液流攝像設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種液流攝像設(shè)備，具有用于操作液流圖像的寬高比的光學(xué)器件或者具有被配置為用于操作液流圖像的寬高比的傳感元件。本發(fā)明也可以涉及一種用于以高速獲取用于圖像處理以測量并且預(yù)測個體形成顆粒的下降延遲的一部分液流的圖像的系統(tǒng)。
【專利說明】液流攝像設(shè)備
[0001]本申請要求于2011年2月4日提交的美國專利申請61/439,757的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用包含該申請的全部內(nèi)容。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明大體涉及流式細胞術(shù)領(lǐng)域，并且更特別地，涉及一種液流攝像設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]存在用于分析和分選顆粒的各種流式細胞儀以及微流控系統(tǒng)。這些設(shè)備各自具有與其保持精確的分選動作的能力相關(guān)的各種缺點。噴射空氣流式細胞儀通常用于基于所檢測到的特征來分選顆粒的目的?？諝鈬娚淞魇郊毎麅x的操作可能涉及到在噴嘴中產(chǎn)生同軸液流。同軸液流具有包括關(guān)注顆粒的試樣的芯流和鞘液的外部流。鞘液提供了一種用于定位顆粒并且防止堵塞噴嘴，以及用于提供適合用于保持所施加的電荷的導(dǎo)電介質(zhì)的方法。
[0004]可以使用諸如壓電晶體等的振蕩器將同軸液流打亂，造成在噴嘴下游形成液滴。液滴可以包含單獨的顆?；蛘咭恍〗M顆粒。基于所需的分選動作，可以在緊挨液滴在斷裂點處從液流分離之前對每個液滴充電。用于施加此電荷的適當(dāng)時間稱為下降延遲。因為液滴可以以在每秒20000個至每秒200000個之間的速度形成，所以必須非常精確地計算下降延遲。
[0005]歷史上，是通過一組主要包括具有各種下降延遲的試錯測試流的方案的迭代序列來確定下降延遲。使滴或者顆粒經(jīng)過測試流運作并在小坑中收集起來。在各個小坑中收集到的滴或顆粒的數(shù)量提供了對下降延遲的指示。這種手工方案耗費時間，并且可能缺少要實現(xiàn)極其準確的分選決定所需要的精度并且不能夠進行實時的驗證或者調(diào)整。
[0006]美國專利6248590描述了一種通過使用用于對液流的一部分攝像的單一照相機或者使用用于對液流的分開的部分攝像的多個照相機來監(jiān)視下降延遲以諸如確定顆粒在噴嘴處的速度和顆粒在斷裂點處的速度等的嘗試。通過該信息利用指數(shù)衰減模型而求出近似值。然而，液滴的形成可能不那么易于預(yù)測，并且由于僅僅監(jiān)視了流的一部分，因此可能無法可靠地檢測到上游的改變。
[0007]美國專利申請公開2001/02218892提供了一種用于拍攝液流的多個圖像的安裝在可移動臺上的照相機。接著將這些圖片拼接在一起并確定寬度。根據(jù)該信息可以確定檢查區(qū)之間的多個液滴、峰值和周期以及下降延遲。該配置提供了產(chǎn)生整個液流的合成圖像的方法，但是由于照相機必須以比液流自身慢數(shù)千倍的速度遍歷液流，因此該配置缺少實時監(jiān)視液流的能力。此外，拼接在一起的圖像可能不能精確地反映任何特定時刻的流，并且其生成也很耗時。諸如振蕩器頻率、振蕩器振幅、溫度、表面張力以及諧波條件等的操作條件的改變可能在拍攝個體圖像的時間期間改變流。由于必須首先拍攝到一系列圖像并且接著將其拼接在一起，因此所述的系統(tǒng)不能快速地認識到在操作期間、在啟動時或者在其它變化期間激勵源或者液滴斷裂點的位置改變。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的某些方面涉及一種諸如在用于分析和/或分選顆粒的流式細胞儀等中的用于拍攝液流的改進系統(tǒng)。在一個實施例中提供的這樣的系統(tǒng)包括:具有用于產(chǎn)生液流的噴嘴的流體傳送系統(tǒng)，該流體傳送系統(tǒng)具有用于在噴嘴下游的斷裂點處將液流打亂成為液滴的振蕩器；用于在檢查區(qū)查詢液流的激勵能量源；用于操作液流圖像的寬高比的光學(xué)系統(tǒng)；以及用于感測液流的被操作的圖像的傳感元件。這種系統(tǒng)可能能夠生成用于求出精確的斷裂點以及精確的下降延遲的液流的圖像，該圖像沿流的流向軸和橫跨流的流向軸具有足夠的細節(jié)。
[0009]本發(fā)明的其它方面涉及一種諸如在用于分析和分選顆粒的流式細胞儀等中針對液流的改進攝像裝置。在一個實施例中提供的該系統(tǒng)包括:具有用于產(chǎn)生液流的噴嘴的流體傳送系統(tǒng)，該流體傳送系統(tǒng)具有用于在噴嘴下游的斷裂點處將液流打亂成為液滴的振蕩器；用于在檢查區(qū)查詢液流的激勵能量源；用于產(chǎn)生液流的圖像的光學(xué)系統(tǒng)，液流的圖像至少包括了檢查區(qū)和斷裂點；以及用于感測液流圖像的高分辨率傳感元件。
[0010]本發(fā)明的其它方面可以涉及一種實時處理數(shù)字圖像以預(yù)測各個正在形成的液滴的下降延遲的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括:具有用于產(chǎn)生液流的噴嘴的流體傳送系統(tǒng)，該流體傳送系統(tǒng)具有用于在噴嘴下游的斷裂點處將液流打亂成為液滴的振蕩器；用于在檢查區(qū)查詢液流的激勵能量源；用于檢測來自檢查區(qū)的顆粒的電磁輻射并用于確定顆粒特征的檢測器；用于基于所檢測到的顆粒特征給液流充電的控制器；用于生成液流圖像的光學(xué)系統(tǒng)，液流的圖像至少包括斷裂點，其中光學(xué)系統(tǒng)對每個液滴拍攝多個圖像；用于感測液流的多個圖像的傳感元件；以及用于處理檢測到的液流圖像的處理器，其中所包括的處理器響應(yīng)液流圖像以確定和/或預(yù)測液滴從液流脫離的時間。
[0011]本發(fā)明提供的一個廣泛目的可以是一種生成液流的單一圖像的照相機，其中該圖像包括查詢點或檢查區(qū)以及斷裂點這兩者、并且以足夠的分辨率跨流向軸(流寬度)拍攝形成液滴的頸部以準確地確定或更新下降延遲。通過該圖像，從檢查區(qū)到斷裂點的距離的改變可以提供比以前的系統(tǒng)更精確的下降延遲信息。
[0012]本發(fā)明的一個目的可以是提供一種用于通過精確地監(jiān)視液流來進行更準確的分選動作的設(shè)備和方法。具體地，這里提供的設(shè)備的一個廣泛目的是提供將整個液流的圖像操作成為允許實時監(jiān)視整個液流的重要特征的格式的能力。
[0013]這里提供的另一廣泛目的可以是對整個液流或部分液流攝像，并且提供足夠的分辨率以監(jiān)視實時形成的液滴，以使得能夠?qū)Ω鱾€分選出的液滴確定或預(yù)測特定的下降延遲?？梢詳?shù)字化地處理圖像以確定下降延遲或者諸如斷裂點位置或檢查區(qū)位置等的其它參數(shù)上的改變。
[0014]本發(fā)明的一個廣泛目的是提供滿足上述需求的用于分選顆粒的設(shè)備以及分選顆粒的方法。自然地，本發(fā)明的其它目的在整個說明書中提供。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1示出根據(jù)這里描述的某些實施例的帶有液流攝像設(shè)備的流式細胞儀。
[0016]圖2示出根據(jù)這里描述的某些實施例的液流攝像設(shè)備的實施例。
[0017]圖3示出根據(jù)這里描述的某些實施例的液流攝像設(shè)備的實施例。[0018]圖4示出沿流向軸在寬高比上具有連續(xù)的改變的已操作的液流圖像。
[0019]圖5示出沿流向軸在寬高比上具有單一不連續(xù)的改變的已操作的液流圖像。
[0020]圖6示出根據(jù)這里描述的某些實施例的液流攝像設(shè)備的實施例。
[0021]圖7示出根據(jù)這里描述的某些實施例的液流攝像設(shè)備的實施例。
[0022]圖8示出根據(jù)這里描述的某些實施例的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]這里描述的實施例涉及諸如通過流式細胞儀等對顆粒的分析和分選。以下提供的一些發(fā)明概念可以與除流式細胞儀之外的分選系統(tǒng)相結(jié)合或應(yīng)用于除流式細胞儀之外的分選系統(tǒng)。
[0024]現(xiàn)在首先參考圖1，將流式細胞儀10的例子示出為噴射空氣流式細胞儀。流式細胞儀10可以包括諸如具有噴嘴口 24以將液流18傳送到檢測系統(tǒng)14的噴嘴16等的流體傳送系統(tǒng)。液流18可以由振蕩器26打亂成液滴28。液滴28可以通過偏轉(zhuǎn)板40所產(chǎn)生的電磁場。施加在各個液滴28上的電荷會定義進入一個或多個收集容器42的路徑。
[0025]液流18可以包括具有試樣20的內(nèi)部芯流和鞘液22的外部流的同軸液流。液流18可以在下游方向以愈加明顯的起伏104或者減小的頸部106厚度離開噴嘴口 24，直到到達液滴28從液流18脫離的斷裂點30為止。將斷裂點30示出為液滴28與液流18相接觸的最后一個點。在流式細胞術(shù)的領(lǐng)域中，這個位置表示電荷可以被施加至液滴28的最后的時間點。
[0026]檢測系統(tǒng)14可以包括諸如激光、發(fā)光二極管或者弧光燈等的用于向液流18以及包含在試樣20中的關(guān)注顆粒提供能量的激勵能量源32。激勵能量源32與液流18上的檢查區(qū)34對齊，以在顆粒經(jīng)過檢查區(qū)34的時候查詢顆粒。檢查區(qū)34可以位于噴嘴口 24的下游或者可以位于噴嘴口 24上游的吸收池或流室內(nèi)。液流18和液流18中的顆粒所反射或發(fā)出的電磁輻射可以由檢測器36收集。檢測器36可以包括配置在相對于激勵能量源的前方、側(cè)方或后方的任何數(shù)量的檢測器。諸如濾波器、鏡、分色鏡、分光器以及其它反射和折射元件等的各種光學(xué)器件可以用于以任意數(shù)量的波長和/或任意數(shù)量的方向以及各種組合來檢測電磁輻射。
[0027]可以處理所檢測到的信號以用于對液流18中的顆粒分類，并且可以在控制器38做出分選決定?？刂破?8可以包括用于處理來自檢測器的信號以及應(yīng)用分選邏輯的模擬或數(shù)字組件形式的獲取和分選電子元件。一旦做出分選決定，控制器38可以在噴嘴16中經(jīng)由試樣22對液流18充電，以使得偏轉(zhuǎn)板40使液滴28偏轉(zhuǎn)入合適的容器42。
[0028]將合適的電荷施加至液流18的時刻必須與顆粒在液滴中在斷裂點30的時刻緊密地匹配，以保證精確的分選動作?？梢栽O(shè)置攝像裝置102以監(jiān)視或更新在斷裂點30與檢查區(qū)34之間的距離以及液流18中的起伏104的數(shù)量以預(yù)測當(dāng)前的或更新的下降延遲。攝像裝置102可以包括用于為了修改或者檢測合適的下降延遲以得到精確的分選決定的目的而拍攝液流的圖像46的光學(xué)系統(tǒng)44和傳感元件48。
[0029]閃光燈80可以以預(yù)測的間隔照亮液流18，以作為液流18的對象所反射的光子來創(chuàng)建液流的圖像46。參考附圖，液流也稱作對象，用特征標記18表示，而在視場內(nèi)的液流的圖像用特征標記46表示。在特征標記18和46指向圖像的相同部分的情況下，特征標記18應(yīng)當(dāng)被理解為表示液流的對象，而特征標記46應(yīng)當(dāng)被理解為由光學(xué)系統(tǒng)44所拍攝或采樣的液流的圖像。光學(xué)系統(tǒng)44可以包括用于操作液流的圖像46的一系列光學(xué)元件。作為一個例子，光學(xué)系統(tǒng)44可以包括多個透鏡或多個鏡、其它反射或折射元件以及不同的反射和折射元件的組合。在一個實施例中，光學(xué)系統(tǒng)44可以諸如壓縮液流的長度68(見圖2)以及擴大液流的寬度70 (見圖2)等來操作液流的圖像46的寬高比。通過操作寬高比以形成液流50的操作后的圖像，光學(xué)系統(tǒng)44可以用于保持關(guān)于下降延遲的相關(guān)信息。作為一個非限制性的例子，液流的圖像46的長度68(沿流向軸)可以以大約兩倍的因數(shù)壓縮(或者以0.5的因數(shù)放大)。這種壓縮可以使得將液流18的整個長度以足以識別并數(shù)字化處理液流18中的起伏104和頸部106的分辨率拍攝在圖像內(nèi)。同時，寬度70(跨流向軸)可以以5為因數(shù)放大，以放大液流18中諸如頸部106的厚度等特征。這種用于修改液流的圖像46的光學(xué)系統(tǒng)44可以在單一圖像中提供足夠的信息以確定或修改下降延遲。
[0030]傳感元件48可以是能夠?qū)D像轉(zhuǎn)換為一系列電信號或數(shù)字信號的任何傳感元件
48。作為一個例子，傳感元件48可以是電荷耦合裝置(CCD)。電荷耦合裝置可以基于CCD的各個像素所接收到的光強度產(chǎn)生一系列的模擬脈沖。接著可以將這些脈沖數(shù)字化以產(chǎn)生數(shù)字圖像。類似地，可以使用互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)來檢測單一像素的脈沖。也可以使用諸如光電二極管陣列和傳感器陣列等的用于以高分辨率檢測圖像的光強度的其它傳感器和配置。
[0031]至于圖2，示出可以用于針對流式細胞儀10的液流18攝像的攝像裝置102。諸如閃光燈80、激光、燈或LED閃光燈等的照明光源可以周期性地或依需求照亮液流18以保證產(chǎn)生液流的圖像46?？梢酝ㄟ^包括第一光學(xué)元件52和第二光學(xué)元件54的光學(xué)系統(tǒng)44操作流的圖像46來在傳感元件48上產(chǎn)生液流50的操作后的圖像。第一光學(xué)元件52和第二光學(xué)元件54分別可以是折射光學(xué)元件、反射光學(xué)元件或者衍射元件。圖2將第一光學(xué)元件62作為用于在第一軸62上操作流的圖像46的第一柱面透鏡60示出。針對圖2中描述的液流的圖像46，可以將第一軸62稱作X軸。在以下的描述中，第一軸62將與液流18的寬度70相對應(yīng)，但是X軸的指定可以認為是任意的。液流50的操作后的圖像在通過第一柱面透鏡60后可以在諸如與第一軸62正交的Y軸等的第二軸66上保持其尺度。圖2在兩個不同的平面示出了第一柱面透鏡，并且如上所述示出了第一柱面透鏡60在各個平面上對光的不同影響。作為一個例子，第一柱面透鏡60可以是諸如可從OptoSigma得到的零件編號為022-0160等的25毫米柱面透鏡。第一柱面透鏡60可以將液流圖像46的寬度70放大3倍至20倍以上。
[0032]第二光學(xué)元件54可以包括用于操作液流的圖像46在第二軸66上的尺度的第二柱面透鏡64。在兩個不同的平面中示出與第一柱面透鏡60大致對齊的第二柱面透鏡64，并且在兩個平面中都示出在液流的操作后圖像50的方向上的合成效果。作為一個非限制性例子，第二柱面透鏡64可以減小液流的圖像46在第二軸66上的長度68，而不進一步改變液流的圖像46在第一軸62上的寬度70。作為一個例子，第二柱面透鏡64可以是諸如可從OptoSigma獲得的零件編號為022-0290等的40毫米透鏡。第二柱面透鏡64可以以
0.75至0.125之間的倍率來放大流長度68。第二柱面鏡64可以看作是以1/4至10之間的因數(shù)壓縮液流的圖像46的長度68。
[0033]柱面透鏡可以協(xié)作以將液流的圖像46的寬高比操作成10比I的比率?？梢允褂酶鞣N倍率的組合以實現(xiàn)這個比率或其它比率。作為一個非限制性的例子，液流的圖像46的長度68可以以因數(shù)0.5放大，并且液流的圖像46的寬度70可以以因數(shù)5放大。這里還設(shè)想了諸如用于提供2比1、4比1、10比1、15比1、20比I或者更高的寬高比等的其它配置。光學(xué)元件可以以任意順序放置。
[0034]現(xiàn)在參考圖3，示出具有帶有第一反射元件72形式的第一光學(xué)元件52’和第二反射元件74形式的第二光學(xué)元件54’的光學(xué)系統(tǒng)44’的攝像裝置102。反射元件可以包括鏡，特別是用于操作液流圖像46的寬高比的鏡。第一反射元件72可以包括以與相對于圖1所描述的類似的方式擴大液流圖像46的寬度70的鏡。第二反射元件可以包括以與相對于圖1所描述的類似的方式來減小液流圖像46的長度68的鏡。相對于反射和折射元件應(yīng)當(dāng)理解，第一光學(xué)元件可以用于操作液流圖像46的長度70或者液流圖像46的寬度68。此夕卜，這里考慮的實施例包括諸如用于修改液流圖像的一個尺度的一個或多個柱面透鏡以及用于修改液流圖像46的另一尺度的一個或多個鏡等的折射元件和反射元件的組合。
[0035]在另一實施例中，可以將衍射元件用于操作液流圖像46的寬高比。應(yīng)當(dāng)理解，用于操作液流圖像46的寬高比的其它光學(xué)元件可以與光學(xué)系統(tǒng)44 一并使用，以將液流的圖像46傳送到光學(xué)系統(tǒng)44或傳感元件48。
[0036]可以使用光學(xué)元件的組合以在沿液流18的長度68上的不同點處對液流的操作后圖像50的寬高比做不同的修改。圖4示出光學(xué)系統(tǒng)44所產(chǎn)生的液流的配置為連續(xù)梯度的操作后圖像50。液流的操作后圖像50的頂部的第一寬高比108可以保持為I比I,而在斷裂點30附近的第二寬高比110可以是5比1、10比I或者其它比率。良好地解析液流18在斷裂點附近的寬度可以增加檢測斷裂點30以及斷裂點30的改變的準確度。可以通過透鏡和鏡的組合以及一個或多個梯度折射率GRIN透鏡來創(chuàng)建連續(xù)梯度。
[0037]圖5示出了分立圖像，其中以諸如I比I等的第一寬高比108傳送液流的操作后圖像50的第一部分，并且以諸如5比I或者10比I等的第二寬高比110傳送液流的操作后圖像50的第二部分。應(yīng)當(dāng)理解，分立圖像可以是諸如具有不同寬高比的3張、4張、5張、8張、10張或者更多個圖像等的具有不同寬高比的多個圖像的編繪。
[0038]由圖2或者圖3中的光學(xué)元件所創(chuàng)建的各張圖像可以以放大或不放大的方式傳送到單一傳感元件上。作為代替，液流的操作后圖像50可以投影到多個傳感元件或以下將詳細說明的高分辨率傳感元件上。
[0039]參考圖6，示出具有不操作液流圖像46的寬高比的光學(xué)系統(tǒng)44’’的攝像裝置102。作為代替，光學(xué)系統(tǒng)44’ ’可以提供用于將液流圖像46投影到高分辨率傳感元件96上的縮放因數(shù)10。高分辨率傳感元件96可以包括諸如具有三十萬像素至兩千萬像素或者更多的高分辨率的CCD。作為非限制性的例子，CCD可以具有一千萬或者兩千萬像素。接著，可以通過裁剪功能在高分辨率傳感元件96的水平上操作液流的圖像46。裁剪過的高分辨率圖像104可以提供與之前描述的使用光學(xué)系統(tǒng)44操作后的寬高比類似的操作后寬高比。
[0040]現(xiàn)在參考圖7，示出具有單一光學(xué)系統(tǒng)44’’’以及兩個以上空間上分離的傳感元件100a、IOOb的攝像裝置102。單一光學(xué)系統(tǒng)44’’’可以操作液流圖像46的寬高比，或者保持相對于液流長度68和寬度70的I比I的寬高比。單一光學(xué)系統(tǒng)44’ ’’也可以提供放大，或者可以僅對液流的圖像46聚焦。圖7示出具有已操作寬高比的液流的圖像46，但是也可以對圖像放大或者進行上述的組合。[0041]在具有多個傳感元件100的系統(tǒng)中，保證最重要的關(guān)注區(qū)域落在傳感元件上并且不落在間隔造成的任何缺口上可能具有特別的意義。例如，可能需要保證在一個傳感元件上良好地拍攝到檢查區(qū)34并且在另一傳感元件上良好地拍攝到斷裂點30。這可以幫助保證精確地測量斷裂點30并且精確地確定在檢查區(qū)34到斷裂點30之間的距離D。在一個實施例中，與斷裂點30相對應(yīng)的傳感元件100可以以與其它傳感元件相比改進的分辨率來操作。在另一實施例中，可以在單獨的照相機或者傳感元件上拍攝圖像的帶有液滴斷裂30的部分。在處理或重新組合的情況下圖像中沒有不連續(xù)時，也可以采用可以將圖像的部分分開到在物平面內(nèi)具有重疊視場的多個傳感元件的其它光學(xué)配置。
[0042]圖8描述了可以將高分辨率傳感元件96與高速數(shù)據(jù)獲取和處理器結(jié)合使用、以步驟210所示拍攝正在形成的液滴的多個圖像并且確定各個液滴從流中分離的精確時刻的方法的實施例。這種高速計算可以在計算機的中央處理器上、單一數(shù)字信號處理器上或是現(xiàn)場可編程門陣列上完成?？梢詫@些處理器中的任一個進行編程以基于對一個或多個圖像的數(shù)字處理來修改計算出的下降延遲。
[0043]高分辨率傳感元件96可以形成可以與圖1中所描述的流式細胞儀10結(jié)合使用的高速高分辨率照相機的一部分。微處理器可以位于控制器38中或是其它位置，并且可以與高分辨率傳感元件96通信、以從高分辨率圖像中提取特征并作出關(guān)于下一個液滴從液流分離的時刻的決定。如步驟212中所示，可以以足夠高的速率將高重復(fù)率或者按需的圖像拍攝并傳送到存儲器或其它適合的存儲機構(gòu)中以用于實時處理。在步驟214中，可以使用數(shù)字處理算法來提取諸如液滴的厚度或者頸部的寬度等的、可以提供關(guān)于液滴將要脫離液流的時刻的有價值信息的某些特征。作為一個非限制性的例子，可以處理某個關(guān)注區(qū)域以跟蹤上一個附加的下降的最后一個頸部的位置。如步驟216所示，在每個液滴形成循環(huán)中可以獲取并處理多個圖像以跟蹤并且估計液滴形成進程、特別是下降延遲。最后，在步驟218，利用足夠的分辨率，與處理多個圖像以確定單一液滴要脫離連續(xù)液流的點相關(guān)地，處理器可以以逐個液滴為單位來修改下降延遲。這些測量在隨著粒子在液流中流動而觀察到增加的混沌行為的情況下可能特別有用。由于電子電路內(nèi)存在一定的延遲，可能不需要觀察到實際的液滴形成或者等到實際的液滴形成。實際上，可以使充電電路提前啟動以保證在液滴形成事件前對連續(xù)的液流施加合適的電壓水平。接著，處理器可以基于該信息修改現(xiàn)存的預(yù)測的下降延遲、或者已校準的或平均下降延遲。還可以根據(jù)這些觀察生成預(yù)測模型。
[0044]類似地，與處理多個圖像以確定在兩個正在形成的液滴之間的液流變?yōu)閿嚅_的點相關(guān)地，處理器可以以逐個液滴為單位來修改下降延遲。
[0045]高速照相機可以在每微秒到每50微秒之間快速地拍照。在一個實施例中，高速照相機可以在兩種模式中操作:粗略模式和精細模式。粗略模式在液滴剛結(jié)束形成的情況下可能適用，而精細模式在液滴接近斷裂點的情況下可能適用。高速照相機可以操作為在精細模式中比在粗略模式中更快地拍攝或處理圖像。高速照相機可以與液滴形成信號同相位或者異相位或者以特定的相位偏移操作。
[0046]處理器可以包括用于確定下一個液滴離開液流的時刻的寫入的可執(zhí)行計算機指令形式的圖像處理算法。圖像處理算法可以是存儲在數(shù)字信號處理器上的指令形式或者是現(xiàn)場可編程門陣列上的位圖查詢表形式。該算法可以定義粗略模式和精細模式的周期，這樣，基于從圖像中提取出的特征，算法確定應(yīng)當(dāng)拍攝圖像的速度。圖像可以以兩個不連續(xù)的速率拍攝，或者可以在兩個以上速率之間有連續(xù)的轉(zhuǎn)換。算法可以從多個圖像拍攝事件中選擇性地利用個體圖像。
[0047]從液流的圖像46中所提取的特征可以包括:邊緣檢測、液流特征、液滴形狀及位置、頸部幾何形狀及位置、寬高比、對比度、諸如均值和標準差等的統(tǒng)計特征、可以從圖像中提取的任何參數(shù)以及其它特征。
[0048]從前述能夠容易地理解，本發(fā)明的基本概念可以以各種方式實施。本發(fā)明涉及流式細胞術(shù)獲取和分選電子器件以及方法的包括但不限于本發(fā)明的最佳模式的多種不同的實施例。
[0049]因此，通過說明書所公開的或者本申請隨附的圖表中所示出的本發(fā)明的特定的實施例或元件不意圖限制，而是由發(fā)明一般包含的多個不同實施例或者相對于其任何特定元件所包含的等同物的示例。此外，對本發(fā)明的單一實施例或者元件的特定描述可能沒有明確地描述出所有可能的實施例或元件，通過上述描述和圖隱含地公開了許多替代例。
[0050]應(yīng)當(dāng)理解，設(shè)備的各個元件或者方法的各個步驟可以通過設(shè)備術(shù)語或者方法術(shù)語來描述?？梢栽谛枰那闆r下替換這樣的術(shù)語以使得本發(fā)明包含的隱含的廣闊覆蓋面明確化。作為其中一個例子，應(yīng)當(dāng)理解方法的所有步驟可以作為一個動作、執(zhí)行動作的方法或者引起該動作的元件公開。類似地，設(shè)備的各個元件可以作為物理元件或者物理元件所促進的動作公開。作為其中一個例子，應(yīng)當(dāng)理解“傳感元件”的公開包括了 “感測”動作的公開(不論是否明確地討論過)，反之，在存在“感測”動作的有效公開的情況下，這樣的公開應(yīng)當(dāng)理解為包含了 “傳感元件”的公開并且甚至是“感測的方法”的公開。應(yīng)當(dāng)理解各個元件或者步驟的這些可替換的術(shù)語明確地包括在說明書中。
[0051]此外，應(yīng)當(dāng)理解對于所使用的各個術(shù)語，除非其在本申請中的用途與下述解釋不一致，否則應(yīng)當(dāng)理解為在描述中針對各個術(shù)語包括如在Random House Webster’sUnabridged Dictionary第二版中所包含的一般的字典定義,這里通過引用而包含各定義。
[0052]此外，出于本發(fā)明的目的，術(shù)語語“a”或“an”實體代表了一個或多個該實體。例如“一個容器”指的是一個或多個容器。因此，“一個”、“一個或多個”以及“至少一個”在這里可以互換。
[0053]不論是否明確的指出，這里所有的數(shù)值都假定為由術(shù)語“大約”來修飾。出于本發(fā)明的目的，范圍可以表示為從“大約”一個特定值到“大約”另一個特定值。在表示這樣的范圍的情況下，另一實施例包括從一個特定值到另一個特定值。利用端點對數(shù)值范圍的陳述包括該范圍所包含的所有數(shù)值。從I到5的數(shù)值范圍包括了例如數(shù)值1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等等。還應(yīng)理解，各個范圍的端點在與另一個端點的關(guān)系上以及在獨立于另一個端點的方面都很重要。當(dāng)通過使用前綴“大約”將數(shù)值表示為近似值的情況下，應(yīng)理解該特定值形成了另一實施例。
[0054]因此，應(yīng)當(dāng)理解本申請至少要求保護:1)用于修改流體圖像的寬高比的液流攝像裝置，2)具有高分辨率傳感元件的液流攝像裝置，3)帶有用于拍攝液滴形成并處理那些圖像以確定液滴脫離時間的光學(xué)系統(tǒng)的流式細胞儀，4)所公開和描述的相關(guān)的方法，5)這些裝置和方法的各自的類似的、等價的、以及甚至是隱含的變形，6)完成示出的、公開的或者描述的各項功能的那些另外的實施例，7)完成作為完成公開和描述的所隱含的而示出的各項功能的那些其它的設(shè)計和方法，8)各個特征、組件以及步驟示出為分離的和單獨的發(fā)明，9)由所公開的各個系統(tǒng)或者組件所增強的應(yīng)用，10)通過這樣的系統(tǒng)或者組件生產(chǎn)所得到的產(chǎn)品，11)大致如這里之前描述的以及參考任何隨附的例子的方法和設(shè)備，以及12)各個前述公開的元件的不同的組合和排列。
[0055]本專利申請的【背景技術(shù)】部分提供了本發(fā)明所屬的領(lǐng)域的陳述。本部分還可以與在關(guān)于本發(fā)明所涉及的技術(shù)的狀態(tài)的相關(guān)信息、問題或者關(guān)注等方面有用的某些美國專利、專利申請、公開或要求保護的發(fā)明的主題的釋義相合并或是相包含。不意圖將于此引用或者包含的任何美國專利、專利申請、公開、陳述或其它信息i全釋為、解釋為或視為被承認為相對于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0056]本說明書所提出的在存在的情況下的任何權(quán)利要求，特此通過引用作為發(fā)明的本說明書的一部分而包含，并且 申請人:明確地保留權(quán)利以使用這樣的權(quán)利要求的這樣包含的內(nèi)容的全部或者部分作為附加說明來支持權(quán)利要求中的任意或全部或者其任何元件或者組件，并且 申請人:還明確保留權(quán)利以在必要的情況下將這樣的權(quán)利要求包含的內(nèi)容的任何部分或者全部或者其任何元件或者組件從說明書移動至權(quán)利要求書、或者反之以定義通過本申請或者任何后續(xù)的繼續(xù)、分割、或者部分繼續(xù)的申請所尋求保護的事項，或者是為了獲得任何國家或者條約的專利法律、法規(guī)或規(guī)章的任何利益、根據(jù)其而減少的費用，或者為了遵守任何國家或者條約的專利法、法則或規(guī)章，并且通過引用而包含的這樣的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)在在本申請的包括其任何后續(xù)的繼續(xù)、分割、或部分繼續(xù)申請或者之后任何本申請的再頒或延續(xù)的全部未決期期間都應(yīng)當(dāng)有效。
[0057]本說明書提出的任何權(quán)利要求還意圖描述本發(fā)明的有限數(shù)量的優(yōu)選的實施例的邊界和界限，并且不能解釋為本發(fā)明的最廣泛的實施例或者是本發(fā)明所要求保護的實施例的完整列表。 申請人:不放棄基于上面提出的說明來發(fā)展進一步的權(quán)利要求作為任何繼續(xù)、分割、或者部分繼續(xù)的申請或者類似申請的一部分的任何權(quán)利。
【權(quán)利要求】
1.一種流式細胞儀，包括: a.流體傳送系統(tǒng)，其具有產(chǎn)生液流的噴嘴，所述流體傳送系統(tǒng)具有用于將所述液流在所述噴嘴下游的斷裂點打亂成液滴的振蕩器； b.激勵能量源，用于在檢驗區(qū)查詢所述液流； c.光學(xué)系統(tǒng)，用于操作所述液流的圖像的寬高比；以及 d.傳感元件，用于感測所述液流的操作后的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流式細胞儀，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括用于操作所述液流的圖像的所述寬高比的第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的流式細胞儀，其中，一個或多個所述光學(xué)元件包括用于改變所述液流的圖像的寬高比的折射元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流式細胞儀，其中，一個或多個所述折射元件包括透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流式細胞儀，其中，一個或多個所述透鏡包括用于在第一軸操作所述液流的圖像的比的第一柱面透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流式細胞儀，其中，一個或多個所述透鏡包括用于在與所述第一軸正交的第二軸操作所述液流的圖像的比的第二柱面透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求5 或者6所述的流式細胞儀，其中，所述第一透鏡在所述第一軸減小所述寬高比。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或者7所述的流式細胞儀，其中，所述第二透鏡在所述第二軸增大所述寬高比。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8所述的流式細胞儀，其中，操作后的第一軸相對于操作后的第二軸的比是10比I。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至8所述的流式細胞儀，其中，所述液流的圖像的長度被壓縮，并且所述液流的圖像的寬度被擴大。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10所述的流式細胞儀，其中，所述光學(xué)元件還包括用于改變所述液流的圖像的所述寬高比的反射元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流式細胞儀，其中，所述反射元件包括一個或多個鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流式細胞儀，其中，所述一個或多個鏡包括用于在第一軸操作所述液流的圖像的比的第一鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流式細胞儀，其中，所述一個或多個鏡包括用于在與所述第一軸正交的第二軸操作所述液流的圖像的比的第二鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14所述的流式細胞儀，其中，所述光學(xué)元件還包括用于改變所述液流的圖像的所述寬高比的衍射元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15所述的流式細胞儀，其中，還包括用于照亮所述液流的照明源。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的流式細胞儀，其中，所述照明源包括閃光燈。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17所述的流式細胞儀，其中，所述液流的操作后的圖像將所述檢驗區(qū)和所述斷裂點包括在所述液流的單個圖像中。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至17所述的流式細胞儀，其中，所述液流的操作后的圖像將所述噴嘴的一部分和所述斷裂點包括在所述液流的單個圖像中。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至17所述的流式細胞儀，其中，所述傳感元件是從包括照相機、電荷耦合裝置、互補金屬氧化物半導(dǎo)體、光電二極管陣列、傳感器陣列、及其組合的組中選擇出的傳感元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20所述的流式細胞儀，其中，用于操作所述液流的所述寬高比的所述光學(xué)系統(tǒng)還包括用于以在3到20之間的因數(shù)來放大所述液流的寬度的光學(xué)元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21所述的流式細胞儀，其中，用于操作所述液流的所述寬高比的所述光學(xué)系統(tǒng)還包括用于以在1/4到10之間的因數(shù)來壓縮所述液流的長度的光學(xué)元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至22所述的流式細胞儀，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括用于在不同位置將所述液流的圖像操作為具有不同的寬高比的梯度折射率光學(xué)元件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的流式細胞儀，其中，所述液流的圖像的所述寬高比在所述檢驗區(qū)被操作為第一寬高比，并且所述液流的圖像在所述斷裂點被操作為第二寬高比。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的流式細胞儀，其中，所述寬高比以連續(xù)梯度從所述第一寬高比修改為所述第二寬高比。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的所述流式細胞儀，其中，所述寬高比被修改為兩個以上不連續(xù)的寬高比。
27.一種流式細胞儀，包括: a.流體傳送系統(tǒng)，其具有用于產(chǎn)生液流的噴嘴，所述流體傳送系統(tǒng)具有用于在所述噴嘴下游的斷裂點處將所述液流打亂成液滴的振蕩器； b.激勵能量源，用于在檢驗區(qū)查詢所述液流；` c.光學(xué)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生所述液流的圖像，所述液流的圖像至少包括所述檢驗區(qū)和所述斷裂點，以及 d.高分辨率傳感元件，用于感測所述液流的圖像。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的流式細胞儀，其中，所述高分辨率傳感元件具有在三百萬像素到兩千萬像素之間的分辨率。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或者28所述的流式細胞儀，其中，對所述液流的由所述高分辨率傳感元件感測到的高分辨率圖像的寬高比進行操作。
30.根據(jù)權(quán)利要求27至29的任何一項所述的流式細胞儀，其中，所述高分辨率傳感元件包括用于拍攝所述液流的圖像的單個的高分辨率電荷耦合裝置傳感器。
31.根據(jù)權(quán)利要求27至29的任何一項所述的流式細胞儀，其中，所述高分辨率傳感元件包括用于拍攝所述液流的圖像的單個的高分辨率互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器。
32.根據(jù)權(quán)利要求27至31的任何一項所述的流式細胞儀，其中，裁剪所述液流的圖像以修改所述寬高比。
33.根據(jù)權(quán)利要求27至29的任何一項所述的流式細胞儀，其中，所述高分辨率傳感元件至少包括至少兩個等間距的傳感元件，所述傳感元件各自用來感測所述液流的由普通光學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖像的一部分。
34.一種流式細胞儀，包括: a.流體傳送系統(tǒng)，其具有用于產(chǎn)生液流的噴嘴，所述流體傳送系統(tǒng)具有用于在所述噴嘴下游的斷裂點處將所述液流打亂成液滴的振蕩器； b.激勵能量源，用于在檢驗區(qū)查詢所述液流；C.檢測器，用于檢測來自所述檢驗區(qū)的顆粒的電磁輻射并且確定顆粒特征； d.控制器，用于基于所檢測到的顆粒特征來對所述液流進行充電； e.光學(xué)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生所述液流的圖像，所述液流的圖像至少包括所述斷裂點，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)對每個液滴拍攝多個圖像； f.傳感元件，用于感測所述液流的多個圖像；以及 g.處理器，用于處理所述液流的檢測到的圖像，其中，所述處理器響應(yīng)所述液流的圖像以確定液滴從所述液流分離的時刻。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的流式細胞儀，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)和所述傳感元件包括高分辨率照相機。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或者35所述的流式細胞儀,其中,所述傳感元件包括多個傳感元件。
37.根據(jù)權(quán)利要求34至36的任何一項所述的流式細胞儀，其中，所述控制器在對所述液流進行充電時施加下降延遲以分離顆粒，以及 隨著對所述多個圖像進行處理以確定個體液滴與連續(xù)的液流的斷裂點，所述處理器以逐液滴為單位來修改所述下降延遲。
38.根據(jù)權(quán)利要求34至36的任何一項所述的流式細胞儀，其中，所述控制器在對所述液流進行充電時施加下降延遲以分離顆粒，以及 隨著對所述多個圖像進行處理以確定兩個正形成的液滴之間的所述液流變?yōu)閿嚅_的點，所述處理器以逐液滴為單位來修改所述下降延遲。
39.根據(jù)權(quán)利要求34至38的任何一項所述的流式細胞儀，其中，對所述多個圖像的檢測是通過從以下組中選擇出的一個值而被分開，該組包括:1微秒、5微秒、10微秒、20微秒、以及50微秒。
40.根據(jù)權(quán)利要求34至39的任何一項所述的流式細胞儀，其中，所述多個圖像是根據(jù)下一個液滴的形成的狀態(tài)而在時間上被分開。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的流式細胞儀，其中，在所述下一個液滴的脫離時刻附近，所述多個圖像以較短的時間被分開。
42.根據(jù)權(quán)利要求34至41的任何一項所述的流式細胞儀，其中，所述處理器還利用由所述處理器所確定的液滴脫離所述液流的時間來修改平均下降延遲、之前校準的下降延遲、或者之前所假定的下降延遲。
43.根據(jù)權(quán)利要求34至42的任何一項所述的流式細胞儀，其中，所述處理器配置有用于確定液滴將脫離所述液流的時間的圖像處理算法。
44.根據(jù)權(quán)利要求34至43的任何一項所述的流式細胞儀，其中，所述算法包括粗略判斷和精細判斷。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的流式細胞儀，其中，以第一速度拍攝圖像以作出粗略判斷，以及 以更快的第二速度拍攝圖像以作出精細判斷。
46.根據(jù)權(quán)利要求44或者45所述的流式細胞儀，其中，所述算法從所述多個圖像中提取出從如下特征中選擇出的特征以確定液滴將脫離所述液流的時間:邊緣檢測、液流特征、液滴形狀、寬高比、對比度、及其組合。
【文檔編號】G01N15/14GK103460017SQ201280017500
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月4日
【發(fā)明者】J·C·夏普, D·F·佩羅, N·賽德哥拉威茲 申請人:塞通諾米/St有限責(zé)任公司