專(zhuān)利名稱(chēng)：串行線掃描編碼多色熒光顯微術(shù)及成像流式細(xì)胞儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)要求于2009年3月20日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/162，072和于 2009年8月7日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/232，113的優(yōu)先權(quán)，所述兩個(gè)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文中。
背景技術(shù)：
細(xì)胞儀是關(guān)于生物細(xì)胞的計(jì)數(shù)和特征化的一門(mén)技術(shù)專(zhuān)業(yè)。圖1示出了一種被稱(chēng)為流式細(xì)胞儀的技術(shù)的簡(jiǎn)圖。在流式細(xì)胞儀的基本形式中，細(xì)胞101懸浮在流體中并以一列縱隊(duì)的方式在一個(gè)狹窄的透明管子102內(nèi)輸送。該輸送可以通過(guò)幾種包括流體力學(xué)聚焦的方法中的任一種實(shí)現(xiàn)。當(dāng)細(xì)胞101通過(guò)測(cè)量位置104時(shí)光源103照射每一個(gè)細(xì)胞101。光源103可以為例如激光器。來(lái)自光源103的光由被測(cè)細(xì)胞101散射。一些光105在行進(jìn)到達(dá)細(xì)胞101時(shí)通常沿同一方向散射。光105有時(shí)被稱(chēng)作“前向散射”，可以被前向傳感器106 收集。一些光也可以沿著其它方向散射。該光被稱(chēng)為“側(cè)向散射”，側(cè)向散射的光107中的一些可以被一個(gè)或多個(gè)其它的傳感器108收集。傳感器106和傳感器108的輸出信號(hào)被發(fā)送到計(jì)算機(jī)109，計(jì)算機(jī)109可以存儲(chǔ)并分析這些信號(hào)。通過(guò)分析散射光的量和分布，可以辨識(shí)每一個(gè)細(xì)胞的信息，例如細(xì)胞的大小和關(guān)于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一些信息。流式細(xì)胞儀可以直接測(cè)量散射光，或者可以利用熒光。在熒光細(xì)胞儀中，細(xì)胞可以以一種或多種熒光團(tuán)進(jìn)行標(biāo)記，熒光團(tuán)被來(lái)自光源103的光激發(fā)從而通過(guò)熒光性產(chǎn)生光。圖1示出的技術(shù)完全依賴(lài)散射光的測(cè)量來(lái)推斷細(xì)胞結(jié)構(gòu)的信息，但不產(chǎn)生任何特定細(xì)胞的圖像。在另一種稱(chēng)為“圖像細(xì)胞儀”的技術(shù)中，單個(gè)細(xì)胞的圖像可以被相機(jī)或顯微鏡記錄。

發(fā)明內(nèi)容
一種改進(jìn)的圖像細(xì)胞儀系統(tǒng)使用線性光傳感器執(zhí)行高速、高分辨率的細(xì)胞儀功能。在一些實(shí)施例中，來(lái)自光源的光被集中到一個(gè)橢圓形的掃描區(qū)域，照射被輸送通過(guò)掃描區(qū)域的細(xì)胞。光學(xué)系統(tǒng)將掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到線性光傳感器上。系統(tǒng)重復(fù)讀取落在線性傳感器上的光。系統(tǒng)可以包括位于線性光傳感器附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。在一些實(shí)施例中，來(lái)自光源的光照射被輸送通過(guò)掃描區(qū)域的細(xì)胞。光學(xué)系統(tǒng)將掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到至少兩個(gè)平行的線性光傳感器上。系統(tǒng)重復(fù)讀取落在線性光傳感器上的光。系統(tǒng)可以包括位于線性光傳感器附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。在一些實(shí)施例中，各線性光傳感器采集的圖像被組合以形成與通過(guò)單個(gè)線性光傳感器采集的圖像相比具有改進(jìn)的信噪比特性的圖像。所述組合可以通過(guò)將各圖像的對(duì)應(yīng)于細(xì)胞上基本相同的各位置的像素值進(jìn)行數(shù)字化組合來(lái)執(zhí)行。所述組合可以通過(guò)時(shí)間延遲積分來(lái)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，來(lái)自光源的光被集中到掃描區(qū)域的一個(gè)橢圓形場(chǎng)上。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的系統(tǒng)包括被包括至少第一波長(zhǎng)帶和第二波長(zhǎng)帶的光照射的掃描區(qū)域；以及用于將細(xì)胞輸送通過(guò)掃描區(qū)域使得細(xì)胞被照射的裝置。所述系統(tǒng)還包括光學(xué)系統(tǒng)和第一組和第二組線性光傳感器，每組線性光傳感器包括至少一個(gè)線性光傳感器。所述光學(xué)系統(tǒng)將從細(xì)胞發(fā)射的光選擇性地導(dǎo)向兩個(gè)線性光傳感器組，使得在第三波長(zhǎng)帶的發(fā)射光主要導(dǎo)向第一線性光傳感器組，而在第四波長(zhǎng)帶的發(fā)射光主要導(dǎo)向第二線性光傳感器組。當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)掃描區(qū)域時(shí)系統(tǒng)重復(fù)讀取落在線性傳感器上的光。每一線性光傳感器組可以包括至少兩個(gè)線性光傳感器?？梢杂捎跓晒廨椛涠l(fā)射出所述發(fā)射光。所述系統(tǒng)可以包括用于接收和重導(dǎo)向(redirect)從細(xì)胞發(fā)射的光的物鏡；以及用于將重導(dǎo)向光的第一部分反射到第一線性光傳感器組并透射重導(dǎo)向光的第二部分的鏡子。系統(tǒng)可以包括第一鏡筒透鏡，第一鏡筒透鏡接收光的第一部分并與物鏡配合在第一線性光傳感器組上形成細(xì)胞的圖像。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)還可以包括第二鏡筒透鏡， 第二鏡筒透鏡接收光的第二部分并與物鏡配合在第二線性光傳感器組上形成細(xì)胞的圖像。 系統(tǒng)可以包括位于線性光傳感器組中至少一組的附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。在一些實(shí)施例中，每一組線性光傳感器包括至少兩個(gè)線性光傳感器，并且對(duì)于每一組線性光傳感器，組中的各線性光傳感器采集的圖像被組合以形成與通過(guò)組中的單個(gè)線性光傳感器采集的圖像相比具有改進(jìn)的信噪比特性的圖像。所述組合可以通過(guò)將對(duì)應(yīng)于細(xì)胞上基本相同的各位置的各圖像的像素值進(jìn)行數(shù)字化組合來(lái)執(zhí)行。所述組合可以通過(guò)時(shí)間延遲積分來(lái)執(zhí)行。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的系統(tǒng)包括被包括至少第一波長(zhǎng)帶和第二波長(zhǎng)帶的光照射的掃描區(qū)域；以及用于將細(xì)胞輸送通過(guò)掃描區(qū)域使得細(xì)胞被照射的裝置。所述系統(tǒng)還包括光學(xué)系統(tǒng)以及包括至少一個(gè)線性光傳感器的線性光傳感器組。所述光學(xué)系統(tǒng)將從細(xì)胞發(fā)射的光選擇性地導(dǎo)向線性光傳感器組的兩個(gè)部分，使得在第三波長(zhǎng)帶的發(fā)射光主要導(dǎo)向線性光傳感器組的第一部分而在第四波長(zhǎng)帶的發(fā)射光主要導(dǎo)向線性光傳感器組的第二部分。所述系統(tǒng)在細(xì)胞被輸送通過(guò)掃描區(qū)域時(shí)，重復(fù)讀取落在線性光傳感器組上的光。所述線性光傳感器組可以包括至少兩個(gè)線性光傳感器?？梢杂捎跓晒廨椛涠l(fā)射出所述發(fā)射光。所述系統(tǒng)可以包括位于線性光傳感器組附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。在一些實(shí)施例中，線性光傳感器組包括至少兩個(gè)線性光傳感器，并且組中的各線性光傳感器采集的圖像被組合以形成與通過(guò)組中的單個(gè)線性光傳感器采集的圖像相比具有改進(jìn)的信噪比特性的圖像。所述組合可以通過(guò)將對(duì)應(yīng)于細(xì)胞上基本相同的各位置的各圖像的像素值進(jìn)行數(shù)字化組合來(lái)執(zhí)行。所述組合可以通過(guò)時(shí)間延遲積分來(lái)執(zhí)行。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的系統(tǒng)包括被光源照射的掃描區(qū)域； 包括至少一個(gè)線性光傳感器的線性光傳感器組；以及將掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到線性光傳感器組的光學(xué)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)掃描區(qū)域并被光源照射時(shí)，重復(fù)讀取落在線性光傳感器組上的光。在本實(shí)施例中，所述系統(tǒng)是可配置的，以使得在第一實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)建第一圖像，所述第一圖像在對(duì)應(yīng)于線性光傳感器組的長(zhǎng)度的方向(dimention)上具有第一數(shù)量的像素；以及在第二實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)建第二圖像，所述第二圖像在對(duì)應(yīng)于線性光傳感器組的長(zhǎng)度的方向上具有第二數(shù)量的像素，第二數(shù)量的像素少于第一數(shù)量的像素。所述線性光傳感器組可以包括至少兩個(gè)線性光傳感器?？梢酝ㄟ^(guò)選取少于來(lái)自線性光傳感器組的全部像素的像素來(lái)降低第二圖像中的像素的數(shù)量?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)來(lái)自線性光傳感器組的部分或全部的像素進(jìn)行重新分級(jí)來(lái)降低第二圖像中的像素的數(shù)量。對(duì)落在線性光傳感器中的特
7定一個(gè)上的光的每一次讀取可以產(chǎn)生單個(gè)落在所述特定傳感器上的光的量的數(shù)字表示。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于產(chǎn)生橢圓形照射場(chǎng)的系統(tǒng)包括產(chǎn)生光束的激光器；接收所述光束并使光束僅沿著第一軸線會(huì)聚的柱面透鏡；以及接收柱面透鏡之后的光束的物鏡。物鏡是無(wú)限遠(yuǎn)校正光學(xué)系統(tǒng)的一部分，其引起光束沿著與第一軸線正交的第二軸線會(huì)聚。所述系統(tǒng)可以包括在柱面透鏡和物鏡之間的波長(zhǎng)選擇鏡。在一些實(shí)施例中，物鏡與柱面透鏡間隔小于柱面透鏡的焦距的距離。在一些實(shí)施例中，物鏡與柱面透鏡間隔大于柱面透鏡的焦距的距離。在一些實(shí)施例中，光束在離開(kāi)物鏡后在第一軸線方向上是發(fā)散的。在一些實(shí)施例中，光束在離開(kāi)物鏡后在第一軸線方向上是會(huì)聚的。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的方法包括使用光源照射掃描區(qū)域的一個(gè)橢圓形場(chǎng)，其中照射所述橢圓形場(chǎng)還包括使用光成形元件將來(lái)自光源的光集中到橢圓形場(chǎng)。所述方法還包括使用光學(xué)系統(tǒng)將掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到線性光傳感器，以及當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)掃描區(qū)域并被光源照射時(shí)重復(fù)讀取落在線性傳感器上的光。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括使落在線性光傳感器上的光通過(guò)位于線性光傳感器附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的方法包括使用光源照射掃描區(qū)域； 以及使用光學(xué)系統(tǒng)將掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到至少兩個(gè)平行的線性光傳感器上。該實(shí)施例的方法還包括當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)掃描區(qū)域并被光源照射時(shí)重復(fù)讀取落在所述兩個(gè)平行的光傳感器上的光。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括將各線性光傳感器采集的圖像進(jìn)行組合以形成與單個(gè)線性光傳感器采集的圖像相比具有改進(jìn)的信噪比特性的圖像。將各圖像進(jìn)行組合還包括將對(duì)應(yīng)于細(xì)胞上基本相同的各位置的各圖像的像素值進(jìn)行數(shù)字化組合。將各圖像進(jìn)行組合還包括使用時(shí)間延遲積分來(lái)組合圖像。在一些實(shí)施例中，光源產(chǎn)生包括至少第一和第二波長(zhǎng)帶的光的照射，并且所述方法還包括使用光學(xué)系統(tǒng)將從細(xì)胞發(fā)射的在第三波長(zhǎng)帶的光主要導(dǎo)向兩個(gè)平行的光傳感器中的一個(gè)，以及使用光學(xué)系統(tǒng)將從細(xì)胞發(fā)射的在第四波長(zhǎng)帶的光主要導(dǎo)向兩個(gè)平行的線性光傳感器中的另一個(gè)。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括使用光學(xué)系統(tǒng)將掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到至少兩組平行的線性光傳感器上，每一組線性光傳感器包括至少兩個(gè)線性光傳感器。


圖1示出了一種被稱(chēng)為流式細(xì)胞儀的技術(shù)的簡(jiǎn)圖。圖2示出了根據(jù)本實(shí)施例的高速、高分辨率線掃描圖像細(xì)胞儀系統(tǒng)的簡(jiǎn)化概念圖；圖3A至圖3C示出了圖像的形成過(guò)程。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的系統(tǒng)的正交視圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的系統(tǒng)的正交視圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的系統(tǒng)的正交視圖。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的系統(tǒng)的正交視圖。圖8示出了根據(jù)另一實(shí)施例的系統(tǒng)的正交視圖。以及圖9A至圖9C示出了用于產(chǎn)生橢圓形照射場(chǎng)的系統(tǒng)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的高速、高分辨率線掃描圖像細(xì)胞儀系統(tǒng)200的簡(jiǎn)化概念圖。圖2所示的系統(tǒng)是一個(gè)流式細(xì)胞儀系統(tǒng)，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的實(shí)施例也可以應(yīng)用于其它類(lèi)型的細(xì)胞儀。細(xì)胞101在流體中輸送并以一列縱隊(duì)的方式行進(jìn)通過(guò)管子102。所述系統(tǒng)可以用于特征化不同類(lèi)型的細(xì)胞，但在通常的應(yīng)用中，細(xì)胞101可以例如為大約10微米至20微米寬，并且可以以例如每秒10毫米的速度行進(jìn)通過(guò)管子102。光源201提供管子102上的光場(chǎng)203。光源201可以是激光器、發(fā)光二極管、白熾燈光源、熒光光源或其它類(lèi)型的光源。 光源201可以產(chǎn)生基本上單色的光、寬頻譜的光或包括兩個(gè)或更多個(gè)窄帶波長(zhǎng)的光。可選的光成形元件202可以包括各種透鏡、棱鏡、反射鏡或其它可選的光學(xué)元件，以將來(lái)自光源 201的光集中到橢圓形或狹縫形的場(chǎng)203，細(xì)胞101被輸送通過(guò)該橢圓形或狹縫形的場(chǎng)203。 如下面所描述地，因?yàn)閮H掃描狹窄的線圖像，所以?xún)H需要照射狹窄的場(chǎng)，這不同于傳統(tǒng)的需要照射整個(gè)物鏡視場(chǎng)的落射照射(印i-illumination)。光成形元件202所提供的集中可使得有效照射水平比通常的對(duì)稱(chēng)落射照射增加2至6個(gè)量級(jí)之多。來(lái)自光源201的一些光被傳輸通過(guò)其中一個(gè)細(xì)胞101或被該細(xì)胞散射，該細(xì)胞101 的至少一部分在場(chǎng)203內(nèi)。所述光的一部分被一個(gè)或更多個(gè)透鏡204重導(dǎo)向到線性傳感器205。線性傳感器205可以例如是電荷耦合器件(CCD)傳感器、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)傳感器或其他類(lèi)型的具有以行設(shè)置的多個(gè)光敏位點(diǎn)(site)的傳感器。透鏡204和傳感器205可以例如是線掃描相機(jī)的部件，所述線掃描相機(jī)例如為來(lái)自于德國(guó)阿倫斯堡的巴勒斯公司的巴斯勒斯普林特線掃描互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器相機(jī)。傳感器位點(diǎn)有時(shí)被稱(chēng)為“像素”。在掃描線處的被傳感器像素感測(cè)的相應(yīng)的位點(diǎn)有時(shí)也被稱(chēng)為像素。 傳感器205可以包括例如一行或多行像素，每一行包括512個(gè)、1024個(gè)、2048個(gè)或其他合適數(shù)量的像素?？梢酝ㄟ^(guò)如下方式讀取落在像素行上的光的強(qiáng)度清除像素陣列；使在預(yù)定的曝光時(shí)間內(nèi)在像素位點(diǎn)中累積電荷；然后將累積的電荷量轉(zhuǎn)換為表示光強(qiáng)度的數(shù)值。當(dāng)細(xì)胞通過(guò)掃描區(qū)域時(shí)，重復(fù)執(zhí)行上述過(guò)程。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所述系統(tǒng)每20微秒執(zhí)行一次讀取(“掃描一條線”)或者說(shuō)是以50kHZ的掃描速度執(zhí)行讀取。使用每秒10毫米的細(xì)胞輸送速度和50kHZ的掃描速度可產(chǎn)生200nm的成像像素尺寸。也可以是其它的輸送速度和掃描速度，并且可以產(chǎn)生其它的成像像素尺寸。得到的測(cè)量陣列可被重組成細(xì)胞的近似圖像。圖3A至圖3C描述了圖像的形成過(guò)程。在圖3A中，掃描線301包括像素a、b、c、 d和e。細(xì)胞101被輸送通過(guò)掃描線301，如圖:3B所示，其示出了在連續(xù)的采樣時(shí)間T1-T7 處疊加在細(xì)胞101上的掃描線301。(盡管圖:3B示出了細(xì)胞恰好以每采樣時(shí)間穿過(guò)一個(gè)像素，但這并不是必須的，事實(shí)上上述僅針對(duì)細(xì)胞行進(jìn)速度、采樣率和像素大小的特定組合才會(huì)發(fā)生。實(shí)際上，連續(xù)的掃描線可以在成像細(xì)胞上重疊，或在連續(xù)的掃描線讀取的細(xì)胞的區(qū)域之間可以存在間隙。)像素a、b、c、d和e讀取的光水平會(huì)受到細(xì)胞101的結(jié)構(gòu)的影響。 例如，當(dāng)沒(méi)有細(xì)胞通過(guò)掃描線301時(shí)，相對(duì)高的光水平被記錄。當(dāng)細(xì)胞101的相對(duì)透明的部分通過(guò)像素時(shí)，該像素記錄的光水平有所下降。當(dāng)細(xì)胞101的核在像素內(nèi)時(shí)，在該像素處記錄的光水平會(huì)明顯下降。圖3C示出了根據(jù)時(shí)間的在像素a、b、c處記錄的光水平的軌跡 (范圍從0到1的任意標(biāo)度)。圖3D示出了重構(gòu)圖像，其通過(guò)將數(shù)次連續(xù)線掃描期間掃描
9的數(shù)據(jù)堆疊在一起并以印刷灰度水平表示每次的數(shù)字光讀數(shù)而形成。盡管圖3D使用了僅少數(shù)次采樣的少量像素構(gòu)成，并因此示出了對(duì)細(xì)胞101的相對(duì)粗糙的描繪，然而在實(shí)際中根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)，可以在每個(gè)細(xì)胞通過(guò)期間掃描更多或更少的線，并且每條線可以包括比圖示更多或更少的像素。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)可以在每個(gè)細(xì)胞通過(guò)期間掃描大約50條的線，而且每條線可以包括大約50個(gè)像素。每個(gè)細(xì)胞的掃描的線和受影響的像素的確切數(shù)量取決于細(xì)胞的大小、掃描線頻率、細(xì)胞通過(guò)掃描線的速度和所使用的特定傳感器和光學(xué)元件。系統(tǒng)的理論分辨率主要取決于物鏡的品質(zhì)。系統(tǒng)的實(shí)際掃描分辨率還取決于掃描速度、細(xì)胞被輸送通過(guò)掃描線的速度和所使用的特定傳感器和光學(xué)系統(tǒng)。在Y方向的像素分辨率由包括所使用的特定透鏡和傳感器的成像系統(tǒng)確定。在X方向的像素分辨率等于 V · dt，其中V是樣品傳輸速度，dt是相機(jī)的曝光時(shí)間。優(yōu)選的，V是一個(gè)已知的參數(shù)，或者在特定的流式實(shí)驗(yàn)之前被預(yù)先確定，或者在細(xì)胞通過(guò)系統(tǒng)的過(guò)程中測(cè)量到。理想地，被掃描的細(xì)胞在通過(guò)掃描線期間是無(wú)旋轉(zhuǎn)和無(wú)抖動(dòng)的。上述在直接光成像的背景下對(duì)圖2中的系統(tǒng)的操作進(jìn)行了描述，其中來(lái)自光源 201的散射光被傳感器205測(cè)量。基于相同的原理操作的系統(tǒng)還可用于執(zhí)行熒光成像，事實(shí)上，該系統(tǒng)在熒光成像中特別有用。在該情形下，來(lái)自光源201的光激發(fā)所測(cè)細(xì)胞101中的熒光，得到的發(fā)射光被傳感器205收集和測(cè)量。上述發(fā)射光的波長(zhǎng)通常比來(lái)自光源201的激發(fā)光的波長(zhǎng)長(zhǎng)。在熒光成像中，理想的是使用各種濾光器或元件的幾何排列，保護(hù)傳感器205不接收來(lái)自光源201的光，使得光源光不淹沒(méi)或干擾熒光發(fā)射的光的測(cè)量。通常，熒光發(fā)射的光比光源光的強(qiáng)度小，與直接成像相比，熒光成像需要更長(zhǎng)的曝光時(shí)間、更強(qiáng)的照射或者更敏感的傳感器。圖3C中所示的瞬時(shí)信號(hào)變化的形狀在熒光成像中與直接成像中是不同的。在直接成像中，細(xì)胞的附加結(jié)構(gòu)趨向于引起傳感器205的相應(yīng)像素接收較少的光。在熒光成像中，附加的結(jié)構(gòu)可承載額外的熒光團(tuán)，與對(duì)應(yīng)于具有小結(jié)構(gòu)的細(xì)胞部分的像素相比，可引起更多的光到達(dá)相應(yīng)的傳感器像素。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)400的正交視圖。圖4所示的實(shí)施例特別適合于單色熒光成像細(xì)胞儀。在圖4示出的實(shí)施例中，光源401發(fā)射光。光源401 可以是激光器、發(fā)光二極管、白熾燈光源、熒光光源或其他類(lèi)型的光源。光源401可以產(chǎn)生基本上單色的光、寬頻譜光或者包括兩個(gè)或更多個(gè)窄帶波長(zhǎng)的光。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，光源401是發(fā)射標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)為488nm的光的激光器。激發(fā)濾光器402可以用來(lái)進(jìn)一步縮窄系統(tǒng)所使用的光的波長(zhǎng)帶，特別是在光源401是寬頻譜光，或者另外地產(chǎn)生對(duì)特定的細(xì)胞儀實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)不理想的波長(zhǎng)的情況下?？蛇x的光成形元件或聚光透鏡403可以將發(fā)射的光集中到細(xì)胞101被輸送通過(guò)的掃描區(qū)域404。優(yōu)選的，細(xì)胞101已使用在被光源401發(fā)射的光激發(fā)時(shí)發(fā)射出熒光的一種或多種熒光團(tuán)進(jìn)行了標(biāo)記。已知有各種不同的熒光團(tuán)，包括來(lái)自美國(guó)加利福尼亞州的卡爾巴斯德生命科技協(xié)會(huì)的ALEX FLOUR 系列的熒光團(tuán)。光成形元件或聚光透鏡403提供的集中提高了細(xì)胞101的有效照射，并產(chǎn)生了較強(qiáng)的熒光信號(hào)。所述較強(qiáng)的信號(hào)導(dǎo)致系統(tǒng)使用的傳感器在曝光時(shí)間上的較少的限制。橢圓形或狹縫形照射場(chǎng)特別適合于具有自然非對(duì)稱(chēng)照射模式的光源，例如半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管。從細(xì)胞101散射的光被物鏡405收集和重導(dǎo)向，并從分色鏡406反射，通過(guò)鏡筒透鏡408到達(dá)線掃描相機(jī)409，在線掃描相機(jī)409處掃描區(qū)域404的連續(xù)線圖像被收集以用于處理單元410的分析?？梢栽谒鱿到y(tǒng)中放置發(fā)射濾光器407用于縮窄傳輸?shù)较鄼C(jī)409 的光的波長(zhǎng)帶。分色鏡406也可以提供濾光。該濾光可以降低來(lái)自光源401的可能被細(xì)胞 101散射的直射光的影響。物鏡405和鏡筒透鏡408優(yōu)選地形成無(wú)限遠(yuǎn)校正光學(xué)系統(tǒng)，使得在物鏡405和鏡筒透鏡408之間形成“無(wú)限空間”。在這樣一個(gè)系統(tǒng)中(現(xiàn)有技術(shù)已知)， 系統(tǒng)的性能對(duì)物鏡和鏡筒透鏡之間的距離相對(duì)不敏感，從而允許為諸如分色鏡406和發(fā)射濾光器407的其它元件的插入留下空間。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)500的正交視圖。圖5所示的系統(tǒng)被配置成用于執(zhí)行同時(shí)雙色熒光成像細(xì)胞儀。在圖5所示的系統(tǒng)中，向待成像的細(xì)胞101 提供包括兩個(gè)波長(zhǎng)帶的激發(fā)光。這在圖5中表示為產(chǎn)生兩種不同波長(zhǎng)的光的兩個(gè)光源501， 它們分別用實(shí)線和虛線表示。所述光可以被一個(gè)或更多個(gè)濾光器502進(jìn)一步約束。其它布置方式也是可以的。例如，可以使用單個(gè)寬頻譜光源，優(yōu)選地，通過(guò)濾光器502選擇特定波長(zhǎng)帶?；蛘?，可以使用單光源來(lái)激發(fā)兩種不同熒光波長(zhǎng)的光。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，光源 501包括兩個(gè)激光器，一個(gè)產(chǎn)生標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)為532nm的第一窄帶光而另一個(gè)產(chǎn)生標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)為 633nm的第二窄帶光。所述光可以通過(guò)光成形元件或聚光透鏡503集中到掃描區(qū)域504。元件503可以包括各種單獨(dú)的或組合在一起的透鏡、棱鏡、反射鏡或者其它的光學(xué)元件，并優(yōu)選地將光源501產(chǎn)生的光集中到掃描區(qū)域504的橢圓形場(chǎng)。優(yōu)選的，細(xì)胞101被一種或多種熒光團(tuán)進(jìn)行標(biāo)記，使得當(dāng)來(lái)自光源501的激發(fā)光到達(dá)細(xì)胞101時(shí)，通過(guò)熒光產(chǎn)生至少兩種不同顏色特性的光。例如，一種熒光團(tuán)可以強(qiáng)烈地對(duì)532nm的激發(fā)光起反應(yīng)，產(chǎn)生發(fā)射峰值在大約550nm的發(fā)射光，第二種熒光團(tuán)強(qiáng)烈地對(duì) 633nm的激發(fā)光起反應(yīng)，產(chǎn)生發(fā)射峰值在大約650nm的發(fā)射光。在圖5中，以與表示雙色激發(fā)光相似的方式用實(shí)線和虛線分別近似地表示不同的發(fā)射，但是要理解的是由特定線類(lèi)型表示的光在發(fā)射之后通常不具有與相同線類(lèi)型所表示的激發(fā)光相同的頻譜特性。然后來(lái)自掃描區(qū)域504的光被物鏡505收集，并導(dǎo)向分色鏡506。分色鏡506提供一定的濾光，使得主要來(lái)自某個(gè)波長(zhǎng)帶的光被分色鏡506反射，而其余的光則通過(guò)分色鏡 506。從分色鏡506反射的光可以通過(guò)另一個(gè)發(fā)射濾光器507從而進(jìn)一步限制光的頻譜特性，然后光通過(guò)鏡筒透鏡508到達(dá)相機(jī)509。因此，相機(jī)509優(yōu)選地接收細(xì)胞101中第一熒光團(tuán)標(biāo)記物發(fā)射的光，所述光具有來(lái)自光源510或者第二熒光團(tuán)標(biāo)記物發(fā)射的光的較少的污染。即，到達(dá)相機(jī)509的光優(yōu)選地落入從第一熒光團(tuán)的熒光發(fā)射中選擇的第三波長(zhǎng)帶。通過(guò)分色鏡506的光然后被另一個(gè)分色鏡510反射，可以通過(guò)另一個(gè)分色發(fā)射濾光器511，通過(guò)第二鏡筒透鏡512到達(dá)相機(jī)513。因此，相機(jī)509優(yōu)選地接收細(xì)胞101中第二熒光團(tuán)標(biāo)記物發(fā)射的光，所述光具有來(lái)自光源510或者第一熒光團(tuán)標(biāo)記物發(fā)射的光的較少的污染。即，到達(dá)相機(jī)513的光優(yōu)選地落入從第二熒光團(tuán)的熒光發(fā)射中選擇的第四波長(zhǎng)
市ο相機(jī)509和513可以掃描細(xì)胞101的不同發(fā)射頻譜的同時(shí)圖像。相機(jī)509和513 的輸出結(jié)果被傳送到處理單元514用于存儲(chǔ)、分析、顯示或其它目的。處理單元514可以例如是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其它的能夠處理圖像數(shù)據(jù)的基于處理器的系統(tǒng)。處理單元514可以是外部獨(dú)立設(shè)備，或者集成到測(cè)試儀器中。所述系統(tǒng)可以進(jìn)行多種變化。例如，可以去除分色鏡510，濾光器511、鏡筒透鏡 512和相機(jī)513可以定位成直接接收通過(guò)分色鏡506的光。系統(tǒng)中的一些濾光器取決于所使用的特定光源和熒光物質(zhì)是可選的?？梢栽黾恿硗饨M的光源、濾光器、鏡子、透鏡或相機(jī)以使得同時(shí)完成3個(gè)、4個(gè)或甚至更多個(gè)頻譜帶的成像。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到到目前為止已描述的分色鏡和濾光器不具有理想的波長(zhǎng)鑒別或理想的效率。在一定波長(zhǎng)帶的、意在通過(guò)特定的濾光器的一些光可能會(huì)被吸收或反射。在一定波長(zhǎng)帶的、意在被特定的濾光器阻止的一些光可能會(huì)通過(guò)或會(huì)被反射。 然而，濾光器和鏡子可以執(zhí)行得足夠好以?xún)?yōu)選地使指定的波長(zhǎng)通過(guò)或阻止指定的波長(zhǎng)，使得所述系統(tǒng)可以有效鑒別不同的發(fā)射光顏色。在其它的變化中，可以使用除了分色鏡之外的元件用于分色，包括棱鏡、光柵或其它光學(xué)元件。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)600的正交視圖。系統(tǒng)600與系統(tǒng) 500相似，除了在相機(jī)509和513前面分別設(shè)置了狹縫孔601和602之外。狹縫孔601和602 具有傾向于阻止或排除從所述系統(tǒng)的焦平面之外其它位置收集的光到達(dá)各相機(jī)的效果。所述效果在圖6中通過(guò)從細(xì)胞101之上的未對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)的位置發(fā)出的細(xì)虛線射線束603表示。 因而得到從透鏡508出來(lái)的射線束604與來(lái)自于系統(tǒng)的焦平面的光相比更靠近透鏡508而聚焦。當(dāng)射線束604中的光到達(dá)狹縫孔601時(shí)，射束604已開(kāi)始發(fā)散，使得射線束604的中心的一小部分可以通過(guò)狹縫孔601到達(dá)相機(jī)509。因此，所述系統(tǒng)優(yōu)選地接收來(lái)自系統(tǒng)的焦平面的細(xì)胞101的光，并至少排除接收的來(lái)自其它更遠(yuǎn)位置一些光。當(dāng)在上述方式中使用小的圓形孔來(lái)限制單個(gè)傳感器接收的光時(shí)，這種技術(shù)被稱(chēng)為共焦成像。在圖6所示的系統(tǒng)中，孔601和602為狹縫，因此排除僅在一個(gè)軸線方向上的光。 出于本公開(kāi)的目的，上述技術(shù)被稱(chēng)為“半共焦”成像。與沒(méi)有使用半共焦成像的系統(tǒng)記錄的圖像相比，這種技術(shù)提高了上述系統(tǒng)所記錄的圖像的對(duì)比度。實(shí)施本發(fā)明的細(xì)胞儀系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述系統(tǒng)可被修改成或配置成一個(gè)點(diǎn)檢測(cè)器類(lèi)型的系統(tǒng)，其中，只有位于線性檢測(cè)器的中間的少量像素起作用，或者像素行中的部分或所有像素被重新分級(jí)(binning)成一個(gè)像素或幾個(gè)像素。這導(dǎo)致在對(duì)應(yīng)于線性光傳感器的長(zhǎng)度的方向上(圖6中的Y方向)分辨率下降的圖像。例如如果所有的傳感器像素被重新分級(jí)，光傳感器的每次曝光甚至可以導(dǎo)致落在傳感器上的光的量的單個(gè)數(shù)字表示。 可選地，照射場(chǎng)可被成形為一個(gè)較小的圓或橢圓，以提高系統(tǒng)在該方式下操作的速度。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以生成細(xì)胞的非常高速的單個(gè)橫截面圖像。當(dāng)電子通信帶寬有限但可獲得充足照度時(shí)，這種系統(tǒng)會(huì)特別有用。可以上述方式配置的系統(tǒng)既可應(yīng)用于線掃描成像細(xì)胞儀又可以用于非成像流式細(xì)胞儀。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)700的正交視圖。在圖7所示的系統(tǒng)中，可以通過(guò)僅使用一個(gè)線性光傳感器或線掃描相機(jī)實(shí)現(xiàn)同時(shí)雙色熒光成像細(xì)胞儀。系統(tǒng)700的照射系統(tǒng)可以是例如上述參照?qǐng)D5中所示系統(tǒng)500而描述的照射系統(tǒng)中的任一個(gè)。即，一個(gè)或多個(gè)光源激發(fā)兩種不同的熒光頻譜，例如來(lái)自于細(xì)胞101中的兩種不同熒光團(tuán)的熒光頻譜。細(xì)胞101中的熒光所發(fā)射的光中的一部分被物鏡505收集并重導(dǎo)向到分色鏡701。圖7中的實(shí)線和虛線表示包括兩種不同熒光頻譜的光到達(dá)分色鏡701。鏡子702 選擇性地對(duì)這些光進(jìn)行濾光，以使得一種波長(zhǎng)帶優(yōu)選地被鏡子701反射，而其它的波長(zhǎng)優(yōu)選地通過(guò)分色鏡701并繼續(xù)朝向鏡子702。視需要可以在光學(xué)系統(tǒng)中放置附加的鏡子和濾光器，以導(dǎo)向和約束光。例如，鏡子703將來(lái)自鏡子702的光重導(dǎo)向至鏡筒透鏡705，同時(shí)鏡子703還可以提供附加的濾光。相似的，鏡子704將來(lái)自鏡子701的光重導(dǎo)向至鏡筒透鏡705，同時(shí)鏡子704還可提供濾光。可以在光路上放置一個(gè)或多個(gè)附加濾光器，例如發(fā)射濾光器707和708。鏡筒透鏡705將所述光重聚焦到線性光傳感器706上，該線性光傳感器可以是線掃描相機(jī)的一部分，并且可以被處理單元514讀取。鏡子的布置方式提供到達(dá)傳感器706的兩個(gè)波長(zhǎng)帶的光之間的幾何偏移，使得傳感器706的一部分接收一個(gè)波長(zhǎng)帶的光，所述光選自以其中一個(gè)熒光頻譜發(fā)射的光，而傳感器706的另一部分接收另一個(gè)波長(zhǎng)帶的光，所述光選自另一個(gè)熒光頻譜發(fā)射的光。例如， 如果傳感器706包括以行布置的512個(gè)像素，那么在前的大約256個(gè)像素可以接收一個(gè)波長(zhǎng)帶的光，而剩余的大約256個(gè)像素可以接收另一個(gè)波長(zhǎng)帶的光。如上所述，處理單元514 接收來(lái)自傳感器706的重復(fù)線掃描，并且可以重構(gòu)細(xì)胞101的兩個(gè)圖像，一個(gè)圖像對(duì)應(yīng)于一個(gè)波長(zhǎng)帶。這樣的系統(tǒng)僅需要一個(gè)線性光傳感器或線掃描相機(jī)，與具有兩個(gè)線性光傳感器或線掃描相機(jī)的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)可以以降低的成本來(lái)構(gòu)造。也可以使用其它類(lèi)型的光學(xué)系統(tǒng)將兩個(gè)波長(zhǎng)帶的光導(dǎo)向到線性光傳感器的不同部分。例如，這樣的光學(xué)系統(tǒng)可以包括光柵。在諸如系統(tǒng)700的系統(tǒng)中也可以包括狹縫孔，以使系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。圖8示出了根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)800的正交視圖。系統(tǒng)800以圖4中所示的系統(tǒng)400的變型示出，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)800的附加特征可以應(yīng)用于其它系統(tǒng)，包括實(shí)現(xiàn)多色成像、熒光成像或其它技術(shù)的系統(tǒng)。系統(tǒng)800應(yīng)用了一個(gè)示例性的相機(jī)801，相機(jī)801包括三個(gè)相互平行成行的、緊密間隔開(kāi)的傳感器802、803、804(傳感器行示出在圖8的端部)。根據(jù)系統(tǒng)的光學(xué)元件的操作，傳感器行中的每一個(gè)傳感器對(duì)細(xì)胞101上的不同“帶條”成像。當(dāng)細(xì)胞101通過(guò)掃描區(qū)域404時(shí)，相機(jī)801有三次不同的機(jī)會(huì)來(lái)對(duì)細(xì)胞101的任何特定部分成像。即，細(xì)胞101的特定部分首先將成像到傳感器行802上。細(xì)胞101的相同部分將在稍后的時(shí)間成像到傳感器行803上，并在更后一段時(shí)間成像到傳感器行804上。在圖8中，只示出了連接細(xì)胞101 和傳感器行802、803、804的中心射線束，以避免不必要的細(xì)節(jié)使系統(tǒng)的操作模糊。在一種技術(shù)中，可以采集細(xì)胞101的三個(gè)不同的圖像，每一個(gè)圖像分別由傳感器行802、803、804中的一個(gè)產(chǎn)生。不同的圖像相對(duì)于彼此在時(shí)間上是偏移的，或者可以認(rèn)為在空間的X方向上是偏移的。這些多個(gè)圖像可用來(lái)創(chuàng)建具有改進(jìn)的信噪比特性的合成圖像。例如，如果將所述三個(gè)圖像數(shù)字化地偏移至對(duì)齊，并將來(lái)自對(duì)應(yīng)于細(xì)胞101上的基本相同位置的三個(gè)圖像的像素值疊加，這樣產(chǎn)生的合成圖像與任何單個(gè)圖像相比具有提高大約 VJ倍的噪信比。盡管相機(jī)被示出有三條掃描線，但相機(jī)可以有2條、4條或任一個(gè)可用數(shù)字 η條掃描線。通過(guò)這種數(shù)字疊加或平均技術(shù)從具有η條掃描線的相機(jī)產(chǎn)生的合成圖像與單個(gè)圖像相比具有提高大約^倍的信噪比。在掃描圖像線可用的情況下可以“快速(on the fly)”地完成圖像組合，使得單個(gè)線性傳感器構(gòu)建不成特定細(xì)胞的完整的圖像?？梢愿郊拥鼗蛱鎿Q地配置具有多行像素的相機(jī)801，以執(zhí)行時(shí)間延遲積分(TDI)。 在時(shí)間延遲積分中，由對(duì)細(xì)胞101的曝光引起的在各個(gè)像素中的電荷在轉(zhuǎn)換成數(shù)字值之前在像素行內(nèi)進(jìn)行累積。傳感器對(duì)細(xì)胞101的曝光是基本上同步的，以使得細(xì)胞101上的特定位置在一次曝光期間被曝光到傳感器行802，在下一次曝光期間曝光到傳感器行803，以及在又一次曝光期間曝光到傳感器行804。在第一次曝光期間在傳感器行802中累積的電荷被轉(zhuǎn)移至傳感器行803并與第二次曝光疊加，然后所得到的電荷被轉(zhuǎn)移至傳感器行804 并與第三次曝光疊加。然后累積的電荷被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。與單個(gè)圖像相比，時(shí)間延遲積分也引起信噪比的大約^倍的提高。無(wú)論使用數(shù)字圖像組合還是使用時(shí)間延遲積分，同時(shí)掃描平行的圖像線條的優(yōu)點(diǎn)之一是所述技術(shù)較好地利用了可用照射。諸如元件403的光成形元件通常不會(huì)將光聚焦到掃描線的單像素寬的帶條上。照射場(chǎng)具有一定的可測(cè)量寬度，在單線(single-line)相機(jī)系統(tǒng)中會(huì)浪費(fèi)部分照射。這樣的系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不損害分辨率，因?yàn)樗梢杂糜诤?jiǎn)單地對(duì)像素進(jìn)行重新分級(jí)以提高信噪比特性的系統(tǒng)中。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到諸如圖5中所示系統(tǒng)500的系統(tǒng)也可以適用于使得每個(gè)相機(jī)509、513包括兩個(gè)或更多個(gè)線性光傳感器組成的組。每個(gè)相機(jī)509、513可以如上面參照相機(jī)801的描述一樣來(lái)執(zhí)行成像，使得可以通過(guò)數(shù)字圖像組合或時(shí)間延遲積分來(lái)執(zhí)行多色成像。類(lèi)似地，諸如圖7所示系統(tǒng)700的系統(tǒng)可適用于使得以至少兩個(gè)線性傳感器組成的線性傳感器組替代傳感器706。所述系統(tǒng)然后將經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)選擇的光分別導(dǎo)向線性光傳感器組的兩個(gè)部分。圖2、4、5、6和7所示的系統(tǒng)可被認(rèn)為包括具有單個(gè)線性光傳感器的線性傳感器組。另外，無(wú)論是通過(guò)數(shù)字組合還是通過(guò)時(shí)間延遲積分，可以使用重新分級(jí)或其它降低分辨率技術(shù)對(duì)來(lái)自至少兩個(gè)平行的線性光傳感器的組合圖像進(jìn)行組合。即使是在降低的分辨率的情況下，重新分級(jí)可以產(chǎn)生具有進(jìn)一步改進(jìn)的信噪比特性的圖像。圖9A至圖9C示出了用于提供便于實(shí)現(xiàn)線掃描細(xì)胞儀的橢圓形照射場(chǎng)的另外的技術(shù)。線掃描細(xì)胞儀技術(shù)可以不需要在所有的實(shí)施例中都使用橢圓形照射場(chǎng)。可以使用傳統(tǒng)的圓形的落射照射，只要照射功率足夠高。對(duì)于使用散射的、非熒光光來(lái)成像，足夠功率的照射源并不難實(shí)現(xiàn)。然而，為了實(shí)際感測(cè)由熒光發(fā)射的光，將激發(fā)光集中到橢圓形場(chǎng)可以更加節(jié)能，例如將所需的激發(fā)用激光器的功率從以數(shù)十或數(shù)百瓦的計(jì)量水平降到以數(shù)十或數(shù)百毫瓦的計(jì)量水平。圖9A示出了包括一種用于提供橢圓形照射場(chǎng)的技術(shù)的實(shí)施例的系統(tǒng)900的視圖。 系統(tǒng)900使用了類(lèi)似于圖4中所示系統(tǒng)400中的一些元件和裝置，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到圖9A所示出照射技術(shù)也可以與其它感測(cè)裝置一起使用。在系統(tǒng)900中，激光901從與執(zhí)行感測(cè)方向相同的方向提供照射，使得樣本上方的空間不受阻擋。這種布置方式可以因此容納比先前所述述布置方式更大的樣品，前述布置方式限制了樣品不能厚于樣品臺(tái)與聚光透鏡之間的距離。圖9A所示的系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是物鏡405參與了照射場(chǎng)的形成。物鏡405通?？梢詾楦咂焚|(zhì)的透鏡，以便于可以嚴(yán)格地限定物鏡所產(chǎn)生的照射場(chǎng)。在圖9A所示的示例性系統(tǒng)中，激光器901產(chǎn)生導(dǎo)向細(xì)胞101的光束902。光束902 通過(guò)柱面透鏡903。為了本公開(kāi)的目的，柱面透鏡是具有僅沿著一個(gè)方向的曲率的任何柱面透鏡。柱面透鏡可以具有但是不是必須具有被圓柱體限定的彎曲表面。在圖9A的示圖中，柱面透鏡903被定位成使它的柱軸線與X方向平行，并且透鏡903看起來(lái)對(duì)光束902沒(méi)有任何影響。光束902繼續(xù)通過(guò)分色鏡406到達(dá)物鏡405，物鏡405將光束聚焦到細(xì)胞101 上。從細(xì)胞101出來(lái)的光通過(guò)物鏡405，優(yōu)選地從鏡子406反射，可能會(huì)遇到一個(gè)或多個(gè)濾光器407，通過(guò)透鏡408并到達(dá)相機(jī)409。圖9B示出了圖9A的沿X軸線觀看的照射部分的實(shí)施例。S卩，圖9B示出了圖9A 的示圖旋轉(zhuǎn)90度后的示圖。在該視圖中，管子102的投影是個(gè)圓，而柱面透鏡903示出為具有曲線輪廓。在圖9B所示的示例性的實(shí)施例中，選擇柱面透鏡903的材料和尺寸，使得透鏡903具有相對(duì)長(zhǎng)的焦距，大于柱面透鏡和物鏡之間的距離。光束902在通過(guò)柱面透鏡 903之后，如視圖中所示相對(duì)地逐漸會(huì)聚。物鏡405然后會(huì)聚并沿著Y方向重新擴(kuò)大光束， 使得照射場(chǎng)變寬。如圖9A所示，物鏡405同時(shí)沿著X方向聚焦光束。得到的照射場(chǎng)可以在它遇到細(xì)胞101時(shí)具有嚴(yán)格限定的橢圓形狀。圖9C示出了圖9A的從X軸線觀看的照射部分的另一個(gè)實(shí)施例。在本實(shí)施例中， 選擇柱面透鏡903的材料和尺寸，使得透鏡903具有相對(duì)短的焦距，短于柱面透鏡和物鏡之間的距離。光束902在通過(guò)柱面透鏡903之后，在到達(dá)物鏡405之前先會(huì)聚然后重新發(fā)散。 物鏡405重導(dǎo)向光束902使得光束902再次會(huì)聚，但會(huì)聚要足夠緩慢以使得當(dāng)光束902到達(dá)細(xì)胞101時(shí)還有足夠的寬度來(lái)涵蓋被相機(jī)409掃描的線條的至少一部分。再一次，物鏡 405同時(shí)沿著X軸方向聚焦光束。所得到的照射場(chǎng)可以在當(dāng)它遇到細(xì)胞101時(shí)具有嚴(yán)格限定的橢圓形狀。盡管本發(fā)明的實(shí)施例已示出為掃描在線性管子中約束的細(xì)胞，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的實(shí)施例也可以用于使用任一種寬范圍細(xì)胞傳輸技術(shù)的系統(tǒng)，包括電泳法、壓力驅(qū)動(dòng)流、光鑷法、電動(dòng)平移臺(tái)和其它技術(shù)。細(xì)胞可作為在油乳劑、電潤(rùn)濕驅(qū)動(dòng)液滴中的有效載荷進(jìn)行輸送或者可以通過(guò)磁珠標(biāo)記輔助的磁場(chǎng)傳輸進(jìn)行輸送。上述意圖在于，所附權(quán)利要求不受所使用的細(xì)胞傳輸方法限制。在所附權(quán)利要求中，名詞性術(shù)語(yǔ)意在表示一個(gè)或多個(gè)。在描述步驟或元件時(shí)，術(shù)語(yǔ) “包括”以及類(lèi)似用語(yǔ)意在表示另外的步驟或元件的添加是可選的，并不排除在外。為了清楚和理解的目的，已詳細(xì)地描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)進(jìn)行一些變化和修改。
1權(quán)利要求
1.一個(gè)用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 光源；光成形元件，所述光成形元件用于將來(lái)自所述光源的光集中到掃描區(qū)域的橢圓形場(chǎng)上；線性光傳感器；以及光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)用于將所述掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到線性光傳感器上；其中，當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)所述掃描區(qū)域并被所述光源照射時(shí)，所述系統(tǒng)重復(fù)讀取落在所述線性傳感器上的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括位于所述線性傳感器附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。
3.一種用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 照射掃描區(qū)域的光源；至少兩個(gè)平行的線性光傳感器；以及光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)用于將所述掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到所述至少兩個(gè)平行的線性光傳感器上；其中，當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)掃描區(qū)域并被所述光源照射時(shí)，所述系統(tǒng)重復(fù)讀取落在所述線性傳感器上的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括位于所述線性傳感器附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述線性光傳感器采集的各圖像被組合以形成與單個(gè)線性光傳感器采集的圖像相比具有改進(jìn)的信噪比特性的圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)將對(duì)應(yīng)于所述細(xì)胞上基本相同位置的各圖像的像素值進(jìn)行數(shù)字化組合來(lái)組合所述各圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)時(shí)間延遲積分來(lái)組合所述各圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括光成形元件，所述光成形元件用于將來(lái)自所述光源的光集中到所述掃描區(qū)域的橢圓形場(chǎng)上。
9.一種用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括掃描區(qū)域，所述掃描區(qū)域被包括至少第一和第二波長(zhǎng)帶的光照射； 用于將細(xì)胞輸送通過(guò)所述掃描區(qū)域使得所述細(xì)胞被照射的裝置； 第一和第二線性光傳感器組，每組線性光傳感器包括至少一個(gè)線性光傳感器；以及光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)選擇性地將從所述細(xì)胞發(fā)射的光導(dǎo)向所述兩個(gè)線性光傳感器組，使得在第三波長(zhǎng)帶的發(fā)射光主要導(dǎo)向所述第一線性光傳感器組而在第四波長(zhǎng)帶的發(fā)射光主要導(dǎo)向所述第二線性光傳感器組；其中，當(dāng)所述細(xì)胞被輸送通過(guò)所述掃描區(qū)域時(shí)所述系統(tǒng)重復(fù)讀取落在所述線性傳感器上的光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，每一個(gè)線性光傳感器組包括至少兩個(gè)線性光傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射光由于熒光輻射而發(fā)射出。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括物鏡，所述物鏡用于接收和重導(dǎo)向從所述細(xì)胞發(fā)射的光；鏡子，所述鏡子用于將重導(dǎo)向的光的第一部分反射到所述第一線性光傳感器組并透射重導(dǎo)向的光的第二部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括第一鏡筒透鏡，所述第一鏡筒透鏡用于接收所述光的第一部分并與所述物鏡配合在所述第一線性光傳感器組上形成所述細(xì)胞的圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括第二鏡筒透鏡，所述第二鏡筒透鏡用于接收所述光的第二部分并與所述物鏡配合在所述第二組線性傳感器上形成所述細(xì)胞的圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括位于所述線性光傳感器組中的至少一組的附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，每一組線性光傳感器包括至少兩個(gè)線性光傳感器，對(duì)于每一組線性光傳感器，所述組中的各線性光傳感器采集的圖像被組合以形成與所述組中的單個(gè)線性光傳感器采集的圖像相比具有改進(jìn)的信噪比特性的圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)將對(duì)應(yīng)于所述細(xì)胞上基本相同位置的各圖像的像素值進(jìn)行數(shù)字化組合來(lái)組合所述各圖像。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)時(shí)間延遲積分來(lái)組合所述各圖像。
19.一種用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括掃描區(qū)域，所述掃描區(qū)域被包括至少第一和第二波長(zhǎng)帶的光照射；用于將細(xì)胞輸送通過(guò)所述掃描區(qū)域使得所述細(xì)胞被照射的裝置；線性光傳感器組，所述線性光傳感器組包括至少一個(gè)線性光傳感器；以及光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)選擇性地將從所述細(xì)胞發(fā)射的光導(dǎo)向所述線性光傳感器組的兩個(gè)部分，使得在第三波長(zhǎng)帶的發(fā)射光主要導(dǎo)向所述線性光傳感器組的第一部分而在第四波長(zhǎng)帶的發(fā)射光主要導(dǎo)向所述線性光傳感器組的第二部分；其中，當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)所述掃描區(qū)域時(shí)所述系統(tǒng)重復(fù)讀取落在所述線性傳感器組上的光。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述線性光傳感器組包括至少兩個(gè)線性光傳感器。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射光由于熒光輻射而發(fā)射出。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括位于所述線性光傳感器組附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述線性光傳感器組包括至少兩個(gè)線性光傳感器，其中所述組中的各線性光傳感器采集的圖像被組合以形成與所述組中的單個(gè)線性光傳感器采集的圖像相比具有改進(jìn)的信噪比特性的圖像。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)將對(duì)應(yīng)于所述細(xì)胞上基本相同位置的各圖像的像素值進(jìn)行數(shù)字化組合來(lái)組合所述各圖像。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)時(shí)間延遲積分來(lái)組合所述各圖像。
26.一種用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括掃描區(qū)域，所述掃描區(qū)域被光源照射；線性光傳感器組，所述線性光傳感器組包括至少一個(gè)線性光傳感器；以及光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)用于將所述掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到所述線性光傳感器組；其中，當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)所述掃描區(qū)域并被所述光源照射時(shí)，所述系統(tǒng)重復(fù)讀取落在所述線性光傳感器組上的光；其中，所述系統(tǒng)能夠配置成使得在第一實(shí)驗(yàn)期間創(chuàng)建第一圖像，所述第一圖像在對(duì)應(yīng)于所述線性光傳感器組的長(zhǎng)度的方向上具有第一數(shù)量的像素；在第二實(shí)驗(yàn)期間創(chuàng)建第二圖像，所述第二圖像在對(duì)應(yīng)于所述線性光傳感器組的長(zhǎng)度的方向上具有第二數(shù)量的像素，所述第二數(shù)量的像素少于所述第一數(shù)量的像素。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中，所述線性光傳感器組包括至少兩個(gè)線性光傳感器。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)選取少于來(lái)自所述線性光傳感器組中全部像素的像素來(lái)降低所述第二圖像的像素?cái)?shù)量。
29.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)對(duì)來(lái)自所述線性光傳感器組中的部分或全部像素進(jìn)行重新分級(jí)來(lái)降低所述第二圖像的像素?cái)?shù)量。
30.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中，對(duì)落在特定線性光傳感器上的光的每一次讀取產(chǎn)生單個(gè)落在所述特定傳感器上的光的量的數(shù)值表示。
31.一種用于產(chǎn)生橢圓形照射場(chǎng)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括激光器，所述激光器產(chǎn)生光束；柱面透鏡，所述柱面透鏡用于接收所述光束并使所述光束僅沿著第一軸線會(huì)聚；物鏡，所述物鏡是無(wú)限遠(yuǎn)校正光學(xué)系統(tǒng)的一部分，所述物鏡用于接收在所述柱面透鏡之后的所述光束，并使所述光束沿著與所述第一軸線正交的第二軸線會(huì)聚。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，還包括位于所述柱面透鏡和所述物鏡之間的波長(zhǎng)選擇鏡。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中，所述物鏡與所述柱面透鏡間隔開(kāi)一定的距離， 所述距離小于所述柱面透鏡的焦距。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中，所述物鏡與所述柱面透鏡間隔開(kāi)一定的距離， 所述距離大于所述柱面透鏡的焦距。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中，所述光束在離開(kāi)所述物鏡時(shí)在所述第一軸線方向上是發(fā)散的。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中，所述光束在離開(kāi)所述物鏡時(shí)在所述第一軸線方向上是會(huì)聚的。
37.一種用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的方法，所述方法包括使用光源照射掃描區(qū)域的橢圓形場(chǎng)，其中，照射所述橢圓形場(chǎng)還包括使用光成形元件將來(lái)自所述光源的光集中到所述橢圓形場(chǎng)上；使用光學(xué)系統(tǒng)將所述掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到線性光傳感器上；以及當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)所述掃描區(qū)域并被所述光源照射時(shí)，重復(fù)讀取落在所述線性傳感器上的光。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括使落在所述線性光傳感器上的光通過(guò)位于所述線性光傳感器附近的狹縫孔，以使所述系統(tǒng)執(zhí)行半共焦成像。
39.一種用于執(zhí)行細(xì)胞儀功能的方法，所述方法包括使用光源照射掃描區(qū)域；使用光學(xué)系統(tǒng)將所述掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到至少兩個(gè)平行的線性光傳感器上；以及當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)所述掃描區(qū)域并被所述光源照射時(shí)，重復(fù)讀取落在所述兩個(gè)平行線性光傳感器上的光。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，還包括將各線性光傳感器采集到的圖像進(jìn)行組合以形成與單個(gè)線性光傳感器采集的圖像相比具有改進(jìn)的信噪比特性的圖像。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，對(duì)各圖像進(jìn)行組合還包括將對(duì)應(yīng)于所述細(xì)胞上基本相同位置的各圖像的像素值進(jìn)行數(shù)字化組合。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，對(duì)各圖像進(jìn)行組合還包括使用時(shí)間延遲積分來(lái)組合所述各圖像。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述光源產(chǎn)生包括至少在第一和第二波長(zhǎng)帶的光的照射，所述方法還包括使用所述光學(xué)系統(tǒng)將從所述細(xì)胞發(fā)射的在第三波長(zhǎng)帶的光主要導(dǎo)向所述兩個(gè)平行的光傳感器的其中一個(gè)，以及使用所述光學(xué)系統(tǒng)將從所述細(xì)胞發(fā)射的在第四波長(zhǎng)帶的光主要導(dǎo)向所述兩個(gè)平行的光傳感器中的另一個(gè)。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包括使用所述光學(xué)系統(tǒng)將所述掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到至少兩組平行的線性光傳感器上，每一組包括至少兩個(gè)線性光傳感器。
全文摘要
一種用于使用線掃描傳感器執(zhí)行高速、高分辨率成像細(xì)胞儀功能的系統(tǒng)。待特征化的細(xì)胞被輸送通過(guò)掃描區(qū)域。光學(xué)系統(tǒng)將掃描區(qū)域的一部分的圖像聚焦到至少一個(gè)線性光傳感器，當(dāng)細(xì)胞被輸送通過(guò)掃描區(qū)域時(shí)，重復(fù)讀取落在傳感器上的光。所述系統(tǒng)可以直接對(duì)細(xì)胞成像，或者可以激發(fā)細(xì)胞中的熒光，使由于熒光輻射而從細(xì)胞發(fā)射出的光成像。所述系統(tǒng)可以在掃描區(qū)域提供一個(gè)窄帶的照射。所述系統(tǒng)可以包括能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)多色熒光成像細(xì)胞儀的各種濾光器和成像光學(xué)元件?？梢蕴峁┒鄠€(gè)線性傳感器，可以將各傳感器采集的圖像進(jìn)行組合，以構(gòu)造具有改進(jìn)的信噪比特性的圖像。
文檔編號(hào)G01N21/00GK102439416SQ201080021662
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者保羅·帕特, 衡欣 申請(qǐng)人:伯樂(lè)實(shí)驗(yàn)室有限公司