專利名稱：將培養(yǎng)空間中細(xì)胞或組織的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置的樣本成像系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將位于培養(yǎng)空間中的細(xì)胞或組織的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置的樣本成像系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
細(xì)胞或組織培養(yǎng)通常在生物、生物技術(shù)或醫(yī)療過程或?qū)嶒?yàn)中非常必要。本發(fā)明中的“細(xì)胞或組織”是指由一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞(包括胚胎)組成的活性生物材料。盡管在某些情況下，可以在室溫、正常濕度以及氣體成分與正常大氣空氣的成分完全相同的條件下執(zhí)行所述培養(yǎng)，但是細(xì)胞或組織經(jīng)常需要放置在培養(yǎng)箱內(nèi)，從而在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)通過預(yù)定溫度和/或具有預(yù)定濕度和/或氣體成分(例如，C02、02和/或N2含量)的人工環(huán)境保存樣本。在胚胎或人工受精實(shí)驗(yàn)室中，在例如大約1到9天內(nèi)，以約37°C的常溫、約5%到6%的 CO2含量以及約90%的相對(duì)濕度培養(yǎng)通過受精卵的卵裂形成的受精卵和胚胎。其他細(xì)胞或組織可能需要培養(yǎng)箱提供不同的環(huán)境條件。細(xì)胞或組織的外觀檢查不僅在計(jì)劃的培養(yǎng)期結(jié)束時(shí)非常必要，在培養(yǎng)過程中的某些時(shí)刻也很必要。觀察胚胎發(fā)育的動(dòng)態(tài)情況對(duì)于判定胚胎的生存能力而言非常重要。不斷地從培養(yǎng)箱中取出細(xì)胞或組織進(jìn)行觀察對(duì)細(xì)胞或組織非常不利，這樣可能阻礙它們的發(fā)育，甚至?xí)?dǎo)致它們死亡。導(dǎo)致這種不利一方面是因?yàn)樵谟^察時(shí)從人工環(huán)境中取出細(xì)胞或組織，另一方面是因?yàn)橐苿?dòng)細(xì)胞或組織本身就意味著對(duì)它們的干擾。因此，已經(jīng)開發(fā)出多種樣本成像設(shè)備用于在培養(yǎng)期內(nèi)不斷地捕捉細(xì)胞或組織的影像，這樣便不需要從培養(yǎng)箱中取出細(xì)胞或組織，用戶可以通過觀察最終的影像或通過處理和分析從中獲取的信息來獲得有關(guān)培養(yǎng)過程的信息。文檔EP 1 548 488 Al (Tokai Hit Co. Ltd.)披露了一種微培養(yǎng)箱，這種微培養(yǎng)箱的封閉樣本存放室可以放在顯微鏡的物體支持器上，因此用戶可以使用顯微鏡隨時(shí)執(zhí)行觀察，或者可以通過以常規(guī)方式與顯微鏡相連的相機(jī)記錄樣本的發(fā)育。由于密封容器 (capsule)通過管子供水和供CO2設(shè)備相連，因此，觀察一個(gè)以上樣本的發(fā)育很不方便。此夕卜，微培養(yǎng)箱的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，因此觀察單個(gè)插入的樣本的成本很高。多家顯微鏡制造公司生產(chǎn)三目倒置顯微鏡，其中在物體支持器周圍配備有微型培養(yǎng)箱。可以在顯微鏡的物體支持器上放置帶有多個(gè)井的胚胎板，這樣便可通過使用微型馬達(dá)移動(dòng)胚胎板來觀察多個(gè)樣本。但是，作為培養(yǎng)箱中位置的函數(shù)的溫度和其他參數(shù)與正常大小的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)箱中的溫度和其他參數(shù)相比，變動(dòng)幅度可能更大，并且可觀察的樣本數(shù)量有限，尤其是在考慮昂貴的內(nèi)置顯微鏡的情況下。文檔US 2006/0115892 Al (ΥΑΜΑΜ0Τ0等)披露了其中帶有托架系統(tǒng)的培養(yǎng)箱，所述培養(yǎng)箱能夠存儲(chǔ)多個(gè)樣本板。所述樣本板通過復(fù)雜裝置取出并且移到位于培養(yǎng)箱的樣本存放部分之一上面的樣本成像裝置的視野內(nèi)。所述培養(yǎng)箱將所述樣本成像裝置所捕捉的影像傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)。盡管在這種情況下可以觀察多個(gè)樣本，但是每個(gè)樣本的檢查次數(shù)可
4能相對(duì)較少，并且如上所述，樣本移動(dòng)本身也會(huì)給其發(fā)育造成負(fù)面影響。在具有此類復(fù)雜移動(dòng)裝置的情況下，幾乎不可能清潔培養(yǎng)箱(這對(duì)于避免樣本感染而言非常重要)。上述文檔US 2006/0115892 Al (ΥΑΜΑΜ0Τ0等)還披露了培養(yǎng)箱的樣本存放室中沒有移動(dòng)機(jī)構(gòu)，但顯微鏡觀察單元?jiǎng)偤梅旁谄渲幸粋€(gè)培養(yǎng)箱框架上，同時(shí)細(xì)胞或組織放在所述顯微鏡觀察單元上的觀察窗口上的安排。在所述顯微鏡觀察單元的外罩內(nèi)，裝有光學(xué)系統(tǒng)、相機(jī)和調(diào)焦裝置，所述調(diào)焦裝置帶有沿著與所述觀察窗口垂直的方向移動(dòng)它的電子馬達(dá)。所述相機(jī)所捕捉的影像通過穿過培養(yǎng)箱壁的信號(hào)線傳輸?shù)酵獠繑?shù)據(jù)處理裝置(即，計(jì)算機(jī))。本發(fā)明使用與上述文檔US 2006/0115892 Al中描述的顯微鏡類似的顯微鏡執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，所述顯微鏡的外罩內(nèi)包括由物鏡、棱鏡和投影鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)、相機(jī)以及選擇性地包括控制對(duì)樣本夾窗口上放置的樣本進(jìn)行照明的照明裝置的電路。在使用顯微鏡期間，申請(qǐng)人注意到有時(shí)胚胎的發(fā)育無法與期望對(duì)應(yīng)；胚胎在數(shù)次分裂之后死亡，這與通過所披露的樣本成像設(shè)備成功地將移動(dòng)應(yīng)激(stress)和照射應(yīng)激保持在最小的事實(shí)完全不同。所執(zhí)行的揭示胚胎損害的檢查(請(qǐng)參見下面的實(shí)例1)是因?yàn)樵谂囵B(yǎng)期間位于設(shè)備內(nèi)并被施加電壓的相機(jī)和控制電子裝置所承載的電流會(huì)產(chǎn)生直接和間接影響。本發(fā)明的目標(biāo)是消除或至少減輕上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
該目標(biāo)通過提供用于將位于培養(yǎng)空間中的細(xì)胞或組織的影像傳輸?shù)姜?dú)立權(quán)利要求1中定義的數(shù)據(jù)處理裝置的樣本成像系統(tǒng)以及通過提供獨(dú)立權(quán)利要求7中描述的方法來實(shí)現(xiàn)。所述系統(tǒng)和所述方法的某些優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行描述。


將參考附圖，通過對(duì)本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例的描述來詳細(xì)地說明本發(fā)明，在所述附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的樣本成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的頂剖圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的樣本成像系統(tǒng)的顯微鏡單元的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖3示出圖2中所示的顯微鏡單元的縱剖圖；以及圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的樣本成像系統(tǒng)的控制單元的一個(gè)實(shí)施例。在所述附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元素。
具體實(shí)施例方式圖1示出本發(fā)明的樣本成像系統(tǒng)1。樣本成像系統(tǒng)1由兩個(gè)主單元構(gòu)成顯微鏡單元2和控制單元3，它們通過連接裝置4相互連接。顯微鏡單元2用于在為細(xì)胞或組織的培養(yǎng)提供有利環(huán)境條件的培養(yǎng)箱5的培養(yǎng)空間6中使用。放置于培養(yǎng)空間6中的顯微鏡單元2用于捕捉需要觀察的細(xì)胞、組織的影像并通過連接裝置4將所捕捉的影像傳輸?shù)叫枰褂貌⑽挥谂囵B(yǎng)空間6外部的控制單元3?？刂茊卧?接著將所述影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置7，所述數(shù)據(jù)處理裝置有利地為筆記本計(jì)算機(jī)或其他計(jì)算機(jī)裝置。圖2和3示出能夠放在培養(yǎng)箱5的培養(yǎng)空間6內(nèi)并用于在其中使用的顯微鏡單元2的實(shí)施例。顯微鏡單元2具有形成外罩的框架8，所述外罩包括以方形截面顯示的空心型輪廓(profile)部分11，該部分通過前板9和后板10進(jìn)行封閉?？蚣?的每個(gè)元件都可以由任何防腐蝕材料制成，優(yōu)選地由鋁、不銹鋼、塑料-例如，ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，甚至是玻璃等制成，也可以由經(jīng)表面處理具有防腐能力的本身非防腐材料制成?；旧?，框架8(具體而言為空心型輪廓部分11)負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)顯微鏡單元2進(jìn)行機(jī)械固定。前板 9和后板10可以通過例如粘合接合而固定在空心型輪廓部分11上。物體支持器12位于空心型輪廓部分11的頂壁，可以將需要觀察和成像的細(xì)胞或組織放在所述物體支持器上并確保細(xì)胞或組織在培養(yǎng)期內(nèi)基本保持固定。因此，在空心型輪廓部分11上有一個(gè)開口或樣本窗口 13，所述開口和樣本窗口由板14蓋住，板14 一般由玻璃制成，也可以優(yōu)選地由光學(xué)玻璃或諸如樹脂玻璃(Plexiglas)或聚碳酸酯之類的透明材料制成。板14的厚度可以介于0. 02mm和5mm之間，具體取決于物鏡18的工作距離，這些內(nèi)容將在下面進(jìn)行討論。通常保存在樣本容器(例如，陪替氏(Petri)培養(yǎng)皿)中的細(xì)胞或組織可以放在位于開口 13之上的板14的上面。在本實(shí)施例中，照明控制臺(tái)15固定在框架8的頂上，并且在物體支持器12的上方延伸，該照明控制臺(tái)15帶有對(duì)物體支持器12上放置的細(xì)胞或組織進(jìn)行照明的照明裝置 16(例如，LED)。照明裝置16的作用是使用至少0. Ollux的照度對(duì)細(xì)胞或組織進(jìn)行照明， 并且其功率優(yōu)選地介于0. Olff和5W之間。一般而言，照明裝置16所發(fā)射的光的波長可以介于400nm到700nm的波長范圍，但是在某些情況下，也有必要使用波長低于或高于可視范圍的光(紫外線光或紅外線光)。在使用本發(fā)明的樣本成像系統(tǒng)執(zhí)行檢查的情況下，當(dāng)使用熒光活性細(xì)胞染色程序時(shí)，光源的光譜必須與所使用的染色材料對(duì)應(yīng)。優(yōu)選地，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠選擇上述光波范圍中最適合細(xì)胞或組織的子范圍以便最大程度上減小對(duì)所觀察的細(xì)胞或組織做出的應(yīng)激。為了最大程度上減小光照相關(guān)的應(yīng)激，照明裝置16僅在培養(yǎng)過程中的觀察或成像時(shí)間打開，這些內(nèi)容將在下面詳細(xì)地進(jìn)行討論。在所示的實(shí)施例中，LED直接對(duì)細(xì)胞或組織進(jìn)行照明，但是在其他實(shí)施例中，還可以通過具有拋光粗面的鏡子對(duì)LED的光進(jìn)行散射，并且此散射的漫射光到達(dá)細(xì)胞或組織。而且，還可以將其他濾光鏡、粗面玻璃或漫射玻璃引入光路徑中。需要指出，在其他實(shí)施例中，可以從顯微鏡單元2中忽略帶有照明裝置16的照明控制臺(tái)15，并且可以通過獨(dú)立于樣本成像系統(tǒng)1的光源提供捕捉細(xì)胞或組織影像所需的光，例如，其中使用顯微鏡單元2的培養(yǎng)箱5的內(nèi)部空間中也可以配備照明裝置。此外，還可以將照明裝置16放入顯微鏡單元2之內(nèi)，以便光源從下面對(duì)細(xì)胞或組織進(jìn)行照射。這樣便使用反射光而非透射光捕捉細(xì)胞或組織的影像。形成顯微鏡單元2的框架8的外罩17圍繞腔17，其中安裝有用于對(duì)可以放在物體支持器12上的細(xì)胞或組織進(jìn)行光學(xué)成像的成像裝置以及捕捉所述成像裝置投射的影像的影像捕捉裝置。在本實(shí)施例中，所述成像裝置由安裝在物體支持器12下面的物鏡18 (其光軸垂直于物體支持器12的板14)、安裝在物鏡18下面的棱鏡19以及放在物鏡18所發(fā)射且由棱鏡 19以90度折射的光路中的投影鏡(projective) 20組成。物鏡18是放大率為1至200(優(yōu)選地為10)的鏡頭系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)以給定的放大率產(chǎn)生放置在視野內(nèi)的細(xì)胞或組織的清晰影像。物鏡18的工作距離示出與其放大率的關(guān)系；當(dāng)放大率增加時(shí)，工作距離縮短。在所示的實(shí)施例中，所使用的物鏡18可以是放大率為10 的DIN標(biāo)準(zhǔn)非氟化無應(yīng)變平像消色差鏡頭系統(tǒng)，它具有固定的160mm鏡筒系統(tǒng)和大約Icm 的工作距離。由于板14和板14上放置的細(xì)胞或組織之間的距離可以根據(jù)樣本容器的壁厚以及容器內(nèi)細(xì)胞或組織的位置而變化，因此在物鏡18上配備調(diào)焦裝置21，該裝置可用于調(diào)節(jié)影像清晰度并且能夠沿著物鏡光軸的方向移動(dòng)物鏡18。物鏡18擰入物鏡座22或者還可以通過粘合接合固定在上面。物鏡座22的外表面具有包含1至4個(gè)螺紋的扣紋以及0. Imm至 4mm的螺距(優(yōu)選地為0. 5mm至2mm，最優(yōu)選地為Imm)。物鏡座22擰入具有相同扣紋的調(diào)焦固定環(huán)23中，所述調(diào)焦固定環(huán)具有穿過前板9上的開口 M從外罩凸出的調(diào)焦輪25。這樣允許在將細(xì)胞或組織放在物體支持器12的板14上之后通過旋轉(zhuǎn)調(diào)焦輪25手動(dòng)調(diào)節(jié)影像清晰度。使用大調(diào)焦輪25可以實(shí)現(xiàn)精確和輕松的調(diào)焦。開口 M的高度允許調(diào)焦所需的調(diào)焦輪25垂直移動(dòng)。形成框架8的外罩的封閉設(shè)計(jì)可以例如通過位于外罩外部的調(diào)焦輪 (例如，位于外罩的上壁并且旋轉(zhuǎn)以密封的方式穿過所述頂壁的軸，在所述軸的內(nèi)端提供一個(gè)盤，該盤接著通過肋形帶旋轉(zhuǎn)物鏡座2 來實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)可以最大程度上減少潮濕的培養(yǎng)空間6中的水氣進(jìn)入外罩；為了吸收已進(jìn)入外罩的水氣和保護(hù)顯微鏡單元2內(nèi)的光學(xué)和電子設(shè)備，可以在外罩內(nèi)部放置硅膠并且定期進(jìn)行更換。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，物鏡18還可以通過電馬達(dá)或本領(lǐng)域中公知的其他任何方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。棱鏡19以90度折射來自物鏡18的光，因此允許顯微鏡單元2的設(shè)計(jì)基本上水平延伸，這樣方便其在培養(yǎng)箱5中的定位。在本實(shí)施例中，棱鏡19為大小為22mmX 22mmX 22mm 的玻璃棱鏡，其角度為45°，棱鏡在其他實(shí)施例中可以由鏡子(例如，拋光金屬表面)替代。 棱鏡19安裝在棱鏡架沈上，所述棱鏡架接著在棱鏡外罩27的垂直壁觀上的開口處安裝在棱鏡外罩27的壁28上；棱鏡外罩27由空心型輪廓構(gòu)建。棱鏡外罩27的頂壁四上也有一個(gè)開口，安裝在物鏡座22上的物鏡18可以伸到此開口內(nèi)，所述物鏡由例如通過粘合接合固定在頂壁四上的調(diào)焦固定環(huán)23進(jìn)行固定。棱鏡外罩27本身通過擰入空心型輪廓部分 11的螺絲(未示出)，或者替代地通過粘合接合固定在空心型輪廓部分11的底部。離開棱鏡19穿過棱鏡架沈的開口和棱鏡外罩27的垂直壁觀的開口的光進(jìn)入投影鏡20。在本實(shí)施例中，將無失真影像投射到影像捕捉裝置的平面校正投影鏡20是放大率為0. 45的鏡頭系統(tǒng)。投影鏡20的投影鏡支持器30以與棱鏡外罩27類似的方式固定在空心型輪廓部分11上，即，通過擰入空心型輪廓部分11的底部的螺絲(未示出)，或者替代地通過粘合接合。影像捕捉裝置31由位于相機(jī)外罩31內(nèi)部的傳感器32形成。投影鏡20和相機(jī)外罩31通過C-moimt螺紋相互連接。位于相機(jī)外罩31內(nèi)部的傳感器32具有另一外罩33，在本實(shí)例中，外罩33在入射光方向由玻璃板封閉。傳感器32的光譜靈敏度曲線應(yīng)該與照明裝置16所發(fā)射的光的光譜重疊。傳感器32可以是CCD或CMOS傳感器，其優(yōu)選的分辨率至少為1兆像素，其大小可以介于0. 25英寸(6. 35mm)和0. 125英寸(28. 575mm)之間，優(yōu)選地為0. 5英寸(1. 27mm)。需要指出，投影鏡20所投射的影像應(yīng)該有利地蓋住傳感器32的整個(gè)表面。傳感器32可以是黑白的，也可以是彩色的，它的最大幀率優(yōu)選地為至少2個(gè)影像/秒，并且它通常在30個(gè)影像/秒至60個(gè)影像/秒之間變化，但是在較高幀速率時(shí)，它只能與較低分辨率結(jié)合使用。傳感器32上顯微鏡單元2的總放大率可以通過用物鏡18的放大率乘以投影鏡32的放大率進(jìn)行計(jì)算。在本優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器32可通過上面的USB端口來控制并且可通過所述連接裝置4使用同一 USB端口將所捕捉的影像傳輸?shù)娇刂茊卧?。在所示的實(shí)施例中，傳感器 32的USB端口通過線纜35與安裝在形成框架8的外罩的后板10上的連接器34相連，為安裝在照明控制臺(tái)15中的照明裝置16供電的線纜36也與所述連接器相連，所述線纜36部分地在照明控制臺(tái)35的通道中延伸。在使用馬達(dá)調(diào)焦的另一實(shí)施例的情況下，將馬達(dá)連接到連接器34并可以通過控制單元3或數(shù)據(jù)處理裝置7調(diào)節(jié)影像清晰度，甚至可以例如根據(jù)所捕捉的影像的明暗對(duì)比自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在返回到圖2，將理解，連接器34和與其相連的連接裝置4不僅將所捕捉的影像傳輸?shù)娇刂茊卧?和數(shù)據(jù)處理裝置7，而且還為顯微鏡單元2供電。圖1示出與可放入培養(yǎng)箱5的顯微鏡單元2的連接器34相連的連接裝置4可以從培養(yǎng)箱5伸出(例如，從培養(yǎng)箱5的箱門伸出，或通過穿透培養(yǎng)箱5的箱壁的密封開口伸出，或者通過插入培養(yǎng)箱5的箱壁的朝內(nèi)和朝外的互連連接器伸出)并且它可以與可放在培養(yǎng)箱5外部的控制單元3相連。另一方面，樣本成像系統(tǒng)1的控制單元3可以與數(shù)據(jù)處理裝置7相連?？刂茊卧?執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)。它接收顯微鏡單元2捕捉的影像并將這些影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置7，它還通過在影像捕捉裝置(即，傳感器3 捕捉細(xì)胞或組織的影像以及通過連接裝置4傳輸所捕捉的影像的時(shí)間之外暫停對(duì)顯微鏡單元2的供電的方式為顯微鏡單元2供電，因此它將顯微鏡單元2置于無電壓和無電流狀態(tài)，這樣最大程度上減小與所觀察的細(xì)胞或組織緊密接近的電氣和/或電子設(shè)備所導(dǎo)致的任何有害影響。為此，控制單元3包括適合于在捕捉細(xì)胞或組織的影像以及通過連接裝置4將所捕捉的影像傳輸?shù)娇刂茊卧? 的時(shí)間之外暫停對(duì)顯微鏡單元1供電的裝置。圖4示出控制單元3的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在所示的實(shí)例中，根據(jù)上述內(nèi)容，控制單元3通過在顯微鏡單元2實(shí)際用于成像的時(shí)間之外暫停供電的方式為傳感器32和照明裝置16供電。示例性控制單元3包括四端口 USB集線器37、顯微鏡控制電路38、三個(gè)固態(tài)開關(guān) 39、三個(gè)用于連接一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)顯微鏡單元2的連接裝置4的連接器40、用于建立與數(shù)據(jù)處理裝置7的連接的USB插座41以及為控制單元3供電、以及通過USB集線器37和顯微鏡控制電路38進(jìn)一步為通過連接裝置4與連接器40相連的顯微鏡單元2供電的供電單元42。USB集線器37不僅建立數(shù)據(jù)處理裝置37與連接到控制單元3的一個(gè)或多個(gè)顯微鏡單元2內(nèi)的USB設(shè)備(在我們的實(shí)例中是指傳感器3 之間的連接，而且還建立數(shù)據(jù)處理裝置7與和顯微鏡控制電路38之間的連接。數(shù)據(jù)處理裝置7 (在本實(shí)例中為筆記本計(jì)算機(jī))可以在顯微鏡單元2成像時(shí)通過USB總線與顯微鏡控制電路38進(jìn)行通信。然后顯微鏡控制電路38將此類信號(hào)發(fā)送到三個(gè)固態(tài)開關(guān)39中對(duì)應(yīng)的一個(gè)開關(guān)，這樣可導(dǎo)致將對(duì)應(yīng)于所使用的顯微鏡單元2的USB集線器37的端口連接到相關(guān)連接器40。通過這種方式， 顯微鏡單元2中的傳感器32通過USB總線接收供電，這樣還允許通過控制單元3捕捉給定顯微鏡單元2的物體支持器12上放置的細(xì)胞或組織的影像并通過連接裝置4和控制單元
83將所捕捉的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置7。同時(shí)，顯微鏡控制電路38將帶有可變占空因數(shù)的方波信號(hào)以及超過LED開電壓的電壓輸出到與屬于給定顯微鏡單元2的連接器40相連的輸出端，所述給定顯微鏡單元2通過連接裝置4與照明裝置16 ( S卩，各顯微鏡單元2上的 LED)相連。它導(dǎo)致LED以與占空因數(shù)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度照射物體支持器12上放置的細(xì)胞或組織。數(shù)據(jù)處理裝置7能夠通過借助USB總線發(fā)送到顯微鏡控制電路38的命令調(diào)節(jié)所述占空因數(shù)，從而調(diào)節(jié)光強(qiáng)度。在捕捉細(xì)胞或組織的影像并將所述影像傳輸?shù)娇刂茊卧?之后，顯微鏡控制電路 38通過固態(tài)開關(guān)39斷開顯微鏡單元2與USB集線器37的連接并暫停將方波信號(hào)輸出到 LED。固態(tài)開關(guān)39中斷電源和信號(hào)線。通過這種方式，顯微鏡單元2將不會(huì)接收供電或信號(hào)電壓，因此將進(jìn)入無電壓和無電流狀態(tài)。在本實(shí)施例中，顯微鏡控制電路38和固態(tài)開關(guān) 39形成適合于在捕捉細(xì)胞或組織的影像以及通過連接裝置4將所捕捉的影像傳輸?shù)娇刂茊卧?的時(shí)間之外暫停供電的裝置。本實(shí)施例使控制單元3在已成像之后仍在進(jìn)行從傳感器32到控制單元3的影像傳輸時(shí)立即暫停對(duì)照明裝置16供電。這樣會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步減少對(duì)細(xì)胞或細(xì)胞或組織的照明相關(guān)應(yīng)激。作為此方法的替代，將使用復(fù)雜性降低的安排，其中通過串聯(lián)電阻使用傳感器32 的USB端口為照明裝置16(即，LED)直接供電。在該實(shí)施例中，不能控制光強(qiáng)度，并且也不能獨(dú)立地切換照明裝置16。當(dāng)然，固態(tài)開關(guān)39僅表示允許斷開顯微鏡單元2與電源的連接的此類裝置的一個(gè)實(shí)例，在上面的實(shí)例中，所述裝置為USB總線。將理解，在本實(shí)例中，帶有四端口 USB集線器37的控制單元3能夠?yàn)槿齻€(gè)顯微鏡單元2提供服務(wù)并且將這些顯微鏡單元所捕捉的影像傳輸?shù)揭粋€(gè)數(shù)據(jù)處理裝置7，但是，可以通過增加USB集線器37的端口數(shù)量來輕松地增加顯微鏡單元2的數(shù)量。如果不是手動(dòng)執(zhí)行顯微鏡單元2的調(diào)焦，而是電動(dòng)調(diào)焦，則連接到顯微鏡單元2的連接器34的馬達(dá)的操作可以通過在成像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間之外不為馬達(dá)供電(S卩，無電壓和無電流)的方式執(zhí)行，這與上面描述的方式類似。需要指出，照明裝置16和所述電子馬達(dá)支持的調(diào)焦裝置在結(jié)構(gòu)上都是顯微鏡單元2中的獨(dú)立USB設(shè)備。在這種情況下，USB集線器將與顯微鏡單元2的連接器34進(jìn)行連接，接著，顯微鏡單元2的具有不同功能的USB設(shè)備將與所述連接器相連，并且控制單元3 將斷開該位于顯微鏡單元2中的USB集線器與USB集線器37的連接，并且經(jīng)由此斷開顯微鏡單元2內(nèi)所有USB設(shè)備與USB集線器37的連接。將理解，替代所述部分基于USB的解決方案，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以其他多種方式通過控制單元3完成顯微鏡單元2和數(shù)據(jù)處理裝置7之間的通信，只要在成像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間之外暫停對(duì)顯微鏡單元2供電。形成控制單元3和數(shù)據(jù)處理裝置7之間的接口的 USB總線和USB插座41可以通過其他多種方式替代，兩個(gè)單元可以通過例如RS232端口、藍(lán)牙連接、LAN或WAN網(wǎng)絡(luò)等相互連接。作為其他選擇，控制單元3和數(shù)據(jù)處理裝置7可集成到一個(gè)設(shè)備中，這種安排基本上不會(huì)更改控制單元3的上述功能。一個(gè)可能的實(shí)例是將控制單元作為PCI卡集成到形成數(shù)據(jù)處理裝置7的計(jì)算機(jī)中，或者作為另一實(shí)例，上述USB連接可以在集成的控制單元3和數(shù)據(jù)處理裝置7的公共外罩內(nèi)建立。這種安排也可以被視為在控制單元3自身的內(nèi)部存儲(chǔ)
9和處理通過細(xì)胞或組織的成像操作所獲取的影像。作為另一可能的解決方案，傳感器32將是模擬CCD設(shè)備并且所捕捉的影像將作為模擬視頻信號(hào)通過連接裝置4傳輸?shù)娇刂茊卧?。將在此或在傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置7之后執(zhí)行模擬信號(hào)的數(shù)字化，并且所述模擬CCD設(shè)備(與照明裝置16 —起)將在成像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間之外被控制單元3置于無電壓狀態(tài)。此外，需要指出，顯微鏡單元2和控制單元3之間的連接裝置4不僅可以通過單根線纜實(shí)現(xiàn)，而且還可以通過一根線纜供電，盡管數(shù)據(jù)可以通過進(jìn)一步的一根或多根線纜傳輸，甚至可以通過無線連接傳輸，只要控制單元3在成像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間之外暫停對(duì)顯微鏡單元2供電。在使用樣本成像系統(tǒng)1期間，置于樣本容器中的細(xì)胞或組織(甚至是一個(gè)細(xì)胞) 放在顯微鏡單元2的物體支持器12上，該物體支持器位于開口 13之上的板14的上面，然后連接裝置4與連接器34相連并且連接裝置4的另一端插入控制單元3的可用連接器40 之一。如有必要，在控制單元3通過其USB插座41連接到形成數(shù)據(jù)處理裝置7的筆記本計(jì)算機(jī)之后，執(zhí)行調(diào)焦。然后在筆記本計(jì)算機(jī)上顯示樣本成像系統(tǒng)1所捕捉的影像并通過調(diào)焦輪25調(diào)節(jié)焦點(diǎn)。然后將顯微鏡單元2連同細(xì)胞或組織一起放在培養(yǎng)箱5內(nèi)，其中細(xì)胞或組織在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)基本固定在顯微鏡單元2的物體支持器12上，并且連接裝置4從培養(yǎng)箱5的培養(yǎng)空間6伸出(目前描述的準(zhǔn)備步驟的順序可以經(jīng)常更改，例如，可以先將顯微鏡單元2放入培養(yǎng)空間6，然后再將帶有細(xì)胞或組織的樣本容器放在顯微鏡單元2的物體支持器12上)。當(dāng)形成數(shù)據(jù)處理裝置7的計(jì)算機(jī)在預(yù)定的時(shí)點(diǎn)發(fā)出命令時(shí)，或者當(dāng)用戶在任意選定的時(shí)點(diǎn)發(fā)出命令時(shí)，控制單元3會(huì)打開顯微鏡單元2，即，在本實(shí)施例中，如上所述，帶有可變占空因數(shù)的方波信號(hào)被發(fā)送到形成對(duì)細(xì)胞或組織進(jìn)行照明的照明裝置16的LED，同時(shí)通過固態(tài)開關(guān)39建立傳感器32和控制單元3的USB集線器37之間的連接，所述USB集線器37 —方面為傳感器32供電，另一方面發(fā)送獲取影像的命令，接著接收表示成像操作所獲取的影像的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明，顯微鏡控制電路38在成像和將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧?之后暫停LED 的供電并斷開傳感器32的電源線和信號(hào)線與USB集線器37的連接，從而暫停顯微鏡單元 2的供電，直到開始下一成像周期。優(yōu)選地，顯微鏡單元2的供電在整個(gè)細(xì)胞或組織培養(yǎng)期的大約10%至99. 999%的時(shí)間內(nèi)暫停，從而通過顯微鏡單元2以優(yōu)選地包括在1分鐘到1天的范圍內(nèi)，以及更優(yōu)選地包括在10分鐘到30分鐘的范圍內(nèi)的時(shí)間間隔執(zhí)行捕捉細(xì)胞或組織的影像并將所捕捉的影像傳輸?shù)娇刂茊卧?，執(zhí)行時(shí)間優(yōu)選地包括在從1秒到1分鐘范圍內(nèi)，以及更優(yōu)選地包括在從1秒到30秒的范圍內(nèi)。成像和傳輸影像的時(shí)間高度依賴于所捕捉的影像的分辨率。但是，如果通過更高的時(shí)間分辨率更頻繁地獲取有關(guān)細(xì)胞或組織發(fā)育的成像信息，則細(xì)胞或組織會(huì)受到更多與照明、加熱、電壓和電流相關(guān)的應(yīng)激。如果記錄運(yùn)動(dòng)圖像而非靜止圖像， 則記錄的時(shí)間將與運(yùn)動(dòng)圖像的長度對(duì)應(yīng)。影像將從控制單元3傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置7以進(jìn)行存儲(chǔ)或任意處理，并且可以在計(jì)算機(jī)屏幕上觀察影像本身和/或由所述影像構(gòu)成的動(dòng)畫，然后通過計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件對(duì)它們進(jìn)行分析。在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，可以將顯微鏡單元2連同細(xì)胞或組織從培養(yǎng)箱5中取出，然后清潔培養(yǎng)箱，之后根據(jù)需要放入新的細(xì)胞或組織。需要指出，在本優(yōu)選實(shí)施例中，物體支持器12上顯微鏡單元2的視野的大小為 0. 9mmXl. 1mm。優(yōu)選地，可以針對(duì)此顯微鏡單元2使用樣本容器，可以在所述樣本容器底部的所述矩形區(qū)域內(nèi)通過針狀尖頭工具釘鑿或激光燒蝕分別創(chuàng)建例如直徑為100 μ m至 300 μ m，深度為150μπι至300μπι的3X3或3X4個(gè)井。如果將樣本(即，諸如胚胎之類的細(xì)胞或組織)放入每個(gè)井，則它們通過漂浮在流體介質(zhì)中，不偏離樣本成像設(shè)備1的視野， 并且還會(huì)針對(duì)它們的發(fā)育建立非常有利的微環(huán)境。樣本成像系統(tǒng)1可以所披露的方式花費(fèi)極大的成本成功地在屬于例如胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的大型培養(yǎng)箱中使用，從而實(shí)現(xiàn)以經(jīng)濟(jì)的方式同時(shí)觀察多個(gè)樣本。另外，需要指出，顯微鏡單元2的光學(xué)設(shè)置可以不同于圖2和3中所示的設(shè)置。之前已提到替代的設(shè)置通過忽略棱鏡19，可以建立筆直的光路，這樣導(dǎo)致垂直的單元安排。 作為另一選擇，可以使用具有更長工作距離的物鏡創(chuàng)建倒置安排；在該實(shí)例中，物鏡通過樣本容器的底部，直接從上方，而非下方接近細(xì)胞或組織。將通過下面的實(shí)例描述本發(fā)明。實(shí)例1執(zhí)行實(shí)驗(yàn)來研究連續(xù)低電壓(電力和電力導(dǎo)致的熱量的直接影響)對(duì)小鼠胚胎早期體外發(fā)育的影響。研究的目的是評(píng)估作為人工胚胎培養(yǎng)空間(CO2培養(yǎng)箱)中執(zhí)行連續(xù)胚胎觀察的設(shè)備的顯微鏡所承載的持久電流如何直接和間接地影響上面放置的胚胎的發(fā)育。材料和方法超數(shù)排卵處理第3天，2p. m.在胚胎供體候選雌性小鼠腹腔內(nèi)注射IOIU PMSG第1天，2p.m.在胚胎供體候選雌性小鼠腹腔內(nèi)注射5IU hCG第0天，8 30a. m.通過宮頸粘液塞檢查選擇交配的雌性小鼠胚胎清洗標(biāo)準(zhǔn)的單細(xì)胞胚胎外科分離根據(jù)文獻(xiàn)中描述的科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和人類規(guī)范來執(zhí)行， 并且遵循動(dòng)物保護(hù)條例。在實(shí)驗(yàn)的第一天，使用清洗液(例如，丹麥Medicult公司的沖洗介質(zhì))清洗供體小鼠的輸卵管，然后使用0.5至lmg/ml透明質(zhì)酸酶(例如，美國的西格瑪奧德里奇(sigma-Aldrich)公司)處理所獲取的卵丘卵母復(fù)合體，以便獲取純化的胚胎進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。體外培養(yǎng)使用每滴30μ 1 的 EmbryoMax KSOM+AA(Millipore, USA)基，上面覆蓋 LiteOil(LifeGlobal),在CO2含量為6%，相對(duì)濕度為90%和溫度為37°C的培養(yǎng)箱中至少預(yù)培養(yǎng)6個(gè)小時(shí)。實(shí)驗(yàn)設(shè)置在特定胚胎附植的實(shí)驗(yàn)期間，使用另外包括形成照明裝置的LED和包括傳感器的數(shù)碼相機(jī)的顯微鏡單元，所述傳感器包括進(jìn)一步的控制電子裝置，在根據(jù)本發(fā)明的樣本成像系統(tǒng)中，所述進(jìn)一步的控制電子裝置位于控制單元中，因此位于培養(yǎng)空間外部，遠(yuǎn)離胚胎。所述控制電子裝置的位置，形成顯微鏡的框架的外罩的封閉程度以及打開顯微鏡的時(shí)間在不同的胚胎附植情況下是變化的，如表1所示。
11
表 權(quán)利要求
1.一種用于將位于培養(yǎng)空間中的細(xì)胞或組織的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置的樣本成像系統(tǒng)，其中包括用于在培養(yǎng)空間(6)中使用的顯微鏡單元O)，所述顯微鏡單元(2)包括框架(8)、位于框架(8)上且允許細(xì)胞或組織在培養(yǎng)期內(nèi)基本保持固定的物體支持器(12)、位于框架(8)上對(duì)物體支持器(1 上保持的細(xì)胞或組織進(jìn)行光學(xué)成像的成像裝置以及捕捉所述成像裝置投射的影像的影像捕捉裝置，并且顯微鏡單元( 具有能夠從培養(yǎng)空間(6) 伸出并為顯微鏡單元( 供電以及傳輸所捕捉的影像的連接裝置G)，其特征在于連接裝置(4)適合于連接到用于在培養(yǎng)空間(6)外部使用并將所捕捉的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置 (7)的控制單元(3)，并且控制單元C3)包括適合于在捕捉細(xì)胞或組織的影像以及通過連接裝置(4)將所捕捉的影像傳輸?shù)娇刂茊卧?3)的時(shí)間之外暫停供電的裝置。
2.如權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其特征在于控制單元(3)的所述裝置在整個(gè)細(xì)胞或組織培養(yǎng)期的大約10%至99. 999%的時(shí)間內(nèi)暫停對(duì)顯微鏡單元( 供電。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的系統(tǒng)，其特征在于顯微鏡單元(2)帶有照明裝置(16) 和/或電可移動(dòng)調(diào)焦裝置。
4.如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求中所述的系統(tǒng)，其特征在于控制單元(3)帶有將所捕捉的影像傳輸?shù)剿鰯?shù)據(jù)處理裝置(7)的接口。
5.如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求中所述的系統(tǒng)，其特征在于集成提供所述控制單元( 和所述數(shù)據(jù)處理裝置(7)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求中所述的系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)或多個(gè)用于在培養(yǎng)空間(6)中使用的其他顯微鏡單元O)，所述其他顯微鏡單元( 的能夠從培養(yǎng)空間(6)伸出、為顯微鏡單元( 供電以及傳輸所捕捉的影像的連接裝置(4)適合于連接到所述控制單元(3)。
7.一種用于將位于培養(yǎng)空間中的細(xì)胞或組織的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置的方法，包括以下步驟-將細(xì)胞或組織放在顯微鏡單元O)的物體支持器(1 上，所述顯微鏡單元包括對(duì)物體支持器(1 上設(shè)置的細(xì)胞或組織進(jìn)行光學(xué)成像的成像裝置以及捕捉所述成像裝置投射的影像的影像捕捉裝置，-將顯微鏡單元( 放置在培養(yǎng)空間(6)中，-使顯微鏡單元O)的連接裝置(4)伸出培養(yǎng)空間(6)，連接裝置(4)為顯微鏡單元(2)供電以及傳輸所捕捉的影像，-將細(xì)胞或組織固定位于培養(yǎng)空間(6)中的顯微鏡單元( 的物體支持器上，使其在培養(yǎng)期內(nèi)基本保持固定，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟-將所述連接裝置(4)連接到位于培養(yǎng)空間(6)外部的控制單元(3)-通過捕捉裝置捕捉細(xì)胞或組織的影像并將所述影像傳輸?shù)娇刂茊卧?3)，然后在培養(yǎng)期中的選定時(shí)點(diǎn)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置(7)以及-在捕捉細(xì)胞或組織的影像以及通過連接裝置(4)將所捕捉的影像傳輸?shù)娇刂茊卧?3)的時(shí)間之外暫停對(duì)顯微鏡單元( 供電。
8.如權(quán)利要求7中所述的方法，其特征在于在整個(gè)細(xì)胞或組織培養(yǎng)期的大約10%至 99. 999%的時(shí)間內(nèi)暫停對(duì)顯微鏡單元(2)供電。
9.如權(quán)利要求8中所述的方法，其特征在于通過顯微鏡單元O)以1分鐘到1天的范圍內(nèi)包括的時(shí)間間隔執(zhí)行捕捉細(xì)胞或組織的影像以及將所捕捉的影像傳輸?shù)娇刂茊卧?3)，執(zhí)行時(shí)間包括在從1秒到1分鐘的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求7至9中任一權(quán)利要求中所述的方法，其特征在于所使用的顯微鏡單元(2)帶有照明裝置(16)和/或電可移動(dòng)調(diào)焦裝置。
11.如權(quán)利要求7至10中任一權(quán)利要求中所述的方法，其特征在于控制單元(3)帶有將所捕捉的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置(7)的接口，所述接口與數(shù)據(jù)處理裝置(7)相連。
12.如權(quán)利要求7至11中任一權(quán)利要求中所述的方法，其特征在于使用集成地具有數(shù)據(jù)處理裝置(7)的控制單元(3)。
13.如權(quán)利要求7至12中任一權(quán)利要求中所述的方法，其特征在于它包括以下步驟 將其他細(xì)胞或組織放在一個(gè)或多個(gè)其他顯微鏡單元( 的物體支持器(1 上，將一個(gè)或多個(gè)顯微鏡單元( 放置在培養(yǎng)空間(6)中，使一個(gè)或多個(gè)其他顯微鏡單元O)的連接裝置(4)伸出培養(yǎng)空間(6)以及將它們連接到位于培養(yǎng)空間(6)外部的所述控制單元(3)，連接裝置(4)為一個(gè)或多個(gè)其他顯微鏡單元( 供電以及傳輸所捕捉的影像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將位于培養(yǎng)空間(6)中的細(xì)胞或組織的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置(7)的樣本成像系統(tǒng)(1)，其中包括用于在培養(yǎng)空間(6)中使用的顯微鏡單元(2)，所述顯微鏡單元(2)包括框架、位于所述框架上且允許細(xì)胞或組織在培養(yǎng)期內(nèi)基本保持固定的物體支持器、位于所述框架上對(duì)所述物體支持器上固定的細(xì)胞或組織進(jìn)行光學(xué)成像的成像裝置以及捕捉所述成像裝置投射的影像的影像捕捉裝置。此外，顯微鏡單元(2)具有能夠從培養(yǎng)空間(6)伸出并為顯微鏡單元(2)供電以及傳輸所捕捉的影像的連接裝置(4)，并且連接裝置(4)適合于連接到用于在培養(yǎng)空間(6)外部使用并將所捕捉的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置(7)的控制單元(3)，并且控制單元(3)包括適合于在捕捉細(xì)胞或組織的影像以及通過連接裝置(4)將所捕捉的影像傳輸?shù)娇刂茊卧?3)的時(shí)間之外暫停供電的裝置。本發(fā)明還涉及用于將位于培養(yǎng)空間(6)中的細(xì)胞或組織的影像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置(7)的方法。
文檔編號(hào)G01N33/48GK102483518SQ201080040112
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者C·普里本茨基, M·莫爾納 申請(qǐng)人:克萊歐-創(chuàng)新有限公司