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具有提高的分辨率的計算掃描顯微術的制作方法_2

文檔序號:9525477閱讀:來源:國知局
和?2在01之外具有各自的非交疊區(qū)?1'和匕', -在所述計算機處理設備中使用源分離算法在與所述非交疊區(qū)F/和匕'分開地考慮 的所述交疊區(qū)A中執(zhí)行圖像重構。
[0016] 能夠在數(shù)學考慮因素方面闡述本發(fā)明的要點(參見以下的實施例),但也能夠基 于簡化的物理說明來解釋本發(fā)明的要點?;旧?,本發(fā)明方案確保:位于交疊區(qū)h中的標 本的點Ρ』#會經受PSF(PSF用于描述射束和標本之間的物理相互作用)的函數(shù)形式fPSF的 (至少)兩個不同區(qū)域/部分/方面。以這種方式,本發(fā)明的技術使點Ρι (和區(qū)的其余 部分)被例如: -在第一探查期期間的fPSF的"較深區(qū)域"和在第二探查期期間的fPSF的"較淺區(qū)域"; 或 -在第一探查期期間的fPSF的"左側部分"和在第二探查期期間的fPSF的"右側部分", 等"探查"。本發(fā)明的去卷積過程因此利用這樣的事實:按照與立體視覺允許比單視覺(monovision)更準確地定位物體或者從多個點的范圍確定允許比僅從一個點的范圍確定 更準確地定位(三角測量)物體的方式稍微類似的方式,交疊區(qū)α已被fPSF的這些(至少) 兩個不同區(qū)域/部分探查。通過以下面的方式中的一個或多個方式考慮本發(fā)明,技術人員 能夠替代地理解本發(fā)明: -由于交疊區(qū)h按照定義小于對它做出貢獻的個體PSF,所以本發(fā)明的方案提供比"原 始"現(xiàn)有技術方法(諸如,以上闡述的現(xiàn)有技術方法)更細標度的空間分辨率。本發(fā)明可因 此被視為產生超級分辨率成像結果。 -本發(fā)明集中于與非公共分量隔離的交疊PSF的公共分量,因此從空間解析過程切除 "無用物"。 -由于在多個探查期中檢查交疊區(qū),所以信噪比不可避免地提高。 -由fPSF的不同區(qū)域/部分執(zhí)行的對〇i的每次探查都能夠被視為用于建立描述〇i的一 組聯(lián)立方程的另一成員的方式;技術人員獲得的聯(lián)立方程越多,解空間變得越明確。
[0017] 適合用于本發(fā)明的源分離(SS)技術的例子包括例如: -獨立分量分析(ICA),ICA是允許多兀信號被分尚成加性子分量的技術; -主分量分析(PCA); -非負矩陣因式分解(NNMF), 等,這些例子可特別地適合于在特定情況下的應用。對于關于這種技術的一些通常信 息,參見例如下面的參考文獻: -http://en.wikipedia.org/wiki/Independent_component_analysis -上述專利US8,232,523 /EP2 383 768Bl。 -[1]P.ComonandC.Jutten,HandbookofBlindSourceSeparation:IndependentComponentAnalysisandApplications,AcademicPress(2010)〇 -[2]A.HyvarinenandE.Oja,IndependentComponentAnalysis:Algorithms andApplications,NeuralNetworks, 13(4-5):411 - 430 (2000)。 -[3]H.Lanteri,M.Roche,C.Aime,"Penalizedmaximumlikelihoodimage restorationwithpositivityconstraints:multiplicativealgorithms,Inverse Problems, "vol. 18,pp. 1397-1419 (2002)〇 -[4]I.T.Jolliffe,PrincipalComponentAnalysis,Series:SpringerSeries inStatisticsXXIX,2nded.,Springer,NY(2002)。
[0018] 在這個敘述和以下的進一步說明的背景下,應該記住下面的點: (a) 可根據(jù)需要在點?1由另外的探查期補充上述第一和第二探查期,因此導致積累部 分交疊的PSF的一般集合F={Fl,F(xiàn)2,F(xiàn)3,…,F(xiàn)j,…}。 (b) 能夠在沿著(以下的)掃描路徑的(連續(xù))點的整個鏈條p= {pj處重復在給定 點Pl的本發(fā)明的過程。關聯(lián)的交疊區(qū)〇顧后將會有效地"合并"到例如具有標本中的特定 (次表面)層/體積的形式的更大地域〇={A}中(例如,參見圖1B和2B)。如以上所解釋 的,能夠隨后在0的外面實現(xiàn)"標準"空間分辨率,但本發(fā)明允許在0內實現(xiàn)增加的空間分 辨率。 (C)關于前一項,技術人員具有例如執(zhí)行下述操作的自由: (I) 在點?1部署全集F,并且然后在Ρ中的每個隨后的點重復這個過程("在Ρ中在每 個步驟之前全部F");或 (II) 在Ρ中的每個點部署PSF匕,并且然后針對F中的每個隨后的PSF重復這個過程 ("在F中在每個步驟之前全部p")。 (d)在點Pl的各種探查期可原則上逐次地或同時執(zhí)行,由此: -在前者的情況(逐次探查)下,首先由具有射束配置隊的第一射束照射點Pl,并且其 后由具有射束配置B2的第二射束照射點pρ等等。 -在后者的情況(同時探查)下,在(共存的)互相不同的射束配置的范圍,多個射束 被用于同時照射點Pl。
[0019] 本領域技術人員將會容易地理解這些點。
[0020] 應該明確地注意的是,本發(fā)明在本質上根本不同于在以上的專利文件(i)-(iv) 中闡述的發(fā)明。在文件(i)-(iv)中,作為從標本內的一系列(連續(xù))深度層獲得(卷積) 成像信息的方式改變測量參數(shù)P,即參數(shù)P的調整被視為用于越來越深地探查到標本中的 工具。另一方面,在本發(fā)明中,參數(shù)p的變化有效地是用于在標本內的給定位置修改"高 階"(交疊)PSF部分(0J的尺寸/形狀的工具,以便能夠在小于在所述位置的探查射束的 覆蓋區(qū)的區(qū)域中執(zhí)行超級分辨率圖像重構。探查射束的側向掃描運動能夠被用于將所述位 置擴展到層(該層能夠是表面或次表面)中,但按照它的最基本形式,本發(fā)明并不本征地貫 穿標本的全部不同深度產生主體/體積成像(但通過在(堆疊的)逐層基礎上使用擴展的 發(fā)明能夠最終獲得這種深度解析信息)。
[0021] 在本發(fā)明的特定實施例中,下面的特定方面適用: -所述表面被定義為平行于笛卡爾坐標系XYZ的XY平面延伸 -所述射束配置被選擇為射束進入標本中的點的Z位置; -在所述第一和第二探查期之間,物理切片過程被用于從初始表面&去除一層厚度L的材料,由此露出新表面S2; -點擴散函數(shù)匕和Fi沿所述Z方向相對于彼此移動達一定量L。
[0022] 這個實施例的機制能夠被解釋如下(參見圖1A): -考慮標本中的Pl位于Si下方的Z距離L+z處,其中z是某個正增量。 -在第一探查期中,到來的輻射射束隊將會撞擊51并且產生PSFFpPSFFjASi向下 延伸到標本中;點Pi將會隨后位于到這個PSFFi中的Z距離L+Z處。 -物理切片過程(諸如,離子銑削、切片機切割、蝕刻等)現(xiàn)在被用于從舊表面&去除 厚度L的層,由此露出新生表面S2。 -在第二探查期中,到來的輻射射束82將會撞擊52并且產生PSFF2,PSFF2WS2向下 延伸到標本中;點Pl將會隨后位于到這個PSFF2中的Z距離z處。PSFFJPF2表示部分 交疊區(qū)〇i。射束隊和B2具有公共傳播軸b12,公共傳播軸b12平行于Z方向延伸。 -PSF匕和?2能夠具有(近似)相同的函數(shù)形式fPSF(例如,卵形,該卵形在射束的撞 擊點處以窄頸開始,隨著射束前進到標本中而變寬(側向擴散),并且然后隨著增加的衰耗 而再一次逐漸變細),但包含?1的交疊區(qū)將會經受每個PSFFJPF2的不同Z區(qū)域。這 個事實允許SS算法(諸如,ICA)被用于在區(qū)〇1內執(zhí)行檢測器信號去卷積,從而在這個區(qū)中 導致增加的空間分辨率(與現(xiàn)有技術相比)。 -如以上的項目(b)中所闡述的,這個效果不必僅局限于點?1所在的區(qū)01;替代地,如 果在第一和第二探查期期間執(zhí)行側向掃描,則區(qū)〇1將會僅是位于S2下方的合并地域(例 如,層/體積)〇的一個分量,本發(fā)明能夠針對其實現(xiàn)提高的空間分辨率。在這個方面,參見 例如圖1B。 -如果期望,能夠在另外的迭代中重復以上闡述的過程,由此射束敢于逐漸地越來越深 地進入標本中,因此創(chuàng)建能夠在其中獲得提高的空間分辨率的次表面地域/層0的堆疊。這 種方案例如被圖示在圖1C中。 -技術人員將會理解,在當前情況下,不能采用以上的方案(I),因為在探查期之間存 在不可逆的破壞性步驟(層去除);替代地,可采用方案(II)。在這種背景下,應該注意的 是: 通過改變測量參數(shù)中并且記錄伴隨的檢測器輸出,能夠針對PSFFi(在P中的每個點pj獲得整個測量集合1M。 類似地,通過改變測量參數(shù)2P并且記錄伴隨的檢測器輸出,能夠針對PSFF2 (在p中 的每個點Pl)獲得整個測量集合2M,其中2P和1P可以相同或不同。 這些測量集合1M、2M中的每一個分別允許產生標本的(一部分的)空間解析圖像;然 而,使用本發(fā)明的構思,可針對上述交疊地域〇獲得更高分辨率圖像。
[0023] 應該注意的是,以上的現(xiàn)有技術(i)-(iv)討論物理切片和斷層掃描術的組合使 用,但這僅為了增加這種斷層掃描術到標本中的可實現(xiàn)范圍;在現(xiàn)有技術中不存關于沿Z 方向使用交疊的PSF或應
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