Tomografía óptica de pequeños objetos en movimiento usando imaginología de retardo e integración.

Un procedimiento para reconstrucción tridimensional de objetos de interés (1) que comprende las etapas de:

(a) envasar objetos de interés (1) en un recipiente lineal (2);

(b) muestrear los objetos de interés (1) con una pluralidad de fuentes puntuales ópticas (27) ubicadas alrededordel recipiente lineal (2), en cooperación con una pluralidad de sensores de imagen de retardo e integración (TDI)(25) opuestos ubicados frente a las fuentes puntuales ópticas (27) a una distancia del recipiente lineal (2), demodo que no hay ningún plano focal dentro de los objetos de interés (1) durante el muestreo, y donde múltiplesángulos de proyección a través de los objetos de interés (1) son muestreados mediante haces de proyecciónópticos producidos por la pluralidad de fuentes puntuales ópticas (27) a medida que los objetos de interés semueve entre la pluralidad de fuentes puntuales ópticas (27) y los sensores ópticos opuestos (25);

(c) trasladar el recipiente lineal (2) a una velocidad constante, de modo que los objetos de interés se muevan através de los haces de proyección ópticos de uno en uno; y

(d) generar al menos una imagen de proyección (51) con la pluralidad de sensores de imagen TDI opuestos(25), cuya velocidad de transferencia de línea está sincronizada con la velocidad de traslado de los objetos deinterés.

Tomografía óptica de pequeños objetos en movimiento usando imaginología de retardo e integración Solicitud relacionada La presente solicitud es una continuación en parte de la solicitud estadounidense pendiente de tramitación número 09/927.151 de Alan C. Nelson, presentada el 10 de agosto de 2001, ahora número de patente 6.522.775 expedida el 8 de julio de 2003 titulada “APPARATUS AND METHOD FOR IMAGING SMALL OBJECTS IN A FLOW STREAM USING OPTICAL TOMOGRAPHY”.

Campo de la invención La presente invención se refiere a imaginología por tomografía óptica en general, y, más particularmente, tomografía óptica donde se generan imágenes de los objetos usando tomografía óptica y retardo e integración.

Antecedentes de la invención

La solicitud estadounidense 10/126.026 de Alan Nelson, presentada el 19/04/2002, titulada "VARIABLE-MOTION OPTICAL TOMOGRAPHY OF SMALL OBJECTS" se incorpora en el presente documento como referencia. En el documento Nelson, imágenes de proyección de sombra (shadowgrams) son capturadas digitalmente por medio de detectores de imagen CCD o CMOS convencionales. En la imaginología de objetos en movimiento, dichos sensores de imagen requieren breves exposiciones a “movimiento detenido” para reducir la distorsión provocada por el movimiento. Las exposiciones breves limitan la señal con respecto a ruido que puede alcanzarse cuando se forman imágenes de objetos en movimiento.

Es ventajoso en tomografía óptica (OT) generar imágenes de objetos en movimiento tales como en una corriente fluida o arrastrados en un medio rígido para análisis de alto rendimiento. Adicionalmente, en el caso de objetos arrastrados en un medio rígido, el diseño de la plataforma de presentación o posicionador de la muestra es más sencillo para un movimiento a velocidad constante que para un rápido movimiento intermitente. Además, en dicho sistema, el movimiento constante produce menos vibración que el movimiento intermitente.

Generalmente, la imaginología de retardo e integración (TDI) se basa en el concepto de acumular múltiples exposiciones del mismo objeto en movimiento, aumentando de este modo eficazmente el tiempo de integración disponible para recoger la luz incidente. El movimiento del objeto debe estar sincronizado con las exposiciones para garantizar una imagen nítida. Normalmente, los detectores de TDI incluyen píxeles dispuestos en filas y columnas. Una señal electrónica se mueve de fila a fila en sincronía con una imagen en movimiento proyectada sobre el dispositivo. La señal sincronizada da como resultado un tiempo de integración prolongado sin distorsión.

La Patente de Estados Unidos Nº 6.249.341 de Basiji, y col., expedida el 19 de julio de 2001 titulada “Imaging and Analyzing Parameters of Small Moving Objects Such as Cells”, desvela un aparato en el que luz procedente de un objeto tal como una célula que se mueve a través de un sistema de imaginología es recogida y dispersada de modo que se pueda generar una imagen de ésta en un detector de retardo e integración (TDI) . Basiji, y col., definen un detector TDI como cualquier dispositivo pixelado en el que puede hacerse que la señal producida en respuesta a radiación dirigida en el dispositivo se mueva de manera controlada. Basiji, y col., no abordan la tomografía óptica, una deficiencia superada por la presente invención.

Sumario de la invención La invención se define en la reivindicación 1.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra esquemáticamente una ilustración a modo de ejemplo de un sistema de Tomografía Óptica de Flujo (FOT) tal como lo contempla una realización de la presente invención.

La figura 2 muestra esquemáticamente una ilustración a modo de ejemplo de un sistema de Tomografía Óptica de Movimiento Variable (VOT) tal como lo contempla una realización de la presente invención.

La figura 3 muestra esquemáticamente una ilustración a modo de ejemplo de un cilindro de reconstrucción tal como lo contempla una realización de la presente invención.

La figura 4 muestra esquemáticamente una ilustración a modo de ejemplo de una vista superior parcial de otro cilindro de reconstrucción a modo de ejemplo.

La figura 5 muestra esquemáticamente una ilustración a modo de ejemplo de un cilindro de reconstrucción con fuentes puntuales y sensores de imagen TDI en diferentes planos.

La figura 6 muestra esquemáticamente un ejemplo de un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento de un sensor de imagen TDI.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas La invención se describe en el presente documento con respecto a ejemplos específicos que se refieren a células biológicas, sin embargo, se entenderá que estos ejemplos tienen el fin de ilustrar los principios de la invención, y que la invención no está limitada a esto. En un ejemplo, construir una distribución tridimensional de densidades ópticas dentro de un volumen microscópico permite la cuantificación y la determinación de la ubicación de estructuras, moléculas o sondas moleculares de interés. Usando sondas moleculares marcadas, puede medirse la cantidad de sondas que se adhieren a estructuras específicas en el objeto microscópico. Para fines ilustrativos, un objeto tal como una célula biológica puede etiquetarse con al menos una tinción o sonda molecular marcada, y la cantidad medida y ubicación de esta sonda pueden proporcionar información importante sobre la enfermedad de la célula, incluyendo, aunque sin limitarse a, diversos cánceres tales como cánceres de pulmón, de mama, de próstata, de cuello del útero y de ovario.

Con referencia a la figura 1, se muestra esquemáticamente una ilustración a modo de ejemplo de un sistema de Tomografía Óptica de Flujo (FOT) tal como lo contempla una realización de la presente invención. La invención proporciona un aparato y un procedimiento para formar imágenes de pequeños objetos en una corriente fluida o arrastrados en un medio rígido usando proyecciones de fuente puntual óptica o haz paralelo, sensores de imagen de retardo e integración (TDI) y reconstrucción de imagen tomográfica. El sistema de tomografía óptica (OT) incluye en una realización a modo de ejemplo, un citómetro de flujo, que incluye un cilindro de reconstrucción 12, situado alrededor del tubo capilar 2.

El sistema está orientado con referencia a un sistema de coordenadas 40 que tiene coordenadas en las direcciones X, Y y Z. En funcionamiento, las células 1 se inyectan en un tubo de inyección 3. El tubo capilar puede ser más ancho en un extremo de inyección 5 e incluye un tapón de presión 6. Un fluido envolvente 7 es introducido en el tubo 8 para crear flujo laminar dentro del tubo capilar 2. Una primera fuente de fotones 9a y un primer fotodetector 10a funcionan juntos con un analizador de la altura del pulso 11 para funcionar como un dispositivo desencadenante. El analizador de la altura del pulso 11 funciona para proporcionar una primera señal 30a para el comienzo de una célula, y una segunda señal 30b para el final de la célula a medida que ésta se mueve a través del tubo. Las señales 30a, 30b, 31a y 31b se representan como una función de intensidad de la luz, “I”, frente al “TIEMPO” dentro del analizador de la altura del pulso 11. El analizador de la altura del pulso 11 genera una pluralidad de señales 14 que son enviadas a un ordenador 13 que, después de un retardo relacionado con la velocidad del objeto en movimiento y la distancia entre el fotodetector y el cilindro de reconstrucción 12, envía una señal desencadenante 15 a un cilindro de reconstrucción 12 para iniciar y finalizar la recogida de datos para esa célula particular. Adicionalmente, una segunda fuente 9b de fotones y un segundo fotodetector 10b pueden posicionarse ventajosamente a una distancia conocida aguas abajo de el primer ajuste, de modo que un intervalo entre la célula que compensa una tercera señal 31a y que compensa una cuarta señal 31b puede usarse ventajosamente para calcular la velocidad de la célula y también como una señal de temporización para sincronizar una velocidad de transferencia de línea de un sensor de imagen TDI. La señal de temporización es transmitida al ordenador 13 en la pluralidad de señales 14. El ordenador 13, que puede ser cualquiera ordenador personal útil o equivalente, envía a su vez señales 16 de sincronización al cilindro de reconstrucción 12. De esta manera, el movimiento de la célula a lo largo del eje de flujo 20 es igualado por una velocidad de transferencia de carga desde una plataforma del sensor TDI a la siguiente, tal como se describe y se muestra con más detalle con referencia a la figura 6.

Con referencia ahora a la figura... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para reconstrucción tridimensional de objetos de interés (1) que comprende las etapas de:

(a) envasar objetos de interés (1) en un recipiente lineal (2) ;

(b) muestrear los objetos de interés (1) con una pluralidad de fuentes puntuales ópticas (27) ubicadas alrededor 5 del recipiente lineal (2) , en cooperación con una pluralidad de sensores de imagen de retardo e integración (TDI)

(25) opuestos ubicados frente a las fuentes puntuales ópticas (27) a una distancia del recipiente lineal (2) , de modo que no hay ningún plano focal dentro de los objetos de interés (1) durante el muestreo, y donde múltiples ángulos de proyección a través de los objetos de interés (1) son muestreados mediante haces de proyección ópticos producidos por la pluralidad de fuentes puntuales ópticas (27) a medida que los objetos de interés se mueve entre la pluralidad de fuentes puntuales ópticas (27) y los sensores ópticos opuestos (25) ;

(c) trasladar el recipiente lineal (2) a una velocidad constante, de modo que los objetos de interés se muevan a través de los haces de proyección ópticos de uno en uno; y

(d) generar al menos una imagen de proyección (51) con la pluralidad de sensores de imagen TDI opuestos

(25) , cuya velocidad de transferencia de línea está sincronizada con la velocidad de traslado de los objetos de 15 interés.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que los objetos de interés (1) comprenden una célula o un núcleo celular.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la etapa de envasar objetos de interés (1) en un recipiente lineal

(2) comprende, además, la etapa de envasar una pluralidad de células en un tubo.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el haz de proyección óptico es un haz cónico (35) .

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que la pluralidad de fuentes puntuales (27) están ubicadas en un primer plano y la pluralidad de sensores de retardo e integración (TDI) (25) están ubicados en un segundo plano, donde el primer plano y el segundo plano son diferentes pero paralelos, y en el que la pluralidad de fuentes puntuales (27) y la pluralidad de sensores TDI (25) se disponen para formar imágenes de los objetos de interés (1) a medida que fluyen a través del cilindro de reconstrucción (12) .

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que cada una de las fuentes puntuales (27) funciona de forma cooperativa con más de un plano asociado de sensores TDI (25) para generar una pluralidad de imágenes del objeto de interés (1) .

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la pluralidad de fuentes puntuales (27) y la pluralidad de 30 sensores TDI (25) están desplazados radialmente entre sí para capturar diferentes perspectivas.