(57)【要約】  ２回通過式マクロ画像取り込みが開示される。一実施形態では、スキャン装置は、ステージと、高解像度カメラと、スライドの幅と略等しい幅の視野を高解像度カメラに提供するレンズと、を備える。装置はまた、透過モード照明の第１の照明システムと、反射モード照明の第２の照明システムと、を備える。プロセッサ（複数可）は、第１の照明システムにより視野が照明されている間は、ステージを第１の方向に移動させ、１回通過している間に、標本の第１のマクロ画像を取り込み、第２の照明システムにより視野が照明されている間は、ステージを第２の方向に移動させ、１回通過している間に、標本の第２のマクロ画像を取り込む。プロセッサ（複数可）は、第２のマクロ画像内のアーチファクトを特定し、これらのアーチファクトに基づいて、第１のマクロ画像を補正して、修正済み第１のマクロ画像を生成する。
2020535478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルスライドスキャン装置であって、前記デジタルスライドスキャン装置は、
スライドガラスを支持するように構成されたステージと、
高解像度カメラと、
前記高解像度カメラへのマクロ画像光路を定義する第１のレンズと、
前記第１のレンズと光学的に結合される第１の照明システムと、
前記第１のレンズと光学的に結合される第２の照明システムと、
少なくとも１つのプロセッサと、
を備え、
前記第１のレンズは、前記高解像度カメラに視野を提供するように構成され、前記視野は、前記スライドガラスの全幅と略等しい幅を有し、
前記第１の照明システムは、前記ステージ上の前記スライドガラスの下から前記視野を透過モードで照明するように構成され、
前記第２の照明システムは、前記ステージ上の前記スライドガラスの上から前記視野を反射モードで照明するように構成され、前記第２の照明システムは、その照明光の略すべてが、前記高解像度カメラへの前記光路に沿って反射されないようなパターンで、照明光を傾斜させるように構成され、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記ステージが前記スライドガラスを支持している間に、
前記第１の照明システムにより前記視野が照明されている間は、前記スライドガラスが前記第１のレンズの下にあるうちに、前記高解像度カメラを使用して、前記スライドガラス上の標本の第１のマクロ画像を取り込み、
前記第２の照明システムにより前記視野が照明されている間は、前記スライドガラスが前記第１のレンズの下にあるうちに、前記高解像度カメラを使用して、前記スライドガラス上の前記標本の第２のマクロ画像を取り込み、
前記第２のマクロ画像内の画像アーチファクトを特定し、
前記第２のマクロ画像内の前記特定された画像アーチファクトに基づいて、前記第１のマクロ画像を補正して、修正済み第１のマクロ画像を生成する、
ように構成される、
デジタルスライドスキャン装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのプロセッサは、さらに、前記修正済み第１のマクロ画像を使用して、前記標本内の組織を発見し、前記標本をスキャンするための初期焦点位置を選択するように構成される、
請求項１に記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項３】
前記第１の照明システムは、さらに、拡散器を備える、
請求項１または２に記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項４】
前記第１のマクロ画像は、前記第２のマクロ画像の前に取り込まれる、
請求項１から３のいずれかに記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項５】
前記第１のマクロ画像は、前記第２のマクロ画像の後に取り込まれる、
請求項１から３のいずれかに記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項６】
前記デジタルスライドスキャン装置は、高倍率で高解像度画像を取り込むための第２のレンズをさらに備え、前記第２のレンズは、前記マクロ画像光路とは異なる前記高解像度カメラへの別の光路を定義し、前記第２のレンズは、前記スライドガラスの全幅より短い幅を有する、前記第１のレンズより小さい視野を提供するように構成される、
請求項１から５のいずれかに記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項７】
前記第２のマクロ画像内の画像アーチファクトを特定することは、前記第２のマクロ画像からアーチファクトマスクを生成することを含む、
請求項１から６のいずれかに記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項８】
前記第１のマクロ画像を補正することは、前記第１のマクロ画像に前記アーチファクトマスクを適用することを含む、
請求項７に記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項９】
前記第１のマクロ画像を補正することは、前記第１のマクロ画像に前記アーチファクトマスクを適用する前に、前記第１のマクロ画像に対し照明補正、背景オフセット、または、背景ノイズ除去のうちの１つ以上を適用するように、前記第１のマクロ画像に前処理を行う、
請求項８に記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項１０】
前記第２のマクロ画像内の画像アーチファクトを特定することは、前記アーチファクトマスクを生成する前に、前記第２のマクロ画像に背景オフセットを適用するように、前記第２のマクロ画像に前処理を行う、
請求項７から９のいずれかに記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのプロセッサは、さらに、前記修正済み第１のマクロ画像に基づいて、スキャンする前記標本の領域を特定するように構成される、
請求項１から１０のいずれかに記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項１２】
前記第１のマクロ画像を補正することは、アーチファクトを表す画素を囲む画素の強度レベルに従って、前記第１のマクロ画像内のアーチファクトを表す画素の強度レベルを変更することを含む、
請求項１から１１のいずれかに記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項１３】
前記第１のマクロ画像を取り込むことは、前記ステージを第１の方向に移動させ、前記スライドガラスが前記第１のレンズの下を１回通過する間に、前記高解像度カメラを使用して、前記スライドガラス上の前記標本の前記第１のマクロ画像を取り込むことを含み、
前記第２のマクロ画像を取り込むことは、前記ステージを第２の方向に移動させ、前記スライドガラスが前記第１のレンズの下を１回通過する間に、前記高解像度カメラを使用して、前記スライドガラス上の前記標本の前記第２のマクロ画像を取り込むことを含む、
請求項１から１２のいずれかに記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項１４】
前記第２の方向は、前記第１の方向と反対である、
請求項１３に記載のデジタルスライドスキャン装置。
【請求項１５】
デジタルスライドスキャン装置でマクロ画像を生成する方法であって、
前記デジタルスライドスキャン装置は、スライドガラスを支持するように構成されたステージと、高解像度カメラと、前記高解像度カメラへのマクロ画像光路を定義する第１のレンズであって、前記高解像度カメラに、前記スライドガラスの全幅と略等しい幅を有する視野を提供するように構成される第１のレンズと、前記第１のレンズと光学的に結合され、前記ステージ上の前記スライドガラスの下から前記視野を透過モードで照明するように構成された第１の照明システムと、前記第１のレンズと光学的に結合され、前記ステージ上の前記スライドガラスの上から前記視野を反射モードで照明するように構成された第２の照明システムと、少なくとも１つのプロセッサと、を備え、
前記方法は、前記デジタルスライドスキャン装置の前記少なくとも１つのプロセッサにより、
前記第１の照明システムにより前記視野が照明されている間は、前記スライドガラスが前記第１のレンズの下にあるうちに、前記高解像度カメラを使用して、前記スライドガラス上の標本の第１のマクロ画像を取り込むことと、
前記第２の照明システムにより前記視野が照明されている間は、前記スライドガラスが前記第１のレンズの下にあるうちに、前記高解像度カメラを使用して、前記スライドガラス上の前記標本の第２のマクロ画像を取り込むことと、
前記第２のマクロ画像内の画像アーチファクトを特定することと、
前記第２のマクロ画像内の前記特定された画像アーチファクトに基づいて、前記第１のマクロ画像を補正して、修正済み第１のマクロ画像を生成することと、
を含む方法。
【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９月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／５６６，１６５号の優先権を主張し、参照により、その全体が記載されるように、本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本開示は、一般にデジタルパソロジーに関し、より具体的には、デジタルスライドスキャン装置を使用してスライドガラス上の組織領域を特定することに関する。
【背景技術】
【０００３】
デジタルパソロジーは、物理的スライドから生成された情報の管理を可能にするコンピュータ技術により実現される画像ベースの情報環境である。デジタルパソロジーは、物理的スライドガラス上で標本をスキャンして、コンピュータモニタ上で保存、表示、管理、および分析できるデジタルスライド画像を作成することを実践する仮想顕微鏡検査により、部分的に実現される。デジタルパソロジーの分野は、スライドガラス全体の撮像機能により爆発的に発展し、現在では、がんなどの重大な病気の診断、予後、および予測を、さらに良く、さらに迅速に、さらに安価に達成するための最も有望な診断医学手段のうちの１つとみなされている。
【０００４】
従来のデジタルスライドスキャン装置は通常、スライド上の標本の高解像度画像をスキャンするのに使用される高解像度カメラセンサを含む。従来のデジタルスライドスキャン装置はまた、通常、スライド上の標本の低解像度マクロ画像をスキャンするのに使用される低解像度カメラセンサを含む。通常、マクロ画像は、標本が占めるスライドガラスの領域を特定するために使用され、スライド全体のサムネイル画像を生成するためにも使用され得る。従来のデジタルスライドスキャン装置の欠点は、低解像度カメラセンサを含めると、装置に費用がさらにかかることである。提案されている１つの解決策は、高解像度カメラセンサを使用して、高解像度マクロ画像を取り込むことである。
【０００５】
しかし、高解像度カメラで高解像度マクロ画像を取得することの不利な点として、高解像度マクロ画像は、多くの場合、スライドまたはスライドカバーガラス上に、埃および／または指紋などの物理的アイテムの不要な画像アーチファクトを含むことが挙げられる。これらのアーチファクトは、スライドの準備または取り扱い中にもたらされ得る。
【０００６】
マクロ画像内のこれらの不要な画像アーチファクトは、例えば標本の位置、スキャンするスライドガラスの領域、および標本上の初期焦点位置を特定するために、標本のマクロ画像に実行される画像処理に、大きな影響を与え得る。さらに、初期焦点位置（例えば焦点面を構築するための初期焦点位置）が図らずも、不要な画像アーチファクトの場所に設定された場合、結果得られるデジタルスライド画像の品質は悪影響を受け得る。よって、前述のような従来のシステムに見受けられるこれらの重大な問題を克服するシステムおよび方法が、求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
デジタルスライドスキャン装置における従来のマクロ画像取り込みに関連する問題を解決するために、第１および第２の照明システムを利用してスライドの２つの画像を取り込む解決策が、本明細書では説明される。一実施形態では、透過照明システム（スライドの下から）を使用して第１の画像が取り込まれ、照明補正およびおそらく他の画像強調を行うように処理される。反射照明システム（スライドの上から）を使用して第２の画像が取り込まれ、不要な画像アーチファクトを特定するように処理される。次いで、第２の画像から特定された画像アーチファクトが、第１の画像から除去され得、補正された第１の画像は、マクロ画像として記憶され得る。
【０００８】
マクロ画像取得プロセスの一実施形態では、ステージは、スライドガラスをマクロ画像位置までずっと移動させ、その後スキャン位置へ戻るために、線形往復経路を移動する。往復の「往」部分では、透過モード照明およびマクロ画像光路に対応するレンズを使用して、マクロ画像が取り込まれる。往復の「復」部分では、反射モード照明およびマクロ画像光路に対応するレンズを使用して、第２のマクロ画像が取り込まれる。従って、スキャン装置には、第２の傾斜照明源が含まれ、マクロ画像光路と共に使用するために配置される。第２の照明源は、スライドガラスの上部から照明を提供し、傾斜散乱光を使用して、光路内のカメラセンサへ光を反射することなく、スライドガラスおよび／またはカバーガラス上のアーチファクトのみを目立たせる。スキャン装置のプロセッサは、マクロ画像光路の下の往復の「往」部分および「復」部分の間に取り込まれた２つのスライド全体画像を処理し、画像処理は、第２の画像で特定されたアーチファクトを第１の画像から除去する。修正された第１の画像は、その後、組織発見および初期焦点位置選択に使用するクリーンなマクロ画像として用いられる。
【０００９】
本明細書で説明される実施形態は、従来の解決策と比較して大きな利点を提供する。１つの利点には、高解像度カメラにより、精密なマクロスライド画像が生成されることが挙げられる。しかし、透過モード照明を使用してスキャンされたマクロ画像には、標本だけでなく、スライドガラスおよび／またはカバーガラス上の不要な画像アーチファクトも、両方含まれる。有利なことに、上部照明マクロ画像は、スライドガラスまたはカバーガラス上によく存在する指紋、埃、髪、シール材、Ｖａｌａｐ（ワセリン、ラノリン、パラフィン）、および／または白塗料ラベルなど（本明細書では「残屑」と総称される）のアイテムからの不要な画像アーチファクトを、明瞭に示す。従って、２つのマクロ画像（下部照明により取り込まれた１つの画像および上部照明により取り込まれた１つの画像）を画像処理することにより、下部照明により取り込まれたマクロ画像から不要な画像アーチファクトを除去して、不要な画像アーチファクトのない高解像度マクロ画像を生成することが可能となる。本実施形態により、高解像度スキャン用の特別領域を含む必要がなくなる。本実施形態はまた、上部照明により取り込まれたマクロ画像に対しては、重い画像ノイズ除去を実行するが、下部照明により取り込まれたマクロ画像に対しては、ごくわずかな画像処理を実行して、スライドガラス上の標本領域を誤って特定するリスクを低減する。
【００１０】
一実施形態では、デジタルスライドスキャン装置が開示され、デジタルスライドスキャン装置は、視野を有する高解像度カメラと、マクロ画像光路内の第１のレンズであって、第１のレンズは、高解像度カメラの視野に、スライドガラスの略全幅の画像を提供するように構成される、第１のレンズと、第１のレンズと光学的に結合され、かつ透過モード照明用に構成された第１の照明システムと、第１のレンズと光学的に結合され、かつ反射モード照明用に構成された第２の照明システムであって、さらに、第２の照明システムの略すべての光が高解像度カメラの視野内に反射されないようなパターンで、照明光を傾斜させるように構成された第２の照明システムと、スライドガラスを支持するステージを第１の方向へ移動させ、スライドガラスが第１のレンズの下を１回通過する間に、高解像度カメラ、第１のレンズ、および第１の照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の第１のマクロ画像を取り込むように構成されたプロセッサと、を備え、プロセッサはさらに、第１の方向とは反対の第２の方向にステージを移動させ、スライドガラスが第１のレンズの下を１回通過する間に、高解像度カメラ、第１のレンズ、および第２の照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の第２のマクロ画像を取り込むように構成され、プロセッサはさらに、第２のマクロ画像内の不要な画像アーチファクトを特定し、特定された不要な画像アーチファクトに応じて第１のマクロ画像を補正して、修正済み第１のマクロ画像を生成するように構成される。プロセッサはさらに、組織発見および初期焦点位置選択に、修正済み第１のマクロ画像を使用するように構成され得る。第１の照明システムはさらに、拡散器を備え得る。
【００１１】
一実施形態では、方法が開示され、方法は、透過モード照明用に構成された第１の照明システムを起動させることであって、第１の照明システムは、レンズと、視野を有する高解像度カメラと光学的に結合され、レンズおよび高解像度カメラは光路を定義する、起動させることと、スライドガラスを支持するステージを光路に対して第１の方向に移動させ、当該移動中に、高解像度カメラ、レンズ、および第１の照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の第１のマクロ画像を取り込むことと、第１の照明システムを停止させることと、第１の照明システムを停止させた後に、反射モード照明用に構成された第２の照明システムを起動させることであって、第２の照明システムは、レンズと高解像度カメラと光学的に結合される、起動させることと、スライドガラスを支持するステージを第１の方向とは反対の第２の方向に移動させ、当該移動中に、高解像度カメラ、レンズ、および第２の照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の第２のマクロ画像を取り込むことと、第２のマクロ画像内で１つ以上の不要な画像アーチファクトを特定することと、特定された不要な画像アーチファクトに応じて第１のマクロ画像を補正して、修正済み第１のマクロ画像を生成することと、を含む。
【００１２】
一実施形態では、方法が開示され、方法は、反射モード照明用に構成された反射モード照明システムを起動させることであって、反射モード照明システムは、レンズと、視野を有する高解像度カメラと光学的に結合され、レンズおよび高解像度カメラは光路を定義する、起動させることと、スライドガラスを支持するステージを光路に対して第１の方向に移動させ、当該移動中に、高解像度カメラ、レンズ、および反射モード照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の反射モードマクロ画像を取り込むことと、反射モード照明システムを停止させることと、反射モード照明システムを停止させた後に、透過モード照明用に構成された透過モード照明システムを起動させることであって、透過モード照明システムは、レンズと高解像度カメラと光学的に結合される、起動させることと、スライドガラスを支持するステージを第１の方向とは反対の第２の方向に移動させ、当該移動中に、高解像度カメラ、レンズ、および透過モード照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の透過モードマクロ画像を取り込むことと、反射モードマクロ画像内で１つ以上の不要な画像アーチファクトを特定することと、特定された不要な画像アーチファクトに応じて透過モードマクロ画像を補正して、修正済み透過モードマクロ画像を生成することと、を含む。
【００１３】
一実施形態では、方法が開示され、方法は、反射モード照明用に構成された反射モード照明システムを起動させることであって、反射モード照明システムは、レンズと、視野を有する高解像度カメラと光学的に結合され、レンズおよび高解像度カメラは光路を定義する、起動させることと、スライドガラスを支持するステージを光路に対して第１の方向に移動させ、当該移動中に、高解像度カメラ、レンズ、および反射モード照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の反射モードマクロ画像を取り込むことと、透過モード照明用に構成された透過モード照明システムを起動させることであって、透過モード照明システムは、レンズと高解像度カメラと光学的に結合される、起動させることと、スライドガラスを支持するステージを第１の方向とは反対の第２の方向に移動させ、当該移動中に、高解像度カメラ、レンズ、および透過モード照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の透過モードマクロ画像を取り込むことと、反射モードマクロ画像内で１つ以上の不要な画像アーチファクトを特定することと、特定された不要な画像アーチファクトに応じて透過モードマクロ画像を補正して、修正済み透過モードマクロ画像を生成することと、を含む。
【００１４】
一実施形態では、方法が開示され、方法は、高解像度カメラ、レンズ、および第１の照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の第１のマクロ画像を取り込むことと、高解像度カメラ、レンズ、および第２の照明システムを使用して、スライドガラス上の標本の第２のマクロ画像を取り込むことと、第２のマクロ画像を分析して、不要な画像アーチファクトを特定することと、特定された不要な画像アーチファクトに応じて第１のマクロ画像を補正して、修正済み第１のマクロ画像を生成することと、を含む。第１の照明システムは、透過モード照明用に構成され得る。第２の照明システムは、反射モード照明用に構成され得る。
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、下記の発明を実施するための形態および添付図面を再考した後、当業者にはさらに容易に明らかになるであろう。
【００１６】
本発明の構造および動作は、下記の発明を実施するための形態および添付図面を再考することにより理解され、添付図面では、同様の参照番号は同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１Ａは、一実施形態による、スライドガラスの組織領域を特定するための例示的なデジタルスライドスキャンシステムを示すブロック図である。図１Ｂは、一実施形態による、例示的な光路およびラインスキャンカメラを示すブロック図である。
【図２】図２Ａは、一実施形態による、第１の照明システムを起動させて、スライドガラスの組織領域を特定するための例示的なデジタルスライドスキャンシステムを示すブロック図である。図２Ｂは、一実施形態による、第２の照明システムを起動させて、スライドガラスの組織領域を特定するための例示的なデジタルスライドスキャンシステムを示すブロック図である。
【図３】一実施形態による、デジタルスライドスキャン装置でスライドガラスのマクロ画像をスキャンするための例示的なプロセスを示すフロー図である。
【図４】図４Ａは、一実施形態による、試料を上に保持するスライドガラスのスキャン領域を特定するための例示的なプロセスを示すフロー図である。図４Ｂは、一実施形態による、試料を上に保持するスライドガラスのスキャン領域を特定するために使用される例示的な画像集合を示すブロック図である。
【図５】図５Ａは、本明細書で説明される様々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５Ｂは、一実施形態による、単一線形アレイを有する例示的なラインスキャンカメラを示すブロック図である。図５Ｃは、一実施形態による、３列の線形アレイを有する例示的なラインスキャンカメラを示すブロック図である。図５Ｄは、一実施形態による、複数の線形アレイを有する例示的なラインスキャン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】
【００１８】
本明細書で開示される特定の実施形態は、不要な画像アーチファクトを含まないスライドガラスの高解像度マクロ画像を取り込むためのシステムおよび方法を提供する。例えば、本明細書で開示される一方法により、下部照明システムを使用して第１の高解像度マクロ画像を取り込み、上部照明システムを使用して第２の高解像度マクロ画像を取り込むことが可能となる。２つの高解像度マクロ画像は、第２の高解像度マクロ画像内の不要な画像アーチファクトを特定し、特定された不要な画像アーチファクトを、第１の高解像度マクロ画像から除去して、不要な画像アーチファクトのない高解像度マクロ画像を生成するように、処理される。様々な代替的実施形態および代替的用途において本発明を実施する方法が、本説明を読んだ後に当業者には明らかになるであろう。しかしながら、本発明の様々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、限定ではなく単なる例として提示されることが理解されよう。よって、様々な代替的実施形態の本詳細説明は、添付の特許請求の範囲に明示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して解釈されるべきではない。
【００１９】
図１Ａは、一実施形態による、スライドガラス９０上の標本９５の組織領域を特定するための例示的なデジタルスライドスキャン装置１０を示すブロック図である。示される実施形態では、スキャン装置１０は、第１のレンズ４０と組み合わせて第１の光路３０を定義する高解像度カメラ２０を含む。第１の光路３０は、スライド９０上の試料９５の高解像度マクロ画像を取り込むように構成される。第１の光路３０は、試料９５上に対する高解像度カメラ２０の視野２５を完全に包含する。高解像度カメラ２０および第１のレンズ４０と、第１の光路３０との組み合わせにより、視野２５はスライド９０の略全幅をカバーし、よってスライド９０が第１の光路３０の下を１回通過すると、スライド９０全体を撮像することが可能となる。マクロ画像は通常、低倍率で取り込まれ、スライド９０全体がマクロ画像に含まれる。高解像度カメラ２０はまた、第２のレンズ６０と組み合わせて第２の光路５０を定義する。第２の光路５０は、高倍率で高解像度画像を取り込むためのものである。
【００２０】
一実施形態では、高解像度カメラは、ラインスキャンカメラ、またはエリアスキャンカメラ、または時間遅延積分（ＴＤＩ）カメラもしくはカラーカメラなどの様々な高解像度カメラのうちのいずれかであり得る。論述を容易にするために、高解像度カメラは、本明細書ではラインスキャンカメラ２０と称することとする。
【００２１】
デジタルスライドスキャン装置１０はまた、１つ以上の拡散器７５を任意で含み得る第１の照明システム７０を含む。第１の照明システム７０は、スライド９０の下に配置され、透過モード照明用に、第１の照明システム７０からの光が試料９５を通過して第１の光路３０内に入るように構成される。第１の照明システム７０からの光はまた、試料９５を通過する前に、１つ以上の拡散器７５を通過し得る。有利なことに、１つ以上の拡散器７５は、第１の光路３０内に均一な照明を提供するように機能する。
【００２２】
デジタルスライドスキャン装置１０はまた、第２の照明システム８０を含む。第２の照明システム８０は、スライド９０の上に配置され、反射モード照明用に、第２の照明システム８０からの略すべての光がスライド９０および試料９５に反射して、第１の光路３０から離れるように構成される。有利なことに、残屑からの所望の反射光は、第１の光路３０内に入る。しかし、一部の望ましくない反射光も、第１の光路３０内に入り得る。従って、デジタルスライドスキャン装置１０は、第２の照明システム８０からの望ましくない反射光が、高解像度カメラ２０のいずれの個々の画素センサにも届かないように構成される。
【００２３】
一実施形態では、マクロ画像取得プロセス中に、ステージ（図示せず）は、線形往復経路（例えばスライド９０の長手方向軸に平行なＸ軸に沿って）移動する。往復経路は、スライドガラス９０を、第１の光路３０により定義されたマクロ撮像位置の下で、開始位置（例えばスライド９０または試料９５の一端を表す第１の視野２５がマクロ撮像位置の下にある位置）から、終了位置（例えばスライド９０または試料９５の反対端を表す第２の視野２５がマクロ撮像位置の下にある位置）へ第１の方向に進むように、移動させる。その後、往復経路は、スライドガラス９０を、マクロ撮像位置の下で、終了位置から開始位置へ戻る第１の方向とは反対の第２の方向に進むように、移動させる。往復の「往」部分では、第１の透過モード照明システム７０および第１のレンズ４０を使用して、第１の光路３０に沿って、第１のマクロ画像が取り込まれる。往復の「復」部分では、第２の反射モード照明システム８０および第１のレンズ４０を使用して、第１の光路３０に沿って、第２のマクロ画像が取り込まれる。あるいは、第２のマクロ画像が、往復の「往」部分で１番目に取り込まれてもよく、第１のマクロ画像が、往復の「復」部分で２番目に取り込まれてもよい。別の代替的実施形態では、第１および第２のマクロ画像は、ステージが静止している間に（すなわち第１のレンズ４０に対するステージの移動がない）、例えばエリアスキャンカメラにより取り込まれ得る。いずれにせよ、簡潔にするために、第１のマクロ画像は通常、１番目に取り込まれるものとして本明細書では説明され、第２のマクロ画像は通常、２番目に取り込まれるものとして本明細書では説明されるが、第１のマクロ画像が２番目に取り込まれ、第２のマクロ画像が１番目に取り込まれるように、画像取り込みの順番を逆にしてもよいことを、理解されたい。
【００２４】
有利なことに、第２の照明システム８０は、スライドガラス９０の上部から傾斜照明を提供し、傾斜散乱光を使用して、スライドガラス９０および／またはカバーガラスの上の不要な残屑のみを目立たせる。第２の照明システム８０の配置およびその散乱光の方向は、望ましくない反射光が第１の光路３０内に進むことを最小限に抑えるように、慎重に構成される。さらに、第１の光路３０内の高解像度カメラ２０の配置は、光路３０内の望ましくない反射光が、高解像度カメラ２０のセンサに到達することを最小限に抑えるまたは除去するように、慎重に構成される。
【００２５】
有利なことに、デジタルスライドスキャン装置１０は、標本９５が占めるスライドガラス９０の領域を特定するために使用され得る極めて高い画像品質を提供するように構成される。第２の照明システム８０からの光は、第１の照明システム７０および／または拡散器７５の構成要素に反射し得るため、拡散器７５、第１の照明システム７０、スライドガラス９０、または試料９５から反射される第２の照明システム８０からのいずれの光も、高解像度カメラ２０の個々のセンサが受光することがないように、第１の照明システム７０、拡散器７５、第２の照明システム８０、および高解像度カメラ２０は、慎重に位置が調整される。これにより、高解像度カメラ２０の個々のセンサは、第２の照明システム８０が使用される時、スライドガラスおよび／またはカバーガラスの上の残屑のみを強調する画像を取り込むことになる。
【００２６】
デジタルスライドスキャン装置１０のプロセッサ５５５は、第１の光路３０の下の往復の「往」部分および「復」部分の間に取り込まれた２つの高解像度画像を処理する。第２の照明システム８０を使用して取り込まれたマクロ画像において、残屑に対応する不要な画像アーチファクトが特定され、特定された不要な画像アーチファクトは、第１の照明システム７０を使用して取り込まれたマクロ画像において補正される。これにより、不要な画像アーチファクトを含まず、組織発見および初期焦点位置選択に後で使用され得るクリーンな高解像度マクロ画像が得られる。
【００２７】
図１Ｂは、一実施形態による、例示的な第１の光路３０および高解像度カメラ２０を示すブロック図である。前述のように、高解像度カメラ２０の個々のセンサが第１の光路３０内に配置されるように、かつ個々のセンサが第２の照明システム８０からの望ましくない反射光８５を受光しないように、デジタルスライドスキャン装置１０の構成要素は、慎重に位置が調整される。
【００２８】
図２Ａは、一実施形態による、第１の照明システム７０を起動させて、スライドガラス９０の組織領域９５を特定するための例示的なデジタルスライドスキャンシステム１０を示すブロック図である。示される実施形態では、第１の照明システム７０が起動され、第１の照明システム７０により生成される光は、スライド９０および第１の光路３０を均一に照明するように構成された１つ以上の拡散器７５を通過する。ラインスキャンカメラ２０は、その視野２５が、第１の照明システム７０により均一に照明されるスライド９０の一部の上に位置するように、論理的に位置が調整される。
【００２９】
図２Ｂは、一実施形態による、第２の照明システム８０を起動させて、スライドガラス９０の組織領域９５を特定するための例示的なデジタルスライドスキャンシステム１０を示すブロック図である。示される実施形態では、第２の照明システム８０が起動され、第２の照明システム８０により生成される光は、スライド９０、試料９５、およびカバーガラス９７を照明する。第２の照明システム８０からの光が、スライド９０、試料９５、カバーガラス９７、拡散器７５、第１の照明システム７０、およびその照明範囲内の任意の他の物体に反射するように、かつ反射光が第１の光路３０内に入らないように、第２の照明システム８０は配置される。しかし、一部の望ましくない反射光８５が、第１の光路３０内に入り得る。第１の光路３０内を通過する望ましくない反射光８５が、ラインスキャンカメラ２０の個々のセンサのうちのいずれによっても受光されないように、ラインスキャンカメラ２０は位置が調整される。
【００３０】
図３は、一実施形態による、デジタルスライドスキャン装置でスライドガラスのマクロ画像をスキャンするための例示的なプロセスを示すフロー図である。示される実施形態では、プロセスは、図１Ａ〜図２Ｂ、および図５Ａ〜図５Ｄに関して説明されるようなシステムにより、実行され得る。最初に、ステップ１００で、システムは、下からスライドを照明するために、第１の照明システム７０を起動させる。これは、透過モード照明である。
【００３１】
次に、ステップ１１０で、標本を有するスライドガラス９０を支持するステージが、マクロ撮像位置を通過するように移動される。マクロ撮像位置は、マクロ撮像レンズ４０と高解像度カメラ２０との組み合わせにより作られる第１の光路３０内に位置する高解像度カメラ２０の視野２５により定義される。ステージがスライド９０を、マクロ撮像位置を通して移動させると、ステップ１２０に示されるように、１回通過する間に、スライド９０全体の第１のマクロ画像が取り込まれる。有利なことに、高解像度カメラ２０の視野２５は、スライド９０の略全幅を取り込むのに十分な幅を有する。
【００３２】
代替的実施形態では、スライド９０全体の第１のマクロ画像は、ステージが対物レンズに対して静止している間に、例えばエリアスキャンカメラにより取り込まれ得る。例えば、第１のマクロ画像は、一連のモザイクタイルとして取り込まれてもよく、各タイルは、ステージが静止している間に取り込まれる。あるいは、第１のマクロ画像は、ステージが静止している間に取り込まれる単一画像として取り込まれてもよい。エリアスキャンカメラはまた、例えばストロボ照明を使用して、ステージが動いている間に、第１のマクロ画像を（単一画像または一連のモザイクタイルとして）取り込み得る。
【００３３】
次に、ステップ１３０で、第１の照明システム７０が停止され、次に、ステップ１４０で、第２の照明システム８０が起動される。第２の照明システム８０は、上からの角度で、スライド９０を照明する。これは、反射モード照明である。次に、ステップ１５０で、ステージは再度、スライドガラス９０を、マクロ撮像位置を通して移動させ、ステップ１６０で、１回通過する間に、スライド９０全体の第２のマクロ画像が取り込まれる。先と同様に、代替的実施形態では、スライド９０全体の第２のマクロ画像は、ステージが静止している間に、例えばエリアスキャンカメラにより取り込まれ得る。
【００３４】
次に、ステップ１７０で、反射モード照明を使用して取り込まれたスライド９０全体の第２のマクロ画像が分析され、ステップ１８０で、第２のマクロ画像内で、残屑に対応する不要な画像アーチファクトが特定される。次に、ステップ１９０で、第２のマクロ画像内で特定された同じ不要な画像アーチファクトが、第１のマクロ画像内で特定される。次に、ステップ２００で、第１のマクロ画像内に存在する不要な画像アーチファクトを除去するあるいは配慮するように、第１のマクロ画像が補正される。最後に、ステップ２１０で、補正済み第１のマクロ画像は、スライドガラス９０のクリーンなマクロ画像として記憶される。有利なことに、補正済み第１のマクロ画像は、その後、試料９５が占めるスライドガラス９０の領域を特定するために使用され得る。
【００３５】
図３は、第２のマクロ画像の前に第１のマクロ画像を取得することを示すが、第１のマクロ画像の前に第２のマクロ画像が取得されてもよいことを理解されたい。例えば、ステップ１００〜１２０をステップ１４０〜１６０と交換して、ステップ１３０が第１の照明システム７０の代わりに第２の照明システム８０を停止することを含んでもよい。さらに、ステップ１７０および１８０は、ステップ１６０で第２のマクロ画像が取得された後であれば、いつ実行されてもよく、従って、必ずしもステップ１２０で第１のマクロ画像が取得された後に実行される必要はないことを、理解されたい。
【００３６】
図４Ａは、一実施形態による、試料を上に保持するスライドガラスのスキャン領域を特定するための例示的なプロセスを示すフロー図である。図４Ｂは、一実施形態による、試料を上に保持するスライドガラスのスキャン領域を特定するために使用される例示的な画像集合を示すブロック図である。図４Ａおよび図４Ｂが、下記にまとめて説明される。示される実施形態では、図４Ａのプロセスは、図１Ａ〜図２Ｂ、および図５Ａ〜図５Ｄに関して説明されるようなシステムにより、実行され得る。
【００３７】
画像の前処理
最初に、第１のマクロ画像３００（図４Ａの「下部照明画像」、図４Ｂの例示画像４００に対応）が取得され（例えば図３のステップ１００〜１２０を介して取得され）、第２のマクロ画像３１０（図４Ａの「上部照明画像」）が取得される（例えば図３のステップ１４０〜１６０を介して取得される）。第１のマクロ画像３００は、照明補正、背景オフセット、および／または背景ノイズ除去で前処理され、前処理済み第１のマクロ画像３２０（図４Ａの例示画像４２０に対応）が生成され得る。有利なことに、照明補正処理は、照明の不均一性を補正し、背景オフセット処理は、背景レベルをゼロに削減する。背景ノイズは、背景オフセット処理が完了した後に、負の画素の標準偏差を計算することにより、推定される。第１のマクロ画像３００が前処理されると、スライドを有さない空のステージの所定画像が、第１の照明システム７０を使用して取り込まれたマクロ画像の照明プロファイルとして、使用され得る。
【００３８】
同様に、第２のマクロ画像３１０が、背景オフセットで前処理され、前処理済み第２のマクロ画像３３０が生成される。次いで、前処理済み第２のマクロ画像３３０は、画像内のノイズを特定するためにさらに処理される。前処理済み第２のマクロ画像３３０内のノイズは、残屑に起因する不要な画像アーチファクトに対応する。一実施形態では、前処理済み第２のマクロ画像３３０はノイズ除去されて、不要な画像アーチファクトが強調され、キャニー辺縁検出を使用して、不要な画像アーチファクトの物体辺縁が特定され、ノイズに通常起因する小さなピークが抑制され、破損した辺縁および／または線がつなげられる。従って、前処理済み第２のマクロ画像３３０から、不要な画像アーチファクトのアーチファクトマスク３４０が生成される。アーチファクトマスク３４０は、アーチファクトには１の値を、その他には０の値を割り当てることにより、作成され得る。例示的なアーチファクトマスク３４０の画像が、図４Ｂの画像４４０に示される。一実施形態では、画像４４０は、辺縁画像および前処理済みマクロ画像３３０により、再構築される。一実施形態では、アーチファクトマスク３４０は、第１のマクロ画像と第２のマクロ画像との間の画素ずれを配慮するために実行される。
【００３９】
下部照明画像からのアーチファクト除去
前処理済み第１のマクロ画像３２０およびアーチファクトマスク３４０が一旦生成されると、これらの２つの画像は、不要な画像アーチファクトを含まない補正済み第１のマクロ画像３５０を生成するように処理される。一実施形態では、この画像処理は、前処理済み第１のマクロ画像３２０から不要な画像アーチファクトを除去し、これにより、補正済み第１のマクロ画像３５０（図４Ｂの例示画像４５０に対応）を生成するために、前処理済み第１のマクロ画像３２０に（１−アーチファクトマスク３４０）を乗算することにより達成され得る。
【００４０】
組織再構築
一実施形態では、プロセスはまた、存在する不要な画像アーチファクトの量に応じて、前処理済み第１のマクロ画像３２０を断片に分離し得る。従って、不要な画像アーチファクトにより特定された画素の周囲の強度レベルを評価することにより、組織再構築手順も実行され得る。これらの画素は次に、周囲の強度レベルにより組み戻され、再構築された補正済み第１のマクロ画像３６０（図４Ｂの例示画像４６０に対応）が生成される。
【００４１】
カバーガラスおよび小物体除去
次に、一実施形態では、カバーガラス検出にライン検出器が使用され、小物体検出にモルフォロジー演算が使用される。次に、特定されたカバーガラスおよび小物体は除去されて、最終第１マクロ画像マスク３７０が生成され、最終第１マクロ画像マスク３７０では、組織は１の値により識別され、非組織は０の値により識別される。有利なことに、最終第１マクロ画像マスク３７０を使用して、スキャン領域３８０を特定することができる。
【００４２】
例示的実施形態では、中間画像処理は、不要な画像アーチファクトを有する不鮮明なマクロスライド画像を生成し得る。図４Ｂでは、画像４００は第１のマクロ画像３００を示し、画像４２０は、第１のマクロ画像３００を背景オフセットおよび背景ノイズ除去で前処理した後の二値画像マスクを示す。同様に、図４Ｂでは、画像４４０は、第２のマクロ画像３１０が背景オフセットおよび画像データのノイズ除去で前処理された後の、処理済み不要画像アーチファクトマスク３４０の一例を示す。有利なことに、アーチファクトマスク画像４４０は、不要な画像アーチファクトおよび不要なスライドラベルを強調する。次に、２つのマスク４２０および４４０を使用して、第１のマクロ画像３００（図４Ｂの画像４００としても示される）から不要な画像アーチファクトの検出および除去が行われる。２つのマスク４２０および４４０を使用して、画像４５０で示される組織再構築、並びにカバーガラスおよび小物体の検出および除去も行われ、最終組織マスクである画像４６０が生成され得る。示される例では、特定されたスキャン領域３８０が、画像４６０における長方形内の領域として示される。
【００４３】
例示的なスキャンシステム
図５Ａは、本明細書で説明される様々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５５０を示すブロック図である。デバイス５５０の代替的な形態が使用されてもよいことが、当業者には理解されよう。例示される実施形態では、デバイス５５０は、デジタル撮像デバイス（本明細書ではスキャナシステム、スキャンシステム、デジタルスキャン装置、デジタルスライドスキャン装置などとも称される）として提示され、これは、１つ以上のプロセッサ５５５と、１つ以上のメモリ５６５と、１つ以上の動きコントローラ５７０と、１つ以上のインターフェースシステム５７５と、１つ以上の試料５９０を有する１つ以上のスライドガラス５８５をそれぞれが支持する１つ以上の可動ステージ５８０と、試料を照明する１つ以上の照明システム５９５と、光学軸に沿って進む光路６０５をそれぞれが定義する１つ以上の対物レンズ６００と、１つ以上の対物レンズポジショナ６３０と、１つ以上の任意の落射照明システム６３５（蛍光スキャナシステムに含まれる）と、１つ以上の集束光学系６１０と、それぞれが試料５９０および／またはスライドガラス５８５上で別個の視野６２５を定義する１つ以上のラインスキャンカメラ６１５（例えばラインスキャンカメラ２０を含む）および／または１つ以上のエリアスキャンカメラ６２０と、を備える。スキャナシステム５５０の様々な構成要素は、１つ以上の通信バス５６０を介して通信可能に接続される。スキャナシステム５５０の様々な構成要素のそれぞれは、１つ以上存在し得るが、以下の説明を簡潔にするために、これらの構成要素は、適切な情報を伝えるために複数形で説明される必要がある場合を除き、単数形で説明される。
【００４４】
１つ以上のプロセッサ５５５は、例えば、命令を並列に処理することが可能な中央処理装置（ＣＰＵ）および別個のグラフィック処理装置（ＧＰＵ）を含み得、または１つ以上のプロセッサ５５５は、命令を並列に処理することが可能なマルチコアプロセッサを含み得る。特定の構成部品を制御する、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、浮動小数点数値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好適なアーキテクチャを有する専用プロセッサ（例えばデジタル信号プロセッサ）、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）、ラインスキャンカメラ６１５、ステージ５８０、対物レンズ６００、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得る。こ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く、またはプロセッサ５５５と統合されてもよい。
【００４５】
メモリ５６５は、プロセッサ５５５により実行され得るプログラムのためのデータおよび命令の記憶を提供する。メモリ５６５には、データおよび命令を記憶する１つ以上の揮発性および／または不揮発性コンピュータ可読記憶媒体が含まれ得、これには、例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、ハードディスクドライブ、および／または着脱可能記憶ドライブなどが挙げられる。プロセッサ５５５は、メモリ５６５に記憶されている命令を実行し、通信バス５６０を介してスキャナシステム５５０の様々な構成要素と通信して、スキャナシステム５５０の全体的な機能を実行するように構成される。
【００４６】
１つ以上の通信バス５６０は、アナログ電気信号を伝達するように構成された通信バス５６０、およびデジタルデータを伝達するように構成された通信バス５６０を含み得る。従って、１つ以上の通信バス５６０を介したプロセッサ５５５、動きコントローラ５７０、および／またはインターフェースシステム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み得る。プロセッサ５５５、動きコントローラ５７０、および／またはインターフェースシステム５７５はまた、無線通信リンクを介して、スキャンシステム５５０の様々な構成要素のうちの１つ以上と通信するように構成され得る。
【００４７】
動き制御システム５７０は、ステージ５８０のＸ、Ｙ、および／またはＺ移動（例えばＸ−Ｙ平面内）、および／または対物レンズ６００のＸ、Ｙ、および／またはＺ移動（例えば対物レンズポジショナ６３０を介してＸ−Ｙ平面に直交するＺ軸に沿って）を、正確に制御および調整するように構成される。動き制御システム５７０はまた、スキャナシステム５５０内の任意の他の可動部分の動きを制御するように構成される。例えば、蛍光スキャナの実施形態では、動き制御システム５７０は、落射照明システム６３５内の光学フィルタなどの動きを調整するように構成される。
【００４８】
インターフェースシステム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インターフェースで接続することを可能にする。例えば、インターフェースシステム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入力を可能にするユーザインターフェースを含み得る。インターフェースシステム５７５はまた、スキャンシステム５５０と、直接接続された１つ以上の外部デバイス（例えばプリンタ、着脱可能記憶媒体）またはネットワーク（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、および管理サーバシステムなどの外部デバイスとの間で、通信およびデータ転送を促進するように構成される。
【００４９】
照明システム５９５は、試料５９０の一部を照明するように構成される。照明システム５９５は、例えば、第１の照明システム７０および第２の照明システム８０を含む１つ以上の光源と、照明光学系とを含み得る。光源（複数可）は、光出力を最大化する凹面反射鏡と、熱を抑制するＫＧ−１フィルタとを有する可変強度ハロゲン光源を含み得る。光源（複数可）は、任意の種類のアークランプ、レーザ、または他の光源を含み得る。一実施形態では、ラインスキャンカメラ６１５および／またはエリアスキャンカメラ６２０が、試料５９０を透過する光エネルギーを感知するように、照明システム５９５は、透過モードで試料５９０を照明する。代替的または付加的に、照明システム５９５はまた、ラインスキャンカメラ６１５および／またはエリアスキャンカメラ６２０が、試料５９０から反射される光エネルギーを感知するように、反射モードで試料５９０を照明するように構成されてもよい。照明システム５９５は、光学顕微鏡検査の任意の既知のモードで顕微鏡試料５９０を調べるのに好適となるように構成され得る。
【００５０】
一実施形態では、スキャナシステム５５０は、蛍光スキャンのためにスキャナシステム５５０を最適化する落射照明システム６３５を任意で含む。蛍光スキャンは、蛍光分子を含む試料５９０のスキャンであり、蛍光分子は、特定の波長の光を吸収すること（励起）ができる光子感知分子ある。これらの光子感知分子はまた、より高い波長の光を発する（放出）。このフォトルミネセンス現象の効率は非常に低いため、放射される光の量は非常に少ないことが多い。通常、この少量の放射光は、試料５９０をスキャンしてデジタル化する従来技術（例えば透過モード顕微鏡検査）を妨げる。有利なことに、スキャナシステム５５０の任意の蛍光スキャナシステムの実施形態では、複数の線形センサアレイを含むラインスキャンカメラ６１５（例えばＴＤＩラインスキャンカメラ）を使用して、ラインスキャンカメラ６１５の複数の線形センサアレイのそれぞれに対し試料５９０の同じ領域を露出することにより、ラインスキャンカメラの光感度が高められる。これは、微弱な蛍光試料を低放射光でスキャンする場合に、特に有用である。
【００５１】
従って、蛍光スキャナシステムの実施形態では、ラインスキャンカメラ６１５は、モノクロＴＤＩラインスキャンカメラであることが好ましい。有利なことに、モノクロ画像は、試料に存在する様々なチャネルからの実信号のより正確な表現を提供するため、蛍光顕微鏡検査に理想的である。当業者には理解されるように、蛍光試料５９０は、「チャネル」とも称される異なる波長の光を発する複数の蛍光色素で、標識化することができる。
【００５２】
さらに、様々な蛍光試料の最低信号レベルおよび最高信号レベルは、ラインスキャンカメラ６１５が感知する波長の広範囲を示すため、ラインスキャンカメラ６１５が検知することができる最低信号レベルおよび最高信号レベルは、同様に広いことが望ましい。従って、蛍光スキャナの実施形態では、蛍光スキャンシステム５５０で使用されるラインスキャンカメラ６１５は、モノクロの１０ビット６４線形アレイＴＤＩラインスキャンカメラである。スキャンシステム５５０の蛍光スキャナの実施形態と共に使用するために、ラインスキャンカメラ６１５の様々なビット深度を採用できることに、留意されたい。
【００５３】
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の制御下での正確なＸ−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の制御下でのＺ移動のために構成され得る。可動ステージは、ラインスキャンカメラ６１５および／またはエリアスキャンカメラによる画像データ取り込みの間に、試料を所望の場所に配置するように構成される。可動ステージはまた、試料５９０をスキャン方向に略一定速度に加速させ、次いで、ラインスキャンカメラ６１５による画像データ取り込みの間は、略一定速度を維持するように構成される。一実施形態では、スキャナシステム５５０は、可動ステージ５８０上の試料５９０の位置を支援するために、高精度で緊密に調整されたＸ−Ｙ格子を採用し得る。一実施形態では、可動ステージ５８０は、Ｘ軸およびＹ軸の両方で採用される高精度エンコーダを有するリニアモータベースＸ−Ｙステージである。例えば、非常に正確なナノメートルエンコーダは、スキャン方向の軸上で、およびスキャン方向に垂直な方向の軸上で、およびスキャン方向と同じ平面上で、使用することができる。ステージはまた、試料５９０が上に配置されたスライドガラス５８５を支持するように構成される。
【００５４】
試料５９０（例えば試料９５に対応）は、光学顕微鏡検査により調べられるものであればいずれのものでもあり得る。例えば、顕微鏡スライドガラス５８５（例えばスライド９０に対応）は、組織および細胞、染色体、ＤＮＡ、タンパク質、血液、骨髄、尿、細菌、水滴、生検材料、または、死亡もしくは生存している、着色ありもしくは着色なし、標識ありもしくは標識なしの、任意の他の種類の生体材料もしくは物質を含む標本の観察基板として、頻繁に使用される。試料５９０はまた、任意の種類のスライドまたは他の基板上に堆積されたｃＤＮＡ、またはＲＮＡ、またはタンパク質など、任意の種類のＤＮＡまたはＤＮＡ関連材料のアレイであり得、これには、マイクロアレイとして一般的に知られるありとあらゆる試料が含まれる。試料５９０は、マイクロタイタープレート（例えば９６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、または機械加工部品が含まれる。
【００５５】
対物レンズ６００は、対物レンズポジショナ６３０上に取り付けられ、一実施形態では、対物レンズポジショナ６３０は、対物レンズ６００により定義された光学軸に沿って対物レンズ６００を移動させる非常に正確なリニアモータを採用する。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み得る。全体的なスキャンシステム５５０の動作のためのコンピュータ実行可能プログラムステップを含む情報および命令を記憶するためにメモリ５６５を採用するプロセッサ５５５の制御の下、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸におけるステージ５８０と対物レンズ６００との相対位置は、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。
【００５６】
一実施形態では、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ート（「ＡＰＯ」）無限遠補正型対物レンズであり、対物レンズ６００は、透過モード照明顕微鏡検査、反射モード照明顕微鏡検査、および／または落射照明モード蛍光顕微鏡検査に好適である（例えばＯｌｙｍｐｕｓ４０Ｘ、０．７５ＮＡ、または２０Ｘ、０．７５ＮＡ）。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できる。対物レンズ６００は無限遠補正されるため、集束光学系６１０は、光路６０５内の対物レンズ６００の上に配置され得、対物レンズ６００を通過する光ビームは、コリメートされた光ビームとなる。集束光学系６１０は、対物レンズ６００により取り込まれた光信号を、ラインスキャンカメラ６１５および／またはエリアスキャンカメラ６２０の光応答素子に集束させ、並びに、フィルタ、および／または倍率変更レンズなどの光学部品を含み得る。対物レンズ６００は、集束光学系６１０と組み合わせることで、スキャンシステム５５０の全倍率を提供する。一実施形態では、集束光学系６１０は、チューブレンズと、任意の２Ｘ倍率変更器とを含み得る。有利なことに、２Ｘ倍率変更器により、本来２０Ｘの対物レンズ６００は、４０Ｘの倍率で試料５９０をスキャンすることが可能となる。
【００５７】
ラインスキャンカメラ６１５は、画像素子（「画素」）から成る少なくとも１列の線形アレイを含む。ラインスキャンカメラは、モノクロでも、カラーでもよい。カラーラインスキャンカメラは通常、少なくとも３列の線形アレイを有し、一方モノクロラインスキャンカメラは、単一の線形アレイまたは複数の線形アレイを有し得る。いずれの種類の単数または複数の線形アレイも、カメラの一部としてパッケージ化されているか、撮像電子モジュールにカスタム統合されているかに関わらず、使用することができる。例えば、３列線形アレイ（「赤−緑−青」すなわち「ＲＧＢ」）カラーラインスキャンカメラ、または９６列線形アレイモノクロＴＤＩも、使用され得る。ＴＤＩラインスキャンカメラは通常、以前に撮像された標本の領域から強度データを合計することにより、出力信号の信号対雑音比（「ＳＮＲ」）を大幅に向上させ、積分段数の平方根に比例するＳＮＲの増加をもたらす。ＴＤＩラインスキャンカメラは、複数の線形アレイを備える。例えば、２４列、３２列、４８列、６４列、９６列、またはさらに多い列数の線形アレイを有するＴＤＩラインスキャンカメラが利用可能である。スキャナシステム５５０はまた、５１２個の画素を有するフォーマット、１０２４個の画素を有するフォーマット、および４０９６個もの画素を有するその他のフォーマットを含む、様々なフォーマットで製造された線形アレイに対応する。同様に、様々な画素サイズを有する線形アレイも、スキャナシステム５５０で使用することができる。任意の種類のラインスキャンカメラ６１５を選択する際の顕著な要件は、試料５９０のデジタル画像取り込みの間に、ステージ５８０がラインスキャンカメラ６１５に関して動くことができるように、ステージ５８０の動きをラインスキャンカメラ６１５のライン速度と同期することができることである。
【００５８】
ラインスキャンカメラ６１５により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デジタル画像を生成するように、プロセッサ５５５により処理される。連続デジタル画像は、プロセッサ５５５によりさらに処理され得、修正された連続デジタル画像も、メモリ５６５に記憶され得る。
【００５９】
２つ以上のラインスキャンカメラ６１５を有する一実施形態では、ラインスキャンカメラ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他のラインスキャンカメラ６１５のうちの少なくとも１つと組み合わせて作動する集束センサとして、機能するように構成され得る。集束センサは、撮像センサと同じ光軸上に論理的に配置され得、または集束センサは、スキャナシステム５５０のスキャン方向に対して撮像センサの前もしくは後に論理的に配置され得る。集束センサとして機能する少なくとも１つのラインスキャンカメラ６１５を有するこのような実施形態では、集束センサにより生成された画像データは、メモリ５６５の一部に記憶され、１つ以上のプロセッサ５５５により処理されて、集束情報が生成され、これにより、スキャナシステム５５０が試料５９０と対物レンズ６００との相対距離を調整して、スキャン中に試料上の焦点を維持することが可能となる。さらに、一実施形態では、集束センサとして機能する少なくとも１つのラインスキャンカメラ６１５は、集束センサの複数の個々の画素のそれぞれが、光路６０５に沿って異なる論理的高さに配置されるように、配向され得る。
【００６０】
動作中、スキャナシステム５５０の様々な構成部品、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り、スライドガラス５８５上に配置された試料５９０の自動スキャンおよびデジタル化が可能となる。スライドガラス５８５は、試料５９０をスキャンするために、スキャナシステム５５０の可動ステージ５８０上にしっかりと配置される。プロセッサ５５５の制御の下、可動ステージ５８０は、ラインスキャンカメラ６１５による感知のために、試料５９０を略一定速度に加速させ、ステージの速度は、ラインスキャンカメラ６１５のライン速度に同期される。画像データのストライプをスキャンした後、可動ステージ５８０は、試料５９０を減速させ、実質的に完全停止させる。次いで、可動ステージ５８０は、画像データの後続のストライプ（例えば隣接するストライプ）をスキャンするために、スキャン方向に直交して移動して、試料５９０を配置する。試料５９０の一部全体、または試料５９０全体がスキャンされるまで、追加のストライプが続いてスキャンされる。
【００６１】
例えば、試料５９０のデジタルスキャンを行っている間、画像ストライプを形成するように共に結合される複数の連続視野として、試料５９０の連続デジタル画像が取得される。複数の隣接する画像ストライプが同様に共に結合されて、試料５９０の一部または全体の連続デジタル画像が形成される。試料５９０をスキャンすることは、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み得る。試料５９０のスキャンは、上から下、下から上、またはその両方（双方向）のいずれかであり得、試料上の任意の点で開始され得る。あるいは、試料５９０のスキャンは、左から右、右から左、またはその両方（双方向）のいずれかであり得、試料上の任意の点で開始され得る。さらに、画像ストライプは、隣接してまたは連続して取得される必要はない。さらに、結果として得られる試料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り得る。
【００６２】
一実施形態では、コンピュータ実行可能命令（例えばプログラムモジュールおよびソフトウェア）は、メモリ５６５に記憶され、実行されると、スキャンシステム５５０が本明細書で説明される様々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、プロセッサ５５５による実行のためのコンピュータ実行可能命令を、記憶してスキャンシステム５５０に提供するのに使用される任意の媒体を指すために使用される。こ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）を介して直接的または間接的にスキャンシステム５５０と通信可能に接続された任意の着脱可能または外部記憶媒体（図示せず）が含まれる。
【００６３】
図５Ｂは、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）アレイとして実装され得る単一の線形アレイ６４０を有するラインスキャンカメラを示す。単一の線形アレイ６４０は、複数の個々の画素６４５を含む。示される実施形態では、単一の線形アレイ６４０は、４０９６個の画素を有する。代替的実施形態では、線形アレイ６４０は、より多くのまたはより少ない画素を有してもよい。例えば、線形アレイの一般的フォーマットには、５１２個、１０２４個、および４０９６個の画素が含まれる。画素６４５は、線形に配置され、線形アレイ６４０の視野６２５（例えば視野２５に対応）を定義する。視野６２５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。
【００６４】
図５Ｃは、それぞれがＣＣＤアレイとして実装され得る３列の線形アレイを有するラインスキャンカメラを示す。３列線形アレイを組み合わせて、カラーアレイ６５０が形成される。一実施形態では、カラーアレイ６５０内の各個別線形アレイは、異なる色彩強度、例えば赤、緑、または青を検出する。カラーアレイ６５０内の各個別線形アレイからのカラー画像データを組み合わせて、カラー画像データの単一視野６２５が形成される。
【００６５】
図５Ｄは、それぞれがＣＣＤアレイとして実装され得る複数の線形アレイを有するラインスキャンカメラを示す。複数の線形アレイを組み合わせて、ＴＤＩアレイ６５５が形成される。有利なことに、ＴＤＩラインスキャンカメラは、以前に撮像された標本の領域から強度データを合計することにより、その出力信号のＳＮＲを大幅に向上させ、線形アレイの数（積分段数とも称される）の平方根に比例するＳＮＲの増加をもたらす。ＴＤＩラインスキャンカメラは、より多くの様々な数の線形アレイを備え得る。例えば、ＴＤＩラインスキャンカメラの一般的なフォーマットには、２４列、３２列、４８列、６４列、９６列、１２０列、またはさらに多い列数の線形アレイが含まれる。
【００６６】
開示される実施形態の上記の説明は、いずれの当業者も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。これらの実施形態に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で説明される一般的な原理は、本発明の趣旨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、本発明の現在好ましい実施形態を表し、従って本発明により広く考慮される主題を表すことを、理解されたい。本発明の範囲は、当業者に明らかとなり得る他の実施形態を完全に包含し、本発明の範囲は従って限定されないことが、さらに理解されよう。
【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５】
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【国際調査報告】
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