[发明专利]组合式明视场和相衬显微镜系统及配备其的图像处理设备

说明书

一方面，本发明是组合式明视场和相衬显微镜系统，其包括明场照明单元(10)，相衬照明单元(20)和控制单元(40)，其适于控制所述明视场照明单元(10)的切换和所述相衬照明单元(20)的切换。明场照明单元(10)和相衬照明单元(20)具有彼此不同的光轴(11，21)，并且显微镜系统还包括：‑光学元件(30)，其为来自所述明视场照明单元(10)的照明和来自所述相衬照明单元(20)的照明提供公共的照明光轴(31)，以及沿着公共的公共的照明光轴(31)一个接一个地布置有：‑样本保持器(33)，相衬物镜(35)，以及‑图像记录器(50)，其适于在两种照明类型之间的每次相应切换之前和之后拍摄图像。另一方面，本发明是应用上述显微镜系统的图像处理设备。

技术领域

本发明涉及组合式明视场和相衬显微镜系统，并且涉及配备有该系统的图像处理设备。

背景技术

现有技术的显微镜系统-例如，在生物样本分析领域，特别是体液样本的分析领域-应用基于所谓的明视场显微镜的测量技术方案。这种解决方案公开在例如WO2013/104937中。在根据该文献的系统中，从预先填充到测量管中、被搅拌并被离心的样本中获取图像，该图像默认地优选具有15个灰度值(位深度：8)和1280×960像素的分辨率。在每个样本的情况下，分析大约2.2μL天然尿液样本。在记录图像之前，在所有位置分别调整聚焦以便获得清晰的图像。利用基于神经网络的复杂算法来评估尿液沉淀物的图像，该算法接收所记录的图像作为其单个输入。图像是所谓的HPF(高倍视野)类型，即它们给出了看向显微镜的视觉印象。

在基于神经网络的图像处理算法中，如果除了记录的图像之外还将其他信息馈送到处理算法，则是有利的。根据上述引用的公开文本，例如，不仅图像，而且除了图像之外或代替图像，可以使用通过各种函数从图像生成的一个或多个变换图像或具有不同分辨率的图像的一个或多个变体作为输入。然而，这些仅携带基于原始记录的图像的信息，即，不提供用于图像处理的相关附加信息。

现有技术中还公开了其中应用相衬显微镜的原理记录生物样本的图像的解决方案。相衬设备与“普通”显微镜的不同之处在于，相衬设备由特殊的聚光器和所谓的相衬物镜组成。应用相衬方法获得的图像具有非常高的对比度，因此它们特别适合于检查组织培养物中粘附到基底的变薄细胞，以及具有非常低厚度(0.1-1μm)的未染色切片。该方法的不利特征是产生晕圈，尤其在高对比度结构周围，这使成像质量劣化。

在相衬显微镜中，在聚光透镜的前面放置非透明板，在该非透明板上消隐层包括环形透明区域(“环形光阑”)。因此，在样品的方向上离开聚光器的光沿着锥面穿过样品，然后在物镜的焦点处成像。相衬物镜包括具有环形层的板(“相位板”)，该板适于在正或负方向上将沿锥面入射的(参考)光束的相位移动四分之一波长。来自待检验样品的光学较密区的折射和相位延迟光束不穿过相位环，并且与参考光束一起到达图像平面处，并与其干涉。这导致光束彼此抵消(或者在较厚结构的情况下，增强)，因此物体的具有不同折射率和厚度的区域看起来具有不同的暗度(或者偶尔地，亮度)。相位板的目的是在具有相对小的相位延迟的波束的情况下提供合理大的相位差，并因此提供相当大的对比度。

相衬图像本身不太适合于上述图像处理方法，因为它主要是出现在图像中的相位转变(提供附加信息)，但是由于没有相位转变的区域变暗(抵消)，所以丢失了由明视场显微镜提供的大量信息。

现有技术包含这样的解决方案，其中提供了明视场和相衬成像之间的机械切换，因此至少在原理上，两种类型的图像都可以被提供用于图像处理的目的。例如，GB866,437、US6,479,807B1、US5,731,894和US4,407,569中公开了这种解决方案。然而，已知的解决方案不适合于根据本发明的目的，即，不适合于检查生物样本，因为在相对长的切换周期期间，图像成分(例如，细菌)改变位置。这是因为切换涉及移动多达两个光学元件：环形光阑必须被切换为明视场光阑，并且相位板也必须从物镜移除。