(57)【要約】【課題】走査型顕微鏡撮像のための運動方略の提供。【解決手段】走査型顕微鏡撮像のための２および３次元での運動方略が説明される。物体、サンプル、または標本が、精密３次元ステージ上に搭載される。物体は、物体を切断するように、切断ツールに対する第１の軸および第１の軸と直交する第２の軸に対して同時に移動させられる。物体が移動させられるにつれて、切断部分の画像が生成される。切断ツールは、切断される物体の一部を照射するための光導波路の役割を果たし得る。光学要素が、切断および照射された物体の画像を捕捉する。物体はさらに、第１の軸および第２の軸の両方と直交する第３の軸に対して同時に移動させられる。【選択図】図７Ａ
2019197070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載された発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（相互参照）
このＰＣＴ出願は、２０１３年１０月３１日に出願された米国仮出願第６１／８９７，９１３号の利益を主張するものであり、該出願は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本開示は、概して、物体を撮像するためのシステムおよび方法に関する。具体的には、本開示は、ミクロトームを使用する生物組織および他の物質サンプルの切開に関し、より具体的には、ミクロトームスライス軌道に関する。
【背景技術】
【０００３】
顕微鏡検査の分野は、今日の社会においてますます重要になっている。顕微鏡検査の一側面は、評価されようとする標本または物体の撮像に関する。撮像は、概して、所与の領域の視覚化を生成するためのデータ収集を指す。所与の標本に関するデータを効率的かつ正確に撮像する能力は、標本または物体と関連付けられる１つまたはそれを上回る特性を判定するために重要であり得る。
【０００４】
多くの顕微鏡検査および撮像用途では、ミクロトームが撮像用の標本の薄いスライスを切断するために使用される。従来のミクロトームの使用は、１００年以上の長い歴史を有する。最初期のミクロトームは、手で引くカミソリの刃にすぎず、１８００年代後半に文書化された。より複雑なバージョンは、少し後になって、クランクが旋回させられたときにスライスを採取するハンドホイールを採用したデバイスで見られた。
【０００５】
ミクロトームは、性能を向上させるために、機械工学、精密製造、およびブレード材料の進歩を採用することによって、初期以降、改良されてきた。そのような進歩の主要な原動力は、より少ない光学アーチファクトを伴うより薄いスライスを必要とする、光学顕微鏡検査の向上および電子顕微鏡検査の出現であった。本進歩にもかかわらず、サンプルをスライスするプロセスは、大部分が手動のままとなっている。典型的には、基礎的な精密関節動作型機械に関係している人間の手用クランクが、ミクロトームを操作するために使用される。標本およびブレードが「回転」運動と相互作用するシステムは、あまり一般的ではない。
【０００６】
いくつかの従来のミクロトームは、サンプル設定が完了した後にスライス運動を自動化する。例えば、いくつかのシステムは、ハンドクランク型アプローチの電動バージョンを含んでもよい。より進歩した従来のミクロトームは、スライス運動を駆動するために線形運動を使用してもよい。
【０００７】
手動操作型であろうと電動式であろうと、ミクロトームを使用する多くの撮像システムは、少なくともある場合では、理想に満たない場合がある。そのようなシステムは、サンプルスライス上にアーチファクトを残し得る。起こり得る１つのタイプのアーチファクトは、多くの場合、ミクロトームまたはナイフの振動の結果としてサンプルスライス上に残される、ミクロトームまたはナイフの刃と平行であり、かつ切断の方向と垂直である「チャタリング」またはくぼみである。チャタリングは、以下で議論される図７Ａに示されている。別のタイプのアーチファクトは、多くの場合、ミクロトームにおける表面欠陥の結果としてサンプルスライス上に残される、ミクロトームの刃と垂直であり、かつ切断の方向と平行である「ストライプ」または特徴である。ストライプは、以下で議論される図７Ｂに示されている。さらに別のタイプのアーチファクトは、サンプルスライスが所望に応じて平坦なままである代わりに、切断されるにつれて巻き上がり得ることである。サンプルのそのような巻き上がりは、サンプルの撮像に干渉し得る。図７Ｃは、巻き上がるスライス７６を生成するようにナイフの刃１６によって切断されているサンプル２６を示す。これらおよび他のアーチファクトは、画像の歪曲、低解像度、効率不良、および低速度をもたらし得る。したがって、標本およびサンプルを切開して撮像するための改良型システムおよび方法が所望される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ミクロトームを使用する、生物組織および他の物質サンプルの切開ならびに撮像のための改良型システムおよび方法が開示される。具体的には、アーチファクトの発生を最小限にするか、または低減させ、高速かつ高解像度の撮像、より良好なスライス捕捉、より良好な顕微鏡検査、および／またはより良好な分子調査を可能にする、ミクロトームスライス軌道が開示される。そのようなスライス軌道は、ミクロトームが光導波路の役割を果たすことができ、標本がユーザ入力コマンドに従って標本を精密に移動させる３軸または３次元ステージ上で捕捉される、切片顕微鏡検査システム上で実装されることができる。
【０００９】
本開示の側面は、物体を撮像する方法を提供する。物体は、物体の一部を切断するように、切断ツールに対する第１の軸に対して移動させられてもよい。同時に、物体は、一部を切断するように、切断ツールに対する第２の軸に対して移動させられてもよい。第２の軸は、典型的には、第１の軸と直交する。物体が第１の軸および第２の軸の両方に対して移動させられるにつれて、切断部分の画像が生成されてもよい。
【００１０】
物体はさらに、一部を切断するように、切断ツールに対する第３の軸に対して移動させられてもよい。本第３の軸は、典型的には、第１の軸および第２の軸の両方と直交する。また、物体は、同時に、第１の軸、第２の軸、および第３の軸に対して移動させられてもよい。第３の軸は、切断ツールの切断刃の長さと直交し、かつ切断ツールの本体の幅と直交するＺ軸を備えてもよい。
【００１１】
典型的には、第１の軸は、切断ツールの切断刃の長さと直交し、かつ切断ツールの本体の幅に沿ったＸ軸を備える。また、第２の軸は、切断ツールの切断刃の長さに沿い、かつ切断ツール本体の幅と直交するＹ軸、または切断刃の長さと直交し、かつ切断ツールの本体の幅と直交するＺ軸を備える。
【００１２】
切断ツールは、典型的には、移動させられた物体に対して静止している。
【００１３】
さらに、光学エネルギーが、切断ツールから外へ、物体の一部を通して指向させられてもよい。また、指向させられた光学エネルギーは、一部と関連付けられる画像に関するデータが光学要素に伝達されるように、一部が切断されている間に光学要素において受容されてもよい。光学要素は、カメラを備えてもよい。光学エネルギーは、切断ツールの近位端において提供されてもよい。また、切断ツールは、切断ツールの近位端から遠位端に提供された光学エネルギーを内部反射してもよい。内部反射された光学エネルギーは、遠位端から外へ指向させられてもよい。
【００１４】
物体は、種々の異なる運動方略または軌道を実装するように、同時に、第１、第２、および第３の軸のうちの２つまたはそれを上回る軸に対して移動させられてもよい。
【００１５】
物体は、第１の軸に対して第１の距離で移動させられ、第２の軸に沿って第１の距離と異なる（例えば、第１の距離より小さい）第２の距離で移動させられてもよい。
【００１６】
物体が同時に第１の軸および第２の軸に沿って移動させられるにつれて、切断ツールの底面に対する物体の頂面の角度（例えば、すくい角）が変化させられてもよい。
【００１７】
物体は、第１の軸に対して移動させられるにつれて、第２の軸に対して振動させられてもよい。そのような振動は、様々な厚さを有する切断部分を生成してもよい。
【００１８】
第１の軸および第２の軸に対する物体の同時移動は、物体の一部において第１の方向へ第１の急勾配切断を生成し、物体の一部において第２の平坦な切断を生成し、物体の一部において第１の方向と反対の第２の方向へ第３の急勾配切断を生成してもよい。
【００１９】
さらなる運動方略または軌道が、以下で説明される。
【００２０】
本開示の別の側面は、上記の運動方略または軌道のいずれかを実装するための命令を具現化する、プロセッサと、有形媒体とを備える、システムを提供する。
【００２１】
本開示の他の目標および利点は、以下の説明および添付図面と併せて考慮されたときに、さらに認識および理解されるであろう。以下の説明は、本開示の特定の実施形態を説明する具体的詳細を含有し得るが、これは、本開示の範囲への制限として解釈されるべきではなく、むしろ、好ましい実施形態の例示として解釈されるべきである。本開示の各側面に関して、当業者に公知である多くの変形例が、本明細書に示唆されるように可能である。本開示の範囲内で、その精神から逸脱することなく、種々の変更および修正が行われることができる。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
物体を撮像する方法であって、前記方法は、
前記物体の一部を切断するように、切断ツールに対する第１の軸に対して前記物体を移動させるステップと、
前記一部を切断するように、前記切断ツールに対する第２の軸に対して前記物体を移動させるステップであって、前記第２の軸は、前記第１の軸と直交する、ステップと、
前記物体が前記第１の軸および第２の軸の両方に対して移動させられるにつれて、切断部分の画像を生成するステップであって、前記物体は、同時に前記第１の軸および第２の軸に対して移動させられる、ステップと、
を含む、方法。
（項目２）
前記一部を切断するように、前記切断ツールに対する第３の軸に対して前記物体を移動させるステップをさらに含み、前記第３の軸は、前記第１の軸および前記第２の軸の両方と直交し、前記物体は、同時に、前記第１の軸、前記第２の軸、および前記第３の軸に対して移動させられる、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記第３の軸は、前記切断ツールの切断刃の長さと直交し、かつ前記切断ツールの本体の幅と直交するＺ軸を備える、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目４）
前記第１の軸は、前記切断ツールの切断刃の長さと直交し、かつ前記切断ツールの本体の幅に沿ったＸ軸を備える、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目５）
前記第２の軸は、前記切断ツールの切断刃の長さに沿い、かつ前記切断ツールの本体の幅と直交するＹ軸、または前記切断ツールの切断刃の長さと直交し、かつ前記切断ツールの本体の幅と直交するＺ軸を備える、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目６）
前記切断ツールは、前記移動させられた物体に対して静止している、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目７）
前記切断ツールから外へ、前記物体の前記一部を通して光学エネルギーを指向させるステップと、
前記一部と関連付けられる画像に関するデータが光学要素に伝達されるように、前記一部が切断されている間に前記指向させられた光学エネルギーを前記光学要素において受容するステップと、
をさらに含む、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目８）
前記光学要素は、カメラを備える、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記切断ツールの近位端において前記光学エネルギーを提供し、前記切断ツールによって、前記切断ツールの前記近位端から遠位端に前記提供された光学エネルギーを内部反射させるステップをさらに含み、前記切断ツールから外へ光学エネルギーを指向させるステップは、前記遠位端から外へ前記内部反射させられた光学エネルギーを指向させるステップを含む、項目７に記載の方法。
（項目１０）
前記第１の軸に沿って前記物体を移動させるステップは、前記物体を第１の距離で移動させるステップを含み、前記第２の軸に沿って前記物体を移動させるステップは、前記物体を前記第１の距離と異なる第２の距離で移動させるステップを含む、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目１１）
前記第２の距離は、前記第１の距離より小さい、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記物体が同時に前記第１の軸および第２の軸に沿って移動させられるにつれて、前記切断ツールの底面に対する前記物体の頂面の角度を変化させるステップをさらに含む、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目１３）
前記第２の軸に沿って前記物体を移動させるステップは、前記第２の軸に沿って前記物体を振動させるステップを含む、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目１４）
前記物体は、前記切断部分が様々な厚さを有するように、前記第２の軸に沿って振動させられる、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目１５）
前記物体は、前記物体の前記一部において第１の方向へ第１の急勾配切断を生成するように、前記物体の前記一部において第２の平坦な切断を生成するように、および前記物体の前記一部において前記第１の方向と反対の第２の方向へ第３の急勾配切断を生成するように、同時に、前記第１の軸および第２の軸に対して移動させられる、上記の項目のいずれかに記載の方法。
（項目１６）
上記の項目のいずれかに記載の方法を実装するための命令を具現化する、プロセッサと、有形媒体とを備える、システム。
【００２２】
（参照による組み込み）
本明細書で記述される全ての出版物、特許、および特許出願は、各個別出版物、特許、または特許出願が、参照することによって組み込まれるように具体的かつ個別に示された場合と同一の程度に、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本開示の新規の特徴は、添付の請求項において詳細に記載される。本開示の特徴および利点のさらなる理解は、本開示の原理が利用される、例証的実施形態を記載する以下の発明を実施するための形態および添付図面を参照して得られるであろう。
【００２４】
【図１Ａ】図１Ａは、多くの実施形態による、撮像システムを図示する側面図における概略図である。
【００２５】
【図１Ｂ】図１Ｂは、多くの実施形態による、図１Ａの撮像システムと関連付けられる一連のステップを図示する、フローチャートである。
【００２６】
【図２】図２は、多くの実施形態による、標本の撮像の付加的詳細を示す、図１Ａの撮像システムの斜視図である。
【００２７】
【図３】図３は、多くの実施形態による、その中に含まれる角度と関連付けられる詳細を図示する、図１Ａの撮像システムの断面側面図である。
【００２８】
【図４】図４は、図１Ａの撮像システムの代替実施形態の側面図である。
【００２９】
【図５】図５は、図１Ａの撮像システムのさらに別の代替実施形態の断面側面図である。
【００３０】
【図６】図６は、多くの実施形態による、図１Ａの撮像システムと併せて使用される波長分割多重（ＷＤＭ）プロセスを図示する、ブロック図である。
【００３１】
【図７Ａ】図７Ａは、チャタリングを伴う、切片を生成するように切断されている標本の斜視図である。
【００３２】
【図７Ｂ】図７Ｂは、ストライプを伴う、切片を生成するように切断されている標本の斜視図である。
【００３３】
【図７Ｃ】図７Ｃは、巻き上げを伴う、切片を生成するように切断されている標本の斜視図である。
【００３４】
【図８Ａ】図８Ａは、切片を生成するように直線的に単一の軸に対して移動させられている、標本の概略図である。
【００３５】
【図８Ｂ】図８Ｂは、切片を生成するように直線的に２つの軸に対して移動させられている、標本の概略図である。
【００３６】
【図９】図９は、切片を生成するように回転様式で２つの軸に対して移動させられている、標本の概略図である。
【００３７】
【図１０】図１０は、切片を生成するように振動様式で移動させられている、標本の概略図である。
【００３８】
【図１１Ａ】図１１Ａは、切片を生成するように連続的に切断される、標本の概略図である。
【００３９】
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、切片を生成するようにオフセットを伴って連続的に切断される、標本の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本開示の例示的実施形態およびそれらの利点は、類似数字が類似部品を指す、添付図面を参照することによって、最も良く理解される。
【００４１】
本明細書に説明される実施形態は、いくつかの技術的利点を提供し得る。例えば、望ましくないデータに関する後方散乱効果が、実質的に低減させられるか、または効果的に排除され得る。光コリメータとしての機能を果たす切断器具の使用により、検査される標本の部分のみの撮像が達成されることができる。したがって、切断器具の一部の下方の領域の不慮の撮像が排除され得る。これは、向上した正確度および効率により、切断器具の下方の標本の部分からの後方散乱を伴わずに、標本がさらに詳細に評価されることを可能にし得る。
【００４２】
標本の切片が切断器具によって切断されるにつれて撮像が行われるため、標本の潜在的損傷または劣化が実質的に回避され得る。連続および同時画像走査を可能にすることによって（すなわち、標本の層が切開されている間に）、概して、層を撮像する前にそれを除去することと関連付けられる、標本の皺、変形、または引裂が、有意に低減もしくは回避される。本明細書に説明される多次元運動方略および軌道を使用することによって、さらなる技術的利点が提供されることができる。
【００４３】
本明細書に説明されるように、従来のミクロトームは、材料の非常に薄い層がブロックの表面から除去または切開されるように、材料のブロックが精密に切断されるデバイスを備えてもよい。同様に、従来のミクロトーム法が、従来のミクロトームの機能に適用されてもよい。これらのデバイスでは、スライス運動中のサンプルと切断表面との間の相対運動は、多くの場合、単一の線形または回転軸に限定される。多くの設計が存在するが、最も頻繁に見られる配列は、ブロックが垂直可動アームの一端に固定され、静止ナイフ刃と係合させられるようなものである。
【００４４】
本明細書に説明されるように、ナイフは、サンプルの面から薄い層を分離するように設計されている離型表面を備えてもよい。典型的なナイフは、金属、ガラス、またはダイヤモンドから作製されてもよいが、炭化タングステン、サファイア、および他のセラミックを含む、他の新種材料も使用されることができる。
【００４５】
本明細書に説明されるように、切片またはスライスは、サンプルとナイフとの間の相対運動を用いてブロック面から除去された、連続材料の単一の細片を備えてもよい。
【００４６】
本明細書に説明されるように、チャタリングは、新たに切断されたブロック面およびスライス上にナイフによって残されたくぼみを指し得る。これらの特徴の配向は、概して、ナイフの刃と平行であり、かつ切断の方向と垂直である。これらのくぼみの深度および頻度は、数ナノメートル〜数ミクロンの規模で変動し得る。これらのパターンは、多くの場合、顕微鏡検査において「ベネシャンブラインド」様周期平行特徴を呈する。これらのマークは、典型的には、切断力によって引き起こされるサンプルに対するナイフ刃の振動によって引き起こされる。チャタリングは、顕微鏡検査をより困難にし得、極端な場合には、スライスを損傷または破壊し得る。図７Ａは、チャタリング７２ａを伴うスライス７２を生成するようにナイフ刃１６によって切断されているサンプル２６を示す。
【００４７】
本明細書に説明されるように、ストライプは、新たに切断されたブロック面およびスライス上にナイフによって残されたくぼみを指し得る。これらの特徴の配向は、概して、ナイフの刃と垂直であり、かつ切断の方向と平行である。これらのくぼみは、典型的には、ナイフ刃の損傷または鈍的部分によって引き起こされるが、おそらく、ナイフ刃または面によって駆動されている切開材料包含によっても引き起こされる。図７Ｂは、ストライプ７４ａを伴うスライス７４を生成するようにナイフ刃１６によって切断されているサンプル２６を示す。
【００４８】
本明細書に説明される軸配向は、典型的には、３つの線形正規直交軸を伴う標準デカルト「ｘｙｚ」右手座標系に関して参照される。「ｘ軸」は、それに沿ってサンプルが従来のミクロトームでスライスされる、主軸と見なされてもよい。「ｙ軸」は、多くの場合、殆どの従来のミクロトームでは存在せず、したがって、切開されたサンプルの最大幅は、ブレードの幅にサイズが限定され得る。「ｚ軸」は、サンプルブロック面から外に対面すると見なされてもよく、面から得られる連続順次スライスの厚さと関連付けられる従来のミクロトームにおける軸である。
【００４９】
本明細書に説明されるように、ブロック面は、概して、スライスされているサンプルの面を指すであろう。従来のミクロトームでは、ブロック面は、典型的には、ｘｙ軸と同一平面内にある。従来のミクロトームにおけるブロック面は、典型的には、ナイフの幅より小さい。
【００５０】
本明細書に説明されるように、すくい角は、概して、スライスがブロック面と垂直に測定される際にナイフ面を上に移動させるであろう、角度である。
【００５１】
本明細書に説明されるように、逃げ角は、概して、サンプルが切断されている際のナイフの背側とサンプルとの間の立体角である。
【００５２】
図１Ａは、多くの実施形態による、撮像システム１０を示す。撮像システム１０は、本明細書に説明されるミクロトーム運動方略または軌道のうちの１つまたはそれを上回るものを実装するために使用されてもよい。撮像システム１０は、光学要素１２と、線発生器１４と、切断器具１６とを含んでもよい。基部１８が、撮像システム１０を安定させるように提供されてもよい。加えて、Ｘ軸ステージ２０、Ｙ軸ステージ２２、およびＺ軸エレベータステージ２４もまた、撮像システム１０を使用して検査されるか、または別様に評価される標本２６を位置付けるか、または別様にその移動を達成するために、提供されてもよい。（標本２６は、本明細書に開示される実施形態のさらなる理解を促進するために、１つの例示的厚さと比較して、図１Ａ−６で誇張されている厚さを有する。本誇張は、本開示をいかようにも限定するか、または別様に制約すると解釈されるべきではなく、教示目的のみで提供されている。本開示は、任意の厚さを有する標本とともに利用されてもよい。）
【００５３】
多くの実施形態によると、ミクロトームまたは切断器具１６は、撮像システム１０用の光導波路またはプリズムの役割を果たしてもよく、また、標本２６の一部を物理的に切開する役割を果たしてもよい。標本２６の物理的切開は、切断されている一部の撮像またはデータ収集と同時に行われてもよく、光学要素１２および線発生器１４は、本プロセスを促進するために、相互と、および切断器具１６と協働してもよい。これは、３次元体積撮像が標本２６の切開と同時に達成されることを可能にすることができる。多くの実施形態によると、標本２６の完全性もまた、１）線発生器１４によって提供される光学エネルギーへの過剰暴露、および２）所望の領域を撮像する前に物理的に除去および再配置され得る標本２６の一部の劣化または変形という問題を回避しながら、高速で原位置においてサンプリングされている標本２６の結果として、切開プロセス中に維持され得る。加えて、撮像システム１０は、光学プリズムとして動作する切断器具１６の固有の性質により、標本２６の標的領域の正確な画像が捕捉されることができることを確実にしてもよい。切断器具１６は、切断器具１６によって切開されている一部の下方の標本２６の層から別様に収集されるであろう干渉データへの障壁を提供し得る。本不要な干渉データまたは後方散乱が、関連システムの正確度を低減させるように動作し得る一方で、本撮像システム１０は、本ジレンマを実質的に回避することができる。
【００５４】
光学要素１２は、切断器具１６において反映される光学エネルギーを受容するか、または別様に収集する役割を果たしてもよい。多くの実施形態によると、光学要素１２は、顕微鏡、スリット走査カメラ、線形アレイセンサのセット、および１つまたはそれを上回るレンズを備えてもよい。加えて、光学要素１２は、カメラのみ、または顕微鏡のみ、もしくはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。代替として、または組み合わせて、光学要素１２は、切断器具１６によって反射される光学エネルギーを受容するか、または別様に収集するように動作可能な任意の構成要素、ユニット、または構造であってもよい。
【００５５】
多くの実施形態によると、光学要素１２の顕微鏡、スリット走査カメラ、線形アレイセンサのセット、およびレンズは、切断器具１６によって切開されている標的領域を撮像するために協働してもよい。標的の面走査を提供する従来のデジタルカメラと異なり、光学要素１２に含まれるスリット走査カメラは、概して、一方向へのデータを１つまたはそれを上回る線形アレイセンサに指向させて、狭い標的領域を捕捉してもよい。光学要素１２は、スリット走査カメラを含むものとして表されるが、１つまたはそれを上回る線形アレイセンサと協働して標本２６の切片を撮像するように動作可能である任意の他の好適なカメラが使用されてもよい。光学要素１２の内部構造内に含まれるレンズおよび線形アレイセンサに関する付加的詳細が、図２を参照して以下で説明される。
【００５６】
線発生器１４は、多くの実施形態による、レーザビームを生成するように動作可能な光学エネルギー発生器であってもよい。線発生器１４は、いくつかの実施形態では、幅が約３０ミクロンのレーザビーム、および切開される標本２６の一部に向かって指向させられる切断器具１６の刃の長さを生成してもよいが、線発生器１４は、代替案では、任意の他の好適な光学エネルギービームを生成してもよい。線発生器１４は、いくつかの実施形態では、標本２６に対して約４５°の角度で位置付けられてもよいが、線発生器は、特定の必要性に従って任意の他の好適な角度で位置付けられてもよい。線発生器１４は、光学要素１２が、切開されている標本２６の一部によって伝送され、反射され、または別様に伝達される光学エネルギーを効果的に収集するか、または別様に捕捉し得るように位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、線発生器１４は、光学要素１２によって反射および撮像される標本２６に白色光の光ビームを提供する、白色光源発生器であってもよい。白色光源発生器は、概して、光学要素１２に好適であり、かつそれと協働させられる処理のために、十分に狭い光学画像線ビームを標本２６に提供してもよい。レーザビームを生成するように動作可能な光学エネルギー発生器として表されるが、線発生器１４は、光学エネルギーを生成し、供給し、または別様に標本２６に向かって指向させることができる、任意の好適な光源または構成要素であってもよい。線発生器１４は、切断器具１６と同軸であるように位置付けられてもよい。線発生器１４が切断器具１６と同軸であるとき、光学エネルギーが生成され、切断器具１６に近接して、または切断器具１６を通して、標本２６上に指向させられてもよい。
【００５７】
多くの実施形態によって対処される体積撮像と関連付けられる１つの懸念は、概して、所与の標本上の光の劣化または変形側面である。本質的に、標本が十分に迅速に移動できない場合、標本２６が（潜在的に修復不可能に）損傷され得る。したがって、撮像システム１０は、標本２６と関連付けられる組織を光の潜在的損傷効果に過剰に暴露させることなく、運動の好適な速度または適切な進路を維持するという利点を提供してもよい。いくつかの実施形態では、撮像システム１０は、画像収集の高いレベルの精度、正確度、および解像度を維持しながら、本所望の移動を達成する。
【００５８】
切断器具１６は、先端の刃の下方の組織の可視性を低減させるための光学プリズムの役割を果たす先端を含む、ナイフを備えてもよい。したがって、切断器具１６は、光学要素１２用の光学列のための光コリメータとして使用されることができる。切断器具１６の先端は、概して、不適切な方向へ伝搬し、撮像正確度に悪影響を及ぼす励起エネルギーが実質的に低減させられるか、または別様に排除され得るように、直接的に光学要素１２に向かって光学エネルギーを内部反射する。多くの実施形態によると、切断器具１６は、検査される標本２６の一部を切開するように動作する、ダイヤモンドで形成された先端を有する。ダイヤモンド先端は、典型的には、透明であり得、上記で説明されるような光学プリズムの役割を効果的に果たすことができる。切断器具１６における光学プリズムの使用はまた、ある用途では、従来の画像走査デバイスと関連付けられる深いボクセルからの不要な蛍光漂白を回避してもよい。本蛍光漂白は、概して、正確度を妨害するか、または関連画像データもしくは走査システムの結果を歪曲するように動作し得る。
【００５９】
切断器具１６の先端は、いくつかの実施形態では、その刃が約１〜５ナノメートルであるように尖らされてもよいが、先端は、特定の必要性に従った任意の他の好適な鋭さであってもよい。概して、切断器具１６の頂面は、標本２６の頂面に対して約４５度の角度で配向される。ダイヤモンド先端を有するものとして表されるが、切断器具１６は、標本２６の切開または分岐を促進するように動作可能な任意の刃を含んでもよい。加えて、切断器具１６は、例えば、ガラス、金属、水晶、サファイア、およびプラスチック等の標本２６を切開するための任意の他の好適な材料で形成された先端を含んでもよい。いくつかの実施形態では、撮像システム１０を使用して検査される標本２６の切開を促進するために、ミクロトームまたはレーザが使用されてもよい。
【００６０】
基部１８は、多くの実施形態によると、平地花崗岩プラットフォームを備えてもよい。基部１８は、標本２６が正確に切開され得るように、標本２６のための安定性を提供してもよい。基部１８は、Ｘ軸ステージ２０、Ｙ軸ステージ２２、およびＺ軸エレベータステージ２４を支持してもよい。高解像度精密プラットフォームとして表されるが、基部１８は、代替として、または組み合わせて、例えば、ボールおよびねじステージ等の機械的構造、もしくは安定性および／または操縦性を標本２６に提供するように動作可能である任意の他の好適な構造を備えてもよい。加えて、花崗岩で形成されるものとして表されているが、基部１８は、特定の必要性に従って、任意の好適な材料で形成されるか、または完全に排除されてもよい。基部１８は、基部１８の平面の上に位置付けられ得る、Ｘ軸ステージ２０を支持してもよい。
【００６１】
Ｘ軸ステージ２０は、標本２６が切開および撮像され得るために、それを支持してもよい。Ｘ軸ステージ２０は、多くの実施形態によると、一方向への移動を提供してもよい。Ｘ軸ステージ２０は、側方移動を提供し、切断器具１６が標本２６を切開するための切断軸を促進する、空気ベアリングステージを備えてもよい。Ｘ軸ステージ２０は、約２０ナノメートルの解像度を提供する、精密位置付けステージであってもよい。本精密位置付けシステムは、標本２６の移動とともに切断器具１６の刃の高正確度同期撮像を確実にすることができる。Ｘ軸ステージ２０は、基部１８上に静置してもよく、Ｙ軸ステージ２２を支持する。
【００６２】
Ｙ軸ステージ２２はまた、Ｘ軸ステージ２０によって提供される移動と潜在的に垂直な一方向への移動を提供する、精密ステージであってもよい。Ｙ軸ステージ２２は、切断器具１６を使用して標本２６が検査または切開されるために、高解像度インデキシングを提供してもよい。Ｙ軸ステージ２２はまた、多くの実施形態によると、約２０ナノメートルの解像度を提供する、切断軸としての機能を果たしてもよい。Ｙ軸ステージ２２は、Ｚ軸エレベータステージ２４を支持する。
【００６３】
Ｚ軸エレベータステージ２４は、（基部１８に対して潜在的に垂直な）一方向への移動を標本２６に提供してもよい。Ｚ軸エレベータステージ２４は、約２５ナノメートルの解像度を提供してもよい。随意に、搭載チャック３０が、Ｚ軸エレベータステージ２４によって支持されてもよく、搭載チャック３０は、順に、標本２６を支持する。多くの実施形態によると、Ｚ軸エレベータステージ２４、Ｙ軸ステージ２２、およびＸ軸ステージ２０は、標本２６または切断器具１６の精密なインデキシングを達成するために、全てデジタルで制御されてもよい。代替として、または組み合わせて、これらのステージのそれぞれは、特定の必要性に従って、自動的に手動で制御されるか、または実質的に静止したままであってもよい。標本２６のサンプリングが、標本２６の切開の短い距離にわたって何万回も潜在的に完了し得るため、ステージのそれぞれは、撮像システム１０内で正確な運動を達成する、協調的高精度移動を促進するように動作してもよい。いくつかの実施形態によると、ステージのそれぞれのためのエンコーダ解像度は、約１０〜３０ナノメートルであってもよい。
【００６４】
多くの実施形態によると、切断器具１６は、標本２６が複数の切片に繰り返し切開され得るように、Ｚ軸エレベータステージ２４を覆って堅く搭載されてもよい。デジタル制御下で、上記で説明されるような３軸精密テージシステムは、例えば、厚さ約０．５ミクロンの標本２６から層を切開するミクロトームとして機能するように、切断器具１６と協働してもよい。３軸精密ステージとして表されているが、標本２６を支持するために使用される任意のブロックまたは要素が撮像システム１０と併せて使用され得ることが考慮される。加えて、それぞれ、Ｘ、Ｙ、およびＺステージ２０、２２、および２４の順序は、特定の必要性に従って変動または修正されてもよい。また、評価されようとする標本２６または任意の他の物品もしくは物体の正確な切開を達成するために、機械的または電子的に制御される任意の他のタイプの支持が使用され得ることも考慮される。また、Ｘ軸ステージ２０、Ｙ軸ステージ２２、およびＺ軸ステージ２４は、不均一運動制御を伴って明確に異なるものとして図１Ａに示されているが、Ｘ軸ステージ２０、Ｙ軸ステージ２２、もしくはＺ軸ステージ２４のうちの２つまたはそれを上回るものは、均一運動制御を伴う単一のユニットを備えてもよい。
【００６５】
Ｘ軸ステージ２０、Ｙ軸ステージ２２、およびＺ軸エレベータステージ２４を備える、３軸精密ステージは、モデル番号ＡＮＴ９５−２５−ＸＹ、ＡＮＴ９５−２５−ＸＹ−ＰＬＵＳ、ＡＮＴ９５−５０−ＸＹ、ＡＮＴ９５−５０−ＸＹ−ＰＬＵＳ、ＡＮＴ９５−２５−ＸＹ−ＵＬＴＲＡ、ＡＮＴ９５−５０−ＸＹ−ＵＬＴＲＡ、ＡＮＴ１３０−０６０−ＸＹ、ＡＮＴ１３０−０６０−ＸＹ−ＰＬＵＳ、ＡＮＴ１３０−１１０−ＸＹ、ＡＮＴ１３０−１１０−ＸＹ−ＰＬＵＳ、ＡＮＴ１３０−１６０−ＸＹ、ＡＮＴ１３０−１６０−ＸＹ−ＰＬＵＳ、ＡＮＴ１３０−０６０−ＸＹ−ＵＬＴＲＡ、ＡＮＴ１３０−１１０−ＸＹ−ＵＬＴＲＡ、ＡＮＴ１３０−１６０−ＸＹ−ＵＬＴＲＡ、ＰｌａｎａｒＤＬ−１００ＸＹ、ＰｌａｎａｒＤＬ−２００ＸＹ、ＰｌａｎａｒＤＬ−３００ＸＹ、ＡＢＬ３６０２５、ＡＬＳ３６２１０、ＡＬＳ３６２２０、ＡＬＳ３６２３０、ＡＬＳ３６２４０、ＡＴＳ３６２１０、ＡＴＳ３６２２０、ＡＴＳ３６２３０、ＡＴＳ３６２４０、ＡＢＬ９０３００−３００、ＡＢＬ９０５００−５００、ＡＢＬＨ９０７５０−７５０、ＡＢＬＨ９１０００−１０００、ＡＢＬＨ９１２００−１２００、ＡＨＬ９０３５０−３５０、Ｐｌａｎａｒ  ＨＤ、ＭＰＳ５０ＳＶ、ＭＰＳ７５ＳＶ、ＡＶＳ／ＡＶＳＩ１０６、ＡＶＳ／ＡＶＳＩ１１３、ＡＶＳ／ＡＶＳＩ１２５、ＡＮＴ９５−３−Ｖ、ＡＮＴ９５−３−Ｖ−ＰＬＵＳ、ＡＮＴ−１３０−５−Ｖ、ＡＮＴ−１３０−５−Ｖ−ＰＬＵＳ、ＡＮＴ１３０−０３５−Ｌ−Ｚ、ＡＮＴ１３０−０３５−Ｌ−Ｚ−ＰＬＵＳ、ＡＮＴ１３０−０６０−Ｌ−Ｚ、ＡＮＴ１３０−０６０−Ｌ−Ｚ−ＰＬＵＳ、ＡＶＬ１０００−１、ＡＶＬ１０００−２、ＡＶＳ１００５、ＡＶＳ１０１０、ＷａｆｅｒＭａｘＺ、ＡｉｒＬｉｆｔ  １１５−０５０、ＡｉｒＬｉｆｔ  １１５−１００、ＡｉｒＬｉｆｔ  １１５−１５０、ＡＮＴ９５−２５−Ｌ−Ｚ、ＡＮＴ９５−２５−Ｌ−Ｚ−ＰＬＵＳ、ＡＮＴ９５−５０−Ｌ−Ｚ、ＡＮＴ９５−５０−Ｌ−Ｚ−ＰＬＵＳ、ＡＢＬ１５００５Ｚ、ＡＢＬ１５０１０Ｚ、ＡＢＬ１５０１５Ｚ、ＡＢＬ１５０２０Ｚ、ＭＰＳ５０ＳＶ、ＭＰＳ７５ＳＶ、ＶＴＳ３００−０５０、ＶＴＳ３００−１００、ＶＴＳ３００−１５０、ＶＴＳ３００−２００、ＷａｆｅｒＭａｘＺ、およびそれらの任意の組み合わせ等のＡｅｒｏｔｅｃｈ，  Ｉｎｃ．（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，  ＰＡ）から入手可能な１つまたはそれを上回る運動ステージを備えてもよい。Ｘ軸ステージ２０、Ｙ軸ステージ２２、およびＺ軸エレベータステージ２４は、典型的には、移動の非常に低いヒステリシス、高解像度（例えば、１〜２ｎｍ）、高再現性（例えば、２５〜１００ｎｍ）、および高正確度（例えば、２５０〜４００ｎｍ）を伴う精密で速い制御を可能にする、線形モータを備えるであろう。
【００６６】
Ｘステージ２０、Ｙステージ２２、もしくはＺステージ２４のうちの１つまたはそれを上回るものは、例えば、本明細書に説明される種々の運動パターンのうちの１つまたはそれを上回るものを達成するように、相互と別個に、連続的に、または同時に移動させられてもよい。線形ステージの使用が説明されるが、また、例えば、本明細書に説明される種々の運動パターンのうちの１つまたはそれを上回るものを達成するように、標本２６を保持して移動させるために、１つまたはそれを上回る回転ステージが単独で、または組み合わせて使用され得ることも考慮される。
【００６７】
標本２６は、例えば、生物組織等の多くの実施形態における生物組織であってもよいが、特定の必要性に従って、任意の他の好適な要素、品目、または物体が使用されてもよい。組織は、撮像システム１０によって同時に撮像されている間に切断器具１６によって薄い切片に切開されてもよい。生物組織は、切開が求められる、骨、脳、心臓、皮膚、筋肉、または他の生物学的（植物、動物等）物質等の任意の有機物質であってもよい。代替として、標本２６は、繊維が組み込まれたポリマー、炭素が組み込まれたプラスチック、銅、マイクロ電子デバイス（リバースエンジニアリングの分野で潜在的に有益である）、または撮像システム１０を使用して切開され、探査され、もしくは別様に検査されようとする、任意の他の要素または物体等の非生物学的物質であり得る。また、撮像システム１０は、可搬性であり、撮像システム１０の撮像を促進するか、または別様に撮像システム１０と連動する、種々のタイプのデバイスおよび構成要素と通信するようにさらに動作可能であり得ることも考慮される。
【００６８】
撮像システム１０は、例えば、漂白の懸念が問題である、蛍光用途で潜在的に有益であり得る。撮像システム１０は、緑色蛍光タンパク質を有する標本と関連付けられる１つまたはそれを上回る特性を示すパラメータの宿主を識別する役割を果たす、そのようなタンパク質を生物学的物質中で検出するために使用されてもよい。そのような緑色蛍光タンパク質の存在の検出はまた、関連標本のある状態を表してもよい。撮像システム１０はまた、微小解剖学的レベルであろうと（例えば、全脳の切開等の）大規模基準であろうと、任意の他の検査、査定、または評価で使用されてもよい。撮像システム１０は、所与の物体、要素、または標本２６の任意の３次元／体積撮像に本質的に適用可能であり得る。加えて、物体からの画像に関するデータを収集するか、または別様に捕捉するために動作可能である、位相／変調顕微鏡検査、線走査顕微鏡検査、光学エネルギーを撮像するための吸収技法、または任意の他の光学撮像システムが、撮像システム１０と関連付けられる教示と併せて使用され、かつそれの利益を享受し得ることが考慮される。
【００６９】
切開ミル３４もまた、図１Ａで図示され、随意に、標本２６の切開を促進するためにブリッジ３２上に提供されてもよい。切開ミル３４は、標本２６等の物体を、撮像システム１０を使用して評価される２つまたはそれを上回る部分に切断するか、または別様に分離するように動作してもよい。ブリッジ３２は、（例えば、懸架を介して）切開ミル３４を支持し、標本２６の切開が起こっていないときに邪魔にならない所に位置付けられ得るように、切開ミル３４に摺動能力を提供してもよい。ブリッジ３２は、撮像システム１０に最小限の干渉を提供するように位置付けられる基部１８に連結されてもよい。
【００７０】
図１Ｂは、多くの実施形態による、撮像システム１０と関連付けられる一連のステップを図示する、フローチャートを示す。第１のステップ１００では、光学エネルギーが線発生器１４によって生成されてもよい。いくつかの実施形態では、線発生器１４は、切断される標本２６の一部に向かって指向させられる、２０〜４０ミクロンの近似幅を有するレーザビームを生成するが、標本２６に向かって伝搬する、任意の他の好適な光ビームが生成されることができる。切断器具１６は、光学エネルギーが標本２６に向かって伝搬している間に標本２６が切開されるか、または別様に切断され得るように、ステップ１０２において標本２６と係合させられてもよい。
【００７１】
ステップ１０４では、図１Ａを参照して上記で説明されるもの等の精密位置付けシステムが、標本２６の正確な切開を達成するために実装されてもよい。精密位置付けシステムは、電子的に、またはデジタルで制御されてもよく、いくつかの実施形態では、標本２６を約０．１〜１０ミクロンの非常に薄い切片に切開するように動作してもよいが、本明細書に説明される精密位置付けシステムの使用により、任意の他の好適な切開が達成されてもよい。
【００７２】
ステップ１０６では、光学エネルギーが、切断器具１６の光学プリズムから光学要素１２に向かって反射されてもよい。付随光学プリズムを伴う切断器具１６の使用は、後方散乱、すなわち、切開されている一部の直下の標本２６の一部と関連付けられる不要なデータの収集が、低減させられるか、または別様に回避され得ることを確実にしてもよい。光学要素１２は、標本２６が切断器具１６によって切開され得る間に、ステップ１０８において反射した光学エネルギーを受容してもよい。
【００７３】
多くの実施形態によると、光学要素１２内のスリット走査カメラのレンズ４０は、プリズムによって反射され、ステップ１１０において切断されている標本２６の一部に関する光学エネルギーを受容する。対物レンズは、反射した光学エネルギーを中継レンズ上に集束するように動作してもよく、中継レンズは、ステップ１１２で説明されるように、反射した光学エネルギーを１つまたはそれを上回る線形アレイセンサ３８に伝達する。いったん反射した光学エネルギーが線形アレイセンサ３８に来ると、いくつかの方法でさらに処理されてもよい。
【００７４】
多くの実施形態によると、ディスプレイがステップ１１４において提供される。ディスプレイは、切断および検査されている標本２６の一部の凝集した例証を提供するように、１つまたはそれを上回る線形アレイセンサ３８によって保持される捕捉画像を受容し、利用してもよい。代替として、または組み合わせて、線形アレイセンサ３８のうちの１つまたはそれを上回るものは、付加的処理、修正、または次の目的地への伝達のために、プロセッサまたは任意の他の好適な構成要素に連結されてもよい。
【００７５】
動作時、光学エネルギーは、線発生器１４から、随意に搭載チャック３０上に位置付けられる、標本２６に向かって伝搬してもよい。光学エネルギーは、切断器具１６が分析される標本２６の一部を切開するように動作するにつれて、切断器具１６の表面において反射されてもよい。実施例の目的で、標本２６は、体積データ収集が求められる、マウス脳を含んでもよい。マウス脳は、標本２６の一部の複数の切片の系統的除去に備えて、プラスチックブロックに埋め込まれてもよい。光学要素１２の中に提供されるスリット走査カメラは、０．６２５ミリメートルの関連視野（切断器具１６の先端幅）を有する、４０倍対物レンズを含んでもよい。
【００７６】
動作時、例示的マウス脳の複数の細片（一実施例では、幅約０．６２５ミリメートル×長さ１３ミリメートル）が、準「耕作」シナリオにおいて、すなわち、蛇行性パターンに従って、各Ｚ軸エレベータステージ２４の上昇のために切断されてもよい。６ミリメートルのプラスチックブロックの高さに関して、それぞれ厚さ約０．５ミクロンである、標本２６の約１２，０００個の切片が切断されてもよいが、これらの切片は、代替として、特定の必要性に従って任意の他の好適な様式で切断されてもよい。精密位置付けシステムは、上記で説明されるように、検査されるマウス脳の高度に正確な切開を促進するために使用されてもよい。
【００７７】
いったん光学エネルギーが切開されているマウス脳の層において反射されると、動作中の光学要素１２は、光学レンズのセットによって反射したエネルギーを捕捉してもよく、これは、次いで、切開されている一部を１つまたはそれを上回る線形アレイセンサ３８（図２）上に撮像する。線形アレイセンサ３８は、切断器具１６の刃における一部の画像を投影するか、または別様に表示し、もしくは代替として、さらなる処理のため、または遠隔場所における表示のために、情報を伝達してもよい。線形アレイセンサ３８は、図２を参照してさらに詳細に以下で説明される。
【００７８】
図２は、１つまたはそれを上回る線形アレイセンサ３８と、レンズのセット４０とを含む、撮像システム１０の付加的詳細を図示する。線形アレイセンサ３８およびレンズ４０は、標本２６の撮像を促進するために、光学要素１２内に含まれてもよい。代替として、または組み合わせて、これらの構成要素は、適切である場合、特定の必要性に従って、光学要素１２の外部にあり得る。
【００７９】
多くの実施形態によると、線形アレイセンサ３８は、撮像される標本２６の一部によって反射される光学エネルギーを受容してもよい。概して、切片として１つまたはそれを上回る線形アレイセンサ３８上に撮像されている標本２６の特定の切片が、切断器具１６によって切断されてもよい。撮像されている標本２６の特定の切片は、バンド４２として図示されている。
【００８０】
標本２６からの組織の１本の線が、線形アレイセンサ３８内の単一のアレイ上に撮像されてもよい。線形アレイセンサ３８は、切断器具１６の先端において線発生器１４によって照射されている一連の線を検出するように動作してもよい。スリット走査カメラは、（単独で、またはレンズ４０等の付随する付加的構成要素とともにのいずれかで）光学要素１２内に含まれ得、標本２６と関連付けられるデータの複数の線を複数の（潜在的に平行な）線形アレイセンサ３８上に撮像し得ることが考慮される。標本２６の組織が移動させられると、または切断器具１６が標本２６の一部を切開すると、画像データが、線形アレイセンサ３８に連結されたレジスタに同期して移動させられてもよく、そこでさらに処理され、記憶され、または表示されてもよい。本プロセスは、撮像される標本２６の後続の線または領域に進む前に、標的領域を１００回潜在的に撮像して、切断されている標本２６の一部の同一の線のさらなる可視性を可能にし得る。
【００８１】
バンド４２は、（潜在的に光学要素１２内の線形アレイセンサ３８に沿って）付随顕微鏡のレンズ４０によって焦点を合わせられることができる。多くの実施形態によると、光学要素１２内のスリット走査カメラは、毎秒約４４，０００回の割合で標本２６の領域をサンプリングし、すなわち、一実施形態では、新しい線が、一定の進行で繰り返しサンプリングされるが、適切である場合、任意の他の好適なサンプリングプロトコルが使用されてもよい。軸ステージ（ＹまたはＺ）のうちのいずれか１つの運動によるインデキシング後に、Ｘ軸サンプリングは、図１Ａを参照して上記で説明されるように、Ｘ軸ステージ２０の運動と同期化されてもよく、または代替として、切断器具１６の運動と、もしくはより直接的に標本２６と同期化されてもよい。
【００８２】
レンズ４０は、多くの実施形態によると、対物レンズと、チューブレンズとを含んでもよい。対物レンズは、バンド４２における標本２６の画像を線形アレイセンサ３８上に集束するように動作してもよい。乾燥対物レンズが空中切断等の用途に使用され得ることが考慮され、代替として、または組み合わせて、標本２６の切開が、油中、水中にあり、凍結標本、加圧標本、または３次元撮像が求められる任意の他の好適な環境に存在する任意の他の適切な要素もしくは物体を伴い得ることが考慮される。対物レンズは、バンド４２において表される標本２６の一部によって反射される撮像平行光線をチューブレンズ上に伝達してもよい。チューブレンズは、中継装置として動作してもよく、線形アレイセンサ３８によって受容される画像の中へ戻って平行光線を伝達する。レンズ４０間の本光学合致プロセスは、多くの実施形態によると、無限遠光学部と関連付けられてもよい。
【００８３】
図３は、切断器具１６の位置付けに関する付加的詳細を図示する、概略側面図である。角度「ａ」は、切断器具１６の先端の逃げ角を表す。角度「ａ」は、標本２６の表面と平行な水平線に対して約２°〜１０°であってもよいが、適切である場合、任意の他の適切な逃げ角が使用されてもよい。加えて、標本２６の切開を達成するために切断器具１６の配置を表す、刃先角「ｂ」が提供される。角度「ｂ」は、多くの実施形態によると、約３０°〜５０°であってもよいが、特定の必要性に従って、任意の他の適切な配置角度が使用されてもよい。多くの実施形態によると、これらの角度は、標本２６から薄い層を切開するように動作する。上記で説明されるように、これらの開示された角度「ａ」および「ｂ」は、実施例の目的のみで提供され、両方の角度は、特定の必要性に従って有意に変動させられてもよい。
【００８４】
図３はまた、光学システム１２のための光軸を表す、鎖線４６も図示する。鎖線４６は、ナイフ１６が標本２６から組織の層を切断するように動作するにつれて、バンド４２に指向させられてもよい。多くの実施形態では、切断されている標本２６の層は、厚さが約０．１〜１０マイクロメートルであり、本層は、切開されるにつれて同時に撮像される。
【００８５】
図４は、切断される前に標本２６の表面と垂直に位置付けられているものとして線発生器１４を含む、撮像システム１０を示す。線発生器１４は、光学システム１２によって撮像されているバンド４２に向かって指向させられる光学エネルギーを生成するように動作してもよい。光学エネルギーは、標本２６の標的層の撮像に影響を及ぼすために、バンド４２において反射され、光学要素１２によって受容されるか、または別様に捕捉されてもよい。図４に示される撮像システム１０は、線発生器１４の多様な配置を除いて、図１Ａの撮像システム１０と厳密に同様に動作してもよい。
【００８６】
図５は、線発生器１４と光学要素１２との間に位置付けられ得るプリズム５０を含むようにわずかに修正されている、撮像システム１０を示す。多くの実施形態によると、プリズム５０は、異なる方向から来る光学エネルギーがプリズム５０を直接通過している間に、一方向からの光学エネルギーが反射面５２において反射されることを可能にする、一方向透明鏡としての機能を果たすように動作可能であり得る。プリズム５０は、反射面５２に向かって伝搬する線発生器１４によって生成される光学エネルギーを反射するように動作し得る、反射面５２を含んでもよい。光学エネルギーは、反射面５２において反射され、光学要素１２を介して標本２６のバンド４２に向かって伝達されてもよい。光学エネルギーは、バンド４２において反射され、光学要素１２に戻って伝達され、次いで、そこで光学エネルギーがプリズム５０に伝達される。プリズム５０において、光学エネルギーは、反射要素５２を通り、潜在的な処理または将来の再検討のためにディスプレイ上に通過する。動作時の図５で図示される撮像システム１０は、プリズム５０の追加および線発生器１４の変化した位置を除いて、図１Ａの撮像システム１０と略同様に機能する。
【００８７】
図６は、多くの実施形態による、撮像システム１０の処理構成要素を図示する、ブロック図である。図６は、スペクトル内で複数の色を生成する、複数の光源としての機能を果たす、いくつかのレーザ、例えば、３つのレーザビームの使用を図示する。多くの実施形態によると、複数のレーザ線発生器が、光学エネルギーを生成するために使用される。複数のレーザの使用は、波長分割多重（ＷＤＭ）を使用して、撮像システム１０を用いた標本２６の撮像を可能にする。標本２６の一部を撮像する、いくつかのレーザビームの場合、レーザビームのそれぞれは、（必ずしも相互と一致しない）関連波長を有してもよい。本方式の変異形は、ゲーティング線形センサアレイ３８と同期してレーザ線発生器を時間変調し、それによって、各レーザを表す複数のチャネルが循環させられる。
【００８８】
複数の波長を表す一連のチャネル６０が、マルチプレクサ６２の中へ供給されるものとして図６で図示されている。平行光学システム６４は、マルチプレクサ６２を介して複数のチャネル６０からレーザエネルギーを受容するものとして表されてもよい。平行光学システム６４は、図１Ａを参照して上記で説明されるような線発生器１４を表してもよい。平行光学システム６４によって受容される光学エネルギーは、次いで、検査される標本２６の一部に向かって指向させられることができる。
【００８９】
標本２６は、それが受容する光学エネルギーの一部を光学列システム６６に反射する。光学列システム６６は、図１Ａを参照して上記で説明されるようなスリット走査カメラ、レンズ４０、および線形アレイセンサ３８等の構成要素を含んでもよい。光学列システム６６は、複数のレーザビームによって生成される光学エネルギーの一部を含む。光学エネルギーは、光学列６６からデマルチプレクサ６８に伝達されてもよい。光学エネルギーは、逆多重化された後、線形アレイセンサ３８に類似する一連の線形アレイセンサ７０に伝達されてもよい。したがって、多くの実施形態によると、波長が定義されたチャネルは、線形アレイセンサ７０を物理的に分離するように送信される。撮像される標本２６の一部に関するデータ収集中にチャネル色が選別されるか、または別様にフィルタにかけられるように、単一センサアレイが線形アレイセンサ７０内で使用されてもよい。したがって、図６で図示される実施形態は、多くの実施形態と併せて使用される波長分割多重（ＷＤＭ）アプローチを伴う、いくつかの光学エネルギー源または発生器の使用により、画像データを処理する代替的様式を示唆することが認識されるべきである。いくつかの実施形態が詳細に図示および説明されているが、本開示から逸脱することなく、種々の置換および改変がその中で行われ得ることが理解されるであろう。例えば、撮像システム１０は、生物学的切開に適用可能であるものとして表されるが、本開示は、組織学、臨床組織病理学、織物およびプラスチックにおける工業用途等の分野における、ならびに特性、性質、状態、またはパラメータが発見されようとされる任意の他の表面もしくは層への適用を提供する。そのような画像走査はまた、生物学的研究、より具体的には、遺伝子発現研究において特に有益であり得る。加えて、細胞の染色を伴う用途は、本開示のシステムおよび方法の使用により、実質的成功を収め得る。
【００９０】
加えて、ある角度またはある位置における構成要素の配置を参照して説明されるが、本開示の範囲から逸脱することなく、光学要素１２、線発生器１４、および切断器具１６の任意の好適な配列または配置が行われ得ることが考慮される。また、本開示の教示から逸脱することなく、複数の線発生器１４、（複数の層を同時に切断する）複数の刃が付いた切断器具１６、および複数の光学要素１２の使用も考慮される。加えて、波長分割多重（ＷＤＭ）の使用、またはいくつかの光学エネルギー発生器を潜在的に使用し得る任意の他の処理もしくは通信技法も考慮される。
【００９１】
精密ｘ軸ステージ２０、ｙ軸ステージ２２、およびｚ軸ステージ２４は、切開標本２６の撮像と同時に搭載標本２６を移動させるために組み合わせて使用されてもよい。任意の移動は、ミクロトーム１６と標本２６との間の相対的移動であってもよいが、ミクロトーム１６は、典型的には、移動する搭載標本２６に対して静止するであろう。これらの３次元ステージの精密な協調した運動は、既知の撮像システムでは不可能ないくつかのスライス技法を可能にすることができる。ミクロトーム１６および搭載標本２６を両方とも移動させること、または搭載標本２６を静止して保ちながらミクロトーム１６を移動させることの組み合わせ等の２次元またはそれを上回る次元での他の相対的移動も考慮される。
【００９２】
線形運動方略。標本２６は、多くの方法で直線的に移動させられるか、または平行移動させられてもよい。標本２６が移動させられる速度は、多くの理由により、一定または多様であり得る（例えば、増加する速度、減少する速度、または両方）。
【００９３】
第１に、標本２６は、線形スライスを生成するように単一の軸において移動させられてもよい。これらのスライスは、従来のミクロトームによって得られるスライスに類似する。図８Ａは、標本２６を切開するように、静止したミクロトーム１６に対して単一の軸において（矢印８０によって示されるように、右に向かって）移動させられる標本２６の実施例を示す。
【００９４】
第２に、標本２６は、単一の軸において、かつ線形スライスの長さに沿って可変速度で移動させられてもよい。これらのスライスは、経験豊富な組織学者の記録されたストロークを模倣し得る。代替として、または組み合わせて、線形スライスに沿った速度の変動は、切断経路に沿った標本の材料性質に適合させられてもよい。図８Ａは、標本２６を切開するように静止したミクロトーム１６に対して単一の軸において（矢印８０によって示されるように、右に向かって）移動させられた標本２６の実施例を示す。
【００９５】
第３に、標本２６は、２つの軸において、具体的には、ｘおよびｚ軸において直線的に移動させられてもよい。本ｘ−ｚ面内の協調した運動は、切断の相対的すくいおよび逃げ角が２つの軸の協調した運動の関数であるという点で、従来のミクロトームと比べて有意な利点を提供し得る。これは、ナイフとブロックとの間の相対運動がスライスのすくいおよび逃げ角を作成して設定すると、調節可能なすくい角を伴うナイフホルダの必要性を最小限にするか、または排除し得る。図８Ｂは、標本２６を切開するように静止したミクロトーム１６に対して２つの軸において（矢印８２によって示されるように、上向きかつ右に向かって）移動させられた標本２６とともに本運動の概略図を示す。図８Ｂに示されるように、搭載標本２６は、一様な切断角を提供するように、一定の速度で２つの軸において移動させられる。搭載標本２６は、例えば、上記で説明される理由により、切断に沿って一定速度または可変速度で移動させられてもよい。
【００９６】
第４に、標本２６は、２つの軸において、具体的には、ｘおよびｙ軸において直線的に移動させられてもよい。本ｘ−ｙ面内の協調した運動は、ブレードカートリッジの面角度不整合が簡単に補正されることができるという点で、従来のミクロトームと比べて有意な利点を提供し得る。同様に、本アプローチは、ナイフホルダにおけるブレード「ヨー」補正の必要性を排除し得る。いくつかの実施形態では、ミクロトーム１６は、ｙ方向で標本２６より有意に長くあり得、ミクロトーム１６は、ｙ方向に沿って１つまたはそれを上回る欠陥を有し得る。また、標本２６は、標本２６を切開してアーチファクトの発生を低減させるために、最も欠陥が少ないミクロトーム１６の部分が使用されるように移動させられてもよい。搭載標本２６は、例えば、上記で説明される理由により、切断に沿って一定速度または可変速度で移動させられてもよい。
【００９７】
第５に、標本２６は、３つ全ての軸、すなわち、ｘ、ｙ、およびｚにおいて協調した様式で直線的に移動させられてもよい。本アプローチは、機能的に２つの上記のアプローチの融合である。これは、それらの利点の両方を有し、調節可能な構成要素がない根本的に単純なナイフホルダ設計を可能にすることができ、ブレードカートリッジアセンブリ上で緩やかな公差のみを仮定する。搭載標本２６は、例えば、上記で説明される理由により、切断に沿って一定速度または可変速度で移動させられてもよい。
【００９８】
円筒／回転運動方略。標本２６は、回転または円筒様式で移動させられるか、もしくは多くの方法で回転させられてもよい。２つの例示的な円筒運動方略が、以下で説明される。これらのスライス方略について議論する際に、残りの軸の運動を議論することなく、円曲線が進む面が表される。これらの運動は、他の運動タイプと組み合わせられてもよい。標本２６が移動させられる速度は、多くの理由により、一定または多様であり得る（例えば、増加する速度、減少する速度、または両方）。
【００９９】
第１の運動方略では、標本２６は、図９に示されるようにｘ−ｚ軸において円筒形に移動させられてもよい。本スライス運動は、単一のスライスを伴ういくつかのすくい角設定の同時探索を可能にし得る。図９に示されるように、円筒スライス中に、標本２６が曲線矢印８４によって示される方向へ円筒形に移動するにつれて、ナイフ１６は、連続経路においていくつかの異なるすくい角α（例えば、角度α１およびα２を含む）を通過するであろう。本軌道のスライスが得られた後に、任意の数の方法によるスライスまたはブロック面の顕微鏡検査は、良好な撮像特性を伴うスライスの領域を判定することができる。本場所は、順に、将来のスライスに適用されることができる、最適なすくい角を符号化する。
【０１００】
第２の運動方略では、標本２６は、ｘ−ｙ軸において円筒形に移動させられてもよい。本スライス運動は、いくつかの異なるシナリオで使用されることができる。これは、単一のスライスを使用して、いくつかの迎え角を代わりに探査するために、上記と同様に使用されることができる。再度、ブレードヨーの場所および対応する最適なパラメータを判定するために、顕微鏡検査が使用されるであろう。
【０１０１】
これらの方法の両方は、正または負曲率ならびに中心がサンプルと整合させられていない円とともに使用されることができる。多くの場合、すくい角のわずかな変動（−１０）のみが任意のサンプルに必要とされるため、辿られる円の半径は、サンプルよりはるかに大きい。
【０１０２】
振動運動方略。標本２６は、多くの方法で振動様式において移動させられてもよい。振動運動軌道は、上記に記載される他の軌道に建設的に追加されることができる、軌道である。独立して、それらは、進行方向を表さないが、他の運動と併せて使用されるとき、それらは、スライス品質および後続の撮像明瞭度の有意な向上を提供することができる。
【０１０３】
そのような振動制御方略の有用な実施例は、ｙ軸におけるわずかな高周波数振動の追加である。本振動は、より複雑なビブラトームナイフ設計の挙動を模倣することが分かっており、他の軸におけるスライス運動中に測定摩擦を顕著に下げ得、チャタリングおよびいくつかの小さいストライプアーチファクトを低減させることができる。図１０に示される別の有用な実施例は、前述の検査方略によって、複数スライスの厚さが単一スライスにわたって検査されることができる、低周波数振動をｚ軸に含む。図１０に示されるように、標本２６は、複数の厚さを伴うスライスまたは切片８８を生成するように、振動矢印８６によって示されるようにｚ軸において標本２６を振動させながら、ｘ軸においてミクロトーム１６に向かって移動させられてもよい。振動は、例えば、５０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの周波数であってもよい。
【０１０４】
複合運動方略。加えて、３次元精密ステージが標本２６を移動させることができる、３次元および時間におけるいくつかの協調した運動および運動経路がある。そのような運動経路は、上記の方略のうちの１つまたはそれを上回るものからの複合物であってもよい。運動経路の以下の実施例が、有用であることが分かっている。
【０１０５】
第１に、以下の順序で３つの接続された線形区画、すなわち、（ｉ）巻き上がることなくブロックの面に進入するための突進（非常に低い逃げ角）切断、（ｉｉ）首尾一貫したスライスを得るための長い線形運動、および（ｉｉｉ）ミクロトームブレードの正面からスライスを取り除くための持ち上げ切断を伴う軌道が、多くの実施形態において有用であり得る。第１の線形区画は、ｘ軸において第１の距離でミクロトーム１６に対して標本２６を移動させ、同時に、ｚ軸において第１の距離より大きい第２の距離でミクロトーム１６に対して標本２６を移動させることによって、切断されてもよい。第２の線形区画は、ｚ軸において標本を移動させることなく、ｘ軸においてミクロトーム１６に対して標本２６を移動させることによって、切断されてもよい。第３の線形区画は、第１の線形区画が生成された方法と反対の様式でミクロトームに対して標本２６を移動させることによって、切断されてもよい。本移動軌道は、標本２６のスライスの巻き上げの発生率を低減させ得る。
【０１０６】
第２に、すくい角の関数が多くの実施形態において有用であり得るため、一連の順次線形または円筒切断（上記で説明される線形または円筒切断等）が、材料およびスライス性質を検査するように得られてもよい。
【０１０７】
第３に、広いブロック面から既知の寸法のスライスを提供するようにｙ軸において一貫して設定される一連の順次切断が、有用であり得る。そのような切断９０は、図１１Ａの標本２６の概略図に示されている。標本２６の第１の層の第１の部分が、ｘ軸において切断されてもよい。いったん第１の層の第１の部分が切断されると、標本２６は、第１の層の第２の部分を切断するようにｙ軸において移動させられてもよい。本プロセスは、第１の層が完全に切断されて撮像されるまで繰り返されてもよい。次いで、同一のプロセスが、ｚ軸において標本２６を上に移動させることによって、標本２６の第２の層のために繰り返されてもよい。図１１Ａに示されるように、標本２６の個別に切断された部分は、ｚ軸において相互と整合させられてもよい。
【０１０８】
第４に、面につきｙ軸に可変オフセットを伴う、上記のような一連の順次切断は、前の層からのスライスアーチファクトの出現を最小限にするか、および／またはスライス縁がスライス層の間で重複しないことを保証するかのいずれかである。そのような切断９２は、図１１Ｂの標本２６の概略図に示されている。標本２６の第１の層の第１の部分は、ｘ軸において切断されてもよい。いったん第１の層の第１の部分が切断されると、標本２６は、第１の層の第２の部分を切断するようにｙ軸において移動させられてもよい。本プロセスは、第１の層が完全に切断されて撮像されるまで繰り返されてもよい。次いで、同一のプロセスが、ｚ軸において標本２６を上に移動させることによって、標本２６の第２の層のために繰り返されてもよい。図１１Ｂに示されるように、標本２６の個別に切断された部分は、ｚ軸において隣接層内でオフセットされてもよい。
【０１０９】
本開示の実施形態はさらに、上記の切断、切片、またはスライスのうちのいずれかを生成するように、精密３次元ステージを用いて標本を操作するための方法を含んでもよい。３次元ステージは、所望の運動軌道を生成するようにユーザ入力コマンドによって制御されてもよい。精密ステージのための具体的運動軌道命令を具現化する、プロセッサおよび機械可読媒体が、運動軌道命令を実装するように撮像システム１０に提供されてもよい。プロセッサおよび機械可読媒体はまた、実装された運動軌道を記録するように構成されてもよく、記録された運動軌道は、例えば、標本スライス画像の座標データを補正するように、プロセッサによって反転されてもよい。
【０１１０】
本開示の好ましい実施形態が本明細書に示され、説明されているが、そのような実施形態は一例のみとして提供されることが、当業者に明白であろう。多数の変形例、変更、および置換が、本開示から逸脱することなく当業者に想起されるであろう。本明細書に説明されるシステムおよび方法の実施形態の種々の代替案が、本明細書に説明される実施形態を実践する際に採用され得ることを理解されたい。以下の請求項は、開示の範囲を定義し、それによって、これらの請求項およびそれらの均等物の範囲内の方法および構造が対象となることが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【外国語明細書】
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