス１３５０で現在走査および撮像されている図示のシーケンスを開始する。スライド１、３、および４はカルーセル１３１０内で、走査および撮像されるのを待機しており、スライドハンドラ１３２０は、スライド２をＸＹステージ１３４０へ送達した位置にある。図２８Ｂは、スライド２が引き続き走査および撮像される間に、スライドハンドラ１３２０が回転および下降して、走査および撮像すべき次のスライド（スライド３）を積むことを示す。図２８Ｃは、スライドハンドラ１３２０は、スライド３のサムネイル画像を取得するために、スライド３をバッファ１３３０のカメラバッファ位置１３３４へ輸送することを示す。図２８Ｄは、スライドハンドラ１３２０が、スライド２の走査を完了した後、画像デバイス１３５０から戻っているＸＹステージ１３４０からスライド２を降ろすように位置決めされることを示す。ＸＹステージ１３４０が降ろすべき位置内へ移動する時間は、たるみ時間の一例であることに留意されたい。ＸＹステージ１３４０が降ろすべき位置にあり、その上に降ろすべきスライド２が待機しており、スライド３がＸＹステージ１３４０上へ積まれるのを待機した後の時間は、駐車時間の一例である。
【０１０７】
図２８Ｅは、スライド２がスライドハンドラ１３２０によってＸＹステージ１３４０からバッファ１３３０の戻り位置１３３２へ輸送されることを示す。次いでスライドハンドラ１３２０は、カメラバッファ位置１３３４からスライド３を持ち上げるための位置へ進む。図２８Ｆは、スライド３がカメラバッファ位置１３３４から持ち上げられ、ＸＹステージ１３４０上へ降ろされることを示す。図２８Ｇは、スライド２がスライドハンドラ１３１０によって戻りバッファ位置１３３２から持ち上げられている間に、スライド３が現在走査されていることを示す。図２８Ｈは、正しい位置に対して並進して回転および移動するスライドハンドラ１３１０によってスライド２がカルーセル１３１０内の位置へ戻されることを示す。図２８Ｉは、スライドハンドラ１３１０がカルーセル１３１０からスライド１を持ち上げるように正しい位置に対して並進して移動することを示す。図２８Ｊは、スライド３が現在依然として走査されている間に、スライドハンドラ１３１０がスライド１を輸送してカメラバッファ位置で降ろし、この位置でスライド１のサムネイル画像が取得されることを示す。カルーセル１３１０上の任意の残りのスライド（たとえば、スライド４）、および／またはユーザによってユーザトレー１３１４内へ挿入された任意のユーザスライドに対して、図示のシーケンスに関連して上記で論じたものに類似のさらなる反復を実行し、本明細書に論じた迂回モード動作を開始することができる。
【０１０８】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、本明細書に記載するシステムの様々な技法および特徴に適用できる顕微鏡検査の実施形態に関連して、照射システムを使用することができる。顕微鏡は、明視野顕微鏡検査のためにケーラー照射を一般に使用できることが知られている。ケーラー照射の主な特徴は、開口数と照射面積がどちらも、調整可能な虹彩を介して制御可能であることであり、したがって照射は、倍率、視野、および開口数を変動させて広い範囲の顕微鏡対物レンズを機械加工するように調整することができる。
ケーラー照射は、所望の結果を提供するが、著しい空間体積を占める複数の構成要素を必要とすることがある。したがって、本明細書に記載するシステムの様々な実施形態は、知られているケーラー照射システムの特定の欠点を回避しながらケーラー照射の利点を維持する、顕微鏡検査の適用分野で有利な照射のための特徴および技法をさらに提供する。
【０１０９】
図２９は、本明細書に記載するシステムの一実施形態による発光ダイオード（ＬＥＤ）照射アセンブリ１４０２を使用してスライド１４０１を照射する照射システム１４００を示す概略図である。ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２は、本明細書にさらに論じる複数の実施形態による様々な特徴を有することができる。ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２からの光は、鏡１４０４および／または他の適当な光学構成要素を介して集光器１４０６へ伝送される。集光器１４０６は、本明細書に別途さらに論じるように、ＸＹステージ１４０８の任意の必要な作業距離を収容するのに適した作業距離（たとえば、少なくとも２８ｍｍ）を有する集光器とすることができる。一実施形態では、集光器は、２８ｍｍの作業距離を有するＭｏｔｉｃによって製造された集光器ＳＧ０３．０７０１とすることができる。集光器１４０６は、スライド１４０２上の試験片を照射する光の開口数（円錐角度）を制御する調整可能な虹彩絞りを含むことができる。スライド１４０１は、顕微鏡対物レンズ１４１０の下でＸＹステージ１４０８上に配置することができる。ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２は、たとえば本明細書に記載するシステムの特徴および技法によるＸＹステージの移動、スライドキャッシング、および／または動的集束に関連する動作を含むスライド１４０１上の試験片の走査および撮像に関連して使用することができる。
【０１１０】
ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２は、明白色のＬＥＤなどのＬＥＤ１４２０と、集光器要素として使用できるレンズ１４２２と、スライド１４０１上の照射面積を制御できる調整可能な虹彩視野絞り１４２４とを含むことができる。ＬＥＤ１４２０の発光表面は、レンズ１４２２によって集光器１４０６の入口瞳１４０６ａ上へ撮像することができる。入口瞳１４０６ａは、集光器１４０６のＮＡ調整絞り１４０６ｂと同じ場所に位置することができる。レンズ１４２２は、ＬＥＤ１４０２の画像が集光器１４０６のＮＡ調整絞り１４０６ｂの開口を埋めるように、ＬＥＤ１４２０の出力光の大部分を収集するように、またＬＥＤ１４２０の画像を集光器１４０６のＮＡ調整絞り１４０６ｂ上へ適当な倍率で集束させるように選択することができる。
【０１１１】
集光器１４０６を使用して、ＮＡ調整絞り１４０６ｂでＬＥＤ１４２０の光をスライド１４０１上へ集束させることができる。スライド１４０１上の照射面積は、ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２内に取り付けられた視野絞り１４２４によって制御することができる。視野絞り、および／または集光器１４０６と視野絞り１４２４の間の間隔は、視野絞り１４２４がスライド１４０１のうち照射される面積を制御できるように、ＬＥＤ１４２０からの光をスライド１４０１の平面上へ撮像するように調整することができる。
【０１１２】
スライドを含むＹステージが移動している間に画像センサがフレームを獲得するため、ＬＥＤ１４２０のパルス（たとえば、ストロボ）を切り換えて、短時間にわたって非常に高い明度を可能にすることができる。たとえば、約１３ｍｍ／秒で移動するＹステージの場合、０．５画素（０．２５０ミクロン／画素）以下のぼけを維持するために、ＬＥＤ１４２０は、１０マイクロ秒だけパルスを発することができる。ＬＥＤ光パルスは、本明細書に別途さらに論じる焦点システムおよび技法によって、ディザレンズ共振周波数にロックされたマスタクロックによってトリガすることができる。
【０１１３】
図３０は、ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２に関して本明細書に記載する特徴に対応する、本明細書に記載するシステムによるＬＥＤ照射アセンブリ１４０２’に対する一実施形態のより詳細な側面図を示す概略図である。ＬＥＤ１４３０、レンズ１４３２、および視野絞り１４３４の実装形態および構成を、他の構造上の支持および調整構成要素１４３６
に対してこれに関連して示す。
【０１１４】
図３１は、ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２に関して論じるもののような特徴および機能を有する本明細書に記載するシステムの一実施形態によるＬＥＤ照射アセンブリ１４０２”の特有の実装形態の分解図を示す概略図である。アダプタ１４５１、マウント１４５２、クランプ１４５３、およびマウント１４５４を使用して、レンズ１４６２に対してしっかりと位置決めされるように、ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２”内にＬＥＤ１４５５をしっかりと取り付けて位置を定めることができる。適当なねじおよびワッシャ構成要素１４５６〜１４６１をさらに使用して、ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２”を固定して取り付けることができる。様々な実施形態では、ＬＥＤ１４５５は、４，５００ルーメンの光学出力および７０，０００時間の長い寿命を有する明白色のＬＥＤであるＰｈｌａｔＬｉｇｈｔ  Ｗｈｉｔｅ  ＬＥＤ  ＣＭ−３６０  Ｓｅｒｉｅｓ、ならびに／またはＬｕｘｅｏｎによって作製される適したＬＥＤとすることができる。レンズ１４６２は、ＭＧ  ９Ｐ６ｍｍでＯＤ（外径）１２ｍｍのレンズとすることができる。結像レンズ構成要素１４６３、アダプタ１４６４、スタック結像レンズ構成要素、および保持リング１４６７を使用して、調整可能な視野絞り構成要素１４６５に対してレンズ１４６２を位置決めして取り付けることができる。調整可能な視野絞り構成要素１４６５は、Ｔｈｏｒ  Ｌａｂｓによるリング作動式の光彩絞り、部品番号ＳＭ１Ｄ１２Ｄとすることができる。スタック結像レンズ１４６６は、Ｔｈｏｒ  ＬａｂｓによるＰ３ＬＧスタック結像レンズとすることができる。結像レンズ１４６３は、Ｔｈｏｒ  ＬａｂｓによるＰ５０ＤまたはＰ５ＬＧ結像レンズとすることができる。他のワッシャ１４６８およびねじ構成要素１４６９を適宜使用して、ＬＥＤ照射アセンブリ１４０２”の要素をさらに固定して取り付けることができる。
【０１１５】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、本明細書に記載するシステムの様々な実施形態によるデジタル病理学の適用分野向けの高速スライド走査のためのデバイスおよび技法が提供される。一実施形態では、病理学顕微鏡向けのスライドホルダは、（ｉ）ディスク形のトレーと、（ｉｉ）トレー内に形成された複数の凹部とを含むことができ、各凹部は、スライドを受け取るように適合され、これらの凹部は、トレー内で円周方向に配置される。トレーは、中心のスピンドル孔および２つのロック孔を含むことができ、ロック孔は、トレーに対して垂直な軸の周りを高速で回転するように適合された駆動部を持ち上げるように適合される。これらの凹部は、トレー内で別個の角度位置に付けた凹部とすることができる。これらの凹部は、スライドに接触するがスライドを過度に抑制しない半円形の凸部を有することができ、それによって実質上歪みのないスライドを可能にする。凹部はまた、切抜きを有することができ、それによって指で保持すると、操作者は凹部からスライドを抜差しすることができる。様々な実施形態では、撮像システムに関して本明細書に別途論じる特徴および技法に関連して、スライドホルダおよびその動作を使用することができる。
【０１１６】
図３２は、デジタル病理学撮像に関連して使用できる本明細書に記載するシステムの一実施形態による高速スライド走査デバイス１５００を示す概略図である。スライドホルダ１５１０がトレー１５１２を含むことができ、凹部１５１４ａ、ｂ．．ｎが、トレー１５１２上の円周または環状のリング１５１５の角度位置に配置され、凹部１５１４ａ〜ｎはそれぞれ、スライド１５０１を保持するように寸法設定することができる。トレー１５１２は、円形のディスクとして示し、所望の数のスライドを保持するように製造することができる。たとえば、１６枚のスライドを保持するために、トレー１５１２は直径約３３．０２ｃｍ（１３インチ）とすることができる。スライドの他の構成ならびにトレーの寸法および形状の他の構成は、本明細書に記載するシステムに関連して適宜使用でき、凹部１５１４ａ〜ｎの向きおよび構成を適宜修正できることに留意されたい。凹部１５１４ａ内にスライド１５０１を配置するなど、トレー１５１２の各凹部１５１４ａ〜ｎ内にスライ
ドを配置することができ、トレー１５１２は、高速スライド走査デバイス１５００内へ配置することができる。トレー１５１２は、中心のスピンドル孔１５１６ｃと、２つのロック孔１５１６ａおよび１５１６ｂとを含むことができ、ロック孔１５１６ａおよび１５１６ｂは、スライドホルダ１５１０を回転方向１５１９に軸１５１８の周りを高速で回転させる駆動部と係合することができる。トレー１５１２は、１５０２で代表として示す低プロファイルの引出し内へ配置することができ、この引出しは、トレー１５１２をデバイス１５００内へ後退させることができる。
【０１１７】
図３３は、本明細書に記載するシステムの一実施形態による高速スライド走査デバイスのトレー上の凹部１５２０をより詳細に示す概略図である。凹部１５２０は、凹部１５１４ａ〜ｎのいずれかとすることができる。凹部１５２０は、スライド１５０１に接触するがスライド１５０１を過度に抑制しない３つの凸部１５２２ａ〜ｃなどの複数の半円形の凸部を含むことができ、それによって実質上歪みのないスライド１５０１を可能にする。切抜き１５２３によって、指で保持すると、操作者は凹部１５２０からスライド１５０１を抜差しすることができる。軸１５１８の周りを回転するときにスライドホルダ１５１０／トレー１５１２によって生成される、矢印１５２１によって概略的に示す向心加速度は、撮像が行われている間に、スライド１５０１にわずかな保持力を印加して、スライド１５０１を定位置に維持することができる。保持力は、半円形の凸部１５２２ａ〜ｃに対してスライド１５０１を位置合わせするために、１００ｒｐｍより速い速度でトレー１５１２を回転させることによって、最初少なくとも０．１ｇになるように設計することができる。スライド１５０１が位置合わせされた後、回転速度は、本明細書に別途論じるもののようなシステムの撮像速度と一貫して低減させることができる。より低い速度では、わずかな保持力でも、凸部１５２２ａ〜ｃに対してスライド１５０１を安定させるはずである。
【０１１８】
図３２を再び参照すると、本明細書に別途詳細に論じるもののような顕微鏡撮像システム１５３０は、円周リング１５１５のうちスライドが配置された領域を撮像するように、回転式のトレー１５１２の上に配置することができる。撮像システム１５３０は、大きな作業距離を有する高ＮＡ、たとえば０．７５ＮＡの顕微鏡対物レンズ１５３２と、中間レンズ１５３４と、ＣＣＤまたはＣＭＯＳの２Ｄアレイ画像センサ１５３６とを含むことができ、画像センサ１５３６は、スライド１５０１上の物体を画像センサ１５３６へ拡大するように、適当な距離に配置される。画像センサ１５３６は、１００フレーム／秒より大きいものなどの速いフレーム速度を有することができる。たとえば、画像センサ１５３６は、１００フレーム／秒で動作するＤａｌｓａ  Ｆａｌｃｏｎ  １．４Ｍ１００カメラの一部または均等物とすることができる。撮像システム１５３０は、直流モータもしくはステッパモータ、玉もしくは親ねじ、および／または直線ガイドなどの構成要素から構築できる２軸電動式の駆動部に堅く取り付けることができる。一方の軸、放射軸１５３１ａは、撮像システム１５３０またはその少なくとも１つの構成要素を、１０ミクロンの分解能でわずかな移動、たとえば１ｍｍのステップによって放射状に移動させ、その下で回転するトレー１５１２上の１つまたは複数のリングを撮像することができる。他方の軸、焦点軸１５３１ｂは、０．１ミクロンの分解能で、５〜１０ミクロンのわずかな移動で移動する。焦点軸は、高速で移動を実行するように、たとえば数ミリ秒でわずかな移動を実行するように構築することができる。顕微鏡対物レンズ１５３４の移動は、制御システムによって制御することができ、本明細書に別途論じるもののような動的集束技法に関連して使用することができる。
【０１１９】
回転式のトレー１５０２の下に、照射システム１５４０を配置することができ、本明細書に別途論じる照射構成要素と同様に、高明度の白色ＬＥＤなどの光源１５４２と、鏡１５４４などの１つまたは複数の光路構成要素と、集光器１５４６とを含むことができる。一実施形態では、顕微鏡の集光器および撮像経路はともに接続され、剛性体として移動す
ることができ、したがって照射システム１５４０の移動方向１５４１は、撮像システム１５３０の放射方向１５３１ａと同じ方向である。焦点方向１５３１ｂでは、撮像経路は、集光器経路から切り離すことができ、したがって撮像システム１５３０の１つまたは複数の構成要素は、高速の焦点移動を実行するために、焦点方向１５３１ｂに独立した移動を含むことができる。
【０１２０】
図３４は、凹部１５２０内のスライド１５０１上の試験片１５０１’を撮像するためにスライド１５０１に対して第１の放射方向の位置から開始する撮像経路を示す概略図である。スライド１５０１を有する凹部１５２０は、スライドホルダ１５１０とともに回転方向１５２４に回転する。本明細書に別途論じる画像捕獲技法に従って、フレーム（たとえば、フレーム１５２５）に対して画像を捕獲することができる。図示のように、画像は、トレー１５１２が撮像システム１５３０の下を回転すると、スライドホルダ１５１０上の各スライドに対して１つのフレーム行（たとえば、フレーム１５２５）にわたって捕獲される。トレー１５１２の１回の回転後、撮像システム１５３０の放射方向の位置は、各スライドに対して別のフレーム行にわたって画像を捕獲するように増分される。各フレームは、下の情景を一時的に止めて高速で獲得される。明視野照射は、そのような短い露出を可能にするのに十分な放射とすることができる。これらの露出は、数１０秒から数百マイクロ秒の時間枠で行うことができる。このプロセスは、スライドホルダ１５１０内の各スライドに対する当該領域全体が撮像されるまで継続される。この実施形態に関連して、収集された画像を当該領域のモザイク画像にする処理は、トレー１５１２上で回転される複数のスライド間の複数のフレーム行を正確に相関させるのに適した組織機構および／または画像タグ付けを必要とする。画像タイルの収集の弧状の運動は、知られているステッチソフトウェアによって対処でき、病理学者が標準的な顕微鏡下で見ながら理解するはずの図に変形できるため、捕獲された画像を正しいスライドに相関させるように画像にタグ付けするのに適した撮像処理技法を使用することができる。
【０１２１】
一例として、６ｒｐｍで回転する直径３３．５３ｃｍ（１３．２インチ）のディスク形のトレーでは、ＮＡ＝０．７５の２０倍の顕微鏡対物レンズは、約１平方ｍｍの視野を生成する。この弧状の視野は、約１０ミリ秒で横断される。１５平方ｍｍの有効面積内の組織断面の場合、視野間の重複を２５％とすると、放射軸に沿って２０個の視野を増分する必要があるはずである。フレーム転送が、取得時間を制限しないように十分なほど短かった場合、ディスク上の１６枚のスライドを撮像するには、２０回転で十分なはずである。これは、２００秒間にわたって６ｒｐｍで、または１２．５秒ごとに１枚のスライドという処理量で行われるはずである。
【０１２２】
図３５Ａおよび３５Ｂは、本明細書に記載するシステムの別の実施形態による回転式スライドホルダ上のスライドの代替構成を示す概略図である。図３５Ａは、トレー１５１２’を示し、凹部１５１４’は、スライド１５０１の長い方の寸法が、方向１５１９’に回転するディスク形状のトレー１５１２’の半径に沿って向けられるように構成される。この構成では、より多くのスライド（たとえば、３０枚のスライド）を、トレー１５１２’上に収めることができる。図３５Ｂは、上述のように構成された凹部１５２０’内のスライド１５０１に対する撮像経路の概略図である。図示の実施形態では、スライド１５０１は、方向１５２１’に示す向心力および凸部１５２２ａ’〜ｃ’に従って、凹部１５２０’内に維持される。試験片１５０１’に対するフレーム１５２５’に対する画像を収集するための画像処理が実行される回転の方向１５２４’を示す。撮像システム１５３０の放射方向の位置は、各スライドに対して連続するフレーム行にわたって画像を捕獲するように、スライドの長さ方向の刻みで増分される。一例では、１５ｍｍ×１５ｍｍの有効面積の場合、視野間の重複を２５％とすると、放射軸に沿って２０個の視野を増分する必要があるはずである。この場合も、６ｒｐｍの２０回転で、２００秒にわたって完全な撮像を提供するはずであるが、スライドの向きを考えると、より効率的な走査、したがって処理
量は、６．６７秒ごとに１枚のスライドまで増大するはずである。
【０１２３】
図３６は、スライド１５５１上の試験片１５５１’を検査するように配置された対物レンズ１５５２を含む、本明細書に記載するシステムの一実施形態による撮像システム１５５０を示す概略図である。一実施形態では、焦点位置は、画像取得前のディスクのより低速の事前の回転によって事前に決定することができる。１枚のスライド当たり多くても２０秒を自動焦点に充てることで、総走査時間は１枚のスライド当たり３０秒になるはずであり、これは、現在の現況技術のシステムより１桁速い。スライド１５５１が配置されたトレー１５６０が方向１５６１に回転すると、対物レンズ１５５２は、本明細書に記載するシステムによって判定された最善の焦点に位置決めされるように、方向１５６２にわずかに移動することができる。別個の自動焦点値は、各視野１５５３に対して設定する必要はないが、スライドの反りまたは組織厚さの空間周波数がより大きいため、スライド１５５１上の別個のより大きい区間１５５４、たとえば３×３の視野またはサブフレームに該当するはずである。自動焦点値は、スライドが弧状の経路内でカメラの下を移動する間に、最善の焦点を適用して補間されるはずである。
【０１２４】
別法として、本明細書に提供する高速走査システムに関連して、本明細書に別途記載する実行中の集束技法などの動的集束技法を用いることができることが有利である。焦点（たとえば、１秒当たり１２０個の焦点）を獲得する時間により、上記で論じた高速回転走査技法とともに、実行中の集束を使用できることに留意されたい。回転式のディスクを１０，０００分の１の速度まで制御して、ディスクの回転フィードバックに依拠することなく各画像の開ループ標本化を可能にすることは、十分に制御システムの分野内であることにさらに留意されたい。
【０１２５】
通常、スライドの低分解能のサムネイル画像が生成される。これは、ここで記載した高分解能の顕微鏡に干渉しないように、ディスクの角度位置上に低分解能のカメラを設定することによって実現することができる。極めて大量の適用分野では、ディスクの形式はロボットによる取扱いに向いている。３００ｍｍ（約１２”）のディスクを取り扱う半導体ウェーハのロボットを使用して、バッファストックから高速走査デバイスへディスクを移動させることができる。さらに、大部分の技術では、ステップおよび反復運動で、直線ステージを通じて顕微鏡対物レンズの下にスライドを位置決めする。これらの運動は、画像取得時間を左右する。回転運動を使用する本明細書に記載するシステムは、効率的であり、かつ繰返し精度が非常に高い。自動焦点および画像取得時間は、現在の現況技術の製品より１桁小さい。
【０１２６】
大部分のシステムはまた、ステージの停止および再開運動中にスライドを定位置に保持するのに、締付け機構またはばねの固定具を必要とする。本明細書に記載するシステムは、回転運動が向心加速度をもたらし、ディスク内に切り抜いた凹部内の所定の位置へスライドを押し入れるという点で、固定機構を必要としない。これにより、スライドホルダの構造はより簡単になり、かつ信頼性がより高くなる。さらに、スライドの固定は、スライドに反りまたは歪みをもたらし、自動焦点プロセスを複雑にすることがあり、本明細書に記載するシステムによって回避することが有利である。
【０１２７】
現在のシステムでは、１枚のスライド当たり１５ｍｍの有効面積に対して、ピーク速度は２〜３分である。本明細書に提供するシステムおよび方法では、上記で概説した例の場合、同じ有効面積を３０秒未満で走査することができる。多くの病理学研究室は、１日当たり１００枚から２００枚のスライドを走査することを目指している。これらの高速の画像取得により、操作者は、ディスクの積み降ろし、バーコードの読取り、事前の集束という追加のステップを含めて、日常的なスライドの在庫に１時間で対処することができる。これにより、結果を得る時間がより速くなり、研究室の経済性を高めることができる。
【０１２８】
図３７は、本明細書に記載するシステムの一実施形態による回転可能なトレーを使用する高速スライド走査を示す流れ図１６００である。ステップ１６０２で、回転可能なトレーの凹部内へスライドが配置される。ステップ１６０２後、処理はステップ１６０４へ進み、回転可能なトレーは、走査および撮像システムに対するスライド走査位置内へ移動される。ステップ１６０４後、処理はステップ１６０６へ進み、回転可能なトレーの回転が開始される。上記で論じたように、回転可能なトレーの回転により、スライドに向心力が作用して、スライドを所望の撮像位置に維持する。ステップ１６０６後、処理はステップ１６０８へ進み、撮像システムは、回転可能なトレーの円周リング上の各スライドに対して１つのフレーム行にわたって、動的集束技法を含む本明細書に記載するシステムおよび技法に従って画像を捕獲する。ステップ１６０８後、処理は試験ステップ１６１０へ進み、回転可能なトレー上の各スライド上の所望の当該領域が走査および撮像されたかどうかが判定される。そうでない場合、処理はステップ１６１２へ進み、撮像システムおよび／またはその特定の構成要素は、回転可能なトレーの放射方向に１つ刻みで移動される。ステップ１６１２後、処理はステップ１６０８へ戻る。試験ステップ１６１０で、各スライド上の当該領域が走査および撮像されたと判定された場合、処理はステップ１６１４へ進み、各スライドに対して撮像された当該領域に対応する１つまたは複数のモザイク画像が作成される。ステップ１６１４後、処理は完了する。
【０１２９】
さらに本明細書に記載するシステムによれば、本明細書に記載する撮像システムの特徴に関連して、光学複像デバイスおよび技法を提供および使用することができる。一実施形態では、本明細書に記載するシステムは、２０倍で０．７５ＮＡのＰｌａｎ  Ａｐｏ対物レンズによって生成される分解能要素を標本化することができる。この分解能要素は、５００ｎｍの波長で約０．５ミクロンである。この分解能要素のさらなる標本化を取得するには、撮像センサの前の結像レンズを変えることができる。この対物レンズ（ｆ＿ｔｕｂｅ  ｌｅｎｓ＝画像センサの前の結像レンズの焦点距離）を考えると、結像レンズの焦点距離を算出する近似計算は、
ｐｉｘ＿ｓｅｎｓｏｒ＝ＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサ上の画素寸法
ｐｉｘ＿ｏｂｊｅｃｔ＝物体または組織上の画素寸法
ｆ＿ｔｕｂｅ  ｌｅｎｓ＝ｐｉｘ＿ｏｂｊｅｃｔ／ｐｉｘ＿ｓｅｎｓｏｒ＊９ｍｍである。
【０１３０】
Ｄａｌｓａ  Ｆａｌｃｏｎ  ４Ｍ３０／６０（７．４ミクロンのセンサ画素）の場合に０．２５ミクロンの物体での画素寸法を取得するには、結像レンズの焦点距離は約２６６ｍｍになるはずである。物体での画素寸法が０．１２５ミクロンである場合、結像レンズの焦点距離は約５３２ｍｍになるはずである。これらの２つの物体画素寸法間を切り換えることができることが望ましく、これは、撮像センサの前を往復する１つのステージに２つ以上の結像レンズを取り付けることによって実現することができる。新しい各焦点距離に関連する経路長さが異なることを考えると、固定の画像センサ位置に対する経路を折り畳むために、折畳み式の鏡を追加することも必要である。
【０１３１】
図３８は、本明細書に記載するシステムの一実施形態による光学複像システム１７００を示す概略図である。光学複像システム１７００は、本明細書に別途記載するように、カメラ１７１１の画像センサ１７１０と、顕微鏡対物レンズ１７２０とを含むことができる。実行中の集束システムなどの本明細書に論じるシステムおよび技法に関連する他の構成要素はまた、図示の光学複像システム１７００とともに使用できることに留意されたい。２つ以上の物体画素寸法を実現するには、本明細書に記載するシステムに関連して、複数の結像レンズ、たとえば第１の結像レンズ１７４０および第２の結像レンズ１７５０を提供することができる。ステージ１７３０は、撮像センサの前で第１の結像レンズ１７４０および第２の結像レンズ１７５０をそれぞれ往復させることができる。一実施形態では、
ステージ１７３０は、方向１７３１に移動する直線作動式のステージとすることができるが、本明細書に記載するシステムに関連して、他のタイプのステージおよびその移動も使用できることに留意されたい。第２の結像レンズ１７５０に対して、第２の結像レンズ１７５０から画像センサ１７１０への光路を調整するために、１つまたは複数の折畳み式の鏡を含むことができる鏡アセンブリ１７５２を示す。
【０１３２】
図３９Ａおよび３９Ｂは、本明細書に記載するシステムの一実施形態による画像センサ１７１０の前での第１の結像レンズ１７４０および第２の結像レンズ１７５０の往復を示す光学複像システム１７００の概略図である。図３９Ａは、ステージ１７３０上で画像センサ１７１０の前に位置決めされた第１の結像レンズ１７４０に対する光路１７４１を示す。図３９Ｂは、ステージ１７３０を介して画像センサ１７１０の前を往復した後の第２の結像レンズ１７５０に対する光路１７５１を示す。図示のように、光路１７５１は、鏡アセンブリ１７５２の１つまたは複数の鏡を使用して増大された。どちらの図でも、光学複像システム１７００は、本明細書に別途詳細に論じるもののような他の適当な構造および光学的な構成要素１７６０を含むことができることに留意されたい。
【０１３３】
本明細書に論じる様々な実施形態は、本明細書に記載するシステムに関連して適当な組合せで互いに組み合わせることができる。追加として、場合によっては、フローチャート、流れ図、および／または記載の流れ処理内のステップの順序は、適宜修正することができる。さらに、本明細書に記載するシステムの様々な態様は、記載の特徴を有し、記載の機能を実行する、ソフトウェア、ハードウェア、ソフトウェアとハードウェアの組合せ、および／または他のコンピュータ実施モジュールもしくはデバイスを使用して実施することができる。本明細書に記載するシステムのソフトウェア実装形態は、コンピュータ可読記憶媒体内に記憶され、１つまたは複数の処理装置によって実行される実行可能なコードを含むことができる。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータハードドライブ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フラッシュドライブ、および／もしくはたとえばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェースを有する他のドライブなどの携帯型のコンピュータ記憶媒体、ならびに／または処理装置によって実行可能なコードを記憶および実行できる任意の他の適当な有形の記憶媒体もしくはコンピュータメモリを含むことができる。本明細書に記載するシステムは、任意の適当な動作システムに関連して使用することができる。
【０１３４】
本発明の他の実施形態は、本明細書を考慮し、または本明細書に開示する本発明を実施すれば、当業者には明らかであろう。本明細書および例は、例示的なのみを目的とし、本発明の本当の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲に示されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014098908.tif 000018
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2014098908.tif 000036
【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
2014098908.tif 000038
【図２８Ｃ】
2014098908.tif 000039
【図２８Ｄ】
2014098908.tif 000040
【図２８Ｅ】
2014098908.tif 000041
【図２８Ｆ】
2014098908.tif 000042
【図２８Ｇ】
2014098908.tif 000043
【図２８Ｈ】
2014098908.tif 000044
【図２８Ｉ】
2014098908.tif 000045
【図２８Ｊ】
2014098908.tif 000046
【図２９】
2014098908.tif 000047
【図３０】
2014098908.tif 000048
【図３１】
2014098908.tif 000049
【図３２】
2014098908.tif 000050
【図３３】
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【図３４】
2014098908.tif 000052
【図３５】
2014098908.tif 000053
【図３６】
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【図３７】
2014098908.tif 000055
【図３８】
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【図３９】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月17日(2013.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライド走査のためのデバイスであって、
回転可能なトレーと、
前記回転可能なトレー内に配置された少なくとも１つの凹部とを備え、前記少なくとも１つの凹部が、スライドを受け取るように寸法設定され、前記少なくとも１つの凹部が、前記回転可能なトレーの回転の結果、走査位置で前記スライドを安定させる、デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの凹部が、前記スライドを安定させる複数の凸部を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つの凹部が、前記回転可能なトレーの円周リング上に配置された複数の凹部を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
撮像システムをさらに備え、前記撮像システムの少なくとも１つの構成要素が、前記回転可能なトレーの放射方向に移動する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記撮像システムの前記少なくとも１つの構成要素が、前記回転可能なトレーの１回転に対応して前記放射方向に漸進的に移動する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記少なくとも１つの凹部が、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定され、前記スライドの前記長さが、前記回転可能なトレーの放射方向に向けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの凹部が、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定され、前記スライドの前記幅が、前記回転可能なトレーの放射方向に向けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
スライドを走査する方法であって、
回転可能なトレーの少なくとも１つの凹部内に前記スライドを配置するステップと、
前記回転可能なトレーを回転させるステップとを含み、前記少なくとも１つの凹部が、スライドを受け取るように寸法設定され、前記少なくとも１つの凹部が、前記回転可能なトレーの回転の結果、走査位置で前記スライドを安定させる、方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの凹部が、前記スライドを安定させる複数の凸部を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの凹部が、前記回転可能なトレーの円周リング上に配置された複数の凹部を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
撮像システムを提供するステップと、
前記回転可能なトレーの放射方向に前記撮像システムの少なくとも１つの構成要素を移動させるステップと
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記撮像システムの前記少なくとも１つの構成要素が、前記回転可能なトレーの１回転に対応して前記放射方向に漸進的に移動される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの凹部が、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定され、前記スライドの前記長さが、前記回転可能なトレーの放射方向に向けられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの凹部が、長さが幅より大きいスライドを受け取るように寸法設定され、前記スライドの前記幅が、前記回転可能なトレーの放射方向に向けられる、請求項８に記載の方法。
【外国語明細書】
2014098908000001.pdf