差分扫描成像系统和方法技术方案

一种用于产生背景减少的荧光图像信号的系统和方法。照射系统从照射源将照射光提供给样品平台上的目标区。收集光学装置被配置为将从样品平台发出的光投射到传感器上，该传感器适合于检测光并且具有感测位置阵列。在一般操作中，来自目标区的光被投射到包括第一多个感测位置的传感器第一部分上，并且来自平台上目标区附近的光被投射到包括第二多个感测位置的传感器第二部分上。从由传感器第一部分检测的第一信号扣除由传感器第二部分检测的第二信号，从而产生背景减少的信号，例如具有减少的背景相关噪声的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】差分扫描成像系统和方法
技术介绍
本专利技术涉及背景减少的光学成像，并且更具体地涉及用于直接测量背景噪声量并从所检测信号除去该噪声的系统和方法。光学成像越来越多地变成为许多需要高灵敏度和定量分析的测量应用的可选方法。最近的科学进展受益于可靠地检测小目标和/或弱目标。为了获得这种目标的可靠表示，期望使用噪音水平低的成像系统。荧光成像是具有可靠地实现灵敏、定量测量的显著能力的技术之一。通过荧光成像，待成像的目标由具有第一光谱内容（激发光）的光信号照射，并且这种信号的一部分被该目标的至少一部分吸收，并且被重新发射作为第二光谱内容（发射光）的光信号。然后，该发射光被检测系统检测，作为该目标的属性的度量。荧光成像系统一般包括一个或多个源和生成激发光并将激发光传送到目标区的部件。该系统也包括从该目标区收集光的部件，将发射光从激发光分开的部件，以及将该光传送到光学传感器的部件。用于将发射光从反射和/或散射激发光分开的一种普遍方法是滤光。各种其他方法也被用于获得类似结果。然而，通过至今已知的所有技术，通常难以完全防止反射和/或散射激发光达到传感器。这向发射信号添加了非荧光信号量，进而引起目标特性（诸如荧光材料的量）的非精密测量。这是一种类型的光学背景噪声。另一种已知类型的光学背景是自发荧光，该荧光源于系统中的非目标元件吸收一部分激发光并将其作为荧光重新发射，其内容的一部分在第二光谱范围内。能够生成自发荧光背景噪声的部件示例包括目标驻留的介质、滤光器、和透镜。光学背景噪声的又一个来源是由除了激发光源的源生成的光，该光朝传感器传播。也存在许多其他非光学背景源，诸如由传感器本身和驱动传感器的电子器件生成的暗信号。这些也引起背景噪声的增加，并且如果没有消除或降低，则会限制成像系统的性能。存在许多用于改进荧光成像系统的灵敏度的技术和实现（例如，参看美国专利No.6921908；美国专利No.6495812；美国专利No.7286232；和美国专利申请No.12/785308，每一篇的内容都出于所有目的通过引用结合于此）。这些技术涵盖硬件配置到对所获取图像的软件处理。通常优选更加依靠硬件技术的方法，因为这些方法针对问题的根本原因而不是针对其症状。在硬件解决方案中，最有效的是利用目标荧光发射和背景噪声的光学性质之间的任何差异以有利地选择前者的方案。并且，在光学成像行业中众所周知，对一种类型的背景噪声最佳的技术可能对其他的不适用。也有在一个设计中应对超过一种类型的背景噪声的技术，但是仍旧需要消除或减少背景噪声而无论其起源或类型的更通用的方法。因此，需要提供克服上述及其他问题的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术提供了用于减少或消除光学成像信号中背景相关的噪声的系统和方法，并且尤其是用于产生背景减少的荧光成像信号的系统和方法。实施例大体上涉及背景减少的光学成像，并且更具体地涉及用于直接测量背景噪声量并从所检测信号除去该噪声的系统和方法。该系统和方法特别适用于其中背景噪声具有的空间范围比期望信号宽的光学扫描。这种背景噪声源的示例包括检测器暗信号、电子噪声、和来源于目标位置之外的区域的光发射，诸如环境照明、散射、和自发荧光。多个实施例提供简单却有效的方法，用于获得所检测信号的总背景部分的良好估算并除去背景，从而由于全部或部分背景信号的去除，获得具有更好灵敏度的改进的背景减少信号。下面参考通过扫描的荧光成像应用描述各种实施例的细节。首先，描述如何以最普通的荧光扫描技术（即点扫描和线扫描）执行各种实施例的技术。然后，更详细地描述采用有角度照射的线扫描。可以发现，通过使用本文中所公开的技术显著减少剩余背景，灵敏的扫描技术会表现得更加灵敏。根据本专利技术的一个方面，提供一般包括样品平台以及照射和检测系统的成像系统，。该照射和检测系统一般包括从照射源提供照射光到样品平台上的目标区的照射系统、适合于检测光并且具有感测位置阵列的传感器、和被安排并配置为将从样品平台发出的光投射到传感器的收集光学装置。在典型操作中，来自目标区的光被投射到包括第一多个感测位置的传感器第一部分上，并且来自平台上目标区附近的光被投射到包括第二多个感测位置的传感器第二部分上，并且从由传感器第一部分检测到的第一信号扣除由传感器第二部分检测到的第二信号，从而产生背景减少信号，例如具有减少的背景相关噪声的信号。在某些方面，传感器包括多个传感元件，每个元件限定一个或多个感测位置。在某些方面，传感器包括单个传感元件，其具有排成阵列的多个感测位置。根据本专利技术的另一方面，提供一种成像方法，一般包括用照射光照射样品平台的目标区、和将从样品平台发出的光成像到具有感测位置阵列的传感器上，其中来自目标区的光被投射到包括第一多个感测位置的传感器第一部分上，并且来自平台上目标区附近的光被投射到包括第二多个感测位置的传感器第二部分上。该方法进一步一般包括从由传感器第一部分生成的第一信号扣除由传感器第二部分生成的第二信号，从而产生背景减少的信号。在某些方面，传感器包括多个传感元件，每个元件限定一个或多个感测位置。在某些方面，传感器包括具有排成阵列的多个感测位置的单个传感元件。在某些方面，在与传感器通信耦合的智能模块中实行该扣除，或者在从与传感器通信耦合的传感器读出电路读出期间实行该扣除。在某些方面，该方法进一步包括在样品平台上扫描该目标区，以便随时间建立样品平台上样品的图像。扫描可以包括相对于固定照射和检测系统移动样品平台，或者相对于固定样品平台移动照射和检测系统，或者用固定检测系统和平台跨样品平台扫描照射。本文中的多个实施例也可应用在测量系统中，该系统的一种或多种类型的背景信号达到第一目标信号传感器和系统内其他地点，在该其他地点处仅仅小部分目标信号到达并且能够放置第二传感器以生成背景信号的测量。然后，从第一传感器去除由第二传感器获得的信号，从而获得低背景目标信号。参考文件的剩余部分，包括附图和权利要求，会实现本专利技术的其他特征和优点。下面参考附图详细描述本专利技术的进一步特征和优点，以及本专利技术的多个实施例的结构和操作。在附图中，类似附图标记指示相同的或者功能类似的元素。附图说明图1A-B示出根据使用同轴照射的一个实施例的荧光扫描系统配置；图1A示出反射模式中的系统并且图1B说明了透射模式中的系统。图2A和2B示出分别对于图1所示配置的点扫描和线扫描情形，目标发射光和背景光在传感器区构成的典型图案。图3A-B示出根据使用有角度照射的一个实施例的荧光扫描系统配置；图3A示出反射模式中的系统并且图3B示出透射模式中的系统。图4A和4B示出分别对于图3A和3B所示配置的点扫描和线扫描情形，目标发射光和背景光在传感器区构成的典型图案。图5示出根据一个实施例采用有角度照射（在反射模式中）的激光线扫描和阵列检测。图6示出在用于图5所示实施例的一个扫描位置处获得的CCD帧的一个示例，并且三个绘制横截面分别由图像上的顶部（左）、中心（中）、和底部（右）矩形指示。图7示出用差分扫描仪S1和S2获得的两个扫描和所计算的差分扫描S。图7中也示出跨三个图像在虚线处的3个横截面曲线图。具体实施方式本专利技术提供了用于减少或消除光学成像信号（尤其是荧光成像信号）中背景相关噪声的系统和方法。采用同轴照射的差分扫描图1A描述了一种类型的荧光扫描系统配置。一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.11 US 13/084,3711.一种成像系统，包括：样品平台；和照射和检测系统，包括：照射系统，从照射源将照射光提供给所述样品平台上的目标区；传感器，适于检测光并且具有感测位置阵列；以及收集光学装置，被安排并配置为将从所述样品平台发出的光投射到所述传感器上，其中，来自所述目标区的光被投射到包括第一多个感测位置的传感器第一部分上，并且来自平台上所述目标区附近的区域的光被投射到包括第二多个感测位置的传感器第二部分上，所述第二多个感测位置不同于所述第一多个感测位置，其中所述平台上所述目标区附近的区域未被所述照射光直接照射，和其中从由所述传感器第一部分检测的第一信号扣除由所述传感器第二部分检测的第二信号，以产生背景减少的信号，其中所述系统是荧光成像系统，其中所述目标区包括荧光材料，其中所述照射光包括具有所述荧光材料的激发波长的光，并且其中从所述目标区投射到所述传感器第一部分的光包括来自所述荧光材料的荧光发射。2.如权利要求1所述的系统，进一步包括与所述传感器通信耦合并且适于处理从所述传感器接收的信号的智能模块。3.如权利要求2所述的系统，其中在所述智能模块中处理所述第一和第二信号，以产生所述背景减少的信号。4.如权利要求2所述的系统，进一步包括与所述传感器耦合的读出电路，并且其中在从传感器读出期间在所述读出电路中处理所述第一和第二信号，以产生所述背景减少的信号。5.如权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括多个传感元件，每个元件定义所述感测位置的一个或多个。6.如权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括具有排成阵列的多个感测位置的单个传感元件。7.如权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括从由CCD阵列芯片、CMOS阵列芯片、多个CCD阵列芯片、多个CMOS阵列芯片、一个或多个光二极管、焦平面阵列、和光电倍增器阵列组成的组中选择的传感器元件。8.如权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括CCD阵列芯片、CMOS阵列芯片、光电倍增器、光电二极管、多个光电二极管、和焦平面阵列中的一个或多个。9.如权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括移动所述样品平台、照射、和检测系统中的一个或多个的机构，以便在定义所述样品平台的平面的一个或两个方向上扫描所述样品平台上的目标区。10.如权利要求9所述的系统，其中所述系统是其中所述目标区包括一个或多个感测位置上的一个或多个聚焦斑的点扫描系统或者其中所述目标区包括所述感测位置的延伸线性阵列的线扫描系统中的一个。11.如权利要求1所述的系统，其中所述照射光和从所述目标区投射到所述传感器第一部分上的光在由所述样品平台定义的平面处是同轴的。12.如权利要求1所述的系统，其中所述照射光和从所述目标区投射到所述传感器第一部分上的光在由所述样品平台定义的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·布齐，
申请(专利权)人：利康股份有限公司，
类型：
国别省市：