[发明专利]快速且稳健的基于傅立叶域的细胞区分

说明书

描述了用于区分细胞的细胞区分系统。一种区分系统包括用于接收处于悬浮状态的微观颗粒的全息图像数据的输入装置，用于通过执行该全息图像数据的傅立叶变换来将该全息图像数据转换到频域的全息图像数据处理装置，以及用于在频域中确定该微观颗粒的该全息图像数据的表征特征用于该微观颗粒的表征的识别装置，该表征特征包括旋转不变特征。

技术领域

本发明涉及用于对微观颗粒进行分类的自动分类方法和设备。具体而言，其涉及用于基于全息图像记录的傅立叶域表示的微观颗粒分类的方法和设备，如例如可在芯片上无透镜流式细胞仪中使用的。

发明背景

白细胞(Leukocyte)或白血细胞(white blood cell)在身体的免疫系统中扮演重要角色，因为它们负责防止感染和入侵生物。执行白细胞计数以检测白细胞的异常平衡，所述异常平衡常常是由潜在情况(underlying condition)引起的。执行白细胞区分以确定受试者的血液中每种类型的白血细胞的浓度。白细胞计数和白细胞区分两者均是确定受试者的健康状况的关键度量，因为它们可检测到隐藏的感染并向专家警示特定医疗状况，诸如自身免疫性疾病(autoimmune diseases)和血液疾病(blood disorder)。这两种测试还用于监测癌症治疗期间化疗的有效性。

用于白细胞表征的快速、可靠且准确的方法仍然是持续的研究目标。已经做出相当多的努力，以便开发能够在护理站(point-of-care)或其中快速分析很关键的情况下执行三部分白细胞区分的便携式血液分析仪。此类较小的设备(例如台式的或甚至优选为手持式的)通过使医疗诊断更接近患者而在发展中国家的医疗保健交付中扮演关键角色。它们在救护车、药房、医生诊所等环境中也具有很大的实用性。在此上下文中，无透镜、在线(in-line)全息显微镜(最初由Gabor D.在1949年的伦敦皇家学会论文集A：数学、物理和工程科学第197卷第454-487段引入)是能够以无标签的方式(即，在不使用荧光标记物的情况下)从细胞提取足够的形态信息的前景良好的技术。数字在线显微镜的优点很多，相对简单的光学和硬件要求允许三维成像的廉价而紧凑的解决方案。此外，它使得能够以高速率捕获标本，从而提供了高通量显微镜平台。

数字在线全息显微镜(DIHM)在概念上如下工作：相干辐射源(例如激光)被引导到具有在激光波长量级的直径的狭窄开口(例如针孔)上。针孔充当球面波从其发出的点源。该波照射物体并在数字图像传感器上形成经放大的衍射图样，在许多情况下，图像传感器可以是CCD或CMOS芯片。如果与未经散射的参考波相比来自物体的经散射波在幅度上更弱，则屏幕上的干涉图样将构成全息图，随后全息图被存储为数字图像。点源的球面波前可充当理想的平面透镜变换，放大所捕获的对象并提高整个采集设置的分辨率。无透镜显微镜已用于对各种各样的生物标本进行成像，诸如海洋微生物、花粉孢子和各种类型的血细胞。数字在线全息显微镜设置的相对简单性使其成为与微流体设备集成的合适候选者，在光流体领域带来了新机会。通过这些设置，可实现高达几微米的空间分辨率，且时间分辨率仅受相机传感器的速度的限制(通常每秒可捕获数百帧)。