專利名稱：樣品試管操縱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明申請涉及成像技術(shù)，特別地涉及一種稀有細胞的成像。
背景技術(shù)：
下列內(nèi)容涉及成像技術(shù)。參照示例性實施方式具體描述下列內(nèi)容，所述實施方式 涉及離心血樣的血沉棕黃層中的稀有細胞例如上皮細胞的成像。然而，下列內(nèi)容更一般地 涉及用于在大的視場產(chǎn)生實質(zhì)上均勻的靜態(tài)照明的照明系統(tǒng)，以及涉及使用同樣原理的顯 微鏡。在定量血沉棕黃層分析技術(shù)中，使用抗凝血添加劑、離心法等將血液分離成包括 血沉棕黃層成分的組分來提取和處理全血樣品，血沉棕黃層主要包含白血球。使用合適的 熒光染料來標(biāo)記出現(xiàn)在血沉棕黃層中的感興趣的稀有細胞，如與一些癌有關(guān)的一些上皮細 胞，然后使用熒光顯微成像來計數(shù)熒光染料所標(biāo)記的感興趣的細胞。定量血沉棕黃層分析 是用于篩檢一些癌、用于監(jiān)控癌治療等的有希望的非侵害性技術(shù)。血沉棕黃層中的熒光染料標(biāo)記的稀有細胞的濃度是低的。光學(xué)掃描熒光顯微術(shù)通 過相對于血沉棕黃層樣品掃描顯微鏡的視場能夠?qū)崿F(xiàn)大面積的血沉棕黃層樣品的評估。通 過相對于血沉棕黃層樣品移動顯微鏡、通過相對于顯微鏡移動血沉棕黃層或通過其中的一 些組合可實現(xiàn)掃描。用高強度均勻光照明的大視場對于快速和準(zhǔn)確地分析血沉棕黃層樣品 中熒光染料標(biāo)記的稀有細胞是有利的。所述照明還可方便地使用單色光或窄帶寬光以便促 進稀有細胞熒光和分散照明之間的光譜差異。然而，在大的視場范圍內(nèi)提供均勻的高強度照明是困難的。在白光源的情況下，一般需要濾波以提供單色或至少在光譜上被限制的照明。光 譜濾波阻擋了在所選的光譜范圍外的大部分光輸出。因此，用白光源照明是光效率低的。高 強度白熾白光源例如氙燈也產(chǎn)生大量的熱，這可不利地影響定量血沉棕黃層分析。激光光源在產(chǎn)生光譜窄的光方面是更光學(xué)有效的。例如，氬激光器在488nm和 514nm輸出高強度窄光譜線，以及在其它波長輸出較弱的線。這些波長適于在一些標(biāo)記染料 中激發(fā)發(fā)光，這些染料在約550nm處發(fā)光。然而，激光器一般輸出嚴(yán)格平行光束(collimated beam)，其在窄光束截面區(qū)具有 高度不均勻的高斯強度曲線或分布。此外，激光束是相干的，以及由于波前之間的干涉一般 呈現(xiàn)出散斑圖。所述散斑圖可具有與稀有細胞的典型尺寸重疊的空間頻率。當(dāng)掃描所述視場時，所述散斑圖還可移動或改變。激光的這些方面實質(zhì)上使確定所檢測的發(fā)光特征是熒 光染料標(biāo)記的稀有細胞還是照明假象變得復(fù)雜化。使用光束均勻器可改善空間均勻性。一種光束均勻器通過提供實質(zhì)上抵消高斯光 束分布的逆高斯吸收分布來操作。另一種光束均勻器以將所述光重新分布成平的空間分布 的方式使用兩個或更多透鏡(或復(fù)合透鏡)來折射高斯光束。然而，在顯微熒光成像中使 用光束均勻器是存在問題的，因為通過顯微鏡物鏡聚焦均勻的光束可引入另外的光束不均 勻性。此外，光束均勻器實質(zhì)上一般不降低散斑不均勻性。在稱作共焦顯微術(shù)的另一方法中，激光束在大的視場快速掃描或掃掠。所述視場 被采樣而不是作為整體成像。在此動態(tài)方法中，在任何給定時刻及時照明的樣品的部分比 所述視場小的多。通過在所述視場上快速掃描聚焦的激光束，從所獲得的樣品點可構(gòu)造圖 像。通過快速采樣所述視場實際上動態(tài)模擬了均勻照明。共焦顯微術(shù)是已建立的技術(shù)。然而，所述光束掃描實質(zhì)上增加了顯微鏡系統(tǒng)的復(fù) 雜性和成本。共焦顯微術(shù)對透鏡或其它光學(xué)部件中的小缺陷還可能是高度靈敏的。因此， 應(yīng)使用很高質(zhì)量的光學(xué)器件，這又增加了系統(tǒng)成本。參考引入于2002年10月3日提交的no. 10/263，974以及于2004年4月8日被公布為美 國Publ. Appl. No. 2004/0067162A1的美國申請，在這里通過參考被全部加入。于2002年10月3日提交的no. 10/263，975以及于2004年4月8日被公布為美 國Publ. Appl. No. 2004/0067536A1的美國申請，在這里通過參考被全部加入。與本發(fā)明同時提交，題目為“《用于稀有細胞的檢測的方法和設(shè)備》(Method and Apparatus for Detection of Rare Cells) ”、發(fā)明人為 Albert Ε. Weller, III，以及相應(yīng) 于代理人檔案號no. BATZ 00009的美國專利申請no.—，，在這里通過參考被全部加入。與本發(fā)明同時提交，題目為“《取樣管處理設(shè)備》(Sample Tube HandlingApparatus) ”、發(fā)明人為 Steve Grimes、Thomas D. Hauber 禾口 Eric R. Navin,以及 相應(yīng)于代理人檔案號no. BATZ 200010的美國專利申請no.—，，在這里通過參考被全部 加入。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，公開了一種用于操縱關(guān)聯(lián)的試管的試管操縱裝置，所述試管包含 或支持在環(huán)狀樣品區(qū)中的樣品，所述試管操縱裝置包括至少兩個定位軸承，至少一個所 述定位軸承布置在所述環(huán)狀樣品區(qū)的第一側(cè)，至少一個其他的所述定位軸承布置在所述環(huán) 狀樣品區(qū)的第二側(cè)，所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第二側(cè)沿所述關(guān)聯(lián)的試管的管軸線與所述環(huán)狀 樣品區(qū)的所述第一側(cè)相對；機械偏置設(shè)備，所述機械偏置設(shè)備設(shè)置成對著所述至少兩個定 位軸承偏置所述關(guān)聯(lián)的試管，以相對于所述至少兩個定位軸承對準(zhǔn)所述環(huán)狀樣品區(qū)的一部 分；以及旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器設(shè)置成響應(yīng)于所施加的扭矩，來驅(qū)動所述試管繞 所述管軸線旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述至少兩個定位軸承被從由下述組成的組中選擇滾柱、球軸承，和襯
套表面。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器還界定布置在所述所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第二側(cè)上的定位軸承，所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第二側(cè)沿所述關(guān)聯(lián)的試管的所述管軸線與所述環(huán)狀樣品 區(qū)的所述第一側(cè)相對。優(yōu)選地，所述機械偏置設(shè)備包括至少一個偏置軸承。優(yōu)選地，所述至少一個偏置軸承和所述至少兩個定位軸承被安排在所述環(huán)狀樣品 區(qū)的所述第一側(cè)上的第一公共平面中和所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第二側(cè)上的第二公共平面 中，所述第一公共平面和所述第二公共平面通常橫切所述關(guān)聯(lián)的試管的所述管軸線。優(yōu)選地，所述第一公共平面和所述第二公共平面與布置在所述關(guān)聯(lián)的試管中的關(guān) 聯(lián)的浮體的脊對準(zhǔn)。優(yōu)選地，所述第一公共平面和所述第二公共平面關(guān)于所述管軸線以相應(yīng)于所述關(guān) 聯(lián)的浮體的所述脊的螺旋間距的間距傾斜。優(yōu)選地，至少一個偏置軸承和所述至少兩個定位軸承包括安排在所述環(huán)狀樣品 區(qū)的所述第一側(cè)上的第一公共平面中的第一組軸承，所述第一組軸承包括至少一個定位軸 承和至少一個偏置軸承。優(yōu)選地，所述至少一個偏置軸承和所述至少兩個定位軸承還包括安排在所述環(huán) 狀樣品區(qū)的所述第二側(cè)上的第二公共平面中的第二組軸承，所述第二組軸承包括至少一個 定位軸承和至少一個偏置軸承。優(yōu)選地，所述第一組軸承中的所述軸承分隔開120°的徑向間隔。優(yōu)選地，所述第一組軸承包括兩個定位軸承和一個偏置軸承。優(yōu)選地，所述第一組軸承包括兩個偏置軸承和一個定位軸承。優(yōu)選地，所述定位軸承和所述偏置軸承是滾柱，所述滾柱關(guān)于所述管軸線傾斜以 產(chǎn)生與所述管軸線平行的力分量。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器包括成形聯(lián)接器，其具有設(shè)置成與所述關(guān)聯(lián)的試管的 成形基部相匹配的輪廓。優(yōu)選地，所述成形聯(lián)接器和所述關(guān)聯(lián)的試管的所述成形基部被調(diào)節(jié)，以當(dāng)所述關(guān) 聯(lián)的試管的所述成形基部與所述成形聯(lián)接器相匹配時限定所述關(guān)聯(lián)的試管的絕對旋轉(zhuǎn)位置。優(yōu)選地，所述試管被安排為由所述至少兩個定位軸承水平地支持，并且所述機械 偏置設(shè)備包括重力偏置設(shè)備。根據(jù)另一個方面，公開了一種樣品操縱裝置，包括試管，所述試管界定試管軸線 并包含或支持在環(huán)狀樣品區(qū)中的關(guān)聯(lián)的樣品；至少兩個定位軸承，所述至少兩個定位軸承 沿所述試管軸線在所述環(huán)狀樣品區(qū)的相對側(cè)與所述試管接合；至少一個偏置軸承，所述至 少一個偏置軸承與所述至少兩個定位軸承徑向地分隔開，并對著所述至少兩個定位軸承壓 所述試管，以相對于所述至少兩個定位軸承對準(zhǔn)所述環(huán)狀樣品區(qū)的一部分；以及電動機，所 述電動機與所述試管接合以選擇性地旋轉(zhuǎn)所述試管。優(yōu)選地，所述定位軸承中之一包括布置在所述試管的基部的旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器，所述 旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器還可操作地將電動機與所述試管連接。優(yōu)選地，樣品操縱裝置還包括布置在所述試管中的浮體，所述環(huán)狀樣品區(qū)被布置 在所述浮體和所述試管的內(nèi)表面之間的環(huán)狀間隙內(nèi)。優(yōu)選地，所述浮體包括接合所述試管的所述內(nèi)表面以密封所述樣品區(qū)的密封脊，所述至少兩個定位軸承在所述密封脊處接合所述試管。優(yōu)選地，所述至少一個偏置軸承包括也在所述密封脊處接合所述試管的至少兩個
偏置軸承。優(yōu)選地，所述密封脊圍繞所述浮體成螺旋狀，并且所述定位軸承響應(yīng)于所述試管 經(jīng)由所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器的旋轉(zhuǎn)而跟蹤螺旋的所述密封脊。優(yōu)選地，所述關(guān)聯(lián)的樣品接觸所述試管的內(nèi)表面和所述試管的外表面中之一。根據(jù)又一個方面，公開了一種用于操縱關(guān)聯(lián)的試管的試管操縱裝置，所述關(guān)聯(lián)的 試管包含或支持在環(huán)狀樣品區(qū)的樣品，所述試管操縱裝置包括固定軸承，其在所述環(huán)狀樣 品區(qū)的第一側(cè)與所述關(guān)聯(lián)的試管接合；偏置軸承，其布置成對著所述固定軸承壓所述試管； 以及旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器，其與所述試管接合以傳送所施加的扭矩來旋轉(zhuǎn)所述試管。優(yōu)選地，所述固定軸承包括至少兩個徑向地分隔開的固定軸承。優(yōu)選地，所述偏置軸承包括沿著所述試管的軸線分隔開的至少兩個偏置軸承。優(yōu)選地，試管操縱裝置還包括偏置彈簧，所述偏置彈簧對著所述試管壓所述偏置 軸承。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器包括通過所述施加的扭矩來旋轉(zhuǎn)的所述固定軸承或 所述偏置軸承中的一個或更多個。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器與所述關(guān)聯(lián)的試管的基部耦合，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器和 所述基部包括匹配的輪廓。優(yōu)選地，所述匹配的輪廓被調(diào)節(jié)為限定絕對旋轉(zhuǎn)位置。本發(fā)明的許多優(yōu)點和益處在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員閱讀下面優(yōu)選實施方式的詳 細說明時將變得顯而易見。


本發(fā)明可采取多種部件和部件配置以及多種過程操作和過程操作配置的形式。附 圖僅是為了說明優(yōu)選實施方式，以及不解釋為限制本發(fā)明。圖1簡要示出包括光學(xué)系統(tǒng)的顯微鏡系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)實質(zhì)上在整個顯微鏡視場提 供大體上均勻的靜態(tài)照明。圖2簡要示出具有修改的光學(xué)系統(tǒng)的圖1的顯微鏡系統(tǒng)。圖3簡要示出具有另一修改的光學(xué)系統(tǒng)的圖1的顯微鏡系統(tǒng)。圖4簡要示出具有又一修改的光學(xué)系統(tǒng)的圖1的顯微鏡系統(tǒng)。圖5-10示出試管支架的多個視圖圖5示出所述支架的透視圖，其中框架以虛線顯示以展示內(nèi)部部件。圖6示出所述支架的側(cè)視圖，其中框架以虛線顯示。圖7示出試管以及定位和偏置軸承的透視圖。圖8示出包括偏置力的指示的試管支架的頂視圖。圖9示出包括成形基部的試管的第二端的側(cè)視圖。圖10示出旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器的頂視圖，旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器包括設(shè)置成與圖9所示的試管的成形 基部匹配的輪廓。圖IlA和IlB示出另一實施方式的試管支架的頂視圖，其中試管具有被加載的偏心截面。圖12示出使用傾斜滾柱軸承的試管支架的一部分的側(cè)視圖。圖13示出使用傾斜滾柱軸承的試管支架的一部分的側(cè)視圖，滾柱軸承沿試管軸 交錯，以及具有螺旋形脊的浮體能夠?qū)崿F(xiàn)試管的螺旋掃描。圖14示出試管支架的透視圖，試管支架水平支持試管以及使用試管作為偏置力。圖15示出試管支架的頂視圖，試管支架使用襯套表面作為定位軸承以及使用一 組球軸承作為偏置軸承。圖16簡要描述與執(zhí)行定量血沉棕黃層分析有關(guān)的一些測量參數(shù)，該分析使用在 試管內(nèi)壁和浮體外表面之間的環(huán)狀間隙中收集的血沉棕黃層樣品。圖17簡要示出合適的定量血沉棕黃層測量/分析方法。圖18簡要示出另一合適的定量血沉棕黃層測量/分析方法。圖19簡要示出用于標(biāo)記候選細胞的合適的圖像處理方法。圖20示出用于方形濾波核(filter kernel)的像素布局，方形濾波核適于在匹配 濾波中使用。圖21示出圖20的方形濾波核的像素強度截面A-A。圖22簡要示出用于使分析員能夠確認或拒絕候選細胞的合適的用戶驗證過程。優(yōu)選實施方式的詳細說明參考圖1，顯微鏡系統(tǒng)10使與血沉棕黃層樣品重合的顯微鏡視場成像，所述棕黃 層樣品布置在環(huán)狀間隙12的大體上平面的部分，所述環(huán)狀間隙12在透光試管壁14和布置 在試管內(nèi)的浮體的浮體壁16之間。用于獲得和制備這樣的血沉棕黃層樣品的合適的方法 和裝置在例如美國 Publ. Appl. No. 2004/0067162 Al 和美國 Publ. Appl. No. 2004/0067536 Al中公開。盡管所述試管和浮體是彎曲的，所述顯微鏡視場通常是平面的，因為所述顯微鏡 視場一般比試管壁14和浮體壁16的曲率半徑在尺寸上小的多。雖然所述視場實質(zhì)上是平 的，然而布置在透光試管壁14和浮體壁16之間的血沉棕黃層樣品可具有的厚度實質(zhì)上大 于顯微鏡系統(tǒng)10的景深(cbpth ofview)。所述試管以有助于掃描跨越所述環(huán)狀間隙的顯微鏡視場的方式安裝在相應(yīng)于顯 微鏡系統(tǒng)10的固定位置。正如將要討論的，優(yōu)先提供合適的機制，以在包含血沉棕黃層樣 品的環(huán)狀間隙范圍內(nèi)實現(xiàn)視場的相對旋轉(zhuǎn)和/或平移掃描。顯微鏡系統(tǒng)10包括激光器18，例如氣體激光器、固態(tài)激光器、半導(dǎo)體激光二極管 等，其產(chǎn)生激光束形式的源光20(在圖1中用虛線簡要示出)，所述激光束具有照明波長和 不均勻的空間分布，該分布一般為高斯或大致高斯形狀，在所述光束的中心區(qū)強度最高，以 及隨著離光束中心的距離增加，強度降低。光學(xué)組件22設(shè)置成接收空間不均勻源光20以 及輸出校正的空間分布。光束擴散器包括凹透鏡24，其一般使激光束發(fā)散；和以較大的直徑校準(zhǔn)擴散光 束的準(zhǔn)直透鏡26，該直徑實質(zhì)上與光束均勻器30的高斯空間特性曲線的直徑匹配。光束均 勻器30實質(zhì)上通過使所述源光的高斯或其它不均勻分布均勻來使擴展的激光束變平，以 產(chǎn)生具有改善的空間均勻性的輸出光。在一些實施方式中，光束均勻器30通過具有相應(yīng)于逆高斯的空間不均勻吸收分布來操作。在這樣的實施方式中，所述光束均勻器在相應(yīng)于所述擴展激光來的最高強度中 心區(qū)域的中心區(qū)域內(nèi)具有最高的吸收，以及在相應(yīng)于所述擴展激光束的較低強度外部區(qū)域 的周邊具有較低的吸收或無吸收。在其它實施方式中，光束均勻器30例如使用合適的透鏡對來折射性地重新分布 光以使在所述擴展激光束的所述區(qū)域的光強度均勻化。折射的光束均勻器將來自所述擴展 激光束的高強度中心區(qū)的光折射進較低強度的周邊區(qū)域。聚焦透鏡34和配合透鏡36將擴展且平或均勻的激光束減少到期望的光束直徑以 輸入到物鏡40，激光束在顯微鏡視場被聚焦。二向色鏡44被選擇以實質(zhì)上在激光束波長或 波長范圍反射光，以及實質(zhì)上在熒光染料的熒光波長或波長范圍透射光，所述熒光染料用 于標(biāo)記血沉棕黃層樣品中的稀有細胞。光學(xué)組件22包括靜止的光學(xué)部件24、26、30、34、36，其設(shè)置成將校正的空間分布 輸出到物鏡40，當(dāng)校正的空間分布被物鏡40聚焦在顯微鏡視場時，實質(zhì)上在整個顯微鏡視 場提供大體上均勻的靜態(tài)照明。物鏡40將校正的照明聚焦到顯微鏡視場。物鏡40可包括 單個物鏡透鏡或可包括兩個或更多物鏡透鏡。例如通過調(diào)整物鏡40和透光試管壁14之間 的距離，可調(diào)整顯微鏡系統(tǒng)10的焦深(focus depth) 0另外或可選地，通過在物鏡40內(nèi)相 對移動兩個或更多透鏡或透鏡元件可調(diào)整所述焦深。光束均勻器30設(shè)計成輸出實質(zhì)上一致的均勻光束，以用作合適直徑的高斯輸入 光束。然而，物鏡40 —般引入一些空間不均勻性。因此，一個或更多靜止光學(xué)部件，例如發(fā) 散透鏡24、準(zhǔn)直透鏡26、聚焦透鏡34和/或聚焦透鏡36可選地設(shè)置成將空間不均勻性引入 到所述空間分布，從而當(dāng)所述光束被物鏡40聚焦時，提供顯微鏡視場的實質(zhì)上均勻的靜態(tài) 照明。在一些預(yù)期的實施方式中，此校正的空間不均勻性由一個或更多專用光學(xué)部件(未 顯示)引入，其包括在用于此目的的光學(xué)組件22中。所述顯微鏡視場的實質(zhì)上均勻的靜態(tài)照明使布置在所述顯微鏡視場內(nèi)的任何熒 光染料標(biāo)記的上皮細胞發(fā)熒光。另外，所述熒光染料一般會給血沉棕黃層產(chǎn)生較低強度的 背景熒光。所述熒光由物鏡40捕獲，以及所捕獲的熒光50 (在圖1中用虛線簡要示出)通 過二向色鏡44，以及通過可選的用于排除任何雜散源光的濾波器52，以由攝像機系統(tǒng)56成 像。攝像機系統(tǒng)56可例如包括用于獲得電子圖像的電荷耦合器件(CCD)攝像機，所述電子 圖像可存儲在計算機、存儲器卡或其它非易失性存儲器中以用于隨后的圖像處理。參考圖2和圖3，描述了其它合適的顯微鏡系統(tǒng)。圖2示出顯微鏡系統(tǒng)10’，其類似于圖1的顯微鏡系統(tǒng)10，除了光學(xué)組件22’，其不 同之處在于，圖1的靜止光束均勻器30由靜止的漫射器30’替代。漫射器30’可例如為全 息漫射器，例如可從Physical Optics Corporation (Torrance, CA)獲得。這樣的全息漫射 器使用提供隨機非周期性光學(xué)結(jié)構(gòu)的全息圖，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)漫射光以產(chǎn)生改善的空間均勻 性。然而，所述光的漫射還產(chǎn)生伴隨的光束發(fā)散。一般，光的較強的漫射往往產(chǎn)生較多的空 間均勻性，但是也往往產(chǎn)生較大的光束發(fā)散。全息漫射器根據(jù)發(fā)散角的半高全寬(FWHM)被 適當(dāng)分類，較大的發(fā)散角一般提供較多的漫射以及較大的光均勻性，但是由于增加的光束 發(fā)散也導(dǎo)致顯微鏡系統(tǒng)10’內(nèi)增加的光損失。在顯微鏡系統(tǒng)10’的一些實施方式中，漫射器30’為小角度漫射器，其具有的FWHM 小于或約為10°。較小角度的漫射器一般優(yōu)先提供較小的發(fā)散，并因而提供較好的照明通過效率；然而，若發(fā)散FWHM太低，那么漫射器將不提供足夠的光漫射以產(chǎn)生足夠的光束均 勻性。低漫射降低了漫射器30’均勻化高斯分布的能力，以及還降低了漫射器30’去除散 斑的能力。參考圖3，另一實施方式的顯微鏡系統(tǒng)10”類似于顯微鏡系統(tǒng)10’，以及包括使用 漫射器30”的光學(xué)組件22”，所述漫射器30”類似于顯微鏡系統(tǒng)10’的漫射器30’。然而， 漫射器30”相對于光學(xué)組件22”的光路傾斜角度θ，以便實質(zhì)上降低源光20的散斑圖。不 局限于任何特定的操作理論，認為所述傾斜將散斑圖移到較高的空間頻率，這實際上使所 述散斑的尺寸更小。所述散斑尺寸通過所述傾斜在空間上被移動，從而頻移的散斑實質(zhì)上 小于成像的像素尺寸。在一些實施方式中，使用相對于光學(xué)組件22”的光路至少約30°的傾斜角θ，對 于具有低到約5°的FWHM的漫射器30”，這被認為實質(zhì)上降低了散斑。另一方面，即使對于 具有5°的FWHM的小角度漫射器，大于約45°的傾斜角θ被認為由于散射增加而降低了 照明通過效率。參考圖4，應(yīng)理解，在此公開的顯微鏡系統(tǒng)適合于除了包含在試管或由其支持的樣 品成像外的其它顯微應(yīng)用。在圖4中，顯微鏡系統(tǒng)10”’包括發(fā)光二極管(LED) 18”’作為光 源，而不是使用在先前顯微鏡系統(tǒng)10、10’、10”中的激光器18。由于LED18”’輸出發(fā)散的 源光20”’而不是準(zhǔn)直的激光束，光學(xué)組件22”’被更改，其中光速擴展的凹透鏡24被適當(dāng) 地省略，如圖4所示?？商鎿Q地，一透鏡可包括在透鏡24的位置，但被選擇來提供合適的發(fā) 散角調(diào)整，以通過準(zhǔn)直透鏡26準(zhǔn)直。光學(xué)組件10”’使用類似于漫射器30’、30”的漫射器 30”，。LED18”，輸出相干光，因此散斑一般不出現(xiàn)。然而，LED18”，的輸出一般具有非高斯 分布，例如朗伯分布。由于源光20”’的這些特性，漫射器30”’并不傾斜，以及在一些情況 下，漫射器30”’可比不傾斜的漫射器30’具有更小的發(fā)散角，漫射器30’用于在圖2的顯 微鏡系統(tǒng)10’中產(chǎn)生激光束源光20的空間均勻性。圖4的顯微鏡系統(tǒng)10”’進一步不同于顯微鏡系統(tǒng)10、10’、10”，這是因為顯微鏡 系統(tǒng)10”’使布置在平面載物片60上的樣品成像，可選地，載物片60由可選的蓋玻片62蓋 住。載物片60布置在x-y平面平移臺64上，以實現(xiàn)所述樣品的掃描。應(yīng)理解，LED18”’和 光學(xué)組件22”’還適合于使布置在環(huán)狀間隙12中的血沉棕黃層樣品成像，所述環(huán)狀間隙12 在透光試管壁14和浮體壁16之間，如圖1-3所示。相反地，應(yīng)理解，激光器18和光學(xué)組件 22、22’、22”’還適合于使載物片60上的平面樣品成像，如圖4所示。光學(xué)組件22、22’、22”、22”’具有部件，其在所述部件不旋轉(zhuǎn)、相對振動或相反相對 移動的意義上是靜止的。然而，作為整體移動光學(xué)組件和物鏡40和/或包括光束轉(zhuǎn)向元件 等以相應(yīng)于所述樣品能夠?qū)崿F(xiàn)所述視場的相對掃描是預(yù)期的。描述了用于使包含在試管或由其支持的環(huán)狀樣品成像的合適的顯微鏡系統(tǒng)。環(huán)狀 間隙12 —般具有實質(zhì)上大于顯微鏡物鏡40的景深的厚度。試管壁12和浮體壁16 —般在 試管或浮體的整個表面是不一致的。盡管顯微鏡物鏡40 —般具有可調(diào)整的焦深(通過移 動內(nèi)部光學(xué)部件和/或通過向或遠離試管壁12移動物鏡40來調(diào)整)，然而調(diào)整范圍是有限 的。因此，應(yīng)夾持所述試管，以便當(dāng)所述試管旋轉(zhuǎn)和當(dāng)物鏡40或所述試管沿著管軸平移時， 接近物鏡40的表面在遠離物鏡40的明確定義的距離處。接下來描述用于獲得這樣的方面的合適的試管支架。
參考圖5-10，試管支架70在其中安裝了試管72，試管72被試管塞子73密封。密 封的試管72包含浮體74和血，其被適當(dāng)?shù)靥幚砗碗x心以分離出包括紅血球、血漿和血沉 棕黃層的組分，例如在美國Publ.申請2004/0067162A1和2004/0067536A1中描述的。浮 體74具有的密度小于充滿紅血球的組分的密度(1. 090g/ml)，以及大于血漿組分的密度 (1.028g/ml)。因此，在離心后，浮體74沿試管軸線75 (在圖6中畫出和標(biāo)記出)在充滿紅 血球的層和血漿層之間布置，即一般與血沉棕黃層重合。在離心后，血沉棕黃層一般布置在 試管壁14和浮體壁16之間的環(huán)狀間隙12中。(見圖6中的標(biāo)志)。在浮體74端部的環(huán) 狀密封脊76、78當(dāng)試管72靜止時與所述試管的內(nèi)表面接合，以便密封環(huán)狀間隙12。然而， 在離心期間，試管72伸展以提供跨越脊76、78的流體傳遞，以便使血沉棕黃層能夠?qū)嵸|(zhì)上 收集在環(huán)狀間隙12中。在示例性試管支架70中的至少一個第一定位軸承，即徑向間隔的兩個第一定位 軸承80、81布置在環(huán)狀樣品區(qū)12的第一側(cè)。在示例性試管支架70中的至少一個第二定位 軸承，即徑向間隔的兩個第二定位軸承82、83布置在環(huán)狀樣品區(qū)12的第二側(cè)，環(huán)狀樣品區(qū) 12的第二側(cè)沿試管軸線75與環(huán)狀樣品區(qū)12的第一側(cè)相對。定位軸承80、81、82、83為固定 的滾柱軸承，其通過緊固構(gòu)件85 (在圖8中顯示)固定到框架84。在示例性試管支架70中的至少一個偏置軸承，即兩個偏置軸承86、87與定位軸 承80、81、82、83徑向間隔開，以及被彈簧90彈性偏置以對著定位軸承80、81、82、83壓試管 72,從而相對于定位軸承80、81、82、83對準(zhǔn)環(huán)狀樣品區(qū)12接近物鏡40的一側(cè)。在示例性 試管支架70中，兩個第一定位軸承80、81和第一偏置軸承86徑向隔開120°的間隔，并位 于環(huán)狀樣品區(qū)12第一側(cè)上的第一公共平面92內(nèi)。相似地，兩個第二定位彈簧82、83和第 二偏置彈簧87徑向隔開120°的間隔，并位于環(huán)狀樣品區(qū)12第二側(cè)上的第二公共平面94 內(nèi)。彈簧90固定到框架84，以及通過構(gòu)件98與偏置軸承86、87連接。更一般地，軸承80、81、86和軸承82、83、87可具有除了 120°以外的徑向間隔。例 如，偏置軸承86可離每個定位軸承80、81相等的徑向角被隔開。作為特定的例子，偏置軸 承86可離每個定位軸承80、81 135°被隔開，以及在此特定的例子中，兩個定位軸承80、81 分離90°被隔開?？蛇x地，第一公共平面92還包括浮體脊76，以使軸承80、81、86在脊76處壓試管 72,以及相似地，第二公共平面94可選地還包括浮體脊78，以使軸承82、83、87在脊78處壓 試管72。此方法降低了使環(huán)狀樣品區(qū)12扭曲的可能性。偏置軸承86、87提供了使試管72 向著定位軸承80、81、82、83偏置的偏置力96?？蚣馨ㄑ刂嚬茌S線75延伸的觀察窗100。物鏡40通過觀察窗100觀察環(huán)狀 樣品區(qū)12接近物鏡40的一側(cè)。在一些實施方式中，物鏡40可沿試管軸線75線性平移，如 平移范圍雙箭頭指示符104所指示的。這可例如通過將物鏡40和光學(xué)組件22、22’、22”或 22”’安裝在共同的板上來實現(xiàn)，所述板可相對于試管支架70平移。在另一方法中，顯微鏡 系統(tǒng)10、10，、10”、10”，是靜止的，以及包括框架84的所述管支架70作為一個單元來平移， 以穿過所述窗100相對平移物鏡40。在又一個實施方式中，物鏡40平移，而光學(xué)組件22、 22’、22”或22”’保持靜止，以及提供合適的光束轉(zhuǎn)向部件(未顯示)以將光束輸入到物鏡 40。例如通過在聚焦范圍106內(nèi)向或遠離試管72移動物鏡40，所述物鏡40還可聚焦(平 移范圍104和聚焦范圍106僅在圖6中示出)。
環(huán)狀樣品區(qū)12的掃描要求沿試管軸的平移，以及試管72繞試管軸線75的旋轉(zhuǎn)。 為了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110設(shè)置成響應(yīng)于由電動機112選擇性地施加的扭矩而驅(qū)動 試管72繞管軸線75旋轉(zhuǎn)，所述電動機112通過軸114與旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110連接。示例性 試管支架70的旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110在一端或其基部與試管72連接。試管72的相對端，彈簧 加載的蓋116壓試管72的塞子73以防止所述旋轉(zhuǎn)使試管72沿試管軸線75的伴隨的平動 滑移。具體參考圖9和圖10，在一些實施方式中，旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110為成形聯(lián)接器，其具 有設(shè)置成與試管72的成形基部122相匹配的輪廓120。在圖9和圖10所示出的實施例中， 聯(lián)接器110的輪廓120包括四個凹陷，其接納試管72的成形基部122的四個凸出部?？墒?用其它輪廓特征。在一些實施方式中，輪廓120和成形基部122通過分別在聯(lián)接器110和試管基部 122中的合適的旋轉(zhuǎn)不對稱的形狀124、126(在圖9和圖10以虛線示出)來調(diào)節(jié)，以當(dāng)試 管72的成形基部122與旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110的輪廓120相匹配時限定試管72的絕對旋轉(zhuǎn)位 置。以此方式，可保持所述絕對旋轉(zhuǎn)位置(例如測量為以度數(shù)的絕對角度值)，即使試管72 從試管支架70移去然后重新安裝到所述試管支架70。在提供絕對角位置的另一方法中，所示試管可選地包括基準(zhǔn)標(biāo)記，例如光可讀反 射基準(zhǔn)標(biāo)記(未顯示)以指示所述試管的絕對旋轉(zhuǎn)位置。在一些實施方式中，第二側(cè)定位滾柱軸承82、83被省略，以及旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110限 定至少一個第二定位軸承，其沿試管軸線75布置在與環(huán)狀樣品區(qū)12的第一側(cè)相對的環(huán)狀 樣品區(qū)12的第二側(cè)上。在這樣的實施方式中，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器作為機械驅(qū)動定位軸承來 提供試管72的定位和旋轉(zhuǎn)?？蛇x地，在這樣的實施方式中，第二側(cè)偏置軸承87與相應(yīng)的滾 柱軸承82、83 —起也被省略。另一方面，在一些其它設(shè)想的實施方式中，旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110被省略，以及滾柱軸 承81、82、83、84、86、87的一個或更多為機械驅(qū)動的以旋轉(zhuǎn)試管72。在這樣的實施方式中， 所述驅(qū)動的滾柱軸承用作旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器。所述驅(qū)動軸承可以為定位軸承81、82、83、84的之 一或更多，或可以為偏置軸承86、87之一或更多。為了將試管72安裝在試管支架70中，框架84裝配有鉸鏈蓋或門130(在圖5中 顯示為開著，以及在圖6中顯示為關(guān)著)。當(dāng)鉸鏈蓋或門130為開著時，彈簧加載的蓋116 升離試管72的塞子73?？蛇x地，支持偏置軸承86、87的支持構(gòu)件73包括手動把手或杠桿 (未顯示)，其用于抵抗彈簧90的偏置力來用手拉偏置軸承86、87離開試管72，從而便于從 所述支架70加載或卸載試管72。試管支架70可方便地對準(zhǔn)所示出的具有直邊的試管72。試管支架70也可容納和 對準(zhǔn)有一點錐形的試管。錐形試管的支持位置在圖6中由指示錐形試管的錐形邊緣的虛線 134示出。所示出的錐體134使所述試管最接近旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110的端部比所述試管最接 近彈簧加載的蓋116的端部直徑小。如圖6所示，偏置軸承86、87的偏置對著定位軸承81、 82、83、84壓所述試管以保持環(huán)狀樣品區(qū)12接近物鏡40的一部分的對準(zhǔn)，而不管錐體134。 應(yīng)理解，支架70可類似地容納和對準(zhǔn)具有相反錐體的試管，其中接近旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110的 端部比最接近彈簧加載的蓋116的端部直徑大。在實質(zhì)上為錐體的情況下，或在試管具有高度偏心或非圓形截面的情況下，對著定位軸承81、82、83、84的偏置不完全補償錐體或截面的偏心率或橢圓率。這是因為第一定 位軸承81、82的徑向間隔和第二定位軸承83、84的徑向間隔允許向較窄的管延伸一段較遠 的距離到第一定位軸承81、82間的間隙以及到第二定位軸承83、84間的間隙。參考圖11A和11B，更改的具有橢圓截面的試管72’通過每支撐浮體脊使用三個 軸承組被更精確地對準(zhǔn)，其中所述三個軸承包括僅一個定位軸承81’以及兩個或更多偏置 軸承86，。定位軸承81，與物鏡40在相同的徑向位置(在圖11A和11B中以虛線示出)。 當(dāng)橢圓試管72’旋轉(zhuǎn)時，對著定位軸承81’偏置的成像邊保持與徑向重合的物鏡40精確對 準(zhǔn)，而不管成像邊相應(yīng)于橢圓試管72’的短軸(圖11A)，還是成像邊相應(yīng)于橢圓試管72’的 長軸(圖11B)。參考圖12，在另一變形中，軸承140相對于試管72的管軸線75傾斜，以產(chǎn)生與管 軸線75平行的力分量而將試管72推向旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110。在此裝置中，彈簧加載的蓋116 可選地被省略，因為在旋轉(zhuǎn)期間，軸承140的傾斜阻止試管72的平動滑移。參考圖13，在另一變形中，更改的浮體74’包括螺旋脊76’，以及傾斜的軸承142 依照螺旋間距沿管軸線75被隔開以響應(yīng)于試管72的旋轉(zhuǎn)跟蹤螺旋密封脊76’。在此方法 中，傾斜的軸承142產(chǎn)生使試管72沿管軸線75平移的力，從而物鏡40可保持在固定位置 而當(dāng)掃描環(huán)狀間隙12’時沒有平移。在此方法中，滾柱軸承142適當(dāng)?shù)乇粰C動化以產(chǎn)生試 管72的旋轉(zhuǎn)。即，滾柱軸承142還用作旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器。參考圖14，在另一變形中，通過機械裝置而非偏置軸承可提供機械偏置。在實施例 圖14中，試管72水平布置，置于定位軸承181、182、183、184上，且物鏡40安裝在試管72 下。包括浮體74的試管72的重力186 (所述重力在圖14中由向下的箭頭186簡要示出) 形成為對著定位軸承181、182、183、184壓試管72的機械偏置。在其它設(shè)想的實施方式中， 使用真空夾盤、正氣壓、磁引力或其它機械偏置來對著所述定位軸承壓所述試管。定位軸承 181、182、183、184可機械旋轉(zhuǎn)以使定位軸承181、182、183、184用作旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器，或可提 供單獨的旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器。參考圖15，所述軸承可不同于滾柱軸承。例如，所述軸承可以為輥子、球軸承或襯 套表面。在圖15所示的不同的試管支架中，框架200提供用于彈簧202的簧片，其對著試 管72壓一組偏置球軸承204，以對著定位軸承211、212壓試管72，所述定位軸承211、212 由框架200的襯套表面確定。可使用其它類型的軸承用于偏置和/或定位軸承，當(dāng)試管旋 轉(zhuǎn)時這些軸承支持所述試管。在除圖13的實施方式以外所示出的實施方式中，所述試管并不在所述管支架內(nèi) 平移，而通過平移物鏡40或通過平移作為一個單元的所述試管和管支架來實現(xiàn)平移掃描 部分。在其它設(shè)想的實施方式中，可考慮保持物鏡固定或在試管框架內(nèi)平移試管，例如通過 包括連接電動機112和旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器110的軸114中的線性平移性能，使得試管72沿試管 軸線75平移。描述了合適的顯微鏡系統(tǒng)和試管支架，其用于使包含在試管中或由其支持的環(huán)狀 樣品區(qū)成像。應(yīng)理解，環(huán)狀樣品區(qū)可以不同于包含在試管壁14和浮體壁16之間的間隙12 中的所示出的流體樣品。例如，環(huán)狀樣品區(qū)可以為附在試管外表面上的膜或涂層，或環(huán)狀樣 品區(qū)可以為附在試管內(nèi)表面上的膜或涂層。此外，術(shù)語“試管”應(yīng)廣義解釋為包括除所示出 的常規(guī)試管72以外的其它管狀樣品支架。例如，所述試管可以為圓柱形桿，其插入所包含的容積、固體物體或其它感興趣的對象中，從而用感興趣的對象樣品來覆蓋所述圓柱形桿 的外側(cè)，或所述試管可以為圓柱形地質(zhì)核樣品等。描述了合適的顯微鏡系統(tǒng)和試管支架，其用于從包含在試管中或由其支持的環(huán)狀 載物片或環(huán)狀樣品區(qū)獲取數(shù)據(jù)，現(xiàn)在描述合適的處理方法，其用于識別或量化在環(huán)狀生物 流體層中的熒光染料標(biāo)記的細胞。參考圖16，簡要示出一些測量參數(shù)。物鏡40在視場(F0V)范圍內(nèi)和在位于焦深 的景深范圍內(nèi)成像。在圖16中，所述焦深相對于物鏡40被指示出，然而，所述焦深可相對 于另外的參考被標(biāo)出。在一些實施方式中，物鏡40的景深為約20微米，而試管壁14和浮 體壁16間的環(huán)狀間隙12為約50微米。然而相應(yīng)于環(huán)狀間隙12的焦深由于試管和/或浮 體中的不均勻性或其它因素可實質(zhì)上改變。期望環(huán)狀間隙12位于環(huán)繞深度范圍內(nèi)的某處。 在一些實施方式中，300微米的環(huán)繞深度范圍被認為是合適的。這些尺寸是例子，以及對于 特定的實施方式可實質(zhì)上不同，這取決于特定的物鏡40、透光試管、浮體、離心類型或所使 用的其它樣品處理等。參考圖17，簡要示出一合適的數(shù)據(jù)獲取方法300。在過程操作302中，在跨越所述 環(huán)繞深度范圍的多個焦深處獲取分析圖像。為了避免沿所述深度方向的間隙，在操作302 中所獲取的分析圖像的數(shù)量應(yīng)至少等于物鏡40的景深除以所述環(huán)繞深度范圍。在一些實施方式中，在可選的操作304處理所述分析圖像，以基于圖象亮度來識 別約在生物流體層(例如棕黃層)深度的一個或更多分析圖像。此可選的選擇利用熒光染 料一般產(chǎn)生背景熒光的觀測結(jié)果，所述背景熒光作為增強的總圖像亮度在所獲取的分析圖 像中被檢測出。以多種方式，例如平均像素強度、均方根像素強度等可估計圖像亮度。在圖像處理操作306中，使用合適的技術(shù)例如濾波、限定閾值等處理所述分析圖 像或在可選的選擇操作304中所選的那些一個或更多分析圖像，以將所觀察的特征識別為 候選細胞。在生物流體層中染料標(biāo)記的細胞的密度一般低于每視場約一個染料標(biāo)記的細 胞。因此，所識別的候選細胞比率一般是低的。當(dāng)候選細胞被圖像處理306識別時，合適的 候選細胞標(biāo)記添加到一組候選細胞標(biāo)記310中。例如，候選細胞標(biāo)記基于合適的索引系統(tǒng) 和所述候選細胞特征的x和y坐標(biāo)可識別所述圖像。盡管稀有細胞的密度一般是低的，可 設(shè)想，圖像處理306有時可仍然在單個分析圖像上識別兩個或更多候選細胞。另一方面，在 一些分析圖像中，沒有候選細胞可被識別。在判定點312，確定是否完成樣品掃描。若沒有，則在操作314移動視場。例如，通 過合并物鏡40沿試管軸線75平移和試管72的旋轉(zhuǎn)可越過環(huán)狀間隙12中的生物流體樣品 相對掃描視場?？商鎿Q地，使用圖13的管支架，通過螺旋式地移動試管72來進行掃描。對 于每一新的視場，重復(fù)過程操作302、304、306。當(dāng)判定點312指示完成樣品掃描時，可選地使用用戶驗證過程320以使分析員能 夠確認或拒絕每一細胞的候選資格。若圖像處理306足夠準(zhǔn)確，那么可選地省略用戶驗證 過程320。執(zhí)行統(tǒng)計分析322以計算由分析員確認的細胞的合適的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。例如，若生物 流體樣品的體積或質(zhì)量已知，那么可計算每單位體積或每單位重量的稀有細胞的密度(例 如細胞/毫升或細胞/克)。在另一統(tǒng)計分析方法中，合計確認的細胞的數(shù)量。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn) 血沉棕黃樣品配置，例如標(biāo)準(zhǔn)試管、標(biāo)準(zhǔn)浮體、標(biāo)準(zhǔn)全血樣品量和標(biāo)準(zhǔn)離心處理時，這是合適的度量。統(tǒng)計分析322還可包括閾值警告。例如，若細胞數(shù)或密度度量大于第一閾值，那 么這可指示癌的可能性增加，這要求進一步的臨床研究，而若細胞數(shù)量或密度超過第二、更 高的閾值，這可指示癌的高度可能性，這要求立即治療的醫(yī)學(xué)關(guān)注。參考圖18，簡要示出更改的獲取方法300’。在更改的過程操作304’，使用輸入而 不是分析圖像來首先確定用于最大背景熒光強度的焦深，接下來是約在用于最大背景熒光 的焦深處獲取一個或幾個分析圖像的操作302’。例如，通過在多個深度獲取低分辨率的圖 像可執(zhí)行搜索過程304’。為了避免沿深度方向的間隙，在操作304’獲取的低分辨率圖像的 數(shù)量應(yīng)至少等于物鏡40的景深除以所述環(huán)繞深度范圍。在另一方法中，大面積的亮度傳感 器(未顯示)可耦合到所捕獲的熒光50(例如，使用攝像機56中的部分反射鏡或是使用置 入攝像機56的強度儀表)，以及物鏡40的焦點掃過所述環(huán)繞深度范圍。在掃描期間所述傳 感器或儀表的峰值信號指示提供最高亮度的焦點。在由過程操作304’所確定的生物流體樣品的深度的情況下，獲取過程302’約在 所識別的最高亮度的焦深處僅獲取一個或幾個分析圖像。為了確保全部覆蓋生物流體層， 所獲取的分析圖像的數(shù)量應(yīng)至少為環(huán)狀間隙12的厚度除以物鏡40的景深。例如，若環(huán)狀 間隙12具有約50微米的厚度，以及景深為約20微米，那么適當(dāng)?shù)孬@取三個分析圖像_ 一 個在最高亮度的焦深，一個在大了 15-25微米的焦深，以及一個在小了 15-25微米的焦深。更改的獲取方法300’的優(yōu)點在于，所獲取的高分辨率分析圖像的數(shù)量被降低，這 是因為在獲取分析圖像之前確定焦深。通過在確定的焦深和在稍微大一點或稍微小一點的 焦深獲取分析圖像來分類所述確定的焦深是有利的。此方法說明在偏離發(fā)光背景為最大的 深度處可最佳成像稀有細胞的可能性。參考圖19，描述了圖像處理306的合適的實施方式，其利用預(yù)期的稀有細胞尺寸 的先驗知識來識別分析圖像330中的任何候選細胞。在匹配濾波過程332，合適的濾波核卷 積所述圖像。匹配濾波過程332使用濾波核，其具有的尺寸可與分析圖像330中的稀有細 胞的圖像的預(yù)期尺寸相比較。繼續(xù)參考圖19和進一步簡要地參考圖20和21，在一些實施方式中，使用方形濾波 核334。核334包括像素的中央正區(qū)，每一個像素具有+1值；以及像素的外負區(qū)，每一個 像素具有-1值。正區(qū)的面積與負區(qū)的面積應(yīng)約有相同的尺寸。內(nèi)或外區(qū)的外面的點具有 0的像素值?？蛇x地，除了 +1和-1的其它像素值分別用于內(nèi)和外區(qū)，從而給予濾波器稍微 正或稍微負的響應(yīng)。繼續(xù)參考圖19，匹配濾波去除或減少由背景照明引起的偏移，還改善稀有細胞的 信噪比(SNR)。正匹配區(qū)內(nèi)的點數(shù)增加信號，而正和負匹配區(qū)內(nèi)的點的數(shù)量增加噪聲。SNR 的增益是由于信號直接增加，而噪聲按所組合的樣品數(shù)量的均方根(RMS)值或平方根增 加。對具有N個正點和N個負點的濾波器，獲得iV/V^或的增益。方形濾波核334在計算上是有利的，因為其邊緣與分析圖像330的x和y坐標(biāo)方 向?qū)R。圓形濾波核334’或另外形狀的核可選地使用來代替方形濾波核334。然而，圓形 濾波核334’比方形濾波核334在計算上更昂貴。與圓形濾波核334’相比，方形濾波核334 的另一優(yōu)點在于，方形濾波核334的總的濾波器邊緣長度從兩倍的檢測尺寸降低到1. 414 倍的檢測尺寸。這降低了邊緣效應(yīng)，允許使用更接近分析圖像330的邊緣的數(shù)據(jù)。濾波核的尺寸應(yīng)選擇成實質(zhì)上匹配分析圖像330中染料標(biāo)記的細胞的預(yù)期圖像尺寸，以提供最佳的SNR改善。例如，具有10個像素的正(+1)區(qū)的方形濾波核334，為也具 有約10個像素的直徑的細胞圖像提供最佳SNR改善。對于此匹配的情況，信號預(yù)期增加了 約78倍，而噪聲預(yù)期增加了約14倍，這提供約5. 57 1的SNR改善。另一方面，使用相同 的方形濾波器，更小的8個像素直徑的細胞的SNR改善預(yù)期為約3. 59 1。使用相同的方 形濾波器，更大的14個像素直徑的細胞的SNR改善預(yù)期為約3. 29 1?？梢砸远喾N方式來實現(xiàn)匹配濾波過程332。在一方法中，輸入圖像中的每一點被總 計到輸出圖像中在正內(nèi)區(qū)的所有點。然后，輸出圖像中在外負區(qū)但不在內(nèi)正區(qū)的所有點被 扣除。當(dāng)輸出圖像內(nèi)每一點被外方框像素區(qū)計數(shù)接觸多次時，輸入圖像內(nèi)每一點被接觸一 次。在另一合適的方法中，對于輸出圖像內(nèi)每一點，來自輸入圖像的在正內(nèi)方框內(nèi)的 所有點被讀取和總計。在正內(nèi)方框外但在負外方框內(nèi)的所有點然后被扣除。當(dāng)每一輸出圖 像像素被接觸一次時，每一輸入圖像像素被外方框像素計數(shù)接觸。在另一合適的方法中，兩個內(nèi)部值被產(chǎn)生用于輸入圖像的當(dāng)前行在負外方框距 離的行內(nèi)所有點的總數(shù)，以及在內(nèi)正方框距離的行內(nèi)所有點的總數(shù)。在所述當(dāng)前行所有輸 出圖像列點讓輸入圖像從其扣除了在外方框的所有點的總數(shù)。在內(nèi)正方框內(nèi)所有輸出圖像 的列點得到在內(nèi)正方框距離的分兩次相加的輸入圖像行點的總數(shù)。通過一加和一減可對所 述行中的下一點更新行總數(shù)。這使執(zhí)行成本減少到約為濾波器方框的高度。在匹配濾波過程332中，可使用多種邊緣條件。例如，在一方法中，對于其濾波器 重疊分析圖像330的邊緣的任何點，沒有輸出產(chǎn)生。此方法避免邊緣偽像，但產(chǎn)生減少了可 用面積的輸出圖像。在另一合適的實施例的邊緣條件中，缺省值(例如零或所計算的平均 水平)用于遠離邊緣的所有點。繼續(xù)參考圖19，在匹配濾波332后，應(yīng)用二進制閾值處理338。執(zhí)行閾值338的困 難在于合適的閾值的選擇。閾值的選擇因一些分析圖像包括沒有細胞、或只有單個細胞或 只有兩個或幾個細胞的可能性而變得復(fù)雜。在一方法中，閾值選擇為這樣的一值其為在過 濾的數(shù)據(jù)中所見的最高像素強度以下所選的百分率。然而，此閾值使噪聲在沒有細胞出現(xiàn) 時被檢測出，因為在這種情況，像素的峰值在噪聲中。另一方法使用固定的閾值。然而，若 背景強度在分析圖像間實質(zhì)上改變，或若匹配濾波實質(zhì)上改變像素強度的動態(tài)范圍，固定 的閾值可能遠非最佳。在所示出的方法中，基于未濾波分析圖像330的SNR的處理340確定閾值。通過 首先確定輸入圖像的標(biāo)準(zhǔn)偏差，可計算在濾波器輸出的預(yù)期噪聲。所述噪聲一般升高了所 總計的像素數(shù)量的平方根，該總計的像素數(shù)量為像素計數(shù)中的外方框面積。在一些實施方 式中，閾值設(shè)置在此噪聲水平的約7西格碼(sigma)。當(dāng)此濾波器沒有準(zhǔn)確的零DC響應(yīng)時， 合適的平均水平還適當(dāng)?shù)乇豢傆嫷介撝怠ｉ撝?38產(chǎn)生二進制圖像，其中為細胞圖像的一部分的像素一般具有第一二進制 值(例如“1”)，而不為細胞圖像的一部分的像素一般具有第二二進制值(例如“0”)。因 此，執(zhí)行連接性處理344以識別與細胞相應(yīng)的第一二進制值的所連接的像素組。連接性分 析344將所連接的組的所有第一二進制值的像素集合或聯(lián)系為候選細胞以作為一個單元 考察。此所連接的組或單元的中心可被確定和使用為候選細胞標(biāo)記中的細胞位置坐標(biāo)。參考圖22，描述可選的用戶驗證過程320的合適的實施方式。在選擇操作350中選擇用于驗證的標(biāo)記。在顯示操作352，顯示包含候選細胞標(biāo)記的分析圖像的區(qū)域，可選地 連同分析圖像的相應(yīng)區(qū)域，該分析圖像在深度上臨近包含候選細胞的分析圖像。顯示在深 度上臨近的分析圖像給檢查分析員提供另外的觀察，其幸運地包括比自動處理306檢測候 選細胞的分析圖像更多的可識別的細胞圖像。在操作354分析員確認或拒絕候選資格。循 環(huán)操作356將所有的候選細胞標(biāo)記看一遍以通過每個候選細胞的分析員提供檢查。統(tǒng)計分 析322對被分析員確認的那些細胞候選標(biāo)記操作。參照圖16-22，在定量血沉棕黃層分析的背景下，描述了示例性的數(shù)據(jù)獲取和分析 處理，該血沉棕黃層分析使用試管壁14和浮體壁16之間環(huán)狀間隙12中環(huán)狀樣品。然而， 應(yīng)理解，所述處理容易應(yīng)用于其它的樣品掃描方法，例如在圖4中所描述的平面樣品載物 片60的掃描。所述示例性的實施方式主要涉及定量血沉棕黃層分析。然而，應(yīng)理解，在此公開的 裝置和方法可應(yīng)用于其它類型的生物測定。例如，細胞可被染色而不是被熒光標(biāo)記，或細胞 可具有能夠通過光學(xué)顯微術(shù)實現(xiàn)評估的固有的光學(xué)標(biāo)記(熒光、對比等)。所評估的特征可 以不同于稀有細胞。例如，所評估的特征可以為細胞碎片、細菌或多細胞結(jié)構(gòu)。所述樣品可 以為生物樣品而不是血沉棕黃層樣品。參照優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明。很明顯，在閱讀和理解前述說明后，其它人將想 到修改和變更。本發(fā)明的意圖應(yīng)解釋為包括所有這樣的修改和變更，只要其落在所附權(quán)利 要求或其中等效物的范圍內(nèi)。因此描述了優(yōu)選實施方式，現(xiàn)在本發(fā)明的權(quán)利要求為。
權(quán)利要求
一種用于操縱關(guān)聯(lián)的試管的試管操縱裝置，所述試管包含或支持在環(huán)狀樣品區(qū)中的樣品，所述試管操縱裝置包括至少兩個定位軸承，至少一個所述定位軸承布置在所述環(huán)狀樣品區(qū)的第一側(cè)，至少一個其他的所述定位軸承布置在所述環(huán)狀樣品區(qū)的第二側(cè)，所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第二側(cè)沿所述關(guān)聯(lián)的試管的管軸線與所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第一側(cè)相對；機械偏置設(shè)備，所述機械偏置設(shè)備設(shè)置成對著所述至少兩個定位軸承偏置所述關(guān)聯(lián)的試管，以相對于所述至少兩個定位軸承對準(zhǔn)所述環(huán)狀樣品區(qū)的一部分；以及旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器設(shè)置成響應(yīng)于所施加的扭矩，來驅(qū)動所述試管繞所述管軸線旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的試管操縱裝置，其中所述至少兩個定位軸承被從由下述組成的 組中選擇滾柱、球軸承，和襯套表面。
3.如權(quán)利要求1所述的試管操縱裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器還界定布置在所述所述 環(huán)狀樣品區(qū)的所述第二側(cè)上的定位軸承，所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第二側(cè)沿所述關(guān)聯(lián)的試管 的所述管軸線與所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第一側(cè)相對。
4.如權(quán)利要求1所述的試管操縱裝置，其中所述機械偏置設(shè)備包括至少一個偏置軸承。
5.如權(quán)利要求4所述的試管操縱裝置，其中所述至少一個偏置軸承和所述至少兩個定 位軸承被安排在所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第一側(cè)上的第一公共平面中和所述環(huán)狀樣品區(qū)的 所述第二側(cè)上的第二公共平面中，所述第一公共平面和所述第二公共平面通常橫切所述關(guān) 聯(lián)的試管的所述管軸線。
6.如權(quán)利要求5所述的試管操縱裝置，其中所述第一公共平面和所述第二公共平面與 布置在所述關(guān)聯(lián)的試管中的關(guān)聯(lián)的浮體的脊對準(zhǔn)。
7.如權(quán)利要求6所述的試管操縱裝置，其中所述第一公共平面和所述第二公共平面關(guān) 于所述管軸線以相應(yīng)于所述關(guān)聯(lián)的浮體的所述脊的螺旋間距的間距傾斜。
8.如權(quán)利要求1所述的試管操縱裝置，其中至少一個偏置軸承和所述至少兩個定位軸 承包括安排在所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第一側(cè)上的第一公共平面中的第一組軸承，所述第一組 軸承包括至少一個定位軸承和至少一個偏置軸承。
9.如權(quán)利要求8所述的試管操縱裝置，其中所述至少一個偏置軸承和所述至少兩個定 位軸承還包括安排在所述環(huán)狀樣品區(qū)的所述第二側(cè)上的第二公共平面中的第二組軸承，所述第二組 軸承包括至少一個定位軸承和至少一個偏置軸承。
10.如權(quán)利要求8所述的試管操縱裝置，其中所述第一組軸承中的所述軸承分隔開 120°的徑向間隔。
11.如權(quán)利要求8所述的試管操縱裝置，其中所述第一組軸承包括兩個定位軸承和一 個偏置軸承。
12.如權(quán)利要求8所述的試管操縱裝置，其中所述第一組軸承包括兩個偏置軸承和一 個定位軸承。
13.如權(quán)利要求1所述的試管操縱裝置，其中所述定位軸承和所述偏置軸承是滾柱，所述滾柱關(guān)于所述管軸線傾斜以產(chǎn)生與所述管軸線平行的力分量。
14.如權(quán)利要求1所述的試管操縱裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器包括 成形聯(lián)接器，其具有設(shè)置成與所述關(guān)聯(lián)的試管的成形基部相匹配的輪廓。
15.如權(quán)利要求14所述的試管操縱裝置，其中所述成形聯(lián)接器和所述關(guān)聯(lián)的試管的所 述成形基部被調(diào)節(jié)，以當(dāng)所述關(guān)聯(lián)的試管的所述成形基部與所述成形聯(lián)接器相匹配時限定 所述關(guān)聯(lián)的試管的絕對旋轉(zhuǎn)位置。
16.如權(quán)利要求1所述的試管操縱裝置，其中所述試管被安排為由所述至少兩個定位 軸承水平地支持，并且所述機械偏置設(shè)備包括重力偏置設(shè)備。
17.一種樣品操縱裝置，包括試管，所述試管界定試管軸線并包含或支持在環(huán)狀樣品區(qū)中的關(guān)聯(lián)的樣品； 至少兩個定位軸承，所述至少兩個定位軸承沿所述試管軸線在所述環(huán)狀樣品區(qū)的相對 側(cè)與所述試管接合；至少一個偏置軸承，所述至少一個偏置軸承與所述至少兩個定位軸承徑向地分隔開， 并對著所述至少兩個定位軸承壓所述試管，以相對于所述至少兩個定位軸承對準(zhǔn)所述環(huán)狀 樣品區(qū)的一部分；以及電動機，所述電動機與所述試管接合以選擇性地旋轉(zhuǎn)所述試管。
18.如權(quán)利要求17所述的樣品操縱裝置，其中所述定位軸承中之一包括布置在所述試 管的基部的旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器還可操作地將電動機與所述試管連接。
19.如權(quán)利要求17所述的樣品操縱裝置，還包括布置在所述試管中的浮體，所述環(huán)狀樣品區(qū)被布置在所述浮體和所述試管的內(nèi)表面之 間的環(huán)狀間隙內(nèi)。
20.如權(quán)利要求19所述的樣品操縱裝置，其中所述浮體包括接合所述試管的所述內(nèi)表 面以密封所述樣品區(qū)的密封脊，所述至少兩個定位軸承在所述密封脊處接合所述試管。
21.如權(quán)利要求20所述的樣品操縱裝置，其中所述至少一個偏置軸承包括也在所述密 封脊處接合所述試管的至少兩個偏置軸承。
22.如權(quán)利要求20所述的樣品操縱裝置，其中所述密封脊圍繞所述浮體成螺旋狀，并 且所述定位軸承響應(yīng)于所述試管經(jīng)由所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器的旋轉(zhuǎn)而跟蹤螺旋的所述密封脊。
23.如權(quán)利要求17所述的樣品操縱裝置，其中所述關(guān)聯(lián)的樣品接觸所述試管的內(nèi)表面 和所述試管的外表面中之一。
24.一種用于操縱關(guān)聯(lián)的試管的試管操縱裝置，所述關(guān)聯(lián)的試管包含或支持在環(huán)狀樣 品區(qū)的樣品，所述試管操縱裝置包括固定軸承，其在所述環(huán)狀樣品區(qū)的第一側(cè)與所述關(guān)聯(lián)的試管接合；偏置軸承，其布置成對著所述固定軸承壓所述試管；以及旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器，其與所述試管接合以傳送所施加的扭矩來旋轉(zhuǎn)所述試管。
25.如權(quán)利要求24所述的試管操縱裝置，其中所述固定軸承包括 至少兩個徑向地分隔開的固定軸承。
26.如權(quán)利要求24所述的試管操縱裝置，其中所述偏置軸承包括 沿著所述試管的軸線分隔開的至少兩個偏置軸承。
27.如權(quán)利要求24所述的試管操縱裝置，還包括偏置彈簧，所述偏置彈簧對著所述試管壓所述偏置軸承。
28.如權(quán)利要求24所述的試管操縱裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器包括通過所述施加的扭矩來旋轉(zhuǎn)的所述固定軸承或所述偏置軸承中的一個或更多個。
29.如權(quán)利要求24所述的試管操縱裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器與所述關(guān)聯(lián)的試管的 基部耦合，所述旋轉(zhuǎn)式聯(lián)接器和所述基部包括匹配的輪廓。
30.如權(quán)利要求29所述的試管操縱裝置，其中所述匹配的輪廓被調(diào)節(jié)為限定絕對旋轉(zhuǎn) 位置。
全文摘要
公開了一種樣品試管操縱裝置。其中試管(72、72’)界定試管軸線(75)并包含或支持在環(huán)狀樣品區(qū)(12)中的關(guān)聯(lián)的樣品。至少兩個定位軸承(80、81、81’、82、83、110、140、142、181、182、183、184、211、212)試管軸線在環(huán)狀樣品區(qū)的相對側(cè)與試管接合。至少一個偏置軸承(86、86’、87、140、142、204)與至少兩個定位軸承徑向地分隔開，并對著至少兩定位軸承壓試管，以相對于至少兩定位軸承對準(zhǔn)環(huán)狀樣品區(qū)的一部分。電動機(112)與試管接合以選擇性地旋轉(zhuǎn)試管。
文檔編號G01N21/01GK101900668SQ20101015304
公開日2010年12月1日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者史蒂芬·格萊姆斯, 托馬斯·D·豪伯特, 約翰·S·拉烏多, 艾伯特·E·韋勒三世, 艾瑞克·R·納文 申請人:巴特爾紀(jì)念研究所