本方法涉及一種用于確定與體液的元素相關的信息的裝置和一種確定該信息的方法，特別是用于確定與體液中或多或少的固體元素(例如細胞、細菌等)相關的信息。

背景技術：

1、歷史上，細胞識別或分類是由人類操作員或專家通過視覺進行的。也使用了其他技術，如dna染色等。

2、基于圖像的細胞識別是一種廣為人知的技術，并且各個細胞類型的密度是已知的。

3、相關技術可見于：

4、-bernhardt?i等人：“應用數字全息顯微鏡研究完整紅細胞的沉降及其與人造表面的相互作用”，生物電化學，elesevier，阿姆斯特丹，荷蘭，第73卷，第2期，2008年8月1日(2008-08-01)，第92-96頁，xp023784160，issn：1567-5394，doi：10.1016/j.bioelechem.2007.12.001

5、-yu?xiao等人：“用于三維輪廓和跟蹤的數字全息顯微鏡的綜述”，光學工程，光學儀器工程師學會，貝靈漢，第53卷，第11期，2014年11月1日(2014-11-01)，第112306頁，xp060048121，issn：0091-3286，doi：10.1117/1.0e.53.11.112306

6、-sang-hyuk?lee等人：“使用視頻全息顯微鏡表征和跟蹤單個膠體粒子”，arxiv.org，康奈爾大學圖書館，201olin圖書館康奈爾大學伊薩卡，紐約州14853，2007年12月11日(2007-12-11)，xp080?345670。

技術實現思路

1、在第一方面，本發明涉及根據權利要求1的裝置。

2、在這種情況下，裝置的元件可以彼此附接，或者可以簡單地相對于彼此適當定位。

3、體液可以是，例如血液、唾液、奶和/或尿，并且其中的元素可以是細胞，例如血細胞，例如白細胞wbc、紅細胞rbc和病理細胞(例如循環腫瘤細胞ctc、有核紅細胞nrbc等)、上皮細胞、血小板、細菌、寄生蟲、蛋白質或體液的其他成分。

4、樣品容器被提供并被配置為包含含有元素的體液的樣品。樣品容器可以是任何期望的類型。通常，樣品容器包括半透明材料或由半透明材料制成，允許光或輻射穿過樣品和樣品容器，以便成像元件提供成像信息。當包含樣品時，樣品容器可允許樣品沿垂直方向具有預定或最小高度，從而允許樣品中存在的細胞沿垂直方向移動，例如移動達預定距離，而不會撞擊樣品容器。

5、樣品可以是未處理和未過濾的體液，或者樣品可以僅包含部分體液，例如如果體液已經被過濾或者以其他方式制備，例如通過去除其中的元素(例如紅細胞)。可以通過向體液中添加一種或多種試劑來制備樣品，所述試劑被配置為改變體液的一種或多種參數或成分。例如，可以使用裂解劑過濾或裂解紅細胞。

6、樣品可以是包括具有相關屬性的元素的體液的收集樣品，其中相關屬性基本上對應于收集之前體液中元素的相關屬性。樣品可以是體液樣品，其中特定類型的細胞被去除或裂解。樣品可以是稀釋的體液樣品。提供了一種成像元件，其被配置為隨時間推移生成成像信息的序列。因此，成像元件可以適當地定位在樣品容器處或其周圍。樣品容器和成像元件可以相互適應，以便于輸出期望的成像信息。

7、提供成像元件以生成成像信息的序列。因此，提供了多個成像信息，并且每個成像信息在單獨的時間點生成。成像信息可以在等距離的時間點生成，例如每秒、每2秒、每4秒、每5秒、每10秒、每15秒或每20秒。

8、每個成像信息包括表示樣品容器中的樣品且在至少兩個不同焦點長度/深度的圖像的信息。因此，每個成像信息本身可以包括多個圖像，每個圖像具有特定或不同的焦點長度/深度。然后，將在一段時間內提供成像信息，其中不同成像信息的時間段優選地不重疊，使得多個成像信息隨時間推移而得到。或者，可能希望在不同的時間點提供所有表示的圖像(每個成像信息中表示特定焦點長度/深度的圖像)，從而可以在不同的時間點提供其他深度的表示的圖像。

9、成像信息包括表示樣品在至少兩個不同焦點長度/深度的圖像的信息。這種信息可以由使用提供期望焦點深度/長度的光學器件得到的實際圖像來提供。在另一種情況下，信息可以包含在全息圖的形式中。從全息圖中可以得到信息，該信息表示在期望平面(通常是水平平面)上聚焦拍攝的圖像，使得該平面具有高度/深度。該信息將類似于以期望的焦點深度/長度拍攝的圖像，其中不僅在特定平面或深度/長度處或之中的元素可見，而且其他元素也可能存在。然而，平面中或平面處的元素更清晰，這可用于確定在該深度/長度處存在哪些元素。所表示的圖像可以替代地類似于樣品或者是樣品的橫截面。

10、在不同的成像信息中，識別多個元素中的每一個并確定它們的位置。因此，這些元件的位置在不同的成像信息中被跟蹤或確定，從而隨時間推移而確定。因此，從其任何移動，可以確定每個元素的類型或其他參數。自然地，多個元素可以多于一個元素，例如成像信息中可辨別的所有元素，但是通常，多個元素計數為5-1000個元素，例如10-500個元素，例如15-100個元素。

11、因此，從表示圖像的信息，可以確定哪些元素存在于所討論的深度/長度中或者在所討論的深度/長度處。

12、在一個實施方式中，使用可變光學器件或多組固定光學器件來生成成像信息，使得可以使用這樣的光學器件來獲得不同的焦點長度/深度。

13、在一些實施方式中，可以記錄樣品的全息圖。從單個全息圖，可以生成具有任何焦點長度/深度的圖像或表示。對于樣品中任意數量的焦點長度/深度，可以生成任意數量的這種圖像或表示。因此，可以記錄全息圖的序列，每一個都是獨立的成像信息，然后可以從全息圖中生成代表每個焦點長度/深度的各個信息。

14、提供了一種控制器。該控制器可以是硬連線的或軟件控制的，并且可以是例如處理器、dsp、asic、fpga等。控制器可以由相互通信的多個元件構成。

15、控制器被配置成接收成像信息的序列。控制器因此可以與成像元件通信。這種通信可以是有線的或無線的，并且可以通過任何協議或總線或者甚至是www來進行。如果需要，控制器可以作為云服務來提供。

16、控制器被配置成識別在不同時間點獲取的不同成像信息中的相同元素。該確定可以基于樣品的多個參數和成像信息。在優選實施方式中，假設元素沿著垂直路徑移動，從而假設元素總是在水平平面中的特定位置。可以進一步假設該元素正在向下移動，從而另外假設該元素的位置在稍后的時間點處于更大的深度。或者，或附加地，可以使用元素的另一參數，例如形狀、輪廓、邊緣、顏色、反射、發射、熒光或內部內容，以在不同的成像信息中識別相同的元素。細胞可以具有細胞核或具有特定形狀、位置或數量的其他元素，其可以用于區分細胞。

17、例如，如果樣品被允許水平移動，或者被發現水平移動，則垂直移動可以被添加到水平移動中。然后，如果需要，可以補償這種水平移動。

18、控制器還被配置成針對每個成像信息確定元素在樣品容器中的位置。如上所述，隨著時間的推移且因此在成像信息之間，同一元素的位置可能會發生垂直位移、水平位移，或者可能以另一種方式在樣品中移動。

19、控制器被配置成從位置確定與元素相關的信息。該信息可以是密度或與樣品的液體密度相比的相對密度。控制器可以被配置成也基于成像信息之間的時間差來確定該信息。從位置的變化，例如深度，以及在這些位置的檢測之間的時間段，可以確定移動的速度。該速度將指示樣品的液體和元素的液體之間的密度差。該速度可以附加地或可選地指示該元素是哪種類型，例如該元素是哪種類型的白細胞。

20、在另一種情況下，控制器可以附加地或替代地確定元素的大小。一個元素可以下沉(或上浮)，其速度由其尺寸決定或指示其尺寸，例如垂直平面上的橫截面積。

21、在優選實施方式中，成像信息是全息圖。然后，成像元件被配置成生成全息圖或全息圖的序列。這種成像元件通常具有輻射或光發射器和檢測器，通常為2d檢測器陣列的形式，例如cmos傳感器、ccd陣列等。可以采用不同的設置，例如軸上(同軸)和離軸全息設置，其中后者使用傾斜的參考光束，以便在傅立葉空間中從真實物體中分離孿生圖像。此外，或者可替換地，可以采用多個相機來捕獲不同波長的圖像或數據，由此可以從樣品中確定更多的信息。在一種情況下，輻射通過針孔發射，并在撞擊檢測器之前通過樣品。

22、當成像信息是全息圖時，存在從全息圖得到信息的方法，通常以樣品的2d圖像或表示的形式，其中這些表示不僅指示在特定長度/深度存在的元素，還指示其他元素。從該信息，可以確定在特定長度/深度處存在哪些元素。這些方法可以是直接方法，例如角譜反向傳播或強度傳輸，迭代方法，例如gerchberg-saxton或稀疏正則化重建，和/或機器學習技術，例如unet、gan和深度圖像先驗方法，具有不同級別的重建精度。

23、在替代實施方式中，成像信息由更標準的成像器生成，例如相機，其具有可適應的光學器件或多組固定的光學器件，使得可以提供具有不同焦點深度/長度的圖像。

24、在一個實施方式中，當成像信息是全息圖時，控制器被配置成：

25、在接收步驟之后，從每個全息圖中得到樣品的圖像表示，其中每個圖像表示與所述至少兩個不同焦點長度/深度的單獨焦點長度/深度相關，

26、在識別步驟中，識別與兩個不同全息圖和兩個不同焦點深度/長度相關的至少兩個圖像表示中的多個元素中的每一個。

27、通常，如上所述，在不同的時間點和不同的長度/深度確定相同的元素。由此可以得到信息。

28、在一個實施方式中，控制器被配置為將相關元素的絕對密度或相對于樣品液體的密度確定為與所述多個元素中的至少一個有關的信息并且從所述一個元素的位置確定所述相關元素的絕對密度或相對于樣品液體的密度。

29、在該實施方式中，控制器可以被配置成基于位置的焦點長度/高度的差異來確定相關元素的密度。這種差異將指示可能由重力和元素與樣品液體之間的密度差異引起的垂直移動。

30、在一個實施方式中，該元素是細胞，例如紅細胞、白細胞、循環腫瘤細胞或細菌。在那個或其他實施方式中，元素可以是結晶材料、寄生蟲或細菌。或者，該元素可以是寄生蟲或血小板。細胞通常足夠重和/或具有允許它們可預測地、均勻地或通常沿向下方向移動的尺寸，而血小板可能非常小以至于它們傾向于保持懸浮。細菌且尤其是寄生蟲可能能夠自己移動，因此它們在樣品中的位置可能不僅僅是垂直的。當寄生蟲水平或甚至向上移動足夠遠時，可以確定它。如果樣品在樣品容器中處于靜止狀態，則最容易確定水平移動。

31、注意，也能夠從成像信息中確定布朗運動，例如從例如血小板或任何比細胞輕的雜質的水平移動中確定布朗運動，因此不傾向于在樣品中沉淀。這種運動可以用于得到例如樣品的溫度。此外，如果例如對于許多或所有這些元素一致地檢測到這些元素的任何移動，則這些元素的任何移動可以用于指示樣品正在移動。這可以用于補償由其他元素確定的任何移動，或者用于丟棄該確定。

32、然后，在一個實施方式中，隨著時間的推移，多個元素之一的位置指示隨機移動，并且其中與該一個元素相關的信息指示該元素是血小板。

33、在該實施方式或另一實施方式中，在至少預定的最小時間段內，多個元素之一的位置指示向上或向側面的移動，并且其中與所述一個元素相關的信息指示該元素是寄生蟲或細菌。自然地，預定的最小時間段將足夠長，以排除隨機移動，例如由布朗運動引起的隨機移動。該時間段可以是1秒或更長，例如2秒或更長。

34、在這樣的實施方式中或在單獨的實施方式中，多個元素之一的位置隨時間推移指示以第一速度區間內的下降速率的大體向下的移動，并且其中與所述一個元素相關的信息指示該元素是細胞。

35、此外，附加地或替代地，多個元素中的一個的位置隨時間推移指示以第二速度區間內的下降速率的大體向下的移動，并且其中與所述一個元素相關的信息指示該元素是細菌。細胞和細菌的下降率可以基于測試來確定。

36、可能希望基于附加信息來確定信息。除了不同的密度或尺寸之外，還可以使用其任何內部結構、其邊緣的結構或形狀。

37、在一個實方式中，控制器被配置成確定與一個或多個圖像表示中的元素的邊緣相關的邊緣信息，并且還基于邊緣信息來確定與元素相關的信息。白細胞的邊緣被稱為細胞壁，并且在白細胞類型之間是不同的，并且該信息可以用于確定。

38、本發明的第二方面涉及根據權利要求8的方法。

39、本發明的第一方面的所有實施方式、考慮、情況等同樣與本發明的第二方面相關。

40、因此，樣品、體液、元素、樣品容器、成像元件、成像信息和表示圖像的信息可以如上所述。

41、此外，元素的識別和信息的確定可以如上所述。

42、同樣如上所述，在優選實施方式中，所述生成步驟包括生成全息圖的序列。在這種情況下，該方法可以進一步包括從每個全息圖得到至少兩個圖像表示，每個圖像表示與所述至少兩個不同焦點長度/深度的單獨焦點長度/深度相關，并且其中所述識別步驟包括識別與兩個不同全息圖和兩個不同焦點深度/長度相關的至少兩個圖像表示中的多個元素中的每一個。

43、在一個實施方式中，所述確定步驟包括將有關元素的密度確定為與所述多個元素中的至少一個有關的信息。該密度和確定如上所述。然后，所述確定步驟可以包括基于位置的焦點長度/深度的差異來確定有關元素的密度。

44、在一個實施方式中，樣品的元素是細胞或細菌。然而，也可以尋找和分析血小板、寄生蟲、結晶材料和其他類型的元素。

45、如上所述，布朗運動可以被確定并用于驗證測量和/或用于校正確定的移動。

46、如上所述，在一個實施方式中，隨著時間的推移，多個元素中的一個元素的位置指示隨機移動，并且其中與該一個元素相關的信息指示該元素是血小板。

47、在該實施方式或另一實施方式中，在至少預定的最小時間段內，多個元素中的一個元素的位置指示向上的移動，并且其中與該一個元素相關的信息指示該元素是寄生蟲或細菌。該時間段在上文中有進一步描述。

48、在這些實施方式的任一個中或在單獨的實施方式中，多個元素中的一個元素的位置隨時間推移指示以第一速度區間內的下降速率的大致向下移動，并且其中與該一個元素相關的信息指示該元素是細胞。

49、附加地或可替換地，多個元素中的一個元素的位置隨時間推移指示以第二速度區間內的下降速率的大體向下移動，并且其中與該一個元素相關的信息指示該元素是細菌。

50、在一個實施方式中，所述確定步驟還包括確定與一個或多個圖像表示中的元素的邊緣相關的邊緣信息，并且還基于所述邊緣信息確定與元素相關的信息。

51、本發明的另一個方面基于相同的相對移動和密度，但是旨在確定流體的參數。該方面涉及一種用于確定與體液相關的信息的裝置，所述體液例如血液、血清、唾液、尿液等體液，該裝置包括：

52、樣品容器，其被配置為接收包括流體和具有一個或多個預定參數的一個或多個粒子的樣品，

53、成像元件，其被配置為隨時間推移生成成像信息的序列，每個成像信息包括表示樣品容器中的樣品且在至少兩個不同焦點長度/深度處的圖像的信息，

54、控制器，其被配置為：

55、接收成像信息的序列，

56、識別不同成像信息中的相同元素，并為每個成像信息確定該元素在樣品容器中的位置，以及

57、從位置確定與流體相關的信息。

58、同樣在這種情況下，粒子的移動被確定并用于生成信息。這一次，未知成分是液體。

59、顯然，如上所述，可以在不同的成像信息中確定多個元素的位置。

60、液體、測量裝配、樣品容器、控制器和所有其他參數、實施方式、情況等可以如上所述。

61、如果需要，樣品可以是過濾的或其他來自體液的樣品。同樣，也可以用這種方式分析其他流體。優選的是，粒子在流體中是可見的，因此流體不是太渾濁，例如當至少在測量裝配所使用的一個或多個波長下是半透明的時。如果需要，液體可以包括其他元素。

62、粒子具有一個或多個預定或預定義的參數，例如密度和/或尺寸。如上所述，粒子的相對密度和任選的尺寸將有助于確定粒子的垂直速度。因此，知道了元素或粒子的參數，就可以從流體中得到信息。

63、本發明的最后一個方面涉及一種確定與流體相關的信息的方法，該方法包括：

64、在樣品容器中提供樣品，該樣品包括流體以及具有預定參數的元素，

65、隨時間推移生成成像信息的序列，每個成像信息包括表示樣品容器中的樣品且在至少兩個不同焦點長度/深度處的圖像的信息，

66、識別不同成像信息中的相同元素，并為每個成像信息確定元素在樣品容器中的位置，以及

67、從該位置，確定與流體相關的信息。

68、這然后也涉及與流體相關的信息的確定。如上所述的相同考慮與本發明的這個方面相關。