Калибровочный слайд для цифровой патологии
Изобретение относится к цифровой патологии. Для сканирующего микроскопа цифровой патологии заявлен калибровочный слайд (10), имеющий улучшенную однородность на микроскопическом уровне и повышенную стабильность во времени. Калибровочный слайд содержит подложку (12) и структуру (14) пикселей, содержащую множество разнесенных металлических наноструктур (16), расположенных на поверхности (18) подложки. Подложка является оптически прозрачной. Металлические наноструктуры расположены для создания плазмонных резонансов, для формирования цветного изображения при светлопольном освещении. Цветное изображение содержит множество калибровочных значений цветов, которые предоставляются для калибровки системы формирования изображения цифровой патологии. Технический результат - создание калибровочного слайда с улучшенной однородностью на микроскопическом уровне и повышенной стабильностью во времени. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области формирования изображения цельного препарата в цифровой патологии, а в частности, к калибровочному слайду, к системе калибровки и к способу калибровки сканирующего микроскопа цифровой патологии.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В цифровой патологии изображения патологоанатомических препаратов захватываются и сохраняются в цифровой форме, и их можно наблюдать, обрабатывать и анализировать на мониторе компьютера. Поэтому важно, чтобы цвета патологоанатомических препаратов отображались без изменения во времени и надежно. Однако цветочувствительности различных сканеров цифровой патологии могут быть разными. Даже цветочувствительность одного и того же сканера цифровой патологии может изменяться с течением времени.
Вследствие этого для калибровки цветочувствительности сканера цифровой патологии были разработаны калибровочные слайды для установления известного соотношения со стандартным цветовым пространством. Например, в ʺColor accuracy and reproducibility in whole slide imaging scannersʺ, в Medical Imaging 2014: Digital Pathology, vol. 9041 of Proceedings of SPIE, 2014, P. Shrestha и B. Hulsken описали разработанный слайд для калибровки цвета, основанный на синтетических мишенях, таких как фотографический диапозитив цветовой мишени Макбет. Такие фотопленочные способы включают в себя формирование изображения мишени формирующим изображение устройством и затем использование получившегося изображения для создания профиля коррекции цвета, характерного для этого устройства. Однако такой способ ограничен тем, что цвета создаются сочетаниями бирюзового, пурпурного и желтого пленочных красителей, которые имеют спектры, значительно отличающиеся от спектров красителей, используемых в гистопатологии.
В ʺColor correction in whole slide digital pathologyʺ, Proc. 20th IS&T Color and Imaging Conference, November, 2012, Y. Murakami, H. Gunji, F. Kimura, A. Saito, T. Abe, M. Sakamoto, P. Bautista и Y. Yagi описали калибровочный слайд, который для исключения этих ограничений содержит девять миниатюрных цветных пленок, выбранных специально для окрашиваний гематоксилином-эозином (H&E).
Для точного представления получаемого изображения материала мишени в ʺColor standardization in whole slide imaging using a color calibration slideʺ, Journal of Pathology Informatics, vol. 5, no 1, article 4, 2014, P. Bautista, N. Hashimoto и Y. Yagi предложили цветные мишени на основе ткани, такой как срез эмбриона мыши, окрашенный стандартным способом.
Хотя делались попытки повысить точность калибровки цвета путем согласования цветов отображаемого материала мишени, общая проблема для многих этих способов заключается в том, что на микроскопическом уровне калибровочные слайды могут иметь зернистую структуру, которая может влиять на качество изображения. Даже для одного и того же калибровочного слайда цвета, такие как цвета, образованные окрашенными полимерными пленками, могут не быть стабильными и могут обесцвечиваться с течением времени.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Имеется необходимость в создании калибровочного слайда с улучшенной однородностью на микроскопическом уровне и повышенной стабильностью во времени.
Задача настоящего изобретения решается объектом изобретения из независимого пункта формулы изобретения, дальнейшие варианты осуществления которого включены в зависимые пункты формулы изобретения. Следует отметить, что описываемые ниже аспекты изобретения также относятся к калибровочному слайду, системе калибровки и способу калибровки сканирующего микроскопа цифровой патологии.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен калибровочной слайд для сканирующего микроскопа цифровой патологии. Калибровочный слайд содержит подложку и структуру пикселей, содержащую множество разнесенных металлических наноструктур, расположенных на поверхности подложки. Подложка является оптически прозрачной. Металлические наноструктуры расположены для создания плазмонных резонансов для формирования цветного изображения при светлопольном освещении. Цветное изображение содержит множество калибровочных значений цветов, которые предоставляются для калибровки сканирующего микроскопа цифровой патологии.
Таким образом, пиксели образованы для поддержания индивидуальных цветов, и их также можно делать миниатюрными и располагать рядом на пределе оптической дифракции. Кроме того, этим можно создавать яркие цвета при наблюдении под светлопольным оптическим микроскопом с высокой числовой апертурой (ЧА). Поскольку характеристики плазмонных резонансов находятся ниже предела оптического разрешения, калибровочный слайд является однородным на микроскопическом уровне. Кроме того, образующиеся цвета являются стабильными во времени, поэтому имеется возможность оценивания стабильности во времени сканирующего микроскопа цифровой патологии.
Следует отметить, что термин «сканирующий микроскоп» применительно к изобретению относится к микроскопам любого вида, которые пригодны для формирования изображения так называемого цельного препарата в цифровой патологии. Например, изобретение охватывает микроскопы с линейным сканированием, а также с мозаичным сканированием.
Согласно примеру металлические наноструктуры расположены с обеспечением связи друг с другом для настройки резонансной длины волны так, чтобы множество калибровочных значений цветов формируемого цветного изображения были адаптируемыми к цветам мишени в выбранном способе калибровки цветов.
При сочетании локализованных и связанных резонансов можно создавать калибровочный слайд с резонансной длиной волны в диапазоне от ультрафиолетового до красного света.
Согласно примеру калибровочный слайд также снабжен по меньшей мере одной структурой, выбираемой из группы, содержащей монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения.
Иначе говоря, калибровочный слайд содержит два или большее количество различных образцов или мишеней. Согласно одному примеру калибровочный слайд содержит цветную мишень с цветами от плазмонных эффектов и монослой окрашенных микробусинок. Согласно дальнейшему примеру калибровочный слайд содержит цветную мишень с цветами от плазмонных эффектов, монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения.
Таким образом, цветовые и фантомные характеристики можно имитировать плазмонными резонансами. Фокусировку и воспроизведение изображений можно оценивать с помощью микробусинок. Мишень для проверки разрешающей способности и искажения позволяет оценивать артефакты разрешающей способности и сшивки изображений. При сочетании многочисленных мишеней на одном и том же калибровочном слайде можно осуществлять более эффективную и точную калибровку.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложена система калибровки, которая содержит сканирующий микроскоп и калибровочный слайд согласно одному из примеров, описанных выше и в дальнейшем. Сканирующий микроскоп содержит источник света, детектор света, которые расположены на оптическом пути. При калибровке калибровочный слайд расположен на оптическом пути. Источник света выполнен с возможностью создания света, освещающего калибровочный слайд, чтобы создавались плазмонные резонансы для формирования цветного изображения. Детектор света выполнен с возможностью обнаружения света, проходящего через калибровочный слайд, для регистрации данных цветного изображения в качестве данных для проверки калибровки в целях калибровки.
Сканирующий микроскоп может быть, например, светлопольным сканером цифровой патологии, светлопольным и флуоресцентным сканером цифровой патологии или светлопольным, флуоресцентным сканером цифровой патологии методом FISH (флуоресцентной гибридизации in-situ).
Согласно примеру система калибровки также снабжена калибровочным устройством, содержащим блок памяти и блок обработки. Блок памяти выполнен с возможностью сохранения заданных стандартных калибровочных данных. Блок обработки выполнен с возможностью сравнения регистрируемых данных для проверки калибровки и сохраняемых стандартных калибровочных данных для формирования профиля коррекции цвета. Профиль коррекции света используется для коррекции цвета и/или разрешающей способности патологоанатомических данных изображения патологоанатомического образца, получаемого с помощью сканирующего микроскопа.
Согласно примеру в дополнение к структуре пикселей по меньшей мере одна структура образована на поверхности калибровочного слайда, которая выбирается из группы, содержащей монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения. Детектор света выполнен с возможностью регистрации данных изображения по меньшей мере одной структуры в качестве дополнительных данных для проверки калибровки. Блок памяти выполнен с возможностью сохранения дополнительных заданных стандартных калибровочных данных по меньшей мере одной структуры. Блок обработки выполнен с возможностью сравнения регистрируемых дополнительных данных для проверки калибровки и сохраняемых дополнительных заданных стандартных калибровочных данных для калибровки параметра сканирующего микроскопа. Параметр выбирается из группы, содержащей качество фокусировки сканирующего микроскопа и артефакты разрешающей способности и сшивки изображений.
Согласно примеру металлические наноструктуры расположены для создания плазмонных резонансов, которые делают возможным поглощение света на длине волны поглощения с образованием фотолюминесцентного и/или флуоресцентного излучения для формирования флуоресцентного изображения. Флуоресцентное изображение содержит множество значений интенсивности пикселей, которые предоставляются для калибровки флуоресцентного микроскопа.
Иначе говоря, калибровочный слайд может использоваться для калибровки не только цветов, но также для калибровки характеристики флуоресценции, например, светлопольной и флуоресцентной системы формирования изображений. Поскольку нет необходимости заменять калибровочный слайд при переходе от калибровки цветов к калибровке характеристики флуоресценции, эффективность процесса калибровки может быть повышена.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен способ калибровки сканирующего микроскопа, содержащего источник света и детектор света, которые расположены на оптическом пути, при этом способ содержит следующие этапы, на которых:
а) освещают калибровочный слайд светом от источника света по направлению к детектору света; при этом калибровочный слайд располагают на оптическом пути; при этом калибровочный слайд содержит подложку и структуру пикселей, содержащую множество разнесенных металлических наноструктур, расположенных на поверхности подложки, в котором металлические наноструктуры расположены для создания плазмонных резонансов; и при этом свет, освещающий калибровочный слайд, создает плазмонные резонансы для формирования цветного изображения, содержащего множество калибровочных значений цветов для калибровки сканирующего микроскопа;
b) обнаруживают свет, проходящий через калибровочный слайд, и регистрируют данные цветного изображения в качестве данных для проверки калибровки; и
с) используют данные для проверки калибровки в целях калибровки сканирующего микроскопа.
Согласно примеру этап с) способа также содержит следующие подэтапы, на которых:
с1) подготавливают заданные стандартные калибровочные данные;
с2) сравнивают получаемые данные для проверки калибровки с заданными стандартными калибровочными данными для формирования профиля коррекции цвета; и
с3) корректируют цвет и/или разрешающую способность патологоанатомических данных изображения патологоанатомического образца, получаемого с помощью сканирующего микроскопа, при использовании профиля коррекции света.
Согласно примеру в дополнение к структуре пикселей по меньшей мере одну структуру образуют на поверхности калибровочного слайда, которую выбирают из группы, содержащей монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения; и при этом способ также содержит следующие этапы, на которых:
d) регистрируют данные изображения по меньшей мере одной структуры в качестве дополнительных данных для проверки калибровки;
е) подготавливают дополнительные заданные стандартные калибровочные данные по меньшей мере одной структуры; и
f) сравнивают регистрируемые дополнительные данные для проверки калибровки и сохраняемые дополнительные заданные стандартные калибровочные данные для калибровки параметра сканирующего микроскопа; при этом параметр выбирают из группы, содержащей качество фокусировки сканирующего микроскопа и артефакты разрешающей способности и сшивки изображений.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предложен способ изготовления калибровочного слайда с множеством структур, содержащих структуру пикселей с множеством разнесенных металлических наноструктур, расположенных на поверхности подложки, монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения, при этом способ содержит следующие этапы, на которых:
аа) осаждают монослой окрашенных микробусинок на подложку, образуя микроскопический слайд;
bb) осаждают структуру пикселей и мишень для проверки разрешающей способности и искажения на две другие подложки, образуя два покровных стекла; и
сс) устанавливают два покровных стекла на микроскопический слайд для образования калибровочного слайда.
Иначе говоря, три процесса могут быть выполнены относительно трех отдельных подложек, которые объединяют после завершения этих процессов.
Таким образом, хотя способы изготовления с использованием трех технологий (литографии по методу наноимпринтинга и сухого травления, образования химической связи и оптической литографии) не являются совместимыми друг с другом, все три технологии можно сочетать для одного калибровочного слайда.
Согласно аспекту настоящего изобретения предложен калибровочный слайд, который позволяет использовать эффекты плазмонных резонансов для формирования цветов. Цвета могут быть образованы в тонком слое металлических наноструктур, меньше чем 1 мкм, и поэтому пригодны для калибровки цвета в цифровой патологии, поскольку толщина калибровочного слайда сопоставима с толщиной патологоанатомического препарата. Калибровочный слайд работает в режиме пропускания, при этом цветовая информация кодируется размерными параметрами металлических наноструктур. Иначе говоря, регулированием размерных параметров можно настраивать плазмонный резонанс и тем самым задавать цвета индивидуальных пикселей. Кроме того, калибровочный слайд является однородным на микроскопическом уровне и образующиеся цвета являются стабильными во времени. Кроме того, благодаря процессу изготовления (например, литографии по методу наноимпринтинга и сухому травлению) единообразие может гарантироваться в пределах крупных партий, что удовлетворяет требованиям задачи стандартизации или требованиям при оценивании изменчивости от сканера к сканеру.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными и понятными при обращении к вариантам осуществления, описанным ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Примеры вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже при обращении к сопровождающим чертежам, на которых:
фиг. 1А и 1В - примеры схематичных видов калибровочных слайдов;
фиг. 2А-2D - дальнейшие примеры калибровочных слайдов;
фиг. 3 - дальнейший пример калибровочного слайда;
фиг. 4 - еще один пример калибровочного слайда;
фиг. 5 - пример системы калибровки;
фиг. 6 - основные этапы примера способа калибровки сканирующего микроскопа;
фиг. 7 - дальнейший пример способа калибровки сканирующего микроскопа; и
фиг. 8 - основные этапы примера способа изготовления калибровочного слайда с множеством структур.
Чертежи являются только схематичными и выполнены не в масштабе. Одни и те же позиции относятся к одинаковым или подобным элементам на всех чертежах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг. 1В показан вид сверху приведенного для примера калибровочного слайда 10 для сканирующего микроскопа 36 (см. пример на фиг. 5). На фиг. 1А показан разрез по линии 1А-1А, показанной на фиг. 1В.
Калибровочный слайд 10 содержит подложку 12 и структуру 14 пикселей. Структура 14 пикселей содержит множество разнесенных металлических наноструктур 16, расположенных на поверхности 18 подложки 12. Подложка 12 является оптически прозрачной. Металлические наноструктуры 16 расположены для создания плазмонных резонансов, для формирования цветного изображения, например изображения в голубом или желтом цвете, при светлопольном освещении. Цветное изображение содержит множество калибровочных значений цветов, которые предоставляются для калибровки сканирующего микроскопа.
При необходимости предусматривают покровное стекло 20 для покрытия и защиты структуры 14 пикселей. Для закрепления необязательного покровного стекла 20 можно использовать клей, смолу или любой другой подходящий материал, который вводят между металлическими наноструктурами 16.
Дополнительная возможность заключается в покрытии металлических наноструктур 16 оптически прозрачным оксидным слоем (непоказанным). Металлические наноструктуры 16 могут быть конформно покрыты оксидным слоем. Оксидный слой может быть выполнен, например, из диоксида кремния (SiO2), нитрида кремния (Si3N4), смеси SiO2 и Si3N4 (SiOxNy) или любого другого подходящего оксида или материала. Необязательный оксидный слой может обеспечить лучшую защиту и облегчить прикрепление покровного стекла. Подложка 12, также называемая диэлектрической подложкой, может быть выполнена из любого подходящего материала, который является прозрачным на рабочей длине волны, что позволит свету проходить без заметного рассеивания или поглощения. Например, подложка может быть выполнена из диоксида кремния, диоксида титана, нитрида кремния, кварца, плавленого кварца, пластиков, сапфира и т.д. Подложка 12 может быть полностью прозрачной. Например, подложка 12 может пропускать больше чем 90% света. Кроме того, подложка 12 может быть частично прозрачной. Например, подложка 12 может пропускать 60% света. Прозрачностью подложки 12 обеспечивается работа калибровочного слайда 10 в режиме пропускания, например, при освещении ярким светом.
Металлические наноструктуры 16 могут содержать металл, выбираемый из группы, содержащей золото, серебро, медь и алюминий. Кроме того, могут рассматриваться другие металлы, подходящие для получения плазмонных резонансов. Опционально или предпочтительно металлом является алюминий или сплав алюминия. Алюминий может поддерживать плазмонный резонанс в ультрафиолетовой (УФ) области, что невозможно в случае серебра и золота. Кроме того, алюминий является стабильным в окружающей среде и имеет меньшую стоимость, чем серебро и золото.
Термин «наноструктура» относится к структуре с по меньшей мере одним размером по наношкале.
Согласно одному примеру каждая металлическая наноструктура имеет размер 22 в поперечном сечении в пределах от 30 нм до 700 нм, предпочтительно от 60 нм до 450 нм. Размер 22 в поперечном сечении относится к размеру на всем протяжении поверхности 18 подложки 12, на которой расположены металлические наноструктуры 16. На фиг. 1В металлические наноструктуры 16 показаны имеющими поперечное сечение круговой формы. В этом случае размер 22 в поперечном сечении соответствует диаметру круговой формы.
Согласно дальнейшему примеру каждая металлическая наноструктура имеет толщину 24 в пределах от 10 нм до 1 мкм, предпочтительно от 25 нм до 150 нм. Термин «толщина» относится к высоте металлических наноструктур 16, которые продолжаются от поверхности 18 подложки 12.
Как показано на фиг. 1А, металлические наноструктуры 16 могут образовывать выступы на поверхности 18 подложки 12. Согласно другому примеру (непоказанному) металлические наноструктуры 16 могут образовывать выемки в поверхности 18 подложки 12.
Металлические наноструктуры 16 могут располагаться периодически на всем протяжении поверхности 18 подложки 12. Например, на фиг. 1В металлические наноструктуры 16 расположены с образованием двумерной квадратной решетки. Кроме того, металлические наноструктуры 16 могут быть расположены иным образом, например, с образованием двумерной гексагональной решетки.
Согласно другому примеру (непоказанному) металлические наноструктуры 16 расположены квазипериодическим образом с нерегулярной периодичностью.
Согласно примеру расстояние 26 между соседними металлическими наноструктурами 16 сравнимо с длиной волны видимого света, и оно находится в пределах от 100 нм до 1 мкм, предпочтительно от 180 нм до 650 нм. Кроме того, расстояние 26 может именоваться шагом, который представляет собой расстояние между центрами двух соседних металлических наноструктур. В качестве варианта металлические наноструктуры 16 могут быть расположены с обеспечением связи друг с другом для настройки резонансной длины волны так, чтобы множество калибровочных значений цветов формируемого цветного изображения было адаптируемым к цветам мишени в выбранном способе калибровки цветов.
Термин «калибровка» относится к установлению известного соотношения со стандартным цветовым пространством.
Термин «калибровочные значения цветов» относится к значениям цветов цветного изображения в выбранном способе калибровки цветов. Следовательно, калибровочные значения цветов могут изменяться в соответствии с выбранным способом калибровки цветов. Согласно одному примеру для цветовой мишени Макбет калибровочные значения цветов соответствуют значениям цветов, которые образуются сочетаниями оранжевого, телесного, бирюзового, пурпурного, желтого и т.д. цветов. Согласно другому примеру используют цветовые мишени на основе ткани, а калибровочные значения цветов относятся к цветам ткани, такой как срез эмбриона мыши, окрашенный стандартным способом. Согласно дальнейшему примеру калибровочные значения цветов включают в себя репрезентативный набор окрашенных полосок из биополимера, которые окрашены патологоанатомическими красителями, такими как гематоксилин, эозин, анилиновый голубой и т.д. Согласно другому примеру, если используется основанный на ткани способ коррекции цветов, цвета мишени представляют отображаемый материал мишени, при этом образуются цветные фантомы на основе окрашенной ткани. Согласно дальнейшему примеру, если калибровка цветов основана на спектрах, подобных спектрам, встречающимся при наблюдении патологоанатомических препаратов с образцами окрашенных тканей, цвета мишени представляют окрашенные полоски из биополимера, которые окрашены патологоанатомическими красителями.
Термин «связь» относится к связанным плазмонным резонансам между соседними металлическими наноструктурами.
Связь между металлическими наноструктурами позволяет настраивать резонансную длину волны, например, от ультрафиолетовой области до красной области.
Компоновкой металлических наноструктур 16 на поверхности 18 подложки 12 определяется структура 14 пикселей.
На фиг. 2A-2D показаны виды сверху структуры 14 пикселей калибровочного слайда 10 согласно дальнейшим примерам.
На фиг. 2А структура 14 пикселей содержит решетку одноразмерных металлических наноструктур 16. Каждой металлической наноструктурой 16 обозначается пиксель.
На фиг. 2B, 2C и 2D цвета задаются периодичностью множества блоков 28 металлических наноструктур, так что каждым блоком металлических наноструктур обозначается крупный пиксель.
На фиг. 2В и 2С каждый блок 28 металлических наноструктур содержит металлические наноструктуры 16 с различными размерами в поперечном сечении.
Для образования другого цвета на фиг. 2D блок 28 металлических наноструктур содержит металлические наноструктуры 16 с размером в поперечном сечении, отличающемся от размера наноструктур в остальной части структуры 14 пикселей.
Структура 14 пикселей металлических наноструктур 16 может быть изготовлена при использовании способа, выбираемого из группы, содержащей литографию по методу наноимпринтинга и сухое травление.
Благодаря процессу изготовления может гарантироваться единообразие в пределах крупных партий, что удовлетворяет требованиям задачи стандартизации.
На фиг. 3 показана структура 14 пикселей согласно дальнейшему примеру, которая содержит по меньшей мере две подструктуры 30 пикселей. По меньшей мере две подструктуры 30 пикселей выполнены с возможностью формирования различных цветов, например, при использовании металлических наноструктур 16 с различными размерами и/или с разной компоновкой.
Этим можно обеспечить гибкую архитектуру цветовой карты (или цветовой мишени) для выбранного способа калибровки цветов. Например, структура 14 пикселей может представлять собой цветовую мишень согласно стандарту IT8 Американского национального института стандартов с 24 серыми полями и 264 цветовыми полями в виде подструктур 30 пикселей. Кроме того, структура 14 пикселей может представлять собой цветовую мишень Массачусетской больницы общего профиля (MGH) с 8 цветовыми полями в виде подструктур 30 пикселей. Таким образом, подструктуры пикселей могут также именоваться цветовыми образцами.
Поскольку характеристики плазмонного резонанса находятся ниже предела оптического разрешения, калибровочный слайд является однородным на микроскопическом уровне. Кроме того, калибровочный слайд является полностью совместимым с патологоанатомическим препаратом, поскольку толщина калибровочного слайда аналогична толщине патологоанатомического препарата. Кроме того, образующиеся цвета являются стабильными во времени. Этим обеспечивается характеристика стабильности сканирующего микроскопа во времени.
На фиг. 4 показан дальнейший пример, в котором в дополнение к структуре 14 пикселей по меньшей мере одна структура 32, 34 образована на поверхности 18 калибровочного слайда 10. По меньшей мере одна структура 32, 34 выбирается из группы, содержащей монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения. В качестве варианта обе структуры 32, 35 расположены на поверхности 18, при этом структура 32 содержит монослой окрашенных бусинок, а структура 34 содержит мишень для проверки разрешающей способности и искажения.
Иначе говоря, калибровочный слайд 10 может содержать два или большее количество образцов или мишеней, например, цветовую мишень с цветами, образующимися в результате действия плазмонных эффектов, монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения.
Таким образом, цветовые и фантомные характеристики можно имитировать плазмонными резонансами. Качество фокусировки и изображения можно оценивать с помощью микробусинок. Мишень для проверки разрешающей способности и искажения позволяет оценивать артефакты разрешающей способности и сшивки изображений. Поэтому эффективность процесса калибровки может быть повышена. Кроме того, пользователь может также помещать этот сложный образец в сканер или на столик сканера.
Многочисленные структуры могут быть осаждены на подложку любым подходящим способом. В варианте примера, показанного на фиг. 4, микробусинки из структуры 32 присоединены к подложке 12 химическим способом, тогда как металлические наноструктуры из структуры 14 пикселей и мишень для проверки разрешающей способности и искажения из структуры 34 осаждены на два покровных стекла 26, например, с использованием процесса оптической литографии.
Это может позволить сочетать многочисленные структуры при использовании различных способов изготовления.
На фиг. 5 показан схематичный вид приведенной для примера системы 100 калибровки. Система 100 калибровки содержит сканирующий микроскоп 36 и калибровочный слайд 10 согласно одному из описанных выше примеров.
Сканирующий микроскоп 36 содержит источник 38 света, необязательное оптическое устройство 40 и детектор 42 света, которые расположены на оптическом пути 44.
Оптическое устройство 40 может содержать первое оптическое подустройство 39 и второе оптическое подустройство 41.
Первое оптическое подустройство 39 расположено на оптическом пути 44 между источником 38 света и калибровочным слайдом 10 для направления света 46 (показанного двумя сплошными стрелками) от источника 38 света к калибровочному слайду 10. Первое оптическое подустройство 39 может содержать, например, конденсорную линзу, зеркала и т.д. (непоказанные).
Второе оптическое подустройство 41, которое может содержать объектив микроскопа и другую оптику для формирования изображения (непоказанные), расположено на оптическом пути 44 между калибровочным слайдом 10 и детектором 42 света для направления света 46, проходящего через калибровочный слайд 10, к детектору 42 света.
При калибровке калибровочный слайд 10 располагают на оптическом пути 44 (показанном пунктирной линией). Источник 38 света конфигурируют для получения света 46 (показанного двумя сплошными стрелками), проходящего через оптическое устройство 40, для освещения калибровочного слайда, чтобы создать плазмонный резонанс для формирования цветного изображения. Для целей калибровки детектор 42 света выполняют с возможностью обнаружения света, проходящего через калибровочный слайд 10, чтобы регистрировать данные цветного изображения в качестве данных для калибровки. Иначе говоря, при калибровке калибровочный слайд 10 работает в режиме пропускания, чтобы проходящий свет обнаруживался детектором 42 света.
Сканирующий микроскоп 36 может быть, например, светлопольным сканером цифровой патологии, светлопольным и флуоресцентным сканером цифровой патологии или светлопольным, флуоресцентным сканером цифровой патологии в соответствии с методом FISH (флуоресцентной гибридизации in-situ). Сканирующий микроскоп обеспечивает преобразование изображений микропрепаратов на предметных стеклах в цифровые слайды, такие как, например, изображения цельного препарата патологоанатомического образца, которые можно наблюдать, обрабатывать и анализировать на мониторе компьютера.
Металлические наноструктуры калибровочного слайда могут быть расположены также для создания плазмонных резонансов, которые обеспечивают поглощение света на длине волны возбуждения с образованием фотолюминесцентного и/или флуоресцентного излучения для формирования флуоресцентного изображения. Флуоресцентное изображение содержит множество значений интенсивности пикселей, которые предоставляются для калибровки флуоресцентного микроскопа.
Калибровочный слайд на основе плазмонных резонансов имеет широкий спектр поглощения и излучения, который может перекрывать все типичные каналы флуоресценции при возбуждении светом на соответствующей длине волны возбуждения. Поэтому одна и та же область калибровочного слайда может обеспечивать выход фотолюминесценции и/или флуоресценции в пределах широкого спектрального диапазона. Иначе говоря, плазмонные структуры одного вида на калибровочном слайде могут использоваться для калибровки всех каналов флуоресценции. Этим можно исключить необходимость в многочисленных флуоресцентных красителях. Кроме того, вследствие естественного резонансного поглощения возбужденного света в металлических наноструктурах и переизлучения части возбужденного света на других длинах волн фотолюминесценция и/или флуоресценция такого калибровочного слайда может быть меньше предрасположена к деградации.
Кроме того, поскольку калибровочный слайд создает фотолюминесцентное и/или флуоресцентное излучения под воздействием света на длине волны возбуждения, один и тот же калибровочный слайд также может представлять собой средство для калибровки флуоресценции. Иначе говоря, в светлопольном и флуоресцентном сканере цифровой патологии нет необходимости заменять калибровочный слайд при переходе от формирования светлопольного изображения к формированию флуоресцентного изображения. Поэтому эффективность калибровки может быть повышена.
Как показано на фиг. 5, при необходимости систему 100 калибровки дополнительно снабжают калибровочным устройством 48. Калибровочное устройство 48 содержит блок 50 памяти и блок 52 обработки.
Блок 52 обработки выполнен с возможностью сравнения регистрируемых данных для проверки калибровки и сохраняемых заданных стандартных калибровочных данных с образованием профиля коррекции цвета. Профиль коррекции цвета используется для коррекции цвета и/или разрешающей способности патологоанатомических данных изображения патологоанатомического образца, получаемого с помощью сканирующего микроскопа.
Профиль коррекции цвета может быть, например, матрицей коррекции цвета. Коррекция цвета может быть основана, например, на эмпирической модели.
Согласно одному примеру калибровочное устройство объединено со сканирующим микроскопом. Согласно другому примеру калибровочным устройством является компьютер, который принимает данные для проверки калибровки со сканирующего микроскопа.
В качестве дальнейшего варианта в дополнение к структуре 14 пикселей по меньшей мере одна структура 32, 34 расположена на поверхности 18 калибровочного слайда 10, которая выбирается из группы, содержащей монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения (см. фиг. 4). Детектор света выполнен с возможностью регистрации данных изображения по меньшей мере одной структуры 32, 34 в качестве дополнительных данных для проверки калибровки. Блок 50 памяти выполнен с возможностью сохранения дополнительных заданных стандартных калибровочных данных по меньшей мере одной структуры 32, 34. Блок 52 обработки выполнен с возможностью сравнения регистрируемых дополнительных данных для проверки калибровки и сохраняемых дополнительных заданных стандартных калибровочных данных для калибровки параметра сканирующего микроскопа 36. Параметр выбирается из группы, содержащей качество фокусировки сканирующего микроскопа и артефакты разрешающей способности и сшивки изображений.
Калибровка качества фокусировки сканирующего микроскопа может быть основана на измерении свойства изображений микробусинок, выбираемого из группы, содержащей интенсивность, площадь, плотность и распределение. В таком случае при калибровке сканирующего микроскопа значения измеряемого свойства сравниваются с дополнительными заданными стандартными калибровочными данными, то есть с известными значениями.
Таким образом, один и тот же калибровочный слайд можно использовать для калибровки цвета, качества фокусировки, артефактов разрешающей способности и сшивки изображений. Поэтому эффективность процесса калибровки может быть повышена.
Согласно примеру калибровочный слайд 10 постоянно установлен в сканирующем микроскопе 36.
Иначе говоря, калибровочный слайд может быть встроен в сканирующий микроскоп 36. Это может гарантировать очень высокое качество в течение длительного периода времени.
На фиг. 6 показан способ 200 калибровки сканирующего микроскопа, содержащего источник света и детектор света, которые расположены на оптическом пути. Способ содержит следующие этапы.
На первом этапе 210, также называемом этапом а), калибровочный слайд освещают светом от источника света по направлению к детектору света. Калибровочный слайд располагают на оптическом пути. Калибровочный слайд содержит подложку и структуру пикселей, содержащую множество разнесенных металлических наноструктур, расположенных на поверхности подложки, при этом металлические наноструктуры расположены для создания плазмонных резонансов. Свет, освещающий калибровочный слайд, создает плазмонные резонансы для формирования цветного изображения, содержащего множество калибровочных значений цветов для калибровки сканирующего микроскопа.
На втором этапе 220, также называемом этапом b), обнаруживают свет, проходящий через калибровочный слайд, и регистрируют данные цветного изображения в качестве данных для проверки калибровки.
На третьем этапе 230, также называемом этапом с), данные для проверки калибровки используют в целях калибровки сканирующего микроскопа.
Согласно примеру, показанному в качестве варианта на фиг. 6, этап с) способа, то есть этап 230 способа, также содержит следующие подэтапы, на которых выполняют следующие действия.
На первом подэтапе 232, также называемом подэтапом с1), подготавливают заданные стандартные калибровочные данные.
На втором подэтапе 234, также называемом подэтапом с2), получаемые данные для проверки калибровки сравнивают с заданными стандартными калибровочными данными, чтобы образовать профиль коррекции цвета.
На третьем подэтапе 236, также называемом подэтапом с3), используя профиль коррекции цвета, корректируют цвет и/или разрешающую способность патологоанатомических данных изображения патологоанатомического образца, получаемого с помощью сканирующего микроскопа.
Например, на первом этапе 210, то есть на этапе а), оптическое устройство может быть расположено для направления света от источника света по направлению к детектору света. Оптическое устройство может содержать первое оптическое подустройство и второе оптическое подустройство. Первое оптическое подустройство может содержать конденсорную линзу, зеркала и т.д., которые расположены на оптическом пути между источником света и калибровочным слайдом для направления и фокусирования света на калибровочный слайд. Второе оптическое подустройство может содержать объектив микроскопа и другую оптику для формирования изображения, которые расположены на оптическом пути между калибровочным слайдом и детектором света для направления света к детектору света.
На фиг. 7 показан дальнейший вариант способа (показанный стрелками), в соответствии с которым в дополнение к структуре пикселей по меньшей мере одна структура расположена на поверхности калибровочного слайда, которая выбирается из группы, содержащей монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения. Кроме того, способ может содержать действия, выполняемые на следующих этапах.
На четвертом этапе 240, также называемом этапом d), данные изображения по меньшей мере одной структуры регистрируют в качестве дополнительных данных для проверки калибровки.
На пятом этапе 250, также называемом этапом е), подготавливают дополнительные заданные стандартные калибровочные данные по меньшей мере одной структуры.
На шестом этапе 260, также называемом этапом f), для калибровки параметра сканирующего микроскопа выполняют сравнение регистрируемых дополнительных данных для проверки калибровки и сохраняемых дополнительных стандартных калибровочных данных, при этом параметр выбирают из группы, содержащей качество фокусировки сканирующего микроскопа и артефакты разрешающей способности и сшивки изображений.
На фиг. 8 показан способ 300 изготовления калибровочного слайда с множеством структур, содержащих структуру пикселей с множеством разнесенных металлических наноструктур, расположенных на поверхности подложки, монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения, при этом способ содержит следующие этапы: аа) осаждение 302 монослоя окрашенных микробусинок на подложку с образованием микроскопического слайда; bb) осаждение 304 структуры пикселей и мишени для проверки разрешающей способности и искажения на две другие подложки с образованием двух покровных стекол; и сс) установку 306 двух покровных стекол на микроскопический слайд для образования калибровочного слайда.
Металлические наноструктуры могут быть получены при использовании литографии по методу наноимпринтинга и сухого травления. Например, согласованную с подложкой литографию по методу импринтинга (SCIL) можно использовать для образования маски для травления (например, по золь-гель технологии на основе диоксида кремния) на непрерывном слое алюминия, после чего эту структуру можно перенести на алюминий при использовании анизотропного реактивного ионного травления на основе химии хлора.
Мишень для проверки разрешающей способности и искажения можно изготавливать с помощью процесса оптической литографии.
Для получения монослоя окрашенных микробусинок обычно требуется особый химический процесс с этапами печатания/образования пятен бусинок на поверхности и последующего вымывания излишка бусинок.
Однако получение монослоя бусинок на одном и том слайде после согласованной с подложкой литографии по методу импринтинга или оптической литографии невозможно, поскольку при согласованной с подложкой литографии по методу импринтинга происходит химическая модификация поверхности. Выполнение согласованной с подложкой литографии по методу импринтинга после образования микробусинок также невозможно, поскольку на этапе облучения ультрафиолетовым светом разрушается соединение микробусинок с поверхностью и модификация поверхности делает невозможной осаждение алюминия. Оптическая литография после согласованной с подложкой литографии по методу импринтинга также невозможна, поскольку при согласованной с подложкой литографии по методу импринтинга разрушаются элементы, полученные оптической литографией.
Хотя каждую мишень (структуру пикселей, окрашенные микробусинки и мишень для проверки разрешающей способности и искажения) создают с помощью процесса, сильно отличающегося от других процессов, и эти процессы несовместимы друг с другом, эти мишени все же можно сочетать на одном калибровочном слайде путем образования их на разных подложках. Следует отметить, что варианты осуществления изобретения описаны с обращением к различным объектам изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны с обращением к заявленному способу, тогда как другие варианты осуществления описаны с обращением к заявленному устройству. Однако, исходя из изложенного выше и сопровождающего описания, специалист в данной области техники должен придти к заключению, что в дополнение к любому сочетанию признаков, относящихся к одному объекту изобретения, любое сочетание признаков, относящихся к другим объектам изобретения, следует считать раскрытым в этой заявке. Однако все признаки могут быть объединены с получением синергетических эффектов, которые являются более чем простым суммированием признаков.
Хотя изобретение было представлено на чертежах и подробно изложено в приведенном выше описании, такие представление и изложение следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие варианты раскрытых вариантов осуществления могут быть осознаны и осуществлены специалистами в данной области техники при применении на практике заявленного изобретения, на основании изучения чертежей, раскрытия и зависимых пунктов формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а использование элементов в единственном числе не исключает их использование во множественном числе. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. То, что некоторые признаки перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих признаков не может быть использовано с достижением преимущества. Любые позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем.
1. Калибровочный слайд (10) для сканирующего микроскопа цифровой патологии, содержащий
подложку (12); и
структуру (14) пикселей, содержащую множество разнесенных металлических наноструктур (16), расположенных на поверхности (18) подложки;
в котором подложка является оптически прозрачной;
в котором металлические наноструктуры расположены для создания плазмонных резонансов для формирования цветного изображения при светлопольном освещении; и
в котором цветное изображение содержит множество калибровочных значений цветов, которые предоставляются для калибровки сканирующего микроскопа цифровой патологии;
в котором калибровочный слайд выполнен с возможностью работы в режиме пропускания.
2. Калибровочный слайд по п. 1, в котором металлические наноструктуры расположены с обеспечением связи друг с другом для настройки резонансной длины волны так, чтобы множество калибровочных значений цветов формируемого цветного изображения было адаптируемым к цветам мишени в выбранном способе калибровки цветов.
3. Калибровочный слайд по п. 1 или 2, в котором структура пикселей содержит по меньшей мере две подструктуры (30) пикселей, при этом по меньшей мере две подструктуры пикселей выполнены с возможностью формирования различных цветов.
4. Калибровочный слайд по одному из предшествующих пунктов, в котором металлические наноструктуры содержат металл, выбираемый из группы, содержащей золото, серебро, медь и алюминий, при этом предпочтительно, чтобы металл был алюминием или сплавом алюминия.
5. Калибровочный слайд по одному из предшествующих пунктов, в котором каждая металлическая наноструктура имеет размер (22) в поперечном сечении в пределах от 30 до 700 нм, предпочтительно от 60 до 450 нм, в котором каждая металлическая наноструктура имеет толщину (24) в пределах от 10 нм до 1 мкм, предпочтительно от 25 до 150 нм, и/или в котором расстояние (26) между соседними металлическими наноструктурами является сравнимым с длиной волны видимого света и оно находится в пределах от 100 нм до 1 мкм, предпочтительно от 180 до 650 нм.
6. Калибровочный слайд по одному из предшествующих пунктов, в котором в дополнение к структуре (32, 34) пикселей по меньшей мере одна структура образована на поверхности калибровочного слайда, которая выбирается из группы, содержащей монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения.
7 Калибровочный слайд по одному из предшествующих пунктов, в котором металлические структуры расположены для создания плазмонных резонансов, которые делают возможными поглощение света на длине волны возбуждения для образования фотолюминесцентного и/или флуоресцентного излучения для формирования флуоресцентного изображения, и при этом флуоресцентное изображение содержит множество значений интенсивности пикселей, которые предоставляются для калибровки флуоресцентного микроскопа.
8. Система (100) калибровки, содержащая
сканирующий микроскоп (36) и калибровочный слайд по одному из предшествующих пунктов;
в которой сканирующий микроскоп содержит источник (38) света и детектор света (42), при этом источник света и детектор света расположены на оптическом пути (44);
в которой при калибровке калибровочный слайд расположен на оптическом пути между источником света и детектором света;
в которой источник света выполнен с возможностью создания света, освещающего калибровочный слайд, чтобы создавались плазмонные резонансы для формирования цветного изображения; и
в которой детектор света выполнен с возможностью обнаружения света, проходящего через калибровочный слайд, для регистрации данных цветного изображения в качестве данных для проверки калибровки в целях калибровки.
9. Система по п. 8, где система калибровки также снабжена калибровочным устройством (48), содержащим блок (50) памяти и блок (52) обработки;
в которой блок памяти выполнен с возможностью сохранения заданных стандартных калибровочных данных;
в которой блок обработки выполнен с возможностью сравнения регистрируемых данных для проверки калибровки и сохраняемых заданных стандартных калибровочных данных для формирования профиля коррекции цвета; и
в которой профиль коррекции цвета используется для коррекции цвета и/или разрешающей способности патологоанатомических данных изображения патологоанатомического образца, получаемого с помощью сканирующего микроскопа.
10. Система по п. 8 или 9, в которой в дополнение к структуре пикселей по меньшей мере одна структура образована на поверхности калибровочного слайда, которая выбирается из группы, содержащей монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения;
в которой детектор света выполнен с возможностью регистрации данных изображения по меньшей мере одной структуры в качестве дополнительных данных для проверки калибровки;
в которой блок памяти выполнен с возможностью сохранения дополнительных заданных стандартных калибровочных данных по меньшей мере одной структуры;
в которой блок обработки выполнен с возможностью сравнения регистрируемых дополнительных данных для проверки калибровки и сохраняемых дополнительных заданных стандартных калибровочных данных для калибровки параметра сканирующего микроскопа; и
в которой параметр выбирается из группы, содержащей качество фокусировки сканирующего микроскопа и артефакты разрешающей способности и сшивки изображений.
11. Система по любому одному из пп. 8-10, в которой калибровочный слайд установлен постоянно в сканирующем микроскопе.
12. Способ (200) калибровки сканирующего микроскопа, содержащего источник света и детектор света, которые расположены на оптическом пути, при этом способ содержит этапы, на которых:
а) освещают (210) калибровочный слайд светом от источника света по направлению к детектору света, при этом калибровочный слайд работает в режиме пропускания;
при этом калибровочный слайд располагают на оптическом пути;
при этом калибровочный слайд содержит подложку и структуру пикселей, содержащую множество разнесенных металлических наноструктур, расположенных на поверхности подложки, в котором металлические наноструктуры расположены для создания плазмонных резонансов; и
при этом свет, освещающий калибровочный слайд, создает плазмонные резонансы для формирования цветного изображения, содержащего множество калибровочных значений цветов, для калибровки сканирующего микроскопа;
b) обнаруживают (220) свет, проходящий через калибровочный слайд, и регистрируют данные цветного изображения в качестве данных для проверки калибровки; и
с) используют (230) данные для проверки калибровки в целях калибровки сканирующего микроскопа.
13. Способ по п. 12, в котором этап с) способа также содержит следующие подэтапы, на которых:
с1) обеспечивают (232) заданные стандартные калибровочные данные;
с2) сравнивают (234) получаемые данные для проверки калибровки с заданными стандартными калибровочными данными для формирования профиля коррекции цвета; и
с3) корректируют (236) цвет и/или разрешающую способность патологоанатомических данных изображения патологоанатомического образца, получаемого с помощью сканирующего микроскопа, используя профиль коррекции цвета.
14. Способ по п. 12 или 13, в котором в дополнение к структуре пикселей по меньшей мере одну структуру образуют на поверхности калибровочного слайда, которую выбирают из группы, содержащей монослой окрашенных микробусинок и мишень для проверки разрешающей способности и искажения; и где способ также содержит следующие этапы, на которых:
d) регистрируют (240) данные изображения по меньшей мере одной структуры в качестве дополнительных данных для проверки калибровки;
е) обеспечивают (250) дополнительные заданные стандартные калибровочные данные по меньшей мере одной структуры; и
f) сравнивают (260) регистрируемые дополнительные данные для проверки калибровки и сохраняемые дополнительные заданные стандартные калибровочные данные для калибровки параметра сканирующего микроскопа, при этом параметр выбирают из группы, содержащей качество фокусировки сканирующего микроскопа и артефакты разрешающей способности и сшивки изображений.
