Способ выбора комплектации и режимов сканирования адаптируемого многофункционального сканирующего микроскопа Российский патент 2019 года по МПК G02B21/00 

Недостатком указанных вариантов построения аппроксимирующей фокусной поверхности является применение замеров фокуса без оптимизации по глубине фокуса. Практически это означает неконтролируемую возможность наличия плохо сфокусированного фрагмента препарата в виртуальном слайде.

2.3 Прототип. FULLY AUTOMATIC RAPID MICROSCOPE SLIDE SCANNER. US patent 2018/0136451 А1, May 2018

В изобретении 2018/0136451 А1 рассмотрен специализированный сканирующий микроскоп (ССМ) для формирования представительной цифровой копии препарата (виртуального слайда) на единственном объективе 20х/075. ССМ использует комплектующие, специально разработанные для производства ВС узкой группы типов препаратов. Благодаря согласованию в конструкции ССМ параметров фотоники, оптики и механики удается обеспечить съемку с максимальным захватом поля зрения без потери в цифровом изображении оптического разрешения заданного объектива, что делает сканирование в таком ССМ более быстрым, чем в многофункциональном сканирующем микроскопе с несколькими объективами (МСМ) на таком же объективе, так как в МСМ обычно не выполняется такое согласование.

Первым недостатком конструкции прототипа является оптимизация значений параметров только для ССМ с узкой областью применения (главным образом гистология), оставляя открытым вопрос о поиске максимумов скоростей сканирования в функционально значительно более полном пространстве параметров оборудования МСМ, предназначенного для широкого круга препаратов гистологических, цитологических, биожидкостей и др.

Вторым недостатком конструкции прототипа является отсутствие возможности использовать разные объективы, например, для изготовления карты препарата достаточного разрешения, используемой для автоматизации выбора области сканирования, для работы в одном и том же исследовании на иммерсионных и неиммерсионных объективах и др.

3. Краткое описание чертежей и рисунков

3.1 Упрощенная схема оборудования АМСМ (фиг.1):

В состав конструкции рассматриваемого адаптируемого многофункционального сканирующего микроскопа (АМСМ), относящегося к классу МСМ, входит автоматизированный световой микроскоп с моторизованными / управляемыми от компьютера элементами конструкции, изменяющими свое положение в пространстве или функцию при подготовке или в процессе микроскопии: 1 - осветитель, 2 - конденсор, 3 - предметный стол, 4 - привод фокуса, 5 - турель объективов с объективами, опции (масленка иммерсионного масла 6, загрузчик предметных стекол на предметный стол 7 и др.). Статическим элементом конструкции является оптический тубус 8. Для сопряжения управляемых элементов с компьютером 9 используется контроллер 10. Программное обеспечение АМСМ инсталлируется на компьютере. Цифровая камера 11 устанавливается на оптическом адаптере 12. Указанные элементы конструкции АМСМ аналогичны элементам конструкции автоматизированных микроскопов производства ряда фирм, используемых в МСМ. Возможно применение моторизованного адаптера сопряжения с камерой с изменяемым увеличением, создающим условия оптимизации скоростных характеристик АМСМ при использовании объективов со значительными различиями в соотношении апертура/увеличение.

3.2 Зависимость скорости сканирования разных комплектаций от величины выдержки при съемке (фиг.2):

В соответствии с представленной в разделе 5.1. аналитической моделью АМСМ скорость сканирования определяется нелинейным взаимодействием более 10 параметров оборудования. Развиваемая комплектацией АМСМ с конкретным набором значений параметров оборудования скорость сканирования зависит от применяемой по условиям оптимальной съемки конкретного препарата величины выдержки в камере.

Примеры графиков скоростей сканирования для комплектаций:

13 - для максимизации скорости сканирования препаратов с малой оптической плотностью, со скоростью стола, соответствующей максимальной скорости съемки, 14 - ограниченного бюджета с камерой и/или осветителем, не обеспечивающих диапазон оптимальных выдержек, 15 - для максимизации скорости сканирования препаратов с малой яркостью, 16 - диапазон оптимальной выдержки для препарата с малой оптической плотностью, 17 - диапазон оптимальной выдержки для препарата с малой яркостью, 18 - режим равномерного перемещения с оптимальной выдержкой, 19 - режим равномерного перемещения с заданной выдержкой, 20 - режим перемещения с ускорениями.

3.3 Положение аппроксимирующей поверхности фокуса в фокусной карте, используемой в методе сканирования без промежуточных фокусировок (фиг.3):

Неоднозначность положения «оптимального» фокуса по вертикали относительно слоя исследуемого материала препарата 21 определяется глубиной фокуса, обратно пропорциональной квадрату апертуры объектива. В конструкции АМСМ с несколькими объективами при замерах фокуса для построения аппроксимирующей фокусной карты области сканирования возможно применение объектива с большей апертурой и более узкой зоной неоднозначности 22, чем у объектива сканирования 23. Благодаря этому неоднозначность положения фокуса при замерах уменьшается, что позволяет в среднем аппроксимировать положения фокуса в фокусной карте с большим приближением к слою материала препарата 24 чем при аппроксимации на объективе сканирования 25.

4. Раскрытие изобретения

Рассматривают модульную конструкцию «адаптируемого многофункционального сканирующего микроскопа» (АМСМ) класса МСМ, позволяющую формировать множество комплектаций из доступных взаимозаменяемых комплектующих, включая комплектующие из семейств микроскопов, цифровых камер, моторизованных элементов сканирующих микроскопов ряда известных производителей. Рассматривают технологию выбора эффективных комплектаций АМСМ с использованием аналитического критерия качества, позволяющего сравнивать различные комплектации АМСМ расчетным путем по скорости сканирования.

В отличие от методики расчета конструкции прототипа при оценке комплектаций АМСМ используют расчетный критерий качества АМСМ, зависящий не только от статических характеристик цифрового разрешения виртуального слайда, но и от динамических характеристики перемещения препарата в процессе сканирования, обеспечивающих съемку без искажений изображения на полном множестве режимов сканирования как с равномерным перемещением препарата так и с ускорениями. В отличие от методики расчета конструкции прототипа применяют расчетный метод оценки качества и выбора комплектации сканера с различными заданными характеристиками условий съемки и разрешения. В отличие от методики расчета конструкции прототипа без натурного эксперимента количественно оценивают эффективность применения множества вариантов комплектаций АМСМ для исследований множества различных типов препаратов с теоретически максимальными скоростями сканирования. В отличие от конструкции прототипа критерий качества комплектации используют также на этапе эксплуатации для выбора наиболее скоростного режима сканирования конкретной комплектации АМСМ конкретного препарата по возникающим условиям съемки. Используя возможности конструкции класса МСМ, в АМСМ в отличие от конструкции аналогов выполняют вычисление параметров функции фокусной карты, используемой в процессе сканирования, с оптимизацией замеров фокуса по глубине фокуса на объективе с увеличенной апертурой для увеличения точности аппроксимации слоя фокуса относительно материала препарата.

5. Осуществление изобретения

Выбор комплектаций АМСМ с помощью расчетного критерия качества может осуществляться различными способами. Ниже рассмотрен один из возможных вариантов выбора субоптимальных комплектаций, использующий формульные зависимости скорости сканирования от параметров оборудования АМСМ и применяемых выдержек при съемке. Могут применяться также другие расчетные критерии качества, основанные на других количественных отношениях значений параметров оборудования, применяемой выдержки и скоростей сканирования АМСМ.

5.1 Пояснения к пункту формулы 1

5.1.1 Оптическое и цифровое разрешение, условие отсутствия потери разрешения в цифровом изображении

Цифровое пространственное разрешение RD мкм снятого камерой МСМ увеличенного оптического изображения препарата соответствует размеру минимальных деталей препарата, различимых на цифровом изображении. При проектировании АМСМ для работы с заданной группой типов препаратов исходят из значений RD_i, соответствующих минимально необходимому разрешению ВС для каждого заданного типа препарата i, i=1,2,…,I.

Рассматривают конструкцию АМСМ с несколькими условными объективами i=1,2,…,I, апертуры которых соответствуют заданным значениям цифровых разрешений RD_i виртуальных слайдов. В соответствии с соотношением Аббе пространственное разрешение RO_i объектива i на апертуре NA_i на длине волны λ RO_i=0,61×λ/NA_i. Чтобы избежать потерь пространственного разрешения при оцифровке в камере, в соответствии с теорией дискретизации Найквиста-Шеннона используют размер пикселя камеры как минимум в 2 раза меньший, чем увеличенное пятно оптического разрешения изображения препарата Ka×Кt×Mo_i×RO_i в плоскости камеры:

0,17Ka×Кt×Mo_i/NA_i≥Lpix (1)

где Кa - увеличение в адаптере, Кt – увеличение в тубусе микроскопа, Мо_i – увеличение объектива i, Lpix мкм - размер пикселя камеры, λ = 0,55.

Цифровое разрешение съемки препарата RЕ_i=Lpix/(Ka×Кt×Mo_i) микрон препарата на пиксел изображения соответствует размеру детали препарата, представленному одним пикселем цифрового изображения. В соответствии с (1) RE_i≤RD_i, если

RЕ_i≤0,17/NA_i (2а)

Значение апертуры

NA_i≥0,17/RE_i (2b)

рассматривают как характеристику минимально необходимого оптического разрешения объектива, позволяющую различать на цифровом изображении детали препарата размером не более Lpix/(Ka×Кt×Mo_i). Вместо заданного набора значений RD_i рассматривают группу условий (1), (2) для каждого заданного типа препарата i.

Из (1) для камеры j с размером пикселя Lpix= Lpix_j получают значение увеличения в адаптере Ка=Ка_ij при заданном значении увеличения тубуса Кt, обеспечивающее цифровую съемку без потери разрешения на объективе i:

Ка_ij≥5,88Lpix_j×NA_i/(Кt×Mo_i) (3а)

При различных значениях NA_i/Mo_i у разных объективов выполнение (3а) c минимальным значением Ка возможно в случае применения перенастраиваемого адаптера с переменным значением Ка. В этом случае на всех объективах можно получить минимальные потоки оцифрованных изображений без ухудшения разрешения, что соответствует максимизации скоростей сканирования.

При использовании в составе АМСМ адаптера с единственным фиксированным значением Ка_j это значение выбирают по группе применяемых объективов i так, чтобы обеспечить необходимое разрешение для всех заданных апертурами объективов типов ВС:

Кa_j≥max(Lpix_j×NA_i/(Кt×Mo_i) (3b)

Производителями микроскопов и камер для микроскопа обычно рекомендуется использование адаптера для присоединения камеры j с диагональю матрицы D_j Kа_j=D_j (D_j в дюймах). Если используется объектив i с диаметром выходного изображения FN_i>D_j/Kt, то периферийная часть поля зрения не попадает на матрицу камеры. Покупные адаптеры могут иметь диаметр входного отверстия Dа≤FN_i. Чтобы вписать матрицу камеры в поле зрения с диаметром min(Dа,FN_i)×Kt×Ka_ij, должно выполняться min(Dа,FNi_i)×Kt×Ka_ij=D_j. Чтобы поле зрения полностью заполняло матрицу камеры, необходимо

Ка_ij≥D_j/(min(Dа,FN_i)×Кt) (4)

Аналогичным образом учитывают другие геометрические ограничения конкретных комплектаций оптических трактов АМСМ.

Условие (4) в некоторых случаях оказывается более жестким, чем (3). В отличие от (3) условие (4) не является обязательным для обеспечения сканирования с заданным разрешением. Если условие (4) для полной диагонали камеры D_j не выполняется, уменьшают (c помощью функции камеры ROI) размеры кадра так, чтобы его диагональ Dk_i соответствовала прямоугольной заполненной области матрицы:

Ка_ij×min(Dа,FN_i)×Кt=Dk_j (5)

Кадры с уменьшенным заполнением матрицы на диагонали Dk_j<D_j могут в некоторых типах камер давать рост скорости съемки fps кадров/сек. В дальнейшем без ограничения общности рассматривают указанные варианты заполнения матрицы как эквивалентные применению камер и объективов с соответствующими параметрами, то есть используют вместо (5) условия (3).

5.1.2 Зависимость скорости сканирования от параметров оборудования и величины выдержки при съемке

Ниже рассмотрен один из возможных вариантов расчетного аналитического критерия качества АМСМ, соответствующий сканированию заданной области препарата без промежуточных фокусировок в процессе сканирования благодаря применению заранее сформированной фокусной карты, аналогично аналогам раздела 2.2. Возможны также другие критерии качества АМСМ при использовании других технологий сканирования.

До начала сканирования на основе измерений фокуса в ограниченном числе точек области сканирования строят фокусную карту Z(x,y), аппроксимирующую плоскостью или более сложной расчетной поверхностью положение реального фокуса в области сканирования. В процессе сканирования смещение по координате фокуса выполняют в соответствии с Z(x,y) параллельно со смещением в плоскости препарата XY без дополнительных затрат времени. Предполагается, что затраты времени на построение фокусной карты малы по сравнению с временем сканирования.

Чтобы просканировать площадку препарата H_x×H_y кв.мкм со съемкой на цифровой камере с матрицей L×M пикселей нужно для каждого столбца длиной H_x и шириной L×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt) мкм выполнить около H_x/(М×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt)) (округляя до полного числа кадров) съемок и передач кадров. Число столбцов при сканировании с точностью до одного равно H_y/(L×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt)). Число кадров съемки ЧКС поля H_x x H_y равно числу кадров столбца умноженное на число столбцов:

ЧКС=H_x×H_y×(Ka×Кt×Mo_i)²/(L×M×Lpix²).

Величина Concfr_i,

Concfr_i=(Ka×Кt×Mo_i)²/(L×M×Lpix²) (6)

равная квадрату общего увеличения, деленному на площадь матрицы камеры, характеризует статическую составляющую условий сканирования - концентрацию кадров съемки в площади препарата. Время сканирования Ts_i без учета затрат на фокусировку на объективе i равно общему числу кадров, умноженному на интервал времени между съемками 1/fps. Скорость сканирования SP_i кв. мкм/сек равна площади H_x×H_y, деленной на время сканирования, что равно динамической составляющей условий сканирования - частоте съемки, деленной на концентрацию кадров съемки:

SP_i=fps/Concfr_i (7)

Указанные выше округления до целого числа столбцов и строк площадки сканирования занижают оценку времени сканирования. Это занижение невелико при достаточно большой по сравнению с полем зрения площадке, когда число кадров столбца/строки значительно.

При равномерном перемещении существуют также затраты времени Tch, равные сумме времен отработки команды и разгона стола Tadd при каждой смене столбца и в начале каждого перемещения по столбцу, Tch=2Tadd×H_y/(L×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt)) сек.

5.1.3 Скорость равномерного перемещения препарата, соответствующая максимальной скорости передачи цифрового изображения из камеры

В процессе сканирования с равномерным перемещением препарата (например, по столбцам по очереди сверху вниз и снизу вверх) максимально возможная скорость перемещения увеличенного изображения препарата Vyс1 мкм/сек в плоскости матрицы камеры L×M пикселей соответствует максимальной скорости вывода оцифрованного изображения из камеры в компьютер:

Vyс1=fps1×М×Lpix мкм/сек, (8)

где fps1 – штатная для камеры скорость вывода кадров/сек на разрешении матрицы L×M.

Необходимую для этого скорость перемещения препарата (стола микроскопа) Vy1_i мкм/сек под объективом i устанавливают в Ka×Кt×Mo_i раз меньше:

Vy1_i=fps1×М×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt) (9)

Чтобы избежать смазывания изображения при съемке движущегося препарата на скорости (8) применяемое время экспозиции Те1_i сек устанавливают не больше времени смещения изображения в плоскости камеры на увеличенное пятно разрешения, которое благодаря (1) и (8) соответствует времени вывода двух (если М>1) или одного (М=1) пикселей из камеры в компьютер T1p:

Te1_i≤T1p=∆×Lpix/Vyс1=∆/(fps1×М), (10)

где ∆=min(2, М).

5.1.4 Cкорость равномерного перемещения препарата при заданном времени экспозиции

Очень короткие выдержки Te1_i (10) в некоторых камерах не могут быть реализованы, кроме того, условия съемки, зависящие от характеристик микроскопа, камеры и препарата, могут потребовать применения выдержки Te2_i>∆/(fps1×М). Во избежание смазывания изображения в таких случаях снижают скорость перемещения в плоскости камеры по сравнению с (8). На максимально допустимой скорости Vyс2 изображение должно смещаться не более чем на ∆ пикселей за время Te2_i:

Vyс2_i≤∆×Lpix/Te2_i (11)

Чтобы вовремя производить съемку препарата в момент его смещения на расстояние кадра на скорости (11), увеличивают интервалы между съемкой. Кадры снимают не чаще, чем изображение успеет сместиться на высоту кадра М×Lpix за время

1/fps2_i=М×Lpix/(∆×Lpix/Te2_i)=М×Te2_i/∆ (12)

Для реализации необходимого значения частоты съемки fps2_i синхронизируют съемку с перемещением стола на скорости

Vy2_i=∆×Lpix/(Te2_i×Mo_i×Ka×Кt) (13)

на расстояние, равное высоте видимого камерой фрагмента препарата М×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt).

5.1.5 Частота съемки при перемещении препарата с ускорениями при заданном времени экспозиции

В случае необходимости применения больших выдержек скорость перемещения (13) будет низкой, что делает режим сканирования с непрерывным равномерным перемещением препарата медленным. В таких случаях при применении матричных камер более эффективным может оказаться режим с неравномерным перемещением, когда между соседними кадрами стол перемещается на большой скорости и затем замедляется для съемки на заданной выдержке. Время сканирования зависит от заданной выдержки Te2_i и времени Tnext_i смещения в соседнее положение на расстояние М×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt) для съемки. Tnext_i зависит от характеристик моторизованного стола (время исполнения команды, максимальная развиваемая скорость) и расстояния М×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt). Величину Tnext_i оценивают по сведениям из спецификаций соответствующих комплектующих АМСМ. Съемка не может выполняться раньше, чем через 1/fps1 секунд, поэтому используют интервал времени между соседними кадрами, равный

1/fps3_i=max((Te2_i+Tnext_i),1/fps1) (14)

Для реализации необходимого значения частоты съемки fps3_i синхронизируют съемку с перемещением стола на расстояние М×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt) и с завершением передачи предыдущего кадра.

Режим с неравномерным перемещением реализуем только для матричных камер, поскольку для линейных камер узкий кадр не позволяет смещаться без съемки.

5.1.6 Время и скорость сканирования на оптимальной выдержке при равномерном перемещении

Время сканирования Ts1_i на объективе i для выдержек Te1≤∆/(fps1×М) рассчитывают как

Ts1_i=H_x×H_y×Concfr_i/fps1+Tch=

H_x×H_y×Concfr_i/fps1+2Tadd×H_y/(L×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt))

при условиях

0,17Ka×Кt×Mo_i/NA_i≥Lpix,

Te1≤∆/(fps1×М),

Vy1_i=fps1×М×Lpix/(Mo_i×Ka×Кt) (15a)

При достаточно малом значении Tadd и при длине столбца, требующего значительного числа кадров съемки, долей затрат времени на смену столбца можно пренебречь. В этом случае скорость сканирования оценивают как

SP1_i=fps1/Сoncfr_i=fps1×L×M×Lpix²/(Ka×Кt×Mo_i)² (15b)

5.1.7 Время и скорость сканирования с заданной выдержкой при равномерном перемещении

Из-за меньшей скорости перемещения по столбцам доля затрат времени на смену столбца в данном режиме меньше, чем в режиме (15). Скорость сканирования SP2_i=fps2/Сoncfr_i оценивают как

SP2_i=∆/(М×Te2_i×Сoncfr_i)=∆×L×Lpix²/(Te2_i×Mo_i²×Ka²×Кt²) (16а)

при условиях

0,17Ka×Кt×Mo_i/NA_i≥Lpix,

Te2_i>∆/(fps1×М),

1/fps2_i=М×Te2×/∆,

Vy2_i=∆×Lpix/(Te2_i×Mo_i×Ka×Кt) (16b)

5.1.8 Время и скорость сканирования с заданной выдержкой при перемещении с ускорениями

Пренебрегая, как и в оценках предыдущих режимов, затратами времени на смену столбца, получают оценку скорости сканирования SP3_i на заданной выдержке Te2>∆/(fps×М) при перемещении стола с ускорениями и съемкой в соответствии с (14):

SP3_i=1/(max((Te2_i+Tnext_i),1/fps1)×Сoncfr_i)=L×M×Lpix²/

(Ka²×Кt²×Mo_i²×max((Te2_i+Tnext_i),1/fps1)) (17a)

при условии

0,17Ka×Кt×Mo_i/NA_i≥Lpix,

1/fps3_i=max((Te2_i+Tnext_i),1/fps1) (17b)

Как следует из (16a) и (17a), преимущество неравномерного перемещения над равномерным возникает, если

∆/Te2_i<M/max((Te2_i+Tnext_i),1/fps1) (18)

5.1.9 Значение выдержки при сканировании препарата

От величины выдержки зависит выбор наиболее быстрого режима и скорость сканирования. Настройку выдержки выполняют каким-либо известным способом, например максимизацией динамического диапазона изображения по гистограмме R,G,B яркости цифрового изображения поля зрения при заданной доле засвеченных пикселей. В соответствии с соотношениями (15) - (17) предпочтительно применение комплектаций, имеющих яркий осветитель (проходящий свет) или мощность возбуждающего излучения и чувствительности камеры (люминесценция) для минимизации выдержки. Величина оптимальной выдержки зависит также от оптической плотности в проходящем свете или от яркости люминесцентного свечения объектов исследования.

5.1.10. Критерий качества АМСМ - аналитическая модель скорости сканирования

Аналитическую модель скорости сканирования АМСМ, представленную зависимостями (15) - (17) используют как количественный критерий качества комплектации АМСМ для сравнения эффективности различных комплектаций на заданной группе разрешений виртуальных слайдов без проведения натурного эксперимента. Рассматривают различные комплектации АМСМ с использованием взаимозаменяемых комплектующих с различными значениями параметров, представленных в соотношениях (15) - (17). Фигура 2 иллюстрирует различные зависимости скоростей сканирования от величины выдержки для разных комплектаций АМСМ.

Оценки максимально возможных скоростей сканирования комплектаций в соответствии с (15) - (17) используют для выбора комплектаций, предназначенных для сканирования препаратов с высокой яркостью объектов анализа (малой оптической плотностью в проходящем свете).

Для комплектаций, предназначенных для препаратов с высокой оптической плотностью / малой яркостью используют оценки комплектаций по варианту сканирования (17), наиболее скоростным на относительно больших выдержках.

5.1.11. Расчетный выбор оптимизированных комплектаций АМСМ

Выбор оптимизированных комплектаций осуществляют следующей последовательностью этапов.

1) Определяют состав функций АМСМ, для чего фиксируют группу дескрипторов типов препаратов, подлежащих исследованию с помощью АМСМ. В дескрипторах указывают:

- метод микроскопии (проходящий свет, люминесценция и др.);

- разрешения карт препаратов и формируемых виртуальных слайдов, заданные значениями соответствующих апертур в соответствии с (2b);

- оценки яркостных характеристик (при наличии).

2) Для поиска оптимизированных комплектаций АМСМ заданного состава функций с модульной конструкцией, представленной на фиг. 1, используют базу данных со спецификациями доступных взаимозаменяемых комплектующих различных производителей. По спецификациям комплектующих определяют значения параметров комплектующих, фигурирующие в модели раздела 5.1.10.

3) Формируют все совместимые комплектации из комплектующих, представленных в базе данных, удовлетворяющие условиям реализации необходимых типов микроскопии и цифровых разрешений с наборами объективов с достаточной апертурой, и значений увеличения в адаптере в соответствии с условием (3а) при наличии автоматизированного адаптера с регулируемым увеличением и в соответствии с (3b) при реализации комплектации с фиксированным увеличением в адаптере.

4) Среди полученных на этапе 3) комплектаций отбирают группу наиболее скоростных в соответствии с критерием пункта 5.1.10 для представленных дескрипторами типов препаратов с учетом оценок яркостных характеристик (при наличии) и с использованием дополнительных критериев отбора (цена, технологичность, сроки поставки и т.п.).

5) Отобранные на этапе 4) комплектации АМСМ изготавливают с тестированием изготовленных образцов АМСМ на заданных типах препаратов с проверкой соответствия полученных фактических скоростей теоретическим оценкам (15) - (17), см. Фиг.2. Оставляют в качестве семейства моделей АМСМ, поставляемых потребителям, группу образцов, успешно выдержавших тестирование. Формируют спецификации моделей семейства АМСМ заданного состава функций с указанием графиков скоростей сканирования и с сопутствующими сведениями (опции, габариты, вес и т.д.).

5.2. Автоматический выбор режима сканирования в процессе эксплуатации. Пояснение к пункту формулы 2

АМСМ в процессе эксплуатации автоматически настраивает величину необходимой выдержки в цифровой камере одним из известных способов, например, по критерию максимизации динамического диапазона яркости поля зрения. С использованием формульных зависимостей (15), (16), (17) и значений параметров данной комплектации АМСМ автоматически выбирает режим сканирования, имеющий максимальную оценку скорости для данной величины выдержки (см. Фиг. 2). Для выбранного режима АМСМ автоматически рассчитывает и реализует скорость перемещения препарата и частоту съемки в соответствии с (9) или (12), (13) или (14).

5.3. Построение фокусной карты с использованием объектива с большим разрешением. Пояснение к пункту формулы 3

В рассмотренном выше критерии качества используют режим сканирования заданной области препарата без промежуточных фокусировок в процессе сканирования. При этом до начала сканирования на основе измерений фокуса в ограниченном числе точек области сканирования строят фокусную карту Z(x,y), аппроксимирующую плоскостью или более сложной расчетной поверхностью положение реального фокуса в области сканирования. В процессе сканирования смещение по координате фокуса выполняют в соответствии с Z(x,y) параллельно со смещением в плоскости препарата XY без дополнительных затрат времени. Предполагается, что затраты времени на построение фокусной карты малы по сравнению со временем сканирования. В модели АМСМ в комплектации с несколькими объективами и моторизованной турелью объективов используют для построения фокусной карты объектив с большим разрешением (апертурой), чем объектив сканирования. Это уменьшает толщину слоя глубины фокуса и неопределенность положения фокуса при статистической оценке параметров аппроксимирующей поверхности Z(x,y), см. Фиг. 3. Рассмотренный вариант построения фокусной карты на объективе с большим разрешением чем объектив сканирования в среднем может увеличивать площадь пересечения слоя толщиной в глубину фокуса объектива сканирования вдоль Z(x,y) со слоем материала препарата, увеличивая область фокусировки максимального качества в виртуальном слайде.

Изобретение относится к сканирующим микроскопам. Конструкция адаптируемого многофункционального сканирующего микроскопа (АМСМ) предназначена для производства цифровых копий (виртуальных слайдов) препаратов на группе заданных разрешений световой микроскопии. АМСМ реализует режимы сканирования на разных объективах, с выбором времени экспозиции при съемке в соответствии с условиями освещения/яркости препарата, с перемещением препарата равномерным или с ускорениями. Конструкция АМСМ имеет модульную архитектуру, допускающую применение множества взаимозаменяемых комплектующих с разными характеристиками. Способ выбора комплектаций АМСМ с использованием расчетного аналитического критерия качества позволяет сравнивать комплектации с разными наборами комплектующих по скорости сканирования на заданных разрешениях. На этапе эксплуатации критерий качества используется для автоматического выбора наиболее быстрого режима сканирования с учетом характеристик текущего препарата. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ выбора комплектации адаптируемого многофункционального сканирующего микроскопа (АМСМ) с модульной архитектурой, выполняющего автоматическое сканирование препарата с применением управляемого от компьютера моторизованного микроскопа, выполняющего автоматическое перемещение препарата в режимах с постоянной скоростью или с ускорениями, со съемкой полей зрения микроскопа цифровой камерой с выбором величины выдержки в соответствии с условиями освещения/яркости препарата, изготавливающего с использованием кадров съемки цифровую копию отсканированной области препарата (виртуальный слайд) с разрешением из заданной группы разрешений световой микроскопии, отличающийся применением для сравнения комплектаций АМСМ аналитического критерия качества АМСМ, определенного как функция расчета скоростей сканирования на заданных разрешениях, зависящая от параметров комплектующих АМСМ и применяемой величины выдержки в цифровой камере.

2. Способ выбора комплектации АМСМ по п. 1, отличающийся применением критерия качества АМСМ в процессе сканирования препарата для автоматического выбора максимального по скорости режима сканирования с перемещением препарата с постоянной скоростью или с ускорениями в зависимости от автоматически устанавливаемой по условиям съемки сканируемого препарата величины выдержки в цифровой камере.

3. Способ выбора комплектации АМСМ по п. 1, отличающийся при сканировании с использованием карты фокуса, применяемой в процессе сканирования для параллельного смещения препарата по вертикальной и горизонтальной плоскостям для удержания поля зрения в слое фокуса без промежуточных фокусировок, использованием для построения карты фокуса объектива с апертурой (разрешением) большей, чем у объектива сканирования.