(57)【要約】  ハイスループットな実験室環境において複数の走査装置を管理するためのシステムおよび方法。走査装置の各々は、ローカルネットワークを介して複数の走査装置と通信可能に結合された管理サーバからのリモートブート操作のために構成される。リモートブートは、走査装置の全体の動作ファームウェアを置き換える。走査装置は、集中して記憶するために管理サーバに動作情報を周期的に提供するように各々構成されている。任意の走査装置のリブートを開始することにより走査装置の全体の動作ファームウェアを更新する管理サーバの能力と合わせて、複数の走査装置の各々に関する動作情報を集中して記憶することによって、構成、サポート、画像データの記憶および／または外部サーバとの通信を促進する、複数の走査装置の集中した管理が可能になる。
2021505926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーバ装置を備えるシステムであって、
前記サーバ装置は、非一時的データ記憶装置を有し、前記サーバ装置は、第１のネットワークを介して複数のデジタルスライド走査装置と通信可能に結合され、第２のネットワークを介してユーザ装置と通信可能に結合され、前記サーバ装置は、
前記第２のネットワークを介して前記ユーザ装置から現在の動作ファームウェアを受け取り、前記現在の動作ファームウェアを前記非一時的データ記憶装置に記憶し、
前記複数のデジタルスライド走査装置の各々から動作情報を受け取り、前記動作情報を前記非一時的データ記憶装置に記憶し、
前記複数のデジタルスライド走査装置のそれぞれについて、前記第１のネットワークを介して前記デジタルスライド走査装置にネットワークブート操作を実行する、
ように構成され、
前記ネットワークブート操作は、前記デジタルスライド走査装置をリブートする命令を前記デジタルスライド走査装置に送信して、前記デジタルスライド走査装置において、前記サーバ装置から前記デジタルスライド走査装置への現在の動作ファームウェアすべてのダウンロードをトリガすることを含む、
システム。
【請求項２】
前記動作情報は、デジタルスライド画像データを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記動作情報は、それぞれの前記デジタルスライド走査装置に関する現在の構成データを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記サーバ装置は、
前記第２のネットワークを介して前記ユーザ装置から、前記複数のデジタルスライド走査装置から第１のデジタルスライド走査装置を識別する命令を受け取り、
前記ユーザ装置から受け取った前記命令に対応する命令を前記第１のデジタルスライド走査装置に送信する、
ようにさらに構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記サーバ装置は、
前記非一時的データ記憶装置に記憶された前記動作情報を分析し、
前記分析に基づいて、前記複数のデジタルスライド走査装置のうちの少なくとも１つに関するメンテナンスの予約をスケジュール設定する、
ようにさらに構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のネットワークは、ローカルエリアネットワークであり、前記第２のネットワークはワイドエリアネットワークを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２のネットワークは、インターネットを含む、
請求項６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／５９３，１２６号の優先権を主張しており、この出願は、あたかもそれが完全に記載されているかのように参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、一般に、デジタルスライド走査装置（例えば病理学のための）に関し、より詳細には、ハイスループットな実験室環境において複数のデジタルスライド走査装置を管理することに関する。
【背景技術】
【０００３】
デジタルパソロジーは、物理的なスライドから生成される情報の管理を可能にするコンピュータ技術によって可能になる、画像に基づいた情報環境である。デジタルパソロジーは、バーチャル顕微鏡法によってある程度可能になり、これは、物理的なスライドガラス上の標本を走査すること、およびコンピュータモニタ上で記憶する、観察する、管理する、および分析することができるデジタルスライド画像を形成することの実践である。スライドガラス全体を画像化する機能により、デジタルパソロジーの分野は爆発的な成長を遂げ、例えば、がんなどの重大な疾患のさらに優れた、より迅速でより安価な診断、予後および予測を達成するための最も有望な診断医療の手段の一つと今やみなされている。
【０００４】
ハイスループットな実験室環境や複数のデジタルスライド走査装置を備える環境では、それぞれの個々の走査装置の管理は煩雑であり、時間がかかり、重複しており、コストもかかる。従来のハイスループットな実験室環境では、各走査装置は、個別に構成され、サポートされ、更新する必要がある。したがって、上記に記載したこれらの重大な問題を打開するシステムおよび方法が必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、上記に記載した問題を解決するためには、ハイスループットな実験室環境において複数の走査装置を管理するためのシステムおよび方法が本明細書に記載されている。一実施形態では、複数の走査装置の各々は、ローカルネットワークを介して複数の走査装置と通信可能に結合されている管理サーバからのリモートブート操作のために構成されている。リモートブートによって、管理サーバが複数の走査装置の各々の動作ファームウェアを定期的に更新することが可能になる。走査装置はまた、管理サーバのデータ記憶領域に記憶するために管理サーバに動作情報を定期的に提供するように各々構成されている。複数の走査装置の各々のリブートを始動して走査装置の全体の動作ファームウェアの更新をもたらす管理サーバの能力と合わせて、複数の走査装置の各々に関する動作情報を集中して記憶することによって、構成、サポート、画像データの記憶および／または外部サーバとの通信を促進する、複数の走査装置の集中した管理が可能になる。
【０００６】
一実施形態では、非一時的データ記憶装置を有しており、第１のネットワークを介して複数のデジタルスライド走査装置と通信可能に結合され、また第２のネットワークを介してユーザ装置と通信可能に結合されるサーバ装置を備えるシステムが開示されており、該サーバ装置は、第２のネットワークを介してユーザ装置から現在の動作ファームウェアを受け取り、現在の動作ファームウェアを非一時的データ記憶装置に記憶し、複数のデジタルスライド走査装置の各々から動作情報を受け取り、動作情報を非一時的データ記憶装置に記憶し、また複数のデジタルスライド装置の各々に対して、第１のネットワークを介してデジタル走査装置に対してネットワークブート操作を実行するように構成されており、ネットワークブート操作は、デジタルスライド走査装置をリブートするための命令をデジタルスライド走査装置に送信して、デジタルスライド走査装置において、サーバ装置からデジタルスライド走査装置への現在の動作ファームウェアすべてのダウンロードをトリガすることを含む。動作情報には、デジタルスライド画像データ、および／または、それぞれのデジタルスライド走査装置に関する現在の構成データが含まれてよい。第１のネットワークは、ローカルエリアネットワークであってよく、第２のネットワークは、ワイドエリアネットワーク（例えば、インターネット）を含んでもよい。
【０００７】
一実施形態では、サーバ装置は、第２のネットワークを介してユーザ装置から複数のデジタルスライド走査装置から第１のデジタルスライド走査装置を識別する命令を受け取り、ユーザ装置から受け取った命令に対応する命令を第１のデジタルスライド走査装置に送信するようにさらに構成される。追加的または代替的に、サーバ装置は、非一時的データ記憶装置に記憶された動作情報を分析し、この分析に基づいて、複数のデジタルスライド走査装置のうちの少なくとも１つに関するメンテナンスの予約をスケジュール設定するようにさらに構成される。
【０００８】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面を再考した後、当業者にとってさらに容易に明らかになるであろう。
【０００９】
本発明の構造および動作は、以下の詳細な説明および添付図面の再考から理解され、これらの図面では、同一の参照番号は同一の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による、ハイスループットな実験室環境において複数の走査装置を管理するための例示的なシステムを示すネットワーク図である。
【図２Ａ】本明細書で説明されるさまざまな実施形態に関連して使用され得る例示的なプロセッサ対応デバイスを示すブロック図である。
【図２Ｂ】一実施形態による、単一のリニアアレイを有する例示的なライン走査カメラを示すブロック図である。
【図２Ｃ】一実施形態による、３つのリニアアレイを有する例示的なライン走査カメラを示すブロック図である。
【図２Ｄ】一実施形態による、複数のリニアアレイを有する例示的なライン走査カメラを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書に開示される特定の実施形態は、ハイスループットな実験室環境における複数の走査装置の管理を実現する。この説明を読んだ後には、さまざまな代替実施形態および代替応用例において本発明をどのように実施するのかが当業者に明らかになるであろう。しかしながら、本発明のさまざまな実施形態が本明細書で説明されるが、これらの実施形態は、例としてのみ提示されており、限定ではないことが理解されよう。したがって、さまざまな代替的な実施形態のこの詳細な説明は、添付の特許請求の範囲に記載されるような本発明の範囲または広さを限定するものと解釈されるべきではない。
【００１２】
１．装置の管理
【００１３】
図１は、一実施形態による、ハイスループットな実験室環境において複数のデジタルスライド走査装置を管理するための例示的なシステムを示すネットワーク図である。図示の実施形態では、ローカルデータ記憶領域１１２を有する複数のデジタルスライド走査装置１１０は、第１のネットワーク１２０を介して、ローカルデータ記憶領域１３２を有する管理サーバ１３０と通信可能に結合されている。一実施形態では、第１のネットワークはローカルエリアネットワークであり、ネットワークブート操作１２４が、管理サーバ１３０と組み合わせた各走査装置１１０によって実行されることを可能にする単一のネットワークセグメントである。
【００１４】
一実施形態では、ネットワークブート操作１２４には、走査装置１１０がローカルネットワーク１２０上で動作命令を求める要求をブロードキャストすることと、管理サーバ１３０が、走査装置１１０が従うための命令で応答することとが含まれる。一実施形態では、ブロードキャストされた要求に応答して管理サーバ１３０によって走査装置１１０に提供される命令は、要求の発行元のデジタルスライド走査装置１１０のすべての動作ファームウェアを含む。管理サーバ１３０からの応答を受け取った後、要求の発行元の走査装置１１０は、新たに受け取った動作ファームウェアを使用して動作を開始する。
【００１５】
例えば、一実施形態では、スキャナ装置１１０がブートする際、それは、ローカルネットワーク１２０を通じて管理サーバ１３０から装置ファームウェアを要求し、管理サーバ１３０は、実行のためにローカルネットワーク１２０を通じてスキャナ１１０に装置ファームウェアを提供する。スキャナ１１０のための全体の動作ソフトウェアは、装置ファームウェアに含まれている。このことにより、管理サーバ１３０が、装置ファームウェアのどのバージョンが所与のスキャナ装置１１０に提供されるかを管理することが可能になる。これに加えて、認証された装置ファームウェアのみが走査装置１１０上で実行することが許可されるように、スキャナ装置１１０のファームウェアに暗号で署名することもできる。管理サーバ１３０はまた、各スキャナ装置１１０を遠隔式にリブートすることで、そのスキャナ装置１１０にあるファームウェアを強制的に更新させることもできる。
【００１６】
一実施形態では、管理サーバ１３０はまた、第２の通信ネットワーク１６０を介して、ローカルデータ記憶領域１４２を有する１つまたは複数のリモート認証されたユーザシステム１４０にも通信可能に結合されている。第２のネットワーク１６０はワイドエリアネットワークであってもよいし、インターネットを含む場合もある。動作中、リモート認証されたユーザシステム１４０のユーザは、管理サーバ１３０に遠隔式にログインし、動作データ、および管理サーバ１３０のデータ記憶領域１３２に記憶されている複数の走査装置１１０に関する他の情報を確認することができる。加えて、管理サーバ１３０にログインしている間、リモート認証されたユーザシステム１４０のユーザは、走査装置１１０のための動作ファームウェアの更新後のバージョンなど、管理サーバ１３０に新たな情報をアップロードしてもよい。管理サーバ１３０にログインしている間、リモート認証されたユーザシステム１４０のユーザはまた、動作ファームウェアの更新後のバージョンをリブート後の走査装置１１０のそれぞれに配布するために、複数の走査装置１１０の１つまたは複数のリブートを開始する場合もある。管理サーバ１３０にログインしている間、リモート認証されたユーザシステム１４０のユーザはまた、リモート認証されたユーザによる確認のために複数の走査装置１１０の１つまたは複数それぞれに関する追加情報を生成するために、複数の走査装置１１０の１つまたは複数に対して診断手順を開始する場合もある。
【００１７】
一実施形態では、管理サーバ１３０は、複数の走査装置１１０のリモートトラブルシューティングを促進する。リモートトラブルシューティングには、ログファイル、スキャナの動作状態、デバイス警告および／または警報の表示および／または処理が含まれてよい。走査装置１１０に関するすべての構成情報は、各走査装置１１０によって定期的かつ自動的に管理サーバ１３０に提供されてよい。このような構成情報は、管理サーバ１３０の非一時的データ記憶領域１３２に記憶されてよい。複数の走査装置１１０の各々に関する動作情報を管理サーバ１３０で集中して記憶することは、複数の走査装置１１０の効率的なメンテナンスを促進し、また単一の走査装置１１０自体から情報を獲得する必要なしに、単一の走査装置１１０を保守する、および／または修理することを可能にする。複数の走査装置１１０の各々に関する動作情報を管理サーバ１３０で集中して記憶することはまた、ひとつの場所に備わる複数の走査装置１１０のサポートも簡素化する。例えば、走査装置１１０の構成は、各々の走査装置１１０に対して個別に実行される代わりに、複数の走査装置１１０の各々にプロパゲーションする前に、管理サーバ１３０において一度実行する必要があるのみである。
【００１８】
一実施形態では、管理サーバ１３０にログインしている間、リモート認証されたユーザシステム１４０のユーザは、ログファイル情報を確認し、特定の走査装置１１０の特定のハードウェアコンポーネントが間欠故障していると判断する場合もある。リモート認証されたユーザシステム１４０のユーザはこのとき、特定のハードウェアコンポーネントが所望のパラメータの範囲内で動作しているか否かを判断する際にリモート認証されたユーザシステム１４０のユーザを支援するために、特定の走査装置１１０上で実行されるハードウェア診断テキストを開始してもよい。特定のハードウェアコンポーネントが所望のパラメータの範囲内で動作していない場合、リモート認証されたユーザシステム１４０は、特定のハードウェアコンポーネントの代替品が届けられ、インストールされるように命じる場合もある。
【００１９】
さらに、特定のハードウェアコンポーネントが、例えば特定の走査装置１１０のその場所においてフィールド担当者によって交換される際、管理サーバ１３０にログインしている間、リモート認証されたユーザシステム１４０のユーザまたはフィールド担当者は、代わりとなるコンポーネントの構成を支援するために特定の走査装置１１０で実行されるセットアップ手順を開始する場合もある。リモート認証されたユーザシステム１４０のユーザまたはフィールド担当者はまた、管理サーバ１３０にログインしている間、特定の走査装置１１０上で実行されるテスト手順を開始して、ハードウェアコンポーネントの適切な交換を検証し、交換されたハードウェアコンポーネントが所望のパラメータの範囲内で動作していることを確認してもよい。
【００２０】
したがって、複数の走査装置１１０を有する走査環境では、管理サーバ１３０は、複数のスキャナ装置１１０の集中した管理を促進することで、構成、インストールサポート、画像データ記憶、および外部システム１５０との通信を実現する。管理サーバ１３０はまた、第２のネットワーク１６０を介して、ローカルデータ記憶領域１５２を有する１つまたは複数の外部システム１５０とも通信可能に結合されている。動作中、外部システム１５０は、デジタルパソロジースライド画像および／または複数のスキャナ装置１１０の１つまたは複数によって生成された他の情報を遠隔式に記憶するために使用されてよい。
【００２１】
２．例示的実施形態
【００２２】
一実施形態では、ハイスループットな実験室環境において複数のデジタルスライド走査装置を管理するためのシステムは、非一時的データ記憶装置を有するサーバ装置を含んでおり、該サーバ装置は、第１のネットワークおよび第２のネットワークと通信可能に結合されており、第１のネットワークはローカルネットワークセグメントである。システムはまた、第１のネットワークを介してサーバ装置と通信可能に結合された複数のデジタルスライド走査装置を含む。複数のデジタルスライド走査装置の各々は、第１のネットワークを介してサーバ装置からのネットワークブート動作を実行するように構成される。ネットワークブート動作は、ブート中のデジタルスライド走査装置の全体の動作ファームウェアを置き換える。システムはまた、第１のネットワークを介してサーバ装置と通信可能に結合されたリモート認証されたユーザ装置を含んでよい。
【００２３】
一実施形態において、サーバ装置は、複数のデジタルスライド走査装置の各々から動作情報を受け取り、この動作情報を非一時的記憶装置に記憶するように構成されている。サーバ装置はまた、リモート認証されたユーザ装置から現在の動作ファームウェアを受け取り、現在の動作ファームウェアを非一時的記憶装置に記憶するように構成されている。サーバ装置はまた、複数のデジタルスライド走査装置の各々の動作ファームウェアを現在の動作ファームウェアに更新するように構成されている。
【００２４】
一実施形態において、サーバ装置は、複数のデジタルスライド走査装置の各々のリブートを開始して複数のデジタルスライド走査装置の各々の動作ファームウェアを現在の動作ファームウェアに更新するように構成されている。
【００２５】
一実施形態において、動作情報には、デジタルスライド画像データが含まれる。一実施形態において、動作情報には、それぞれのデジタルスライド走査装置に関する現在の構成データが含まれる。
【００２６】
一実施形態では、サーバ装置は、リモート認証されたユーザ装置から、第１のデジタルスライド走査装置を識別する命令を受け取るように構成されている。この命令を受信した後、サーバ装置は、対応する命令を第１のデジタルスライド走査装置に送信するように構成されている。
【００２７】
一実施形態において、サーバ装置は、非一時的データ記憶装置に記憶された動作情報を分析し、この分析に基づいて、複数のデジタルスライド走査装置のうちの少なくとも１つに関するメンテナンスの予約をスケジュール設定するように構成される。
【００２８】
３．例示的デジタルスライド走査装置
【００２９】
図２Ａは、本明細書に記載される種々の実施形態に関連して使用され得る例示的なプロセッサ利用可能装置５５０を例示するブロック図である。装置５５０の代替的な形式が当業者によって理解されるように使用されてもよい。例示される実施形態では、装置５５０は、１つまたは複数のプロセッサ５５５、１つまたは複数のメモリ５６５、１つまたは複数の動きコントローラ５７０、１つまたは複数のインタフェースシステム５７５、１つまたは複数の試料５９０を有する１つまたは複数のスライドガラス５８５を各々が支持する１つまたは複数の可動ステージ５８０、試料を照射する１つまたは複数の照明システム５９５、光学軸に沿って進む光路６０５を各々が定める１つまたは複数の対物レンズ６００、１つまたは複数の対物レンズポジショナ６３０、１つまたは複数の任意選択の落射照明システム６３５（例えば、蛍光発光ベースのスキャナシステムに含まれる）、１つまたは複数のフォーカシング光学系６１０、１つまたは複数のライン走査カメラ６１５、および／または１つまたは複数のエリア走査カメラ６２０を備え、その各々が試料５９０および／またはスライドガラス５８５上で別々の視野６２５を定めるデジタル撮像装置（本明細書ではスキャナシステム、走査システム、デジタルスライド走査装置、走査装置などとも称される）として提示される。スキャナシステム５５０のさまざまな要素は、１つまたは複数の通信バス５６０を介して通信可能に結合される。簡易化のために、スキャナシステム５５０のさまざまな要素の各々の１つまたは複数が存在してもよいが、それらの要素は、適切な情報を搬送するために複数で説明される必要があるときを除いて、単数で説明される。
【００３０】
１つまたは複数のプロセッサ５５５は、命令を処理することが可能な中央処理装置（ＣＰＵ）と、別個のグラフィックプロセシングユニット（ＧＰＵ）とを含んでもよい。一実施形態では、１つまたは複数のプロセッサ５５５は、並行して命令を処理することが可能なマルチコアプロセッサを含んでもよい。特定のコンポーネントを制御する、または画像処理などの特定の機能を実行するために追加の別個のプロセッサが設けられてもよい。例えば、追加のプロセッサには、データ入力を管理する補助プロセッサ、浮動小数点数学演算を実行する補助プロセッサ、信号処理アルゴリズムの高速実行に適切なアーキテクチャを有する専用プロセッサ（例えば、デジタルシグナルプロセッサ）、メインプロセッサに従属するスレーブプロセッサ（例えば、バックエンドプロセッサ）、および／またはライン走査カメラ６１５、ステージ５８０、対物レンズ２２５、および／またはディスプレイ（図示せず）を制御する追加のプロセッサが含まれてよい。そのような追加のプロセッサは、別個の離散プロセッサであってもよい、またはプロセッサ５５５と統合されてもよい。
【００３１】
メモリ５６５は、プロセッサ５５５によって実行することができるプログラムに関するデータおよび命令の記憶を行う。メモリ５６５は、データおよび命令を記憶する１つまたは複数の揮発性および永続的コンピュータ可読記憶媒体を含んでもよく、限定でなく、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、ハードディスクドライブ、着脱可能記憶ドライブなどが含まれる。プロセッサ５５５は、メモリ５６５に記憶された命令を実行し、スキャナシステム５５０のすべての機能を実行するために、スキャナシステム５５０のさまざまな要素と通信バス５６０を介して通信するように構成される。
【００３２】
１つまたは複数の通信バス５６０は、アナログ電気信号を搬送するように構成された通信バス５６０を含んでもよく、またデジタルデータを搬送するように構成された通信バス５６０を含む場合もある。したがって、１つまたは複数の通信バス５６０を介したプロセッサ５５５、動きコントローラ５７０、および／またはインタフェースシステム５７５からの通信は、電気信号およびデジタルデータの両方を含む場合がある。プロセッサ５５５、動きコントローラ５７０、および／またはインタフェースシステム５７５はまた、無線通信リンクを介して、走査システム５５０のさまざまな要素のうちの１つまたは複数と通信するように構成されてよい。
【００３３】
動きコントロールシステム５７０は、ステージ５８０および／または対物レンズ６００のＸーＹーＺ移動を正確に制御および調整する（例えば、対物レンズポジショナ６３０を介して）ように構成される。一実施形態において、ステージ５８０は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って移動することが可能であり、対物レンズ６００は、Ｚ軸に沿った移動が可能である。動きコントロールシステム５７０はまた、スキャナシステム５５０における任意の他の可動部分の移動を制御するように構成される。例えば、蛍光発光ベースのスキャナの実施形態では、動きコントロールシステム５７０は、落射照明システム６３５内の光学フィルタなどの移動を調整するように構成される。
【００３４】
一実施形態において、インタフェースシステム５７５は、スキャナシステム５５０が、他のシステムおよび人間のオペレータと相互に作用することを可能にする。例えば、インタフェースシステム５７５は、オペレータに情報を直接提供する、および／またはオペレータからの直接の入力を可能にするユーザインタフェースを含んでもよい。インタフェースシステム５７５はまた、走査システム５５０と、直接接続された１つまたは複数の外部デバイス（例えば、プリンタ、取り外し可能記憶媒体など）、あるいはネットワーク（図示せず）を介してスキャナシステム５５０に接続された画像サーバシステム、オペレータステーション、ユーザステーション、管理サーバシステムなどの外部デバイスとの間の通信およびデータ転送を促進するようにも構成されてよい。
【００３５】
照明システム５９５は、試料５９０の一部を照射するように構成される。照明システムは、例えば光源および照明光学系を含んでもよい。光源は、光出力を最大化する凹型反射ミラーおよび熱を抑制するＫＧ−１フィルタを有する可変強度ハロゲン光源であってもよい。光源はまた、任意のタイプのアークランプ、レーザ、または他の光源である場合もある。一実施形態では、照明システム５９５は、ライン走査カメラ６１５および／またはエリア走査カメラ６２０が試料５９０を通して透過された光エネルギーを検知するように透過モードにおいて試料５９０を照明する。代わりに、または組み合わせて、照明システム５９５はまた、ライン走査カメラ６１５および／またはエリア走査カメラ６２０が試料５９０から反射された光エネルギーを検知するように反射モードにおいて試料５９０を照射するように構成されてもよい。より一般的には、照明システム５９５は、光学顕微鏡検査法のいずれかの既知のモードにおいて顕微鏡の試料５９０の検査に適するように構成されてよい。
【００３６】
一実施形態では、スキャナシステム５５０は、蛍光発光ベースの走査のためにスキャナシステム５５０を最適化するための落射照明システム６３５を含む。蛍光発光ベースの走査は、蛍光分子を含む試料５９０の走査であり、蛍光分子は、特定の波長において光を吸収する（励起）ことができる感光性分子である。それらの感光性分子はまた、より高い波長においては光を放射する（放射）。このフォトルミネセンス現象の効率が非常に低いために、放射される光の量は非常に少ないことが多い。このように放射される光の量が少ないことは典型的には、試料５９０を走査してデジタル化するための従来の技術（例えば、透過モード顕微鏡検査）の妨げとなる。有利なことに、スキャナシステム５５０の蛍光発光ベースの実施形態は、複数のリニアセンサアレイを含むライン走査カメラ６１５（例えば、時間遅延積分（ＴＤＩ）ライン走査カメラ）を使用し、ライン走査カメラ６１５の複数のリニアセンサアレイのそれぞれに試料５９０の同じ領域を露光することによってライン走査カメラの光に対する感度を高める。これは、わずかに蛍光性である試料を少ない放射光で走査する際にとりわけ有益である。
【００３７】
したがって、蛍光発光ベースのスキャナシステムの実施形態では、ライン走査カメラ６１５は好ましくは、モノクロＴＤＩライン走査カメラである。有利なことに、モノクロ画像は、それらが試料に存在するさまざまなチャネルからの実信号のさらなる正確な表現を提供するために、蛍光顕微鏡検査法において理想である。当業者によって理解されるように、蛍光発光試料５９０は、異なる波長で光を放射する複数の蛍光染料で標識付けすることができ、このような異なる波長は「チャネル」とも称される。
【００３８】
さらに、さまざまな蛍光発光試料のローエンドおよびハイエンド信号レベルは、検知するライン走査カメラ６１５に対して広いスペクトルの波長を提示するため、ライン走査カメラ６１５が検知することができるローエンドおよびハイエンド信号レベルも同様に広いことが望ましい。したがって、蛍光発光ベースのスキャナの実施形態では、蛍光発光ベースの走査システム５５０において使用されるライン走査カメラ６１５は、モノクロの１０ビットの６４個のリニアアレイＴＤＩライン走査カメラである。ライン走査カメラ６１５についてのさまざまなビット深度が、走査システム５５０の蛍光発光ベースのスキャナの実施形態による使用のために使用され得ることに留意すべきである。
【００３９】
可動ステージ５８０は、プロセッサ５５５または動きコントローラ５７０の制御の下での正確なＸーＹ移動のために構成される。可動ステージはまた、プロセッサ５５５または動きコントローラ５７０の制御の下でのＺ軸での移動のために構成されてよい。可動ステージは、ライン走査カメラ６１５および／またはエリア走査カメラによる画像データの取り込みの間、所望の位置に試料を位置づけるように構成される。可動ステージはまた、試料５９０を走査方向に実質的に一定の速度まで加速させ、次いで、ライン走査カメラ６１５による画像データの取り込みの間、実質的に一定の速度を維持するように構成される。スキャナシステム５５０は、可動ステージ５８０上の試料５９０の位置において支援するために高精度におよび厳密に調整されたＸ−Ｙ格子を採用してもよい。一実施形態では、可動ステージ５８０は、Ｘ軸およびＹ軸の両方において採用された高精度エンコーダを有するリニアモータに基づくＸーＹステージである。例えば、非常に精密なナノメートルエンコーダは、走査方向の軸上で、および走査方向に垂直な方向の軸上で、ならびに走査方向と同一の平面上で使用することができる。ステージはまた、スライドガラス５８５を支持するようにも構成され、その上に試料５９０が配置される。
【００４０】
試料５９０は、光学顕微鏡検査法によって調べることができる任意のものとすることができる。例えば、顕微鏡スライドガラス５８５は、組織および細胞、染色体、ＤＮＡ、タンパク質、血液、骨髄、尿、バクテリア、ビーズ、生検材料、または死亡か生存、染色か非染色、標識か非標識のいずれかの他のタイプの生物学的材料または物質を含む標本のための観察用の基板として頻繁に使用される。試料５９０はまた、マイクロアレイとして一般に知られているありとあらゆる試料を含む、任意のタイプのＤＮＡのアレイ、または、例えばｃＤＮＡ、ＲＮＡ、または任意のタイプのスライドまたは他の基板に堆積されるタンパク質などのＤＮＡ関連材料のアレイであってもよい。試料５９０は、マイクロタイタープレート、例えば、９６個のウェルプレートであってもよい。試料５９０の他の例には、集積回路基板、電気泳動レコード、ペトリ皿、フィルム、半導体材料、法医学材料および機械加工部品が含まれる。
【００４１】
対物レンズ６００は、一実施形態において対物レンズ６００によって定められた光軸に沿って対物レンズ６００を移動させるために非常に精密なリニアモータを使用する対物レンズポジショナ６３０に取り付けられる。例えば、対物レンズポジショナ６３０のリニアモータは、５０ナノメートルのエンコーダを含んでもよい。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸におけるステージ５８０および対物レンズ６００の相対位置は、包括的な走査システム５５０の動作のためのコンピュータ実行可能なプログラムされたステップを含め、情報および命令を記憶するためのメモリ５６５を採用するプロセッサ５５５の制御の下で動きコントローラ５７０を使用して閉ループ方式で調整および制御される。
【００４２】
一実施形態において、対物レンズ６００は、望ましい最高空間分解能に対応する開口数を有するプランアポクロマティック（「ＡＰＯ」）無限補正対物レンズであり、対物レンズ６００は、透過モード照明顕微鏡検査法、反射モード照明顕微鏡検査法、および／または落射照明モード蛍光顕微鏡検査法（例えばＯｌｙｍｐｕｓの４０Ｘ、０．７５ＮＡまたは２０Ｘ、０．７５ＮＡ）に適する。有利なことに、対物レンズ６００は、色収差および球面収差を補正することが可能である。対物レンズ６００は無限に補正されるため、対物レンズを通過する光ビームが平行光ビームになる、対物レンズ６００の上方の光路６０５内にフォーカシング光学系６１０を配置することができる。フォーカシング光学系６１０は、対物レンズ６００によって取り込まれた光学信号をライン走査カメラ６１５および／またはエリア走査カメラ６２０の光応答性素子上にフォーカシングさせ、フィルタ、倍率変換器レンズ、および／または同様のものなどの光学構成要素を含んでもよい。フォーカシング光学系６１０と組み合わせた対物レンズ６００は、走査システム５５０のための全倍率を提供する。一実施形態では、フォーカシング光学系６１０は、チューブレンズおよび任意選択の２Ｘの倍率変換器を包含してもよい。有利なことに、２Ｘの倍率変換器は、本来の２０Ｘの対物レンズ６００が４０Ｘの倍率で試料５９０を走査することを可能にする。
【００４３】
ライン走査カメラ６１５は、画像要素（「ピクセル」）の少なくとも１つのリニアアレイを含む。ライン走査カメラは、白黒またはカラーであってよい。カラーライン走査カメラは典型的には、少なくとも３つのリニアアレイを有し、モノクロライン走査カメラは、単一のリニアアレイまたは複数のリニアアレイを有する場合がある。カメラの一部としてパッケージ化されるか、撮像電子モジュールにカスタム統合されるかに関わらず、いずれかのタイプの単数または複数のリニアアレイも使用することができる。例えば、３つのリニアアレイ（「赤−緑―青」すなわち「ＲＧＢ」）のカラーライン走査カメラまたは９６のリニアアレイ単色ＴＤＩも使用されてよい。ＴＤＩライン走査カメラは典型的には、以前に撮像された標本の領域からの強度データを合計することによって、出力信号における大幅に良好な信号対雑音比（「ＳＮＲ」）を提供し、積分ステージの数の平方根に比例するＳＮＲの増加をもたらす。ＴＤＩライン走査カメラは、複数のリニアアレイを含む。例えば、２４個、３２個、４８個、６４個、９６個、またはさらに多くのリニアアレイを有するＴＤＩライン走査カメラが利用可能である。スキャナシステム５５０はまた、５１２個のピクセルを有するもの、１０２４個のピクセルを有するもの、および４０９６個のピクセルと同数のピクセルを有するその他のものを含むさまざまなフォーマットで製造されたリニアアレイを支持する。同様に、さまざまなピクセルサイズを有するリニアアレイをスキャナシステム５５０において使用することもできる。いずれかのタイプのライン走査カメラ６１５の選択についての主要な要件は、ステージ５８０の動きをライン走査カメラ６１５のライン速度と同期させることができることで、試料５９０のデジタル画像の取り込みの間、ステージ５８０がライン走査カメラ６１５に対して動くことができることである。
【００４４】
ライン走査カメラ６１５によって生成された画像データは、メモリ５６５の一部に記憶され、試料５９０の少なくとも一部の連続するデジタル画像を生成するためにプロセッサ５５５によって処理される。連続するデジタル画像はさらにプロセッサ５５５によって処理されてもよく、修正された連続したデジタル画像もまた、メモリ５６５に記憶されてよい。
【００４５】
２つ以上のライン走査カメラ６１５を有する一実施形態では、ライン走査カメラ６１５のうちの少なくとも１つは、撮像センサとして機能するように構成されたライン走査カメラ６１５のうちの少なくとも１つと組み合わせて動作するフォーカシングセンサとして機能するように構成されてもよい。フォーカシングセンサは、撮像センサと同一の光軸上に論理上配置することができ、またはフォーカシングセンサは、スキャナシステム５５０の走査方向に対して撮像センサの前または後に論理上配置することができる。フォーカシングセンサとして機能する少なくとも１つのライン走査カメラ６１５を有する一実施形態では、フォーカシングセンサによって生成された画像データは、メモリ５６５の一部に記憶され、スキャナシステム５５０が、試料５９０と対物レンズ６００との間の相対距離を調節して、走査の間、試料上で焦点を維持することを可能にするために焦点情報を生成するように１つまたは複数のプロセッサ５５５によって処理される。加えて、一実施形態では、フォーカシングセンサとして機能する少なくとも１つのライン走査カメラ６１５は、フォーカシングセンサの複数の個々のピクセルの各々が、光路６０５に沿って異なる論理上の高さに位置決めされるように配向されてもよい。
【００４６】
動作中、スキャナシステム５５０のさまざまな構成要素およびメモリ５６５に記憶されたプログラムモジュールによって、スライドガラス５８５上に配置された試料５９０の自動走査およびデジタル化が可能になる。スライドガラス５８５は、試料５９０を走査するためのスキャナシステム５５０の可動ステージ５８０上に固定して配置される。プロセッサ５５５の制御の下で、可動ステージ５８０は、ライン走査カメラ６１５による検知のための実質的に一定の速度まで試料５９０を加速させ、この場合、ステージの速度は、ライン走査カメラ６１５のライン速度と同期される。画像データの１つのストライプを走査した後、可動ステージ５８０は、試料５９０を減速させ、ほぼ完全に停止させる。可動ステージ５８０は次いで、画像データの後続のストライプ（例えば、隣接したストライプ）の走査のために試料５９０を位置付けるように走査方向に直交して移動する。試料５９０の全部分または試料５９０全体が走査されるまで、追加のストライプがその後走査される。
【００４７】
例えば、試料５９０のデジタル走査の間、試料５９０の連続したデジタル画像は、画像ストライプを形成するように一緒に組み合わされた複数の連続した視野として取得される。複数の隣接する画像ストライプを同じように組み合わせて、試料５９０の一部または試料５９０全体の連続するデジタル画像を形成する。試料５９０の走査は、垂直画像ストライプまたは水平画像ストライプを取得することを含んでもよい。試料５９０の走査は、上から下、下から上、またはその両方（双方向）のいずれであってもよく、試料５９０上のいずれの地点で開始してもよい。あるいは、試料５９０の走査は、左から右、右から左、または両方（双方向）のいずれであってもよく、試料５９０上のいずれの地点で開始してもよい。加えて、画像ストライプは隣接する方式または連続する方式において取得される必要はない。さらに、結果として生じる試料５９０の画像は、試料５９０全体または試料５９０の一部のみの画像であってもよい。
【００４８】
一実施形態では、コンピュータ実行可能命令（例えば、プログラムされたモジュールおよびソフトウェア）が、メモリ５６５に記憶され、実行される際、走査システム５５０が本明細書で説明されるさまざまな機能を実行することを可能にする。この説明では、用語「コンピュータ可読記憶媒体」は、コンピュータ実行可能命令を記憶し、プロセッサ５５５による実行のために走査システム５５０に提供するために使用される任意の媒体を指すものとして使用される。それらの媒体の例には、メモリ５６５、および、例えばネットワーク（図示せず）を介して直接または間接的のいずれかで走査システム５５０と通信可能に結合されたいずれかの着脱可能な記憶媒体または外部の記憶媒体（図示せず）が含まれる。
【００４９】
図２Ｂは、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）アレイとして実装され得る単一のリニアアレイ６４０を有するライン走査カメラ６１５を示す。単一のリニアアレイ６４０は、複数の個々のピクセル６４５を含む。示される実施形態では、単一のリニアアレイ６４０は、４０９６個のピクセルを有する。代替的な実施形態では、リニアアレイ６４０は、より多くのまたはより少ないピクセルを有する場合もある。例えば、リニアアレイの共通フォーマットには、５１２個、１０２４個、および４０９６個のピクセルが含まれる。ピクセル６４５は、リニアアレイ６４０についての視野６２５を定めるためにリニア方式で配置される。視野のサイズは、スキャナシステム５５０の倍率に従って変化する。
【００５０】
図２Ｃは、３つのリニアアレイを有するライン走査カメラを示しており、各リニアアレイはＣＣＤアレイとして実装されてよい。３つのリニアアレイは、カラーアレイ６５０を形成するように組み合わされる。実施形態では、カラーアレイ６５０内の各々の個々のリニアアレイは、異なるカラー強度（例えば、赤、緑、または青）を検出する。カラーアレイ６５０内の各々の個々のリニアアレイからのカラー画像データは、カラー画像データの単一の視野６２５を形成するように組み合わされる。
【００５１】
図２Ｄは、それぞれがＣＣＤアレイとして実装され得る、複数のリニアアレイを有するライン走査カメラを示す。複数のリニアアレイは、ＴＤＩアレイ６５５を形成するように組み合わされる。有利なことに、ＴＤＩライン走査カメラは、以前に撮像された標本の領域からの強度データを合計することによって、その出力信号における大幅に良好なＳＮＲを提供し、リニアアレイ（統合ステージとも称される）の数の平方根に比例したＳＮＲの増加をもたらしてよい。ＴＤＩライン走査カメラは、より多様な数のリニアアレイを含む場合もある。例えば、ＴＤＩライン走査カメラの一般的なフォーマットには、２４個、３２個、４８個、６４個、９６個、１２０個およびそれ以上のリニアアレイが含まれる。
【００５２】
開示される実施形態の上記の説明は、任意の当業者が本発明を作成または使用することを可能にするために提供される。それらの実施形態に対するさまざまな修正は、当業者にとって容易に明らかであり、本明細書で説明された一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用することができる。よって、本明細書で提示される説明および図面は、本発明の現時点で好ましい実施形態を表しており、したがって、本発明によって広く企図されている主題を表すことを理解されたい。さらに、本発明の範囲は、当業者にとって明白になり得る他の実施形態を完全に包含しており、したがって、本発明の範囲は限定されないことが理解されよう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【国際調査報告】
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