一种预测焦平面的迭代离焦扫描方法和设备技术

本发明专利技术揭示了一种用来操作一个扫描显微镜系统的方法和设备。离焦扫描是用来预测物体产生最小模糊度的图像时物镜的焦平面位置，其中需要的最佳数值不是预估的，而是通过根据样品扫描操作本身而实时反复计算确定的。

【技术实现步骤摘要】
一种预测焦平面的迭代离焦扫描方法和设备
本专利技术涉及扫描显微镜下放大物体的图像，尤其涉及到判定和保持当物体达到最小模糊程度的成像时焦平面最佳位置的系统和方法。
技术介绍
考虑到用扫描显微镜成像的物体在厚度上很难一致，而且通过离焦扫描物体的大面积区域来收集数据从而得到物体的最佳成像条件是有问题和通常的做法。在缺少被成像物体准确的厚度分布信息的情况下，定义离焦扫描的最佳数据是不确定性事件。因此，成像的整个过程还不是最佳的，获得的物体成像的质量也有待改进，由于被成像物体的某个元素使得物镜达不到最佳位置，所以至少一些部分的物体成像是模糊的。因此，我们就需要一个方法和系统来自动确定离焦扫描的最小次数，这些扫描可以在对整个物体成像产生最小模糊程度的情况下，预测物体物镜聚焦面的最佳位置。
技术实现思路
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提出一种预测焦平面的迭代离焦扫描方法和设备。本专利技术的目的将通过以下技术方案得以实现：本专利技术的实施例提供了一种产品，该产品包括一个可编程的处理器；一个非瞬时有形的计算机可读存储介质，其中包含计算机可读程序，用于通过使用一个扫描显微镜系统中的光学探测器确定光学成像聚焦的质量，所述的显微镜系统与上述产品相通信，计算机可读程序中包含计算机可读代码，一旦在计算机上加载，可编程处理器就会执行处理动作。在上述动作中，其中有一动作会在样品感兴趣区(ROI)的多个位置迭代执行离焦显微镜扫描，以此获得代表样品光学成像的光学数据，并基于上述多个位置的光学数据确定上述显微镜系统中物镜最佳实验对焦位置。除此之外，还有一个用户可感知的系统，该系统中包含图像处理步骤准备状态的指示性步骤，所述图像处理步骤基于下面两者的比较(i)从的最佳聚焦实验数值得到物镜的最佳聚焦位置，辅助位置同样在上述的多个位置中选择，(ii)确定的上述辅助位置对应的物镜的最佳实验聚焦位置。本专利技术的实施例提供了一种使用扫描显微镜系统确定样品成像最佳聚焦条件的方法。这个方法包括在多个位置上对样品感兴趣区(ROI)迭代执行离焦扫描，从上述多个位置的收集的光学数据确定最佳实验聚焦数值。这个方法还包括产生一个用户可感知的系统系统中包含图像处理步骤准备状态的指示性步骤，所述图像处理步骤基于以下两者的比较(i)从辅助位置中最佳聚焦实验数值得到的最佳聚焦位置，辅助位置同样在上述的多个位置中选择，(ii)上述辅助位置的最佳实验聚焦数值。在一个具体实施方式中，生成步骤可以包括由计算机设备产生一个标记，两者存在差异(i)测量得到的一个辅助位置最佳聚焦数值，(ii)上述辅助位置中插入的最佳聚焦数值小于或等于上述系统物镜的聚焦深度。迭代执行步骤可以包括执行离焦显微镜扫描直到下列两者之间产生差值(a)多个位置中一个特殊位置的最佳聚焦实验数值，(b)一个落在系统中物镜的聚焦深度内的某个特殊位置的最佳对焦数值，该数值由多个位置中的相邻位置的最佳对焦数值差值决定的。可选择地或者附加的，该方法可包括创建一个感兴趣区(ROI)的最佳聚焦数值的图谱，这个图谱包括(i)多个位置的最佳聚焦实验数值，(ii)多个位置中附加位置的最佳聚焦数值，所述数值由上述最佳聚焦实验数值和在辅助位置上的最佳聚焦实验数值的偏差不大于系统中物镜的聚焦深度决定的。本专利技术的实施例还包括使用扫描显微镜系统成像确定最佳聚焦条件的方法。该方法的步骤包括a)在样本的目标区域至少三个最初的横向位置上进行离焦扫描后，通过光学探测器可以获得光学数据，此处的光学数据代表最佳聚焦点的位置，这些最佳聚焦点通过与各自相应的至少三个最初的横向位置的最初的离焦扫描来确定的；该方法还包括步骤b)使用一个计算机处理器形成目标区域的一个聚焦图谱，这个聚焦图谱包括i)获取的光学数据，ii)与各自相应的目标区域中横向位置相一致的现有推断数据，该数据代表通过光学数据推断出的目标区域中横向位置的最佳聚焦点。c)从样品辅助离焦扫描中获取更新的光学数据，该光学数据代表各自相应的目标区域横向位置一致的辅助最佳聚焦点的位置，在上述目标区域中一个者多个检验点的辅助离焦扫描；此外，该方法包括步骤d)计算以下两者差异的数值(i)与上述一个或多个检验点横向位置相对应的轴向位置，(ii)与上述一个或多个检验点的横向位置相对应的最佳聚焦点的轴向位置，上述最佳对焦点来自于上述现有推断数据。另外，该方法的实施例包括(当上述差异数值中的一个差异数值大于扫描显微镜系统物镜的聚焦深度时)形成包含上述更新光学数据的实验数据，并且重复步骤(b)至(d)。当当上述差异数值中的一个差异数值小于或者等于上述物镜聚焦深度时，该方法另外包括生成一个代表扫描显微镜系统在最佳聚焦状况下对样本成像准备状态的输出。以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明下列详细说明是根据以下附图做出的：图1A代表渐进离焦扫描方法的实施例的流程图，该方法确定了物镜的最佳聚焦位置；图1B是本专利技术方法的一个简要流程图；图2A、2B、2C、2D、2E为基于样品表面目标位置的离焦扫描推断得出的聚焦图谱提供了附加的图解；图3A和3B提供了样品任意形状区域一个俯视图，也解释了样品表面目标位置的定位选择；图4根据图3A、3B中选中的目标点的一个方法实施例的流程图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的方法进行说明，但本专利技术并不局限于此。通过使用一个显微镜工具来形成一个高分辨率的物体(例如放置在载玻片上的一块组织)有很多现实因素的考量。其中一个要考虑到的因素是关于显微镜镜头或物镜的数值孔径。为了形成一个高对比度、清晰的图像，在成像过程中，物体需要放置在物镜聚焦的深度以内，否则会造成图像的脱焦和模糊。聚焦深度与数值孔径具有以下一个倒数比例具有较大数值孔径的物镜具有一个较小的聚焦深度。因此，当物体由一个大数值孔径的显微镜物镜成像时，相较于一个小数值孔径的物镜，物镜与物体之间的工作距离需要更高的精确度。另一个需要考虑到的因素是被成像物体的尺寸。当物体感兴趣区域基本符合所使用显微镜物镜视野时，相对直接的方法是控制工作距离和寻找最佳聚焦点。这样的控制和确定可以在足够的活动区域内通过轴向调动显微镜物镜来实现(这条轴是与物体表面垂直的—本专利技术中即z轴方向)，物镜的前聚焦平面始终位于上述区域内。这个步骤就称之为“离焦扫描”。在离焦扫描过程中，当物体被放在正确的前聚焦平面上，所得图像的清晰度被最大化。相对比的，当物体很大时，它的成像区域会扩展成许多视野(实践中即玻璃片上的一块组织有时有成百上千个视野)，需要与物体对应的显微镜物镜来扫描。然而，由于在实践中成像的物体是不平的而且厚度不均，使寻找好的焦点并使物体上不断变化的点在焦点上变得困难。实际上，不仅是固定样品组织用的玻璃(包括玻璃底片和盖玻片)在显微镜下的厚度上有差异，不同扫描部分的组织也有厚度上的差异。在成像一个大块组织时，扫描显微镜系统寻找和保持焦点的通常方法是在于被成像组织的相同位置上进行多次离焦扫描。离焦扫描允许使用者和/或系统在每一个位置确定最佳聚焦位置(参考z向或者轴)。基于这些多个位置的一系列最佳聚焦位置，该组织上其他区域的最佳聚焦位置可以通过推断得出。在大多数情况下使用的方法是线性外推法。该方法可以理解为本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用扫描显微镜系统确定样品成像的一个最佳聚焦状态的方法，该方法包括：a)使用上述扫描显微镜系统的一个光学探测器，获得在样本目标区域至少三个点上离焦扫描的光学数据，所述光学数据代表由至少三个点的最初离焦扫描确定的最佳聚焦点的位置；b)使用一个计算机处理器，形成目标区域的一个聚焦图谱，该聚焦图谱包括：i)上述光学数据，ii)与各自对应的目标区域中横向位置相一致的现有推断数据，所述现有推断数据代表从所述光学数据的目标区域推断得到的最佳聚焦点；c)从样本辅助离焦扫描得到更新的光学数据，这些数据代表与各自目标区域横向位置相对应的辅助最佳聚焦点的位置，，上述的辅助离焦扫描在目标区域的一个或多个验证点进行；d)计算两者之间的差值i)上述辅助最佳聚焦点的轴向位置，与上述一个或多个验证点的横向位置相对应，和ii)从上述现有的推断数据得到的最佳聚焦点的轴向位置，与上述一个或多个验证点的横向位置相对应；e)当上述多个差值中的某一个差值大于上述扫描显微镜系统物镜聚焦深度时，形成包含上述更新的光学数据的实验数据，重复步骤(b)到(d)。

【技术特征摘要】
2014.09.17 US 14/4889671.使用扫描显微镜系统确定样品成像的一个最佳聚焦状态的方法，该方法包括：a)使用上述扫描显微镜系统的一个光学探测器，获得在样本目标区域至少三个点上离焦扫描的光学数据，所述光学数据代表由至少三个点的最初离焦扫描确定的最佳聚焦点的位置；b)使用一个计算机处理器，形成目标区域的一个聚焦图谱，该聚焦图谱包括：i)上述光学数据，ii)与各自对应的目标区域中横向位置相一致的现有推断数据，所述现有推断数据代表从所述光学数据的目标区域推断得到的最佳聚焦点；c)从样本辅助离焦扫描得到更新的光学数据，这些数据代表与各自目标区域横向位置相对应的辅助最佳聚焦点的位置，上述的辅助离焦扫描在目标区域的一个或多个验证点进行；d)计算两者之间的差值i)上述辅助最佳聚焦点的轴向位置，与上述一个或多个验证点的横向位置相对应，和ii)从上述现有推断数据得到的最佳聚焦点的轴向位置，与上述一个或多个验证点的横向位置相对应；e)当上述多个差值中的某一个差值大于上述扫描显微镜系统物镜聚焦深度时，形成包含上述更新的光学数据的实验数据，重复步骤(b)到(d)。2.根据权利要求1所述的一个方法，所述方法还包括：f)当上述多个差值中的某一个差值不大于上述物镜聚焦深度时，生成一个代表扫描显微镜系统成像的样本处于最佳聚焦状态准备就绪的输出。3.使用一个扫描显微镜系统确定样本成像的最佳聚焦状态的一个方法，该方法包括：在样本感兴趣区的多个位置上迭代进行离焦显微镜扫描，通过收集的光学数据来确定上述多个位置的最佳聚焦实验值；基于以下的比较生成一个用户可感知的系统成像步骤准备就绪的指示标记，(i)辅助位置的所述最佳聚焦实验值得到的最佳聚焦值，所述辅助位置是所述多个位置的一部分，和(ii)实验确定的辅助位置的最佳聚焦值；其中所述迭代执行包括执行所述离焦显微镜扫描直到以下两者的距离落在所述系统某个物镜的聚焦深度之内，(i)上述多个位置中特定位置的最佳聚焦实验值，(ii)上述特定位置的一个最佳聚焦数值，所述特定位置是由所述多个位置中相对应的相邻位置的最佳聚焦实验值确定。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丕轩，梁晨，张学梦，
申请(专利权)人：帝麦克斯苏州医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32