TWI480534B - 光學裝置及其運作方法 - Google Patents

Description

光學裝置及其運作方法

本發明係與光學裝置有關，特別是關於一種藉由光學干涉技術對檢體試片進行非破壞性、非接觸式之量測的光學裝置及其運作方法，可省去傳統上將檢體試片切成薄片及染色等繁雜且費時之程序，並能夠在操作過程中提供可調控的功能。

傳統上，觀察組織切片的流程通常包含下列步驟：(1)檢體取樣；(2)固化；(3)觀察試片。在觀察組織切片的過程中，由於大多數組織結構皆為透光材質，故通常還需要配合染色及顯影等程序，方能得到較佳的觀察效果，以利後續分析程序之進行。

此外，由於受到光學景深(聚焦位置)之限制，上述的組織切片大多為薄型設計。首先，將檢體固化後切割成薄片，每個薄片之厚度大約為10μm左右，再加上承載玻片之厚度係以不超過0.1mm為限。接著，再將每個單獨的承載玻片分別置於檢測儀器上進行檢測後，再將所有檢測結果進行疊合重組，以重現原本整個檢體的檢測結果。

雖然目前已有許多廠商針對上述技術推出全自動或半自動的檢測平台，以縮短整個檢測流程，然而，實際上檢測試片的製作過程相當繁複且耗費成本。此外，不同的檢體切片過程所得到的疊合重組結果可能會與原本整個檢體的檢測結果有所差異。舉例而言，檢體切片的位置是否剛好破壞 到檢體中之病變組織就可能得到截然不同的疊合重組結果，嚴重影響到其檢測結果的準確性。

因此，本發明提出一種光學裝置及其運作方法，以解決上述問題。

根據本發明之一具體實施例為一種光學裝置。於此實施例中，光學裝置包含試片模組、光學檢測模組、輔助模組及資料處理模組。試片模組係用以承載一試片，該試片包含有一檢體。光學檢測模組係用以對該試片中之該檢體進行一深層組織檢測分析。輔助模組係用以對該試片模組及該光學檢測模組之運作提供一輔助功能。資料處理模組係耦接光學檢測模組及輔助模組，用以分析處理光學檢測模組所傳送之一訊號以產生關於該檢體之一檢測結果，或根據輔助模組所傳送之一訊息產生相對應之一調控指令至光學檢測模組或輔助模組。

於實際應用中，輔助模組係為獨立設計或依附於試片模組。輔助模組所提供之輔助功能係為試片識別輔助功能、試片對準輔助功能、檢測條件調控輔助功能或檢體儲存狀態監控輔助功能。試片模組係設計為有蓋形式或開放形式，且透過物理固化或機械固定方式限制檢體之移動。

輔助模組可具有一符號、一顏色、一圖樣、一文字、一數字、一條碼、一立體識別區或一立體對準區之設計，以提供試片識別輔助功能及試片對準輔助功能。輔助模組可具有單層或多層透光夾層之設計，導入具有不同穿透、吸收及反 射特性的流體，以提供變換入射該檢體之入射光的波長或能量。輔助模組可具有聚光及散光特性之設計，以提供焦距調整功能。

根據本發明之第二具體實施例為一種光學裝置運作方法。於此實施例中，光學裝置包含試片模組、光學檢測模組、輔助模組及資料處理模組。該方法包含下列步驟：(a)試片模組承載包含有一檢體之一試片；(b)光學檢測模組對試片中之檢體進行一深層組織檢測分析；(c)輔助模組對試片模組及光學檢測模組之運作提供一輔助功能；(d)資料處理模組分析處理光學檢測模組所傳送之一訊號以產生關於該檢體之一檢測結果，或根據輔助模組所傳送之一訊息產生相對應之一調控指令至光學檢測模組或輔助模組。

相較於先前技術，根據本發明之光學裝置及其運作方法係藉由光學干涉技術對檢體試片進行非破壞性且非接觸式之量測，故可直接對厚度較大的檢體試片進行光學檢測，不僅可省去傳統上將檢體試片切成薄片及染色等繁雜且費時之程序，亦能夠有效避免傳統上將所有薄片檢體試片的檢測結果進行疊合重組時所可能產生之誤差，藉以提升光學裝置進行檢測時之準確性及可靠度。此外，根據本發明之光學裝置及其運作方法所使用的檢體試片亦可搭配輔助單元的特殊設計在操作過程中提供可調控的功能，故能讓使用者操作上更為方便。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

根據本發明之一較佳具體實施例為一種光學裝置。請參照圖1A，圖1A係繪示本實施例之光學裝置的功能方塊圖。如圖1A所示，光學裝置1包含試片模組10、光學檢測模組12、輔助模組14及資料處理模組16。其中，試片模組10係承載包含有檢體SA之試片100；資料處理模組16分別耦接至光學檢測模組12及輔助模組14。需說明的是，輔助模組14除了可以如同圖1A採用獨立設計而與試片模組10分離之外，輔助模組14亦可如同圖1B採用依附於試片模組10之設計，並無特定之限制。

接下來，將分別針對光學裝置1所包含之各模組及其具有的功能進行詳細之介紹。

於此實施例中，光學檢測模組12係用以對試片模組10所承載之試片100上之檢體SA進行深層組織檢測分析。更詳細地說，光學檢測模組12係利用光學干涉技術對試片100上之檢體SA進行深層組織檢測分析。請參照圖2，圖2係繪示光學檢測模組12利用光學干涉技術進行檢測之示意圖。如圖2所示，光學檢測模組12係透過其分光/耦合單元120實現光學干涉技術以輸出經光學干涉後之光訊號S_out 。其中，L_in 為光源，L_r 為參考光，L_d 為檢測光。需說明的是，光學干涉技術可以是時域(time domain)設計或頻域(frequency domain)設計，並無特定之限制。

至於此實施例中之試片模組10除了承載包含有檢體SA之試片100，以便光學檢測模組12對試片100上之檢體SA進行光學檢測之功能外，試片模組10還可如圖1B所示採用 與輔助模組14結合之設計，於操作或儲存狀態下提供特殊的輔助功能。舉例而言，上述輔助功能可以是試片識別輔助功能、試片對準輔助功能、檢測條件調控輔助功能或檢體儲存狀態監控輔助功能等，但不以此為限。

於此實施例中，由於光學檢測模組12可直接對試片模組10所承載之試片100上的檢體SA進行深度組織檢測(大約2-3mm深)，可省略傳統試片製作過程中之固化、切片、染色顯影等步驟，故能大幅減少試片製作時間與成本上之浪費。此外，試片模組10之外觀可採用有蓋形式或開放形式之設計。若試片模組10係採用有蓋形式之設計，只需上蓋為透光材質即可(壓克力、玻璃、塑膠片…)。

然而，在實際應用中，考量到試片模組10所承載之試片100上的檢體SA可能會受到外在因素產生晃動，或是需要旋轉試片100以對檢體SA進行不同角度之檢測，因此，本發明亦可採用物理固化、機械固定等方式將檢體SA固定住，使其不會產生晃動。

舉例而言，如圖3A所示，若採用物理固化方式，可選擇透過膠水(或蠟油)G進行檢體SA之固定。此外，如圖3B所示，若採用機械固定方式，可將試片模組10之上下結構UD及側邊結構RL均設計為可調尺寸之型式，用以限制住檢體SA之移動。又，前述之物理固化及機械固定兩種方式更可混合實施，以獲得更佳之固定效果，並無特定之限制。

此外，若採用機械固定方式進行檢體SA之固定， 可更包含有一種加壓設計，例如透過上下結構UD直接加壓之設計(如圖4A所示)或是透過施加氣壓PU之設計(如圖4B所示，可另配合通氣孔與外部加壓閥)，以將檢體SA壓平後，利於後續之觀察檢測。

接下來，將就試片模組10與輔助模組14結合之設計作說明。由於在實際檢測過程中，可能需要進行例如試片身分識別、試片位置對準、檢測區域選定、波長變換、焦距調整等程序，因此，若採用試片模組10與輔助模組14結合之設計，可於操作或儲存狀態下提供特殊的輔助功能。除了可用於檢體操作過程之輔助，若經特殊設計更可提供檢體儲存條件調控、儲存狀態監控之效果。以下將就各功能進行說明。

如圖5A至圖5D所示，輔助模組14係用以提供身分識別與位置對準之功能。實際上，輔助模組14可具有符號、顏色、圖樣、文字、數字、條碼、立體識別區或立體對準區等不同之設計，以提供試片識別輔助功能及試片對準輔助功能。

舉例而言，輔助模組14可設計為簡單符號(正、負號)、顏色(紅色成人、綠色小孩)、圖案(動物圖案、植物圖案)、阿拉伯數字、文字(M男性、F女性)、幾何圖形(三角或圓形等)，作為試片來源之身分識別。例如圖5A及圖5B中之輔助模組14係分別設計為雙箭頭型的幾何圖案及M字型，以作為識別之用。若輔助模組14搭配上外加的條碼讀取機，更可直接以條碼標示於試片上。此外，上述之身分識別手段更可與位置對準功能相結合，例如圖5B中之M字型的輔助模組14可進行上下 或左右移動而與相對應的凹部對準，還有圖5C及圖5D中之條碼狀的輔助模組14可移動而插入至相對應的間隙以完成對準程序，但不以此為限。

此外，本發明之識別與對準機制不限上述之平面標示設計，更可直接於試片100的製作過程中形成立體識別對準區H，以與相對應的對準區J對準，如圖6所示，立體識別對準區H可以是試片100的表面上之一凸出部，可透過試片100進行上下或左右移動使得凸出的立體識別對準區H能夠插入至輔助模組14上之具有相對應容置空間的對準區J，以完成對準程序。此外，上述立體識別對準區H更可搭配外部感測元件K進行數位化比對分析，如圖7A及圖7B所示，複數個外部感測元件K可分別設置於輔助模組14上之容置空間旁的不同位置，假設試片100上之凸出的立體識別對準區H可具有圖7A中之第一長度或圖7B中之第二長度，並定義第一長度代表位元“0”且第二長度代表位元“1”，當試片100上之凸出的立體識別對準區H插入至輔助模組14上之容置空間內時，該複數個外部感測元件K即可透過光學或其他型式之感測方式判斷立體識別對準區H之長度為第一長度或第二長度，進而得到其代表的是位元“0”或“1”，以完成數位化比對分析。

如圖8A及圖8B所示，輔助模組14係用以提供波長能量變換之功能。此時，輔助模組14可採用透光夾層TL之設計(單層或多層)，藉由導入不同穿透、吸收、反射特性之流體(氣、液體)後，即可達到變換實際入射至檢體SA之波長或能量的效果。此外，上述變換波長能 量之設計亦可為陣列化、模組化或堆疊化等不同設計，以形成更多樣化之使用彈性，如圖9A及圖9B所示。

如圖10A及圖10B所示，輔助模組14係用以提供焦距調整之功能。此時，輔助模組14可採用具有光學聚光特性(如圖10A所示之凸出部14A)或光學散光特性(如圖10B所示之凹陷部14B)之設計，或是將上述輔助模組14設計為模組化可更換之型式，以調整得到不同的光學效果。此外，如圖11A及圖11B所示，亦可進一步將輔助模組14與光學檢測模組12組合形成連動機制，以方便進行檢體之檢測。更詳細地說，具有凸出部14A之輔助模組14與光學檢測模組12可彼此固定在一起，即使光學檢測模組12相對於試片模組10產生移動，輔助模組14亦會隨著光學檢測模組12一樣移動，使得輔助模組14上之凸出部14A之位置仍會對應於光學檢測模組12，所以光學檢測模組12所發出的檢測光L_d 均能先經過凸出部14A之聚光後才射入至試片模組10。

需說明的是，上述連動機制更可提供電子訊息之傳輸，如此情況下可利用透明電極所形成之微電極驅動機制(或陣列)提供液體驅動機制，例如電泳、電濕、電毛細等手段直接調控焦距變化效果與焦距作用區域，但不以此為限。

於實際應用中，輔助模組14亦可用以提供儲存狀態調控之功能。此時，輔助模組14可與光學檢測模組12或儲存設備(圖未示)耦合，以提供下列數種功能：

(1)抽真空：此時，輔助模組14可直接將上述圖4B 所示之氣壓調控方式反向進行操作，將試片100內氣體抽出，避免空氣中微生物或水氣濕度等與檢體SA接觸，以提高檢體SA之保存期限。

(2)溫度調控：此時，輔助模組14可包含有溫度調控元件，例如熱電元件或加溫元件。當試片100由儲存設備取出，輔助模組14之溫度調控元件可協助縮短回溫過程以加速檢體SA解凍，並可避免觀察操作過程中產生霧化現象。若溫度調控元件為熱電元件，還可在儲存狀態下提供每一試片100獨立之局部降溫效果。

(3)檢體狀態監控：此時，輔助模組14可包含有化學檢測元件，例如酸鹼檢測元件。當檢體SA儲存狀態不佳，不適合進行後續檢測時，即可透過顏色指標作變色指示，以指示使用者更換檢體SA之恰當時機。

根據本發明之另一較佳具體實施例為一種光學裝置運作方法。於此實施例中，光學裝置包含試片模組、光學檢測模組、輔助模組及資料處理模組。請參照圖12，圖12係繪示此實施例之光學裝置運作方法的流程圖。

如圖12所示，首先，於步驟S10中，試片模組承載包含有一檢體之一試片。接著，於步驟S12中，光學檢測模組對試片中之檢體進行一深層組織檢測分析。然後，於步驟S14中，輔助模組對試片模組及光學檢測模組之運作提供一輔助功能。之後，該方法將會執行步驟S16，資料處理模組判斷其接收到的是光學檢測模組所傳送之訊號或輔助模組所傳送之訊息。若步驟S16之判斷結果為資料處理模組所接收到的是光學檢測模組所傳送之訊號，該方法將會執行步驟 S18A，資料處理模組分析處理光學檢測模組所傳送之訊號以產生關於檢體之一檢測結果；若步驟S16之判斷結果為資料處理模組所接收到的是輔助模組所傳送之訊息，該方法將會執行步驟S18B，資料處理模組根據輔助模組所傳送之訊息產生相對應之一調控指令至光學檢測模組或輔助模組。

於實際應用中，於步驟S14中，輔助模組可以是獨立設計或依附於試片模組，並且輔助模組所提供之輔助功能可以是試片識別輔助功能、試片對準輔助功能、檢測條件調控輔助功能或檢體儲存狀態監控輔助功能，但不以此為限。於步驟S12中，光學檢測模組係利用一光學干涉技術對檢體進行深層組織檢測分析，並且光學干涉技術可以是時域(time domain)設計或頻域(frequency domain)設計。

相較於先前技術，根據本發明之光學裝置及其運作方法係藉由光學干涉技術對檢體試片進行非破壞性且非接觸式之量測，故可直接對厚度較大的檢體試片進行光學檢測，不僅可省去傳統上將檢體試片切成薄片及染色等繁雜且費時之程序，亦能夠有效避免傳統上將所有薄片檢體試片的檢測結果進行疊合重組時所可能產生之誤差，藉以提升光學裝置進行檢測時之準確性及可靠度。此外，根據本發明之光學裝置及其運作方法所使用的檢體試片亦可搭配輔助單元的特殊設計在操作過程中提供可調控的功能，故能讓使用者操作上更為方便。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請 之專利範圍的範疇內。

S10~S18B‧‧‧流程步驟

1‧‧‧光學裝置

10‧‧‧試片模組

12‧‧‧光學檢測模組

14‧‧‧輔助模組

16‧‧‧資料處理模組

100‧‧‧試片

SA‧‧‧檢體

120‧‧‧分光/耦合單元

G‧‧‧膠水(或蠟油)

UD‧‧‧上下結構

RL‧‧‧側邊結構

PU‧‧‧氣壓

H‧‧‧立體識別對準區

K‧‧‧外部感測元件

TL‧‧‧透光夾層

J‧‧‧相對應的對準區

圖1A係繪示根據本發明之一較佳具體實施例中之光學裝置的功能方塊圖。

圖1B係繪示圖1A中之輔助模組採用依附於試片模組之設計。

圖2係繪示光學檢測模組利用光學干涉技術進行檢測之示意圖。

圖3A係繪示採用物理固化方式進行檢體固定之示意圖。

圖3B係繪示採用機械固定方式進行檢體固定之示意圖。

圖4A係繪示採用直接加壓之設計將檢體壓平之示意圖。

圖4B係繪示採用施加氣壓之設計將檢體壓平之示意圖。

圖5A至圖5D係繪示輔助模組提供身分識別與位置對準功能之示意圖。

圖6係繪示直接於試片製作過程中形成立體識別、對準區之示意圖。

圖7A及圖7B係繪示立體識別對準區搭配外部感測元件進行數位化比對分析之示意圖。

圖8A及圖8B係繪示輔助模組採用透光夾層之設計提供波長能量變換功能之示意圖。

圖9A及圖9B係繪示不同型式之變換波長能量設計的示意圖。

圖10A及圖10B係繪示輔助模組採用光學聚光特性及光學散光特性設計之示意圖。

圖11A及圖11B係繪示將輔助模組與光學檢測模組組合形成連動機制之示意圖。

圖12係繪示根據本發明之另一較佳具體實施例之光學裝置運作方法的流程圖。

1‧‧‧光學裝置

10‧‧‧試片模組

12‧‧‧光學檢測模組

14‧‧‧輔助模組

16‧‧‧資料處理模組

100‧‧‧試片

SA‧‧‧檢體

Claims (10)

1. 一種光學裝置，包含有：一試片模組，用以承載一試片，且該試片包含有一檢體；一光學檢測模組，用以對該試片中之該檢體進行一深層組織檢測分析；一輔助模組，用以對該試片模組及該光學檢測模組之運作提供一輔助功能；以及一資料處理模組，耦接該光學檢測模組及該輔助模組，用以分析處理該光學檢測模組所傳送之一訊號以產生關於該檢體之一檢測結果，或根據該輔助模組所傳送之一訊息產生相對應之一調控指令至該光學檢測模組或該輔助模組；其中，該輔助模組具有一凸出部，該輔助模組係與該光學檢測模組彼此固定在一起，即使該光學檢測模組相對於該試片模組產生移動，該輔助模組亦隨著該光學檢測模組一樣移動，使得該輔助模組上之該凸出部的位置仍對應於該光學檢測模組的位置，該光學檢測模組所發出的一檢測光均先經過該輔助模組上之該凸出部之聚光後才射至該試片模組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該試片模組係配合通氣孔與外部加壓閥施加氣壓將該檢體壓平，以利於後續之觀察檢測。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該光學檢測模組係利用一光學干涉技術對該檢體進行該深層組織檢測分析，且該光學干涉技術係為時域(time domain)設計或頻域 (frequency domain)設計。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該試片模組係設計為有蓋形式或開放形式，且透過物理固化或機械固定方式限制該檢體之移動。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該輔助模組係具有一符號、一顏色、一圖樣、一文字、一數字、一條碼、一立體識別區或一立體對準區之設計，以提供試片識別輔助功能及試片對準輔助功能。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該輔助模組係具有單層或多層透光夾層之設計，導入具有不同穿透、吸收及反射特性的流體，以提供變換入射該檢體之入射光的波長或能量。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該輔助模組具有一容置空間，複數個外部感測元件分別設置於該容置空間旁的不同位置，該試片上具有凸出的一立體識別對準區，該立體識別對準區具有一第一長度或一第二長度，且該第一長度及該第二長度分別對應於位元0及1，當該試片上之該立體識別對準區插入至該輔助模組之該容置空間內時，該複數個外部感測元件透過光學感測方式判斷該立體識別對準區之長度為該第一長度或該第二長度，進而得到該試片上之該立體識別對準區所代表的是位元0或1。
8. 一種運作一光學裝置的方法，該光學裝置包含一試片模組、 一光學檢測模組、一輔助模組及一資料處理模組，該方法包含下列步驟：(a)該試片模組承載包含有一檢體之一試片；(b)該光學檢測模組對該試片中之該檢體進行一深層組織檢測分析；(c)該輔助模組對該試片模組及該光學檢測模組之運作提供一輔助功能；以及(d)該資料處理模組分析處理該光學檢測模組所傳送之一訊號以產生關於該檢體之一檢測結果，或根據該輔助模組所傳送之一訊息產生相對應之一調控指令至該光學檢測模組或該輔助模組；其中，該輔助模組具有一凸出部，該輔助模組係與該光學檢測模組彼此固定在一起，即使該光學檢測模組相對於該試片模組產生移動，該輔助模組亦隨著該光學檢測模組一樣移動，使得該輔助模組上之該凸出部的位置仍對應於該光學檢測模組的位置，該光學檢測模組所發出的一檢測光均先經過該輔助模組上之該凸出部之聚光後才射至該試片模組。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該試片模組係配合通氣孔與外部加壓閥施加氣壓將該檢體壓平，以利於後續之觀察檢測。
10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該輔助模組具有一容置空間，複數個外部感測元件分別設置於該容置空間旁的不同位置，該試片上具有凸出的一立體識別對準區，該立體識別對準區具有一第一長度或一第二長 度，且該第一長度及該第二長度分別對應於位元0及1，當該試片上之該立體識別對準區插入至該輔助模組之該容置空間內時，該複數個外部感測元件透過光學感測方式判斷該立體識別對準區之長度為該第一長度或該第二長度，進而得到該試片上之該立體識別對準區所代表的是位元0或1。