CN105228749A - 便携式血细胞计数监测器 - Google Patents

Abstract

本公开内容描述了对样品制备、测量和分析方法的开发，所述方法允许对小体积的生物样品进行红细胞、血小板和白细胞(包括白细胞计数的三分类)的准确表征。该方法与紧凑而便携的仪器相兼容，所述仪器允许在受试者的家中进行样品采集并通过将数据传输至实验室或医生的办公室而在其他位置进行分析。

Description

便携式血细胞计数监测器

交叉引用

本申请要求以下申请的权益：提交于2013年10月11日的美国临时申请第61/890,071号；提交于2013年9月16日的美国临时申请第61/878,431号；和提交于2013年3月13日的美国临时申请第61/780,732号，上述每个申请的全部内容通过引用并入于此。

联邦政府赞助研究声明

本发明是利用美国国家科学基金会资助的加速创新研究拨款下(日期从2011年8月1日至2013年7月31日的，名为“CreationofanEcosystemforBiophotonicInnovation”的NSF加速创新研究拨款第1127888号)的部分政府支持，以及根据合作协议第PHY0120999号的、来自生物光子学科技中心(一家由美国加州大学戴维斯分校管理的指定NSF科技中心)的支持而完成的。美国政府享有本发明中的某些权益。

背景技术

家庭测试或个人测试可以使得对要在诊所或实验室内进行的监测测试的需求减至最小，减少医疗保健成本并提高受试者的生活质量。测试仍然是许多人的生活质量的关键方面，特别是对于那些可能无法或者不愿意为了获得适当的监测服务以维持其健康而外出的老年人和体弱者尤为如此。家庭测试受挫于医疗仪器的复杂性、使用的困难、成本以及普通人难以获得。在创造和提供可以在实验室外提供实验室质量测试的系统、设备和方法方面存在一些挑战。

发明内容

在一些实施方式中，本发明提供了一种设备，包括：a)载玻片，其被配置用于接收体液，其中所述载玻片包括：i)第一腔室，其中所述第一腔室包含能够检测所述体液中的第一分析物的第一试剂；以及ii)第二腔室，其中所述第二腔室包含能够检测所述体液中的第二分析物的第二试剂；以及b)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据。

在一些实施方式中，本发明提供了一种设备，包括：a)载玻片，其被配置用于接收体液；b)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据；以及c)发射器，其中所述发射器在至少一英里的距离上无线传输所获取的可视数据。

在一些实施方式中，本发明提供了一种用于分析体液的方法，所述方法包括：a)将所述体液提供至载玻片，其中所述载玻片包括第一腔室和第二腔室；b)在所述第一腔室中使用第一试剂检测所述体液中的第一分析物；c)在所述第二腔室中使用第二试剂检测所述体液中的第二分析物；d)通过成像系统从所述载玻片获取可视数据；e)将所述可视数据转换成至少一个图像，其中所述转换通过包括处理器的计算机系统来进行；以及f)通过处理器计数所述图像中的至少一种分析物。

在一些实施方式中，本发明提供了一种系统，包括：a)一种设备，其包括：i)载玻片，其被配置用于接收体液；ii)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据；以及iii)发射器，其中所述发射器无线传输所获取的可视数据；以及b)接收器，其接收从所述发射器无线传输的可视数据，其中所述发射器和所述接收器被配置用于在至少1英里的距离上通信。

在一些实施方式中，本发明提供了一种套件，包括：a)一种设备，其包括：i)载玻片，其被配置用于接收体液，其中所述载玻片包括第一腔室和第二腔室；以及ii)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据；b)第一试剂，其能够检测所述体液中的第一细胞类型；以及c)第二试剂，其能够检测所述体液中的第二细胞类型。

附图说明

图1图示了用于分析体液的系统。

图2图示了用于分析体液的载玻片。分图A图示了与载玻片中的腔室连接的通道。分图B图示了包括对照腔室的载玻片。分图C图示了包括用于体液分析的多个腔室的载玻片。

图3是用于分析体液的系统的示图。

图4图示了用于分析体液的系统，该系统具有可移动载玻片和可移动滤光器组装件。分图A图示了如何能够相对于成像系统定位载玻片。分图B和分图C图示了能够使可移动滤光器组装件移动的方式。

图5的分图A是用于计数血液样品中的白细胞并确定其类型的过程的流程图。分图B是基于荧光而图示出血液样品中的不同类型的白细胞的示图。

图6是用于计数血液样品中的红细胞的数目的过程的流程图。

图7示出了用于分析体液的系统和设备的框图。

图8的分图A图示了所使用的体液采集和分析载玻片的俯视图。分图B图示了手指托架和躯体采集器。分图C图示了包括本发明的成像系统和载玻片/腔室的外壳。

图9是适用于血液样品分析的、用于体液分析的自动化系统的示意图。分图A图示了样品制备。分图B图示了成像系统。分图C图示了自动化血细胞计数分析。

图10图示了使用成像系统获得的可视数据。分图A图示了白细胞(whitebloodcell)的合并的荧光图像。分图B图示了由来自分图A的阈值关注区域形成的计数蒙片(countmask)。分图C是白细胞视觉图像中每个物体的荧光强度的散点图。分图D是分图C中的数据的直方图。分图E是分图D的分图的俯视图，其中已经用3个二维高斯曲面拟合了表面。分图F是图示用于血小板分析的总变差去噪荧光图像的视觉图像。分图G是图示从分图F中的图像确定的血小板总数的图表。分图H是红细胞的暗场视觉图像。分图I是模板匹配结果与分图H的插图的叠加图。

图11图示了基于图像确定的全血细胞计数(CBC)参数与来自自动化血细胞分析仪的临床结果的对比。分图A是图示红细胞的视觉图像分析与临床值的图表。分图B是图示标绘出所述两种方法的红细胞平均值的、这两种方法之间的差异的图表。分图C是图示血小板的视觉图像分析与临床值的图表。分图D是图示标绘出所述两种方法的血小板平均值的、这两种方法之间的差异的图表。分图E是图示白细胞的视觉图像分析与临床值的图表。分图F是图示标绘出所述两种方法的白细胞平均值的、这两种方法之间的差异的图表。分图G是图示粒细胞的视觉图像分析与临床值的图表。分图H是图示标绘出所述两种方法的粒细胞平均值的、这两种方法之间的差异的图表。分图I是图示淋巴细胞的视觉图像分析与临床值的图表。分图J是图示标绘出所述两种方法的淋巴细胞平均值的、这两种方法之间的差异的图表。分图K是图示单核细胞的视觉图像分析与临床值的图表。分图L是图示标绘出所述两种方法的单核细胞平均值的、这两种方法之间的差异的图表。

图12是图示可与本发明的示例实施方式相结合使用的计算机系统的第一示例架构的框图。

图13是图示可与本发明的示例实施方式相结合使用的计算机网络的示图。

图14是图示可与本发明的示例实施方式相结合使用的计算机系统的第二示例架构的框图。

具体实施方式

全血细胞计数(CBC)是最常见的实验室测试之一，而血细胞计数对于许多病症而言可能是重要的疾病第一指标。CBC提供了关于红血球(红细胞(RBC))、白血球(白细胞(WBC))和血小板等血液的细胞部分的信息。某些细胞类型的异常高或异常低的计数可指示出许多形式的疾病的存在。因此，由于血细胞计数可以提供受试者的健康状态概况和对治疗的反应，因而其成为医学上最常进行的测试之一。

获取全血细胞计数一般需要访问抽取和分析血液的诊所。这种做法给患者带来了不便，特别是在患者是老年人、无行动能力者或者居住在不易获得临床服务的偏远地区的情况下尤为如此。例如，生活在农村地区的患者可能需要定期行走过远的距离去获得常规测定。这种不便不仅令患者不满，而且还产生了阻挠患者依从性的风险。将血细胞计数仪器移到家里是一种具有挑战性的解决问题的方式，这是因为仪器往往大而笨重，昂贵，并且对于没有临床经验的人不直观。

CBC数据可能不仅包括关于所述三种细胞类型的数目的信息，而且还可包括关于红细胞和白细胞的群体和亚群的大小和形状的信息。CBC允许临床医师得到关于患者的重要信息。CBC数据本身，或者辅以临床数据或其他实验室数据，对于构建患者的鉴别诊断可能十分关键。通过获取血细胞计数信息并将结果与参照、标准或用健康组织获取的结果作比较有可能作出诊断。具体而言，CBC可以给出关于低RBC(贫血症)、高RBC(红细胞增多症)、低WBC(白细胞减少症)、高WBC(白细胞增多症)、低血小板(血小板减少症)、高血小板(血小板增多症)的临床信息，以及关于不同白血球类型的低计数和高计数的数据。CBC因此可以是在形成临床诊断、筛查患者健康的变化以及监测疾病进展或治疗等方面的重要出发点。当前，CBC最常通过访问诊所来进行。抽血者通过将血液抽入试管来采集血液样品，所述试管通常含有用于防止采集到的血液凝结的抗凝剂。血液样品继而被运送至实验室以供分析。或者，可以使用“手指针刺”(诸如在糖尿病测试中常用的手指针刺)抽出血液样品。对血液样品的分析可以人工进行或在自动化分析仪中进行。

当前，大多数的血液样品由自动化血细胞分析仪进行自动分析。对于这样的自动分析，首先充分混合血液样品，通常与抗凝剂混合，并将其放置在分析仪中的机架上。这些分析仪取几百微升制备的血液并将其与流体系统中的若干种试剂相结合。继而使制备的细胞穿过一个或多个激光束，并且经常穿过小的带电孔隙。分析仪使用荧光信号、光散射信号和阻抗变化(库尔特效应(Coultereffect))的组合来检测和计数血小板、红细胞和白细胞。这些分析仪分析红细胞的大小并确定细胞血红蛋白浓度。这样的分析仪还区分白细胞的亚群(对于五分类计数(5-partdifferentialcount)，将之分为中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞)。这些分析仪提供了对血液参数的快速而准确的测量；然而，这些仪器需要特殊试剂(经常是专属试剂)，并且包含精密的光电倍增管和流动通道。自动化血细胞分析仪笨重、昂贵并且技术复杂，所有这些因素限制了使用自动化血细胞分析仪的可得性和便利性。此外，自动化分析仪通常不能正确地鉴别血液中的某些异常细胞。在这些情况下，需要人工检查样品的视野来鉴别仪器所无法分类的任何异常细胞。

用于提供全血细胞计数的替代方法可以依靠例如在血细胞计数器上对样品的人工计数。人工CBC通常通过在显微镜下观察用受试者血液的样品制备的载玻片(血膜或外周涂片)来进行。可以使用容纳指定体积的稀释血液(因为如果其未被稀释，则其中存在太多的细胞)的计数腔室来计算每升或每微升血液中红细胞和白细胞的数目。为了鉴别不同白细胞的数目，可以制作血膜，并且可以计数大量的白细胞(例如，至少100个)。该计数给出了特定类型(例如，粒细胞和单核细胞)的白细胞的百分比。通过将该百分比乘以白细胞总数，可以获得每种类型的白细胞的绝对数目。人工计数方法经常费力地手动进行，其中技师在显微镜下人工地检查染色的细胞。因此，对样品中的血细胞的人工计数增大了分析的错误率和成本。

以及时的方式获得血细胞计数测试对于许多经受治疗的受试者或者对于监测其健康而言至关重要。例如，大多数化疗药物通常每21天施用一次，并且可能导致骨髓抑制、红细胞抑制、白细胞抑制以及血小板抑制。骨髓抑制通常遵循在受试者的循环血细胞中的21天周期性下降和恢复。在循环中，白细胞和血小板存活约10天，而红细胞存活约120天。在循环之后约10天，白细胞和血小板的数目通常处于其最低点或“最底点(nadir)”。如果最底点过低并且患者在那时发烧，则患者被认为患有“发热性中性粒细胞减少”并将通常需要积极的静脉注射(IV)抗生素——通常在住院条件期间施用。尽管对接受这样的骨髓抑制性药物的受试者体内的红细胞、白细胞和血小板计数的监测至关重要，但该受试者可能难以定期访问诊所来提供血液样品。本文的发明满足了对于开发可以方便地实现从受试者的体液提供准确、高性价比和高效的血细胞计数的系统、设备和方法的巨大需求。

本文描述了公开对允许准确分析体液的，用于样品制备、测量和分析的方法的开发的系统、设备和方法。在一些实施方式中，本发明提供了用于通过使用以下各项来计数红细胞、血小板和白细胞亚群的新颖而简单的方法：(i)亚微升体积的血液，(ii)单步试剂，以及(iii)大视野、低放大倍数成像。本发明使样品制备和操作所需步骤的数目减至最小，并提供了允许从小体积的样品确定全血细胞计数的简单实用的方法。样品可以是唾液样品，或者是通过手指针刺获得的较小血液样品(图1)。针对血细胞计数而使用非常少量的血液不仅减小了所述方法对受试者造成的不适，而且还使整个过程更简单、更方便和更高效。

本发明的设备和系统小巧便携，从而允许在多种地点分析样品。在一些实施方式中，本发明允许在无需受试者访问诊所或实验室的情况下监测受试者。例如，本发明的设备的便携性特质允许受试者在不离开其住所或办公室的情况下提供样品并获得全血细胞计数。在一些实施方式中，本发明允许由受试者的医生对身处住所的受试者进行健康监测。

本发明降低了在基于流的设备中进行分析所需的样品制备和操作的复杂度。本发明的套件、系统和设备包括被配置用于分析体液的载玻片和腔室。这样的载玻片和腔室可以预包装有或者不预包装有能够检测和鉴别体液中的分析物或细胞类型的一系列试剂。在一些实施方式中，将能够检测分析物或细胞类型的试剂预包装在本发明的载玻片或腔室内。试剂在载玻片内的预包装可以提供单步处理步骤，这降低了样品制备的复杂度。在一些实施方式中，不将能够检测分析物或细胞类型的试剂预包装在本发明的载玻片或腔室内。可以提供试剂作为“备料”，其可以容易地与体液相结合和添加至本发明的腔室。本发明的载玻片和腔室可以用于通过成像系统对血液样品进行即时分析，或者它们可被储存和递交以供例如由病理学家稍后检查。

成像系统可被配置用于获取载玻片中的一个腔室内或多个腔室内的体液的视觉图像。成像系统可显著地比流动系统更小、更便携和更坚固。本发明可以利用高质量的、廉价的相机传感器从载玻片或腔室获取高质量的可视数据。本发明的系统可被配置用于提供对所获取的视觉图像的分析。可以使用廉价的仪器来记录大视野的图像。在一些实施方式中，可以使用与无透镜全息重建或稀疏重建技术相结合的蜂窝电话图像传感器，以接近常规显微镜物镜的分辨率的分辨率，在亮场和荧光模式下对大区域进行成像。例如，可以在17mm³成像体积上以亚微米精度追踪细胞，从而凸显出使用廉价的仪器进行的测量的质量。可以使用消费级相机传感器，以24mm²视野和600nm分辨率记录图像。在一些实施方式中，传感器可以是一次性的。

本发明的系统提供了自动化血液学分析的效率与基于图像的传统细胞学检查的效能。本发明的系统允许对培养腔室内的细胞进行成像，并且提供对该腔室内的细胞类型的分析。在一些实施方式中，本发明的系统、设备和方法将低分辨率图像的获取和分析与专门设计的数据分析方法相结合，所述数据分析方法提供对红细胞、白细胞和血小板的准确计数，并且给出对白细胞的准确的三分类。在一些实施方式中，本发明包括提供处于利用临床仪器所达到的置信区间内的全血细胞计数的套件、系统、设备和方法。

设备和系统

关于全血细胞计数分析的异常结果可指示出多种健康状况，包括感染、器官移植排异、心脏疾病、自身免疫疾病、白血病、贫血、炎症和癌症。本发明提供了可以用于以简单、准确而廉价的方式分析受试者的体液的设备和系统。体液的非限制性示例包括血液、全血、血清、血浆、唾液、尿液、乳汁、粘液和痰。

图1图示了用于进行对诸如血液或唾液样品等体液进行分析的设备和系统10。系统10图示了体液采集和固定载玻片100以及自动化便携式载玻片分析仪150。载玻片100被配置用于接收体液，例如，来自从受试者的手指F上的手指针刺P采集的血滴D的体液。在一些实施方式中，向载玻片100提供约1μL至约5μL的体液。载玻片100可被配置用于接收各种体积的体液，例如，载玻片100可被配置用于接收从约1μL至约5μL、从约5μL至约10μL、从约10μL至约15μL、从约15μL至约20μL、从约20μL至约25μL、从约25μL至约30μL、从约30μL至约35μL、从约35μL至约40μL、从约40μL至约45μL、从约45μL至约50μL、从约50μL至约55μL、从约55μL至约60μL、从约60μL至约65μL、从约65μL至约70μL、从约70μL至约75μL、从约75μL至约80μL、从约80μL至约85μL、从约85μL至约90μL、从约90μL至约95μL或者从约95μL至约100μL的体液。在一些实施方式中，向载玻片100提供约2μL的体液。在一些实施方式中，体液是血液。在一些实施方式中，体液是唾液。载玻片100可以具有多个腔室和形状。载玻片100可以是矩形、圆形、椭圆形、圆角形，或者具有其他形状。载玻片可以具有1个腔室、2个腔室、3个腔室、4个腔室、5个腔室、6个腔室、7个腔室、8个腔室、9个腔室或10个腔室。在一些实施方式中，载玻片100可以包含单个腔室。载玻片上的不同腔室可以隔开一定距离，例如，约4微米至约100微米之间的距离，且具有用于插入体液的端口。在一些实施方式中，载玻片被配置为具有通道，其中所述通道与至少一个腔室相连通。

载玻片100可预包装有染料溶液、裂解溶液和其他化合物。可以使用微流体器件和毛细作用来控制血液样品向测试腔室中的流动。载玻片100中的腔室可以预包装有与一个或多个分析物相互作用的试剂。在一些实施方式中，载玻片100的每个腔室预包装有不同的试剂。

载玻片100可以使用例如透光玻璃、塑料或聚碳酸酯衬底制造而成。载玻片100可以涂覆有一个或多个增大载玻片的亲水性的涂层。载玻片100的各个取样室的表面能够以各种方式得到预处理。在一些实施方式中，可以预处理所述表面以提供亲水环境。亲水性表面可以促进体液样品通过跨载玻片的表面的通道向一个或多个腔室中的流动。亲水性表面可以允许小体积的诸如血液或唾液等体液散开在相对较大的区域上，例如，散开于具有相对较大的表面积和相对较小的高度的腔室。

在一些实施方式中，本发明包括被配置用于从载玻片获取可视数据的成像系统。成像系统可以从载玻片100获取可视数据。发射器可以使用无线网络、蜂窝电话网络或因特网将获取到的可视数据传输至位于多个地理位置上的一个或多个接收器。发射器可以在至少1英里、至少2英里、至少3英里、至少4英里、至少5英里、至少7英里、至少10英里、至少25英里、至少50英里、至少100英里、至少250英里、至少500英里或至少1000英里的距离上传输获取到的可视数据。在一些实施方式中，发射器在至少1英里的距离上无线地传输获取到的可视数据。在一些实施方式中，发射器在至少10英里的距离上无线地传输获取到的可视数据。

在一些实施方式中，本发明包括被配置用于分析来自载玻片的可视数据的自动化便携式载玻片分析仪。自动化便携式载玻片分析仪150可以包括显示器160和控制面板170。一旦载玻片100采集到血液样品，即可将载玻片100例如放置到便携式载玻片分析仪150中，并且可以将载玻片100放置在载玻片接收器155上。在一些实施方式中，便携式载玻片分析仪可以分析可视数据，诸如可以由该可视数据形成的图像。分析的结果可以在载玻片分析仪150的显示器160上示出。载玻片分析仪可以由控制面板170操作，但是系统10的操作也可以是自动化的，从而不必使用控制面板170来对系统10进行操作。

图2图示了用于分析体液的载玻片。分图A图示了与载玻片中的腔室连接的通道。分图B图示了对照腔室。分图C图示了包括多个用于体液分析的腔室和对照腔室的载玻片。分图A图示了载玻片100的示例，其包括端口105、流体通道110、可选的抽吸端口130和至少两个取样腔室。分图A图示了第一取样腔室115、第二取样腔室120和第三取样腔室125。在一些实施方式中，在端口105处向载玻片100提供血液流体，并且体液通过毛细作用流入取样腔室115、120和125中。载玻片100可以包括用于指示第一腔室相对于端口105的朝向的标记102。在一些实施方式中，标记102还指示出用于将载玻片100放置到载玻片分析仪150中的正确方向。可以针对不同的分析物，诸如针对不同类型的血细胞，来分析每个取样腔室。例如，第一取样腔室115可被配置用于分析红细胞，第二取样腔室120可被配置用于分析白细胞，而第三取样腔室125可被配置用于分析血小板。

每个取样腔室可以预包装有一种或多种试剂。试剂可以作为溶液或作为干粉被预包装到取样腔室中。试剂可以包括表面活性剂，以促进对样品中的体液的分析。试剂可以与正被引导至例如取样腔室115、120和125中的分析物相混合。在一些实施方式中，第一取样腔室115可以包含例如第一干燥形式试剂135，第二取样腔室120可以包含第二干燥形式试剂140，而第三取样腔室125可以包含第三干燥形式试剂145。在一些实施方式中，第一取样腔室115可以包含例如第一液体形式试剂135，第二取样腔室120可以包含第二液体形式试剂140，而第三取样腔室125可以包含第三液体形式试剂145。在一些实施方式中，载玻片100包含干燥试剂和液体试剂的组合。

腔室可以包含稀释剂、染料和其他化合物。稀释可以为用试剂进行的对分析物的分析提供最佳浓度。一个腔室可以通过公共通道与一个或多个腔室流体连通，或者一个腔室可以与其他腔室物理地隔离。可以通过腔室中存在的试剂来稀释体液，并且体液可以在其被提供至腔室之前得到稀释。稀释可以是系列稀释，这能够导致浓度以对数方式成等比数列。例如，十倍系列稀释可以是1M、0.1M、0.01M、0.001M或它们的等比数列。稀释例如可以是一倍稀释、两倍稀释、三倍稀释、四倍稀释、五倍稀释、六倍稀释、七倍稀释、八倍稀释、九倍稀释、十倍稀释、十六倍稀释、二十五倍稀释、三十二倍稀释、六十四倍稀释和/或一百二十五倍稀释。在一些实施方式中，使用试剂对分析物或细胞类型进行分析无需体液的稀释，并且直接将一滴体液提供至本发明的载玻片内的一个部分。

本发明的设备和系统可以用于分析跨载玻片或腔室的表面积分散的体液。腔室的表面积可以是从约0.1mm²至约0.5mm²、从约0.1mm²至约1mm²、从约1mm²至约5mm²、从约5mm²至约10mm²、从约10mm²至约15mm²、从约15mm²至约20mm²、从约20mm²至约25mm²、从约25mm²至约30mm²、从约30mm²至约35mm²、从约35mm²至约40mm²、从约40mm²至约45mm²、从约45mm²至约50mm²、从约50mm²至约55mm²、从约55mm²至约60mm²、从约60mm²至约65mm²、从约65mm²至约70mm²、从约70mm²至约75mm²、从约75mm²至约80mm²、从约80mm²至约85mm²、从约85mm²至约90mm²、从约90mm²至约95mm²，或者从约95mm²至约100mm²。

在一些实施方式中，本发明的设备重量小于50磅、小于49磅、小于48磅、小于47磅、小于46磅、小于45磅、小于44磅、小于43磅、小于42磅、小于41磅、小于40磅、小于39磅、小于38磅、小于37磅、小于36磅、小于35磅、小于34磅、小于33磅、小于32磅、小于31磅、小于30磅、小于29磅、小于28磅、小于27磅、小于26磅、小于25磅、小于24磅、小于23磅、小于22磅、小于21磅、小于20磅、小于19磅、小于18磅、小于17磅、小于16磅、小于15磅、小于14磅、小于13磅、小于12磅、小于11磅、小于10磅、小于9磅、小于8磅、小于7磅、小于6磅、小于5磅、小于4磅、小于3磅、小于2磅或小于1磅。本发明的设备可以具有约4盎司、约8盎司、约12盎司、约1磅、约1.5磅或约2磅的最小重量。

在一些实施方式中，设备具有小于5,000g、小于4,000g、小于3,000g、小于2,000g、小于1,500g、小于1,400g、小于1,300g、小于1,200g、小于1,100g、小于1,000g、小于900g、小于800g、小于700g、小于600g或小于500g的总质量。本发明的设备可以具有约100g、约200g、约300g、约400g或约500g的最小总质量。

本发明的设备可以具有各种形状和尺寸。本发明的设备例如可以是立方体、圆柱、圆锥、球体、棱锥或具有其他形状。本发明的设备可以具有高度(H)、宽度(W)或深度(D)，其各自独立地为约1英寸、约2英寸、约3英寸、约4英寸、约5英寸、约6英寸、约7英寸、约8英寸、约9英寸或约10英寸。在一些实施方式中，本发明的设备是立方体。所述尺寸例如可以是6"Hx6"Wx6"D或小于6"Hx6"Wx6"D。

腔室可以包含能够检测分析物或细胞类型的试剂。在一些实施方式中，腔室可以包括裂解试剂。裂解试剂例如可以是十二烷基硫酸钠(SDS)、皂苷、蛇毒、季铵盐、曲通-X(triton-X)或其他裂解剂。在一些实施方式中，腔室可以包含作为荧光团的试剂，例如，核酸染料(诸如吖啶橙、7-AAD、羟茋巴脒(hydroxystilbamidine)或LDS751)。在一些实施方式中，腔室可以包含磷酸盐缓冲盐水(PBS)缓冲液中的0.1mM至0.3mM的SDS。在一些实施方式中，试剂可以是固定剂。使用腔室中的试剂检测细胞类型或分析物可有助于对体液的分析。固定剂的非限制性示例包括醛类(诸如甲醛和戊二醛)和醇类(诸如乙醇和甲醇)。

本发明的设备和系统可以包括校准载玻片。图2的分图B图示了校准载玻片101。校准载玻片101可以包括一个或多个校准腔室，例如第一校准腔室116、第二校准腔室121和第三校准腔室126。校准腔室116、121或126可以包含预定数目的细胞类型、分析物或具有与体液性质相似的性质的其他可能的标准物。校准载玻片可以包含具有例如与血液样品相似的大小和荧光性质的标准物。校准载玻片可以包括聚苯乙烯珠或细胞再现物，其可以涂抹或打印到校准腔室116、121或126的底部上。在一些实施方式中，校准腔室116可以包含预定数目的红细胞再现物，校准腔室121可以包含预定数目的白细胞再现物，而校准腔室126可以包含预定数目的血小板复制物。在一些实施方式中，通过被配置用于从载玻片获取可视数据的成像系统来获取校准图像。

在一些实施方式中，校准载玻片101用于校准载玻片分析仪150。为了校准载玻片分析仪150，载玻片分析仪150可以拍摄校准腔室的图像，可以分析所述图像以对细胞再现物的数目进行计数，并且可以将计数出的数目与诸如标准物或参照物等预定数目作比较。可以根据需要，为了校准目的而调节载玻片分析仪150。与载玻片100相似，校准载玻片101也可以包括用于指示放置到载玻片分析仪150中的载玻片100的正确朝向和方向(图2的分图B)的标记102。

在一些实施方式中，可以使用相同的载玻片进行校准和体液分析。图2的分图C示出了被配置用于这样的用途的血液采集和分析载玻片100a。载玻片100a包括朝向和方向性指示器标记102、端口105、通道110、在其中具有试剂135的第一腔室115、在其中具有第二试剂140的第二腔室120、在其中具有第三试剂145的第三腔室125、可选的抽吸端口130、第一校准腔室116、第二校准腔室121和第三校准腔室126。

图3是用于分析体液的系统的框图，并且图示了用于进行体液分析的系统10。图3图示了这样的实施方式：其中可以将载玻片100插入至载玻片分析仪150的载玻片接收器155中。载玻片接收器155可以是可自动移动的，从而可以在不同时间分析不同的腔室。在来自载玻片分析仪150的处理器350的指令下，载玻片接收器155可以移动载玻片100，从而可以分析第一取样腔室155、第二取样腔室120和/或第三取样腔室125。如果插入到载玻片分析仪150中的载玻片具有任何校准腔室，则载玻片接收器155可以移动该载玻片，从而还可以分析任何期望的校准腔室。在一些实施方式中，成像设备可以从载玻片获取可视数据并将所获取的可视数据传输至接收器。在一些实施方式中，处理器350还被配置用于提供对可视数据的分析。

可以在载玻片接收器155内移动载玻片100。例如，可以在载玻片接收器内旋转载玻片。在一些实施方式中，载玻片接收器155可以包括能够以小而精确的步长来移动载玻片接收器155的显微操纵器。在一些实施方式中，载玻片100可被密封，或者以其他方式与载玻片分析仪150流体隔离，以使可能随着载玻片分析仪150的重复使用而出现的交叉污染的风险减至最小。载玻片分析仪150还可被配置成经受消毒和清洁，例如暴露于紫外线(UV)或其他辐射，或者暴露于各种清洁和消毒化学品，而不对载玻片分析仪150的功能产生不利影响。

本发明的系统可以包括多个组件，所述组件包括被配置用于获取可视数据的成像系统。本发明的系统可以包括主光源300、光学组装件304和图像捕捉元件345，其可被配置用于从载玻片100获取可视数据。

图3图示了这样的实施方式：其中主光源300被配置用于从载玻片100获取可视数据。图3图示了第二光源305，其可例如用于支持对视觉图像的获取，包括对载玻片100的任何取样腔室的侧向散射测量。主光源300照亮取样腔室(例如，如图3中所示的取样腔室120)。主光源300，以及能够放置成可基于正在进行的测量类型而相对于主光源变化的角度的辅助光源305，都可以进一步分别包括聚光器光学器件300a和305a，以便促进对载玻片及其组件的照明，诸如通过促进平行照明束的形成而促进照明。

系统10可以包括可移动滤光器组装件310。可移动滤光器组装件310可以包括诸如彩色滤光器和空间滤光器等一个或多个滤光器。来自被照亮的取样腔室的光可以穿过可移动滤光器组装件310的滤光器中之一。如图3中所示，可移动滤光器组装件310包括第一滤光器315、第二滤光器320和第三滤光器325。第一滤光器315可以例如是红色滤光器，第二滤光器320可以是绿色滤光器，而第三滤光器325可以是被配置用于获取对可视数据的光散射测量值的空间滤光器。可以通过来自处理器350的指令来移动可移动滤光器组装件310，从而可以选择期望的滤光器来促进图像捕捉和分析。可移动滤光器组装件310可以包括能够以小而精确的步长移动可移动滤光器组装件310的显微操纵器。可移动滤光器组装件310可以是光学组装件304的一个组件。

来自取样腔室的光在穿过期望的滤光器之前，可以首先穿过光学组装件304的其他元件。光学组装件304可以包括至少两个透镜——第一透镜335和第二透镜340——其可以用于放大所取得的任何可视数据，以及用于调节光学组装件304的焦平面。可视数据可例如被放大约3X至约20X。系统10可以包括被安置在第一透镜335与第二透镜340之间的可移动滤光器组装件310，且光在穿过滤光器组装件310之前首先穿过第一透镜335。

在来自取样腔室120的图像的光穿过光学组装件304之后，该图像可由图像捕捉元件345取得。图像捕捉元件345可以包括CCD或CMOS检测器阵列，例如，低成本、高分辨率的CCD。系统10还可以包括用于冷却图像捕捉元件345的冷却元件345c。而且，图像捕捉元件345和光学组装件304可以在许多情况下可作为一个单元移动，使得它们可以跨取样腔室的焦平面中的各个视野进行扫描。

在一些实施方式中，本发明的系统包括载玻片分析仪150，其中所述载玻片分析仪还包括处理器350、存储器模块335、通信模块360、发射器375、显示器160和控制面板170。用户输入可以通过控制面板170而被输入至载玻片分析仪150中，所述控制面板170转而向处理器350发送指令。处理器350可以发送和接收各种指令，例如，用于调节载玻片接收器155的位置以确定要分析哪个取样腔室、用于调节滤光器组装件310的位置以确定要使用哪个滤光器、用于调节光学组装件304的放大率和焦平面，或者用于命令图像捕捉元件345以捕捉一个或多个图像。处理器350可以耦合至用于存储捕捉到的图像的存储器模块355。存储器模块355可以包括随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、硬盘驱动器，或者其他易失性或非易失性存储器。处理器350可以耦合至发射器360，所述发射器360可以向各种接收器传输365所获取的可视数据。发射器375可以在认证的安全传输中传输所获取的可视数据，例如由HIPAA(健康保险便利和责任法案)认证的传输365。可以使用图像分析软件来分析所获取的和/或所传输的可视数据，以确定体液中存在的细胞类型或分析物。可视数据的分析可以永久地和自动地记录在受试者的健康记录中。

多种传输技术可由发射器375用于传输所获取的可视数据。传输可以是无线传输或有线传输。在一些实施方式中，处理器350被配置有可以提供可视数据分析的计算机程序代码。在一些实施方式中，由第二系统370来分析所传输的可视数据。第二系统例如可以是第二计算机系统370。第二系统可以分析所传输的视觉图像，并且第二系统可以将分析数据的结果返回至系统10。处理器350继而可以将数据分析的结果显示在显示器160上。在一些实施方式中，处理器350可被编程用于对所获取的图像本身进行至少一些或者甚至全部分析，并继而在显示器160上显示分析结果。在一些实施方式中，使用系统10内的处理器350对载玻片100进行的分析不需要访问发射器。

在载玻片100已被分析之后，载玻片100可以作为无毒废弃物直接地由被配置用于从载玻片获取可视数据的成像系统，或者由载玻片分析仪150处置，或者可以保存载玻片100以供进一步的分析。可选地，可以提供贮器并将其用于随本发明的套件处置载玻片。

如上文所述，可以选择性地移动滤光器组装件310和带有载玻片100的载玻片接收器155，以选择所使用的特定滤光器和所要分析的特定取样腔室。图4图示了具有可移动载玻片和可移动滤光器组装件的、用于分析体液的系统。分图A图示了如何能够相对于成像系统定位载玻片。分图B和分图C图示了能够使可移动滤光器组装件移动的方式。

如图4的分图A中所示，可以定位载玻片接收器155从而可以分析第三取样腔室125，并且可以定位滤光器组装件310从而可以在获取视觉图像的过程中使用第二滤光器320。如分图B中所示，可以在方向401上移动滤光器组装件310，从而可以改为使用第三滤光器325，并且可以在方向404上移动载玻片接收器155，从而可以分析第二取样腔室120。如分图C中所示，可以在方向407上移动滤光器组装件310，从而可以使用第一滤光器315。此外，可以将滤光器组装件310上的特定滤光器的任何数目的组合与载玻片100的特定取样腔室移动成光学对准。

本发明的方法

用于体液分析的方法和过程可以提供受试者的总体健康状态的概况。例如，全血细胞计数可以提供关于受试者血液中的细胞的信息。异常高或异常低的计数可指示出许多形式的疾病的存在，并且因此血细胞计数是医学上最常进行的血液测试之一。用于体液分析的方法和过程通常需要多步方案。例如，用于获取全血细胞计数的代表性方法通常需要裂解过多的红细胞以便获得准确的计数。此外，经常使用需要以特定方式操作的染料组合来实现白细胞区分，例如在白细胞区分中使用的抗体结合染料可以作为浓缩的备料来提供，其在使用之前需要保持在特定温度内。

与此相反，本发明的系统提供了用于分析诸如血液或唾液等体液的实用和方便的方法。本发明的方法可以包括将亚微升体积的全血稀释到载玻片(或腔室)内的稀释剂中，并将载玻片放置在成像系统的获取范围内，所述成像系统被配置用于从载玻片获取可视数据以供分析。稀释剂可以是磷酸盐缓冲盐水，其包括诸如吖啶橙(AO)等核酸染料和诸如十二烷基硫酸钠(SDS)等阴离子型表面活性剂。在一些实施方式中，本发明有效地提供了用于使用稀释在载玻片或腔室的底部形成细胞的均匀单层和用于使用荧光染料给白细胞和血小板染色以将之与红细胞区分开的方法。

由于红细胞拥有可以在细胞腔室内具有随机朝向的盘状形状，因此计数未制备的红细胞是在计算上十分困难的任务。因此，使用第二试剂(十二烷基硫酸钠(SDS))来使红细胞成球形。SDS是减小红细胞膜的表面张力的阴离子型表面活性剂。当以适当的浓度添加到血液时，其发挥作用以等体积地使细胞成球形，从而导致细胞失去其双凹圆盘形状而变成均匀的球体。球化的红细胞以均匀的方式堆叠成单层，并且它们的一致的形状允许其能够使用简单的可视数据处理技术而得到容易和准确的计数。可以使用本发明的成像系统获取合适的可视数据。在一些实施方式中，本发明有效地提供了用于分析样品中的红细胞的方法，其中红细胞的球化使可视数据中由于血细胞朝向而造成的红细胞图像的可变性最小化。

可以使用稀释剂来提供白细胞、血小板和球化的红细胞的准确计数。可以使用稀释剂来控制载玻片内或腔室内的血细胞的密度，并且可以使用稀释剂在腔室内部形成细胞的单层。当细胞能够在腔室中沉淀并形成单层时，本发明的方法可以提供单个图像内的所有红细胞的准确计数。可以优化稀释因子以同时提供对例如体液中红细胞和白细胞的分析。由于白细胞在全血中的数目相比于红细胞少大约1000倍，因此可以优化稀释因子以便对足够数目的白细胞计数。在一些实施方式中，对全血的5至10倍稀释提供了适合于同时分析红细胞和白细胞的细胞单层。

载玻片或腔室内的体液可以使用试剂来进行分析，所述试剂包括具有对核酸的自然亲和力的、单一且稳定的染料。稳定染料例如可以是吖啶橙。当结合至DNA时，吖啶橙作为单体插入DNA中，并在在蓝光激发下产生强烈的绿色荧光。当结合至RNA和蛋白质时，它以聚合体形式形成了静电混合物，所述静电混合物在蓝光激发下产生红色荧光。由于结合的吖啶橙发出的荧光比未结合的染料强度更强，因此使用本发明的方法对体液染色并不需要洗涤步骤。由于不同的白细胞类型具有不同量的DNA和RNA，因此白细胞群体可以产生不同相对量的红色荧光和绿色荧光。这允许基于细胞类型的颜色对细胞类型进行分离。由于血小板通常以少量RNA为特征，因此血小板可使用吖啶橙进行微弱染色。血小板内少量的RNA允许使用本发明的方法检测血小板。在一些实施方式中，本发明的方法允许对少量体液中的全血细胞计数的确定。

在一些实施方式中，样品分析利用约0.5nL至约50nL的体液、约1nL至约100nL的体液、约100nL至约150nL的体液、约150nL至约200nL的体液、约200nL至约250nL的体液、约250nL至约300nL的体液、约300nL至约350nL的体液、约350nL至约400nL的体液、约400nL至约450nL的体液、约450nL至约500nL的体液、约500nL至约550nL的体液、约550nL至约600nL的体液、约600nL至约650nL的体液、约650nL至约700nL的体液、约700nL至约750nL的体液、约750nL至约800nL的体液、约800nL至约850nL的体液、约850nL至约900nL的体液、约900nL至约950nL的体液、约950nL至约1μL的体液、约0.5μL至约1μL的体液、约1μL至约5μL的体液、约5μL至约10μL的体液、约10μL至约20μL的体液、约20μL至约30μL的体液、约30μL至约40μL的体液或者约40μL至约50μL的体液。

在一些实施方式中，本发明的方法可以分析例如跨表面区域分散成单层的小体积的体液。小体积的体液可以是小于约100nL的体液、小于约200nL的体液、小于约300nL的体液、小于约400nL的体液、小于约500nL的体液、小于约600nL的体液、小于约700nL的体液、小于约800nL的体液、小于约900nL的体液、小于约1μL的体液、小于约2μL的体液、小于约3μL的体液、小于约4μL的体液、小于约5μL的体液、小于约6μL的体液、小于约7μL的体液、小于约8μL的体液、小于约9μL的体液或小于约10μL的体液。

获取视觉图像

一旦体液在腔室内或在包括两个或更多个腔室的载玻片内得到适当稀释，即可获取和分析体液的视觉图像。在一些实施方式中，本发明的方法包括在包含磷酸盐缓冲盐水、十二烷基硫酸钠和吖啶橙的单一稀释剂中稀释血液样品，随后通过例如使用低放大率物镜的荧光和暗场成像从体液获取可视数据。在一些实施方式中，对所获取的视觉图像的分析提供了样品的全血细胞计数。

可以例如使用卤素灯泡、暗场聚光器和大画幅相机来拍摄视觉图像。视觉图像获取可以包括获取暗场视觉图像和荧光视觉图像的组合，以便计数和区分例如一个腔室内的白细胞、血小板和红细胞。在一些实施方式中，获取一个视觉图像。在一些实施方式中，获取多个视觉图像。本发明的成像系统例如可以获取至少一个暗场视觉图像、至少两个暗场视觉图像、至少三个暗场视觉图像、至少四个暗场视觉图像、至少五个暗场视觉图像、至少六个暗场视觉图像、至少七个暗场视觉图像、至少八个暗场视觉图像、至少九个暗场视觉图像或至少十个暗场视觉图像。本发明的成像系统例如可以获取至少一个亮场视觉图像、至少两个亮场视觉图像、至少三个亮场视觉图像、至少四个亮场视觉图像、至少五个亮场视觉图像、至少六个亮场视觉图像、至少七个亮场视觉图像、至少八个亮场视觉图像、至少九个亮场视觉图像或至少十个亮场视觉图像。本发明的成像系统例如可以获取至少一个荧光视觉图像、至少两个荧光视觉图像、至少三个荧光视觉图像、至少四个荧光视觉图像、至少五个荧光视觉图像、至少六个荧光视觉图像、至少七个荧光视觉图像、至少八个荧光视觉图像、至少九个荧光视觉图像或至少十个荧光视觉图像。本发明的成像系统可以获取暗场视觉图像、亮场视觉图像或荧光视觉图像的任意组合。在一些实施方式中，亮场视觉图像或暗场视觉图像用于对红细胞进行成像。在一些实施方式中，1-通道荧光视觉图像或2-通道荧光视觉图像用于对白细胞或血小板进行成像。在一些实施方式中，最终图像产物包括来自至少三个图像的数据。

本发明的成像系统可被配置用于获取细胞类型的2-通道荧光视觉图像。例如，可以使用4x物镜和470nm激发光来获取包含白细胞的视觉图像，其中通过自动改变放置在相机前方的发射滤光器而顺序地获取红色通道和绿色通道。可以例如通过使腔室移动和将图像场拼接到一起，来对整个细胞腔室进行成像。

本发明的成像系统可被配置用于获取细胞类型的1-通道荧光视觉图像。例如，可以使用10x物镜来获取包含血小板细胞的视觉图像。在一些实施方式中，可以使用与获取白细胞的视觉图像所使用的相同的激发光源和红色发射滤光器来获取血小板的视觉图像。在一些实施方式中，可以使用相同的物镜来拍摄不同细胞类型的暗场图像。举例而言，可以例如使用4x物镜在相同的激发下拍摄红细胞和白细胞的暗场图像。

可以从腔室的表面区域的区段获取视觉图像，或者可以从腔室的整个表面区域获取视觉图像。在一些实施方式中，细胞群体的密度与分析所需的视觉图像的数目相关联。例如，从计数腔室的中心拍摄的单一图像足以向对红细胞群体的准确分析提供一致的可视信息。与此相反，对于分析血小板群体，可能需要来自腔室的不同表面的至少两个视觉图像。图10中进一步详细示出和描述了使用本发明的设备、系统和方法拍摄的代表性图像。可以将可视数据传输至接收器。在一些实施方式中，接收器与包括处理器的计算机系统通信，其中所述计算机系统被编程用于进行对可视数据的分析。

数据分析

为了从所获取的视觉图像提供全血细胞计数(包括红细胞、白细胞和血小板中的任意一个或全部)，本发明的系统可以利用从可视数据鉴别和量化单个细胞类型的算法。为了确定可视数据中的特定物体是否例如为白细胞，系统可以鉴别所获取的一组视觉图像，例如，使用特定的滤光器和/或在特定的发射波长内进行鉴别。系统可以基于荧光来对所获取的一组可视数据进行分组。可以将来自特定图像的平均或中值荧光强度从包含背景荧光信号的参考图像中减去。继而可以使用阈值转换法或分水岭分割来鉴别细胞区域，并且可以计算每个细胞的平均通道强度。

一旦鉴别出细胞，即可对其进行计数。例如，可以通过与参考数据库中存在的各种参考图像作比较来鉴别一个图像或一组图像中的红细胞或白细胞或血小板的数目。一旦计数了红细胞或白细胞或血小板的数目，即可确定亚群和相关的百分比。可以根据不同亚群跨两个或更多个频率的荧光响应的范围来对其进行分组。此外，可以生成和分析绿色荧光强度和红色荧光强度的二维直方图的混合高斯建模。还可以创建和分析更高维度的直方图，例如，包括不同波长或波长范围上的荧光强度以及光散射测量值的直方图。为了分析数据，可以进行对该多维数据的主成分分解，并且可以将至少一个维度拟合到例如高斯模型、偏T(skew-T)模型或对数正态模型中。可以将数据挖掘技术和算法，诸如监督聚类或无监督聚类技术等应用于对细胞亚群的鉴别和计数。

可以对所获取的视觉图像进行傅里叶变换或其他数学变换，以获得可以用于数据分析的、载玻片中的体液的衍射图案。可以分析衍射图案以例如确定细胞半径的分布。基于细胞半径，可以从视觉图像确定红细胞的体积分布、细胞平均体积(MCV)以及红细胞分布宽度(RDW)。在一些实施方式中，向腔室提供的样品大小的体积是已知的，并且可以使用MCV和RBC来确定血细胞比容(HCT)计数。

对所获取的视觉图像的数据分析可以包括对视觉图像的模板匹配。例如，可以使用成像系统来获取未染色血液的亮场图像或暗场图像，并且可以将所获取的可视数据与参考数据库中的可视数据进行对比。可以在低放大倍数和高放大倍数下获取和分析可视数据。例如，在高放大倍数下，可以在图像中看到作为可基于大小而与其他细胞区分开的微尘状物体的血小板。

使用本发明的方法和系统进行的数据分析可以鉴别血细胞的多个群体和多个亚群。例如，分析可以鉴别样品的平均红细胞血红蛋白浓度(MCHC)。可以使用多个波长或波长范围的光来对血液样品进行成像，并且可以计算按细胞类型划分的光的平均吸收率。计算机系统例如可以对血细胞的球形应用比尔郎伯定律模型(Beer-LambertLawmodel)，并确定MCHC。

可使用全血细胞计数检测的状况

全血细胞计数提供了关于血液中的细胞(尤其是红细胞、白细胞和血小板)的类型和数目的重要信息。CBC可以帮助医生鉴别诸如虚弱、疲乏、损伤(bruising)或癌症等状况的生理原因。CBC可以用于诊断诸如贫血、感染或癌症等状况。CBC可以允许临床医师监测受试者对于治疗的生理反应，并且CBC可以允许受试者监测受试者自身对于治疗的反应。CBC可以提供对受试者的白细胞、红细胞和血小板群体的分析。

在临床实践中可以使用全血细胞计数诊断出的常见异常包括贫血症、红细胞增多症、白细胞减少症、白细胞增多症和血小板减少症。可以使用CBC诊断的常见类型的贫血症的非限制性示例包括缺铁性贫血、地中海贫血、血红蛋白病(比如镰状细胞性贫血)、药物相关贫血症以及慢性疾病相关贫血症。

白细胞在保护受试者免遭感染方面起到重要的生理作用。当受试者受到例如细菌感染等感染时，白细胞的数目将会非常迅速地上升。因此，可以使用白细胞的数目来确定对恶性肿瘤或治疗的生理反应。循环中的白细胞的总计数和对白细胞分类的确定可以提供对诸如白血病等若干种恶性血液病的诊断。

红细胞将氧气从肺部携带至身体的其余部位，并将二氧化碳带回肺部以便呼出。如果RBC计数较低，例如，在贫血症的情况下，受试者的身体可能缺氧。如果该计数过高(这种状况被称为红细胞增多症)，则红细胞可能聚集在一起并堵塞毛细血管和血管。因此，使用CBC确定受试者血液中的血红蛋白量可以提供对血液的全身携氧能力的分析。

血小板是血液中最小的有形成分。它们在例如血液凝结、动脉粥样硬化和血小板减少症等方面非常重要。当发生出血时，血小板膨胀、聚集在一起，并形成帮助阻止出血的粘塞。血小板过少的受试者可能遭受不受控制的流血。由过多的血小板形成的血块可能阻塞血管。

借助于本发明，临床医师可以远程地接收由本发明的系统向临床医师传输的全血细胞计数。因此，临床医师可以在无需受试者访问诊所或医院的情况下监测受试者对于治疗的反应。临床医师例如可以是医生、护士、护理师或负责监测受试者健康的个人。受试者例如可以是老年人、成年人、青少年、少年、儿童、幼童、婴儿。本发明提供了可由受试者用于监测受试者对治疗的反应或监测受试者的健康的系统、设备和方法。本发明提供了可由临床医师用于监测受试者对治疗的反应或监测受试者的健康的系统、设备和方法。

实施例

实施例1：本发明的方法

流程图500(图5)图示了用于分析体液的方法，其包括如下步骤：将体液提供至腔室，使用试剂检测体液中的分析物，从载玻片获取可视数据，以及分析该可视数据。该实施例图示了在其中所述体液是血液样品的代表性实施方式。

在505中，受试者向腔室提供小体积的血液样品。受试者可以使用手指刺针来穿透皮肤并取得一滴血液。需要相对较小体积的血液，并且一滴血液可以例如是亚微升体积的血液或体积在约1μL与约5μL之间的血液。受试者可以将该滴血液添加到腔室，诸如本文所述的腔室510。

腔室可以预包装有对血液样品染色的试剂515。试剂可以例如包括荧光染料如吖啶橙和表面活性剂如十二烷基磺酸钠(SDS)。可以例如使用如前文所述的光源300来照亮经染色的样品520。可以在第一波长下照亮样品，并且成像系统可以从被照亮的样品获取可视数据525。可以由成像系统来测量经染色的样品在第一波长或波长范围下的荧光反应。例如，第一波长可以激发与腔室内的细胞类型相关联的荧光团，诸如吖啶橙。荧光团的激发和视觉图像的获取可以提供与特定细胞类型或分析物中的DNA的浓缩相关联的视觉图像。可以使用第二波长来照亮样品，并且成像系统可以从使用第二波长照亮的样品获取可视数据530。还可以使用一个或多个在不同波长下发射的附加光源来测量经染色的样品在附加波长下的荧光发射。还可以由成像系统获取血液样品的亮场图像和暗场图像。被配置用于从腔室获取可视数据的成像系统525和530可被配置用于在获取图像之前使用透镜来放大视野。525和530可以获取来自一个视野或多个视野的可视数据，所述视野可以在对可视数据的分析期间被添加和合并在一起。

可以对所获取的可视数据535进行分组和分析。例如，可以基于用来照亮腔室的波长，对一组可视数据进行分组。对所获取的可视数据的分组可以提供图像的合并。由计算机程序产品进行的可视数据分析可以提供全血细胞计数540。

图5的分图B是图示了可以基于所获取的可视信息550上的白细胞的荧光而使用本发明的方法鉴别的血液样品中不同类型的白细胞的图表。可以基于绿色荧光响应和红色荧光响应的数量而将单个细胞或它们的表示放置在图表550上。在图表550中，x-轴表示绿色荧光响应的水平，而y-轴表示红色荧光响应的水平。放置在图表550上的细胞可以基于其荧光而分成多个不同的群组。例如，第一群组555可以对应于中性粒细胞的数目，第二群组560可以对应于淋巴细胞的数目，而第三群组565可以对应于单核细胞的数目，并且第四群组570可以对应于血小板的数目。

图6是图示了用于计数血液样品中的红细胞的数目的方法的过程600的流程图。在605中，受试者向腔室提供小体积的血液样品。受试者可以使用手指刺针来穿透皮肤并取得一滴血液。需要相对较小体积的血液，并且一滴血液可以例如是亚微升体积的血液或体积在约1μL与约5μL之间的血液。受试者可以将该滴血液添加到腔室，诸如本文所述的腔室。

在610中，可以将样品的至少一部分引导至红细胞取样腔室中，例如115中描述的第一取样腔室。在615中，可以使用诸如表面活性剂等试剂来使血液样品中的红细胞成球形。在与表面活性剂反应之后，取样腔室中的红细胞失去其正常的双凹圆盘形状，而呈现圆形球状的形状。在620中，从取样腔室取出被配置用于从载玻片获取可视数据的成像系统。根据期望的测量类型，可以在一个或多个波长或者波长范围下对腔室进行成像。位于取样腔室的底部表面上的圆形红细胞可以很容易地通过它们的形状来鉴别(例如，经由模板匹配)。在适当的稀释下，620中所获取的可视数据可以包括多于100,000个适当稀释下的球形红细胞的可视表示。在625中，可以对在可视数据中鉴别出的红细胞的数目进行计数以确定红细胞计数(RBC)。

实施例2：本发明的系统

本发明的系统可以包括多个成像系统，所述成像系统以不同的方式被配置用于从本发明的设备获取可视数据。

图7示出了用于分析体液的系统104和设备的框图。系统104，具体而言自动化便携式载玻片分析仪150A，可类似于参照图3描述的系统10和自动化便携式载玻片分析仪150。然而，该实施例图示了这样的系统104：其中血液采集和分析载玻片100R经由旋转而不是平移来移动，以允许成像系统捕捉来自一个腔室内或不同腔室内的不同位置的可视数据。

系统104包括马达100M，该马达100M被配置用于耦合载玻片100R并旋转载玻片100R以便可视化载玻片100R的期望的取样腔室。如图7中所示，马达100M可以将载玻片100R的取样腔室115R与光源300、光源305以及光学组装件330对准。

在来自处理器350的指令下，马达100M可以旋转载玻片100R，使得取样腔室120R可以替代地与这些组件对准，从而可以替代地分析取样腔室120R。马达100M还可以旋转载玻片100R，从而可以使载玻片100R的诸如附加腔室或校准腔室等各种其他特征可视化以供分析。

可以通过旋转而非平移来移动系统104的其他组件。例如，如图7中所示，系统104还可以包括耦合至可旋转滤光器组装件310R的马达310M。马达310M可以将滤光器组装件310R的滤光器315R与光学组装件330以及要由光源300和305照亮的取样腔室115R对准。在来自处理器350的指令下，马达310M可以旋转滤光器组装件310R，使得滤光器320R可以替代地与这些组件对准。马达310M还可以旋转滤光器组装件310R，使得滤光器组装件310R的诸如其他滤光器等各种其他特征可以与系统104的光学组件对准。主光源300和辅助光源305全都可以进一步各自包括用于促进对载玻片及其组件的照明的聚光器光学器件300a和305a，诸如通过促进平行照明束的形成来促进照明。在一些实施方式中，自动化便携式载玻片分析仪150A还可以包括集成式采血器380。集成式采血器380可以帮助没有受过采集自身血液的医学培训的受试者和系统104的使用者采集血液样品。

系统104可以包括第一透镜335和第二透镜340。图像捕捉元件345可以包括CCD或CMOS检测器阵列，例如，低成本、高分辨率的CCD。系统104还可以包括用于冷却图像捕捉元件345的冷却元件345c。本发明的系统可以包括处理器350、通信模块360、发射器375、显示器160和控制面板170。处理器350可以耦合至发射器360，所述发射器360可以向各种接收器传输365所获取的可视数据。接收器可以与计算机系统370耦合，所述计算机系统370被编程用于分析可视数据。

图8的分图A图示了本文所述的体液采集部分和分析载玻片的俯视图。分图B图示了手指托架和躯体采集器。分图C图示了包含本发明的成像系统和载玻片/腔室的外壳。如分图B中所示，集成式采血器380可以包括第一手指托架，该第一手指托架具有用于刺破受试者的手指F并从中采集血液的针380L。如图8的分图C中所示(参见载玻片分析仪150A上的采血器380的位置)，为了防止污染，可以将集成式采血器380安装在自动化便携式载玻片分析仪150A的外部。集成式采血器380可以耦合至图8的分图A中所示的载玻片100R，以将采集到的血液引导至载玻片100R中。一旦采集了用于一轮分析的血液，即可从自动化便携式载玻片分析仪150A移除集成式采血器380，并使用另一集成式采血器380来替换它。

图8示出了血液采集和分析载玻片100R的俯视图。载玻片100R包括中央毂盘800，用于将马达100M耦合至载玻片100R，以使得载玻片100R可以围绕中央毂盘800旋转。载玻片100R可以是一次性的，可以用于采集和分析血液样品、储存各种试剂，并且通常具有许多与上文所述的可平移载玻片100R相似的功能。此外，马达100M可以旋转载玻片100R以促进混合并提供各种血液成分的物理分离。马达100M还能够以小而精确的增量来旋转载玻片100R，从而可以顺序地对取样腔室115R和120R的焦平面上的各个视野进行成像，并且在许多情况下无需扫描系统10A的光学组件，诸如光学组装件330、滤光器组装件310或310R以及图像捕捉元件345。如上文所讨论的，可以将各个视野的图像数字地拼接在一起以形成可供分析的整个取样腔室的大视野图像。

载玻片100R可以包括与平移的载玻片100的组件相似，但适于与圆形旋转载玻片100R一起使用的各个组件。例如，载玻片100R包括入口130R、混合腔室815、第一试剂存储腔室805、第二试剂存储腔室810、阀门820、第一取样腔室155R、第二取样腔室120R、第一校准腔室116R和第二校准腔室121R。第一校准腔室116R和第二校准腔室121R可分别类似于上文所述的第一校准腔室116和第二校准腔室121，并且可包括细胞再现物，诸如白细胞和红细胞的细胞再现物。第一试剂存储腔室805和第二试剂存储腔室810可包含多种试剂，例如表面活性剂、染料药剂、裂解药剂、干燥形式的试剂、液体试剂或预定体积的稀释剂之中的一种或多种。

阀门820可以将试剂存储腔室805和810以及混合腔室815从第一取样腔室115R和第二取样腔室120R分离开。在通过入口130R采集血液之后，载玻片100R的旋转可以生成离心作用，该离心作用将试剂(并且在一些情况下将稀释剂)从试剂存储腔室805和810提取至可于其中混合试剂、血液和稀释剂的混合腔室815中。离心作用还可以用于分离血液成分。继而可以打开阀门820以便将该混合物引导至第一取样腔室115R和第二取样腔室120R中。

在一些实施方式中，一个或多个取样腔室可以包括各种附加的试剂。例如，第一取样腔室115R可以用于分析白细胞，并且可以包括用于裂解红细胞以促进白细胞分析的裂解剂。阀门820可以防止裂解剂从第一取样腔室115R穿入到混合腔室815中。除了使用离心作用来引导液体之外，还可以与可旋转载玻片100R一起使用许多操纵样品的其他方式，例如包括使用抽吸、微流体器件、压力机构、毛细作用、电泳及其他方式。除了那些涉及载玻片的平移或旋转的方式以外，还可以通过许多其他方式对血液样品进行成像。

实施例3：本发明的设备、系统和方法的临床应用

为了评估使用本发明的设备、系统和方法进行的样品制备、图像获取和图像分析的质量，对13个健康的和不健康的志愿者进行了研究，并在使用本发明和市售自动化血细胞分析仪获得的结果之间进行了对比性分析。对于每个志愿者，抽取血液一次并通过如下方式进行测量：1)在临床自动化血细胞分析仪上测量；2)以及使用本文所述的本发明实施方式测量。

图9是适用于分析血液样品的、用于体液分析的系统的示意图。分图A图示了来自亚微升体积的全血的样品制备。通过在第一试剂中将亚微升体积的全血稀释20倍，并继而将血液样品注射入本发明的100μm厚的腔室中来制备样品。第一试剂包含具有少量核酸染料吖啶橙(AO；6.25μM)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS；0.3mM)的磷酸盐缓冲液(pH7-7.2)。第一试剂的组成使可从所获取的视觉图像提取的参数的数目最大化，并使样品制备方案中的步骤的数目最小化。如本文所述的第一试剂的使用允许吖啶橙荧光地将白细胞和血小板染色，同时允许红细胞形状变为球形。如本文所述的第一试剂的使用允许在100μm厚的腔室的底部形成细胞的均匀单层，所述腔室具有100mm²的表面积。所述方案对每个受试者的血液的3个单独的等分试样重复。对于每个受试者的单一测量，从相同的腔室获取视觉图像。

图9的分图B图示了紧凑、低放大倍数、宽视野的成像系统。经由静脉穿刺从13名志愿者抽取静脉血，并将其储存在经EDTA处理的采集管中。样品立即在CoulterLH500Hematology^TM上运行。在此之后，从所述管中取出血液的亚微升等分试样，并将其在包含0.1mM至0.3mM的十二烷基硫酸钠(SDS)和3μM至12μM的吖啶橙(AO)的磷酸盐缓冲液(PBS)溶液中稀释5倍至20倍之间，使得所得到的混合物的总体积为10微升。允许溶液静置几分钟以确保充分的扩散和染色。继而将稀释的溶液放置在容量为10微升的市售100微米厚的细胞计数腔室内。由于腔室的较小高度，细胞通过毛细力被抽入，并在腔室底板上形成均匀的层。

利用自动化数据分析技术，以一致的方式从这些图像提取最大量的信息。视觉成像系统利用大视野并且不需要高分辨率来鉴别详细的亚细胞形态，这是因为荧光染色剂允许基于化学差异而不是形态差异来区分白细胞类型。针对图像中的每个细胞确定多个通道中的荧光强度，从而可以将每个细胞表示为多维点，其中其沿着给定的轴的位置表示其在某一荧光通道中的强度。对于每个图像，通过基于两个荧光通道的平均值的阈值版本创建计数蒙片，在视觉图像内鉴别每个细胞。

使用分图B的成像系统获取视觉图像，并且发射器将所获取的视觉图像传输至接收器。分图C图示了视觉图像数据分析的过程的选定步骤和视觉成像系统的选定组件。将每个细胞腔室放置在自动化荧光显微镜901(AppliedPrecision，PersonalDeltavision^TM)的载物台上，并允许其沉淀五分钟。对于白细胞测量，使用4x0.13NA物镜935对整个腔室920进行成像。由具有470±20nm滤光器945的氙灯900进行激发。使用附接至显微镜的侧边端口的PhotometricsCoolsnapES^TM相机获取图像。针对每个视野获取两个连续的荧光图像，一个图像使用放置在相机前面的绿色(528±19nm)滤光器905获取，而第二个图像使用放置在相机前面的红色(685±20nm)滤光器920获取。对于血小板图像，将物镜改成10x0.25NA物镜904，并且仅对整个腔室925的一部分进行成像。针对每个视野，记录使用放置在相机前面的红色滤光器拍摄的单个图像。最后，对于红细胞图像，对腔室915进行成像，并且使用4x0.13NA物镜935，该物镜935与来自钨丝灯泡的、穿过在傅里叶平面中带有环形蒙片的聚光器的暗场照明相结合。照明包含超出物镜的采集范围的角度。使用NikonD800^TM大画幅相机记录单个彩色图像。

图10图示了针对上述视觉图像的计数蒙片。图10的分图a、分图f和分图h分别示出了针对白细胞、血小板和红细胞而获取的大视野图像。插图示出了更大的图像内的框出的区域的放大图。在白细胞图像中，细胞呈现为点状斑点，其具有不同的红光强度量和绿光强度量。血小板呈现为与更大且更亮的白细胞在一起的昏暗物体。同时，红细胞呈现为亮环。尽管红细胞已被球化，但红细胞的暗场成像提供了在膜处的成像对比度。因此，红细胞呈现为环而非不透明的盘状。

通过寻找计数蒙片的每个元件内的平均红色或绿色强度计算图像的每个通道的每个白细胞的荧光强度。针对图像中的所有细胞绘制红色对绿色的强度提供了如图10的分图C中所示的图。该图像示出了细胞聚集进入三个不同区域(阴影区域提供为可视参照)。一组细胞以较低红色荧光和较强绿色荧光为特征，这指示出细胞中少量的RNA，但有大量且集中的DNA。存在在其休眠状态几乎没有活性转录的淋巴细胞。另一组细胞以较高的红色荧光和较低的绿色荧光为特征。这一图案对应于具有大量RNA的粒细胞以及使用试剂1的吖啶橙染成红色的颗粒。另一组细胞(分图C中的中心组)以适度染色为特征。那些细胞是单核细胞且以适度的转录活性为特征。

为了更好地区分各组内的重叠部分，使用高斯混合模型对数据进行建模。将细胞水平数据和单个数据点纳入二维直方图中。这一过程产生了如图10的分图D中所示的三维表面。通过用二维高斯模型拟合分图d中的这些峰值，确定每个簇中全部白细胞计数的相对百分比。这类基于模型的方法允许血液中细胞的潜在分布被准确地估计，即使由仪器测量的细胞总数明显小于传统流体仪器(flowinstrument)所需要的细胞总数。

图10的分图e图示了对原始数据进行高斯拟合的叠加图。在该俯视图中，通过变化的遮光水平和向高斯拟合的中心增加的高度示出了峰的高度。每个高斯的1/e轮廓使用粗的白线标记。

血小板是在全血细胞计数中确定的一个重要参数。当使用吖啶橙染色时，由于每个血小板内核酸的量较少，因此血小板荧光通常比其他细胞类型所提供的荧光更加昏暗。为了获得可准确地检测来自血小板的较昏暗的荧光的视觉图像，使用具有较大数值孔径的物镜来进行这些测量。由于血小板视觉图像的信噪比相对较低，因此首先使用总变差约束去噪技术(total-variationconstraineddenoisingtechnique)将视觉图像去噪。去噪算法在图像内保留锐边时利用使噪音平滑的L1范数最小化，这对于鉴别小而昏暗的血小板是必需的。在应用去噪算法之后，通过设定特定阈值将图像二值化，并以与上文针对白细胞分析所述的方式相似的方式使用计数蒙片计数血小板的数目。在计数蒙片中分析每个颗粒的大小，并弃去具有很大尺寸的物体，从血小板计数过滤白细胞(其在荧光下也是红色)。因为不同的受试者具有不同量的血小板荧光(由于荧光强度与血小板年龄具有强烈的相关性)，所以不可能对全部受试者选择单一强度阈值。为了应对这一挑战，对每个血小板图像的计数在大范围的阈值内进行。这产生了如图10的分图g中所示的计数/阈值曲线。沿着这一曲线的最大值排除了噪音像素点的贡献，并同时避免丢失具有最弱荧光的血小板。

还计算了红细胞群体的荧光强度。通过模板匹配来鉴别各个图像中的各个红细胞。生成了几个模板图像，每个模板由黑色背景上的单个红细胞构成。由于红细胞在使用十二烷基硫酸钠处理后形状均匀，因此使用3个大小略微不同的细胞模板来表征红细胞群体是足够的。在对红细胞视觉图像进行裁剪以移除视野边缘的区域(在该区域视野相关畸变可能变得显著或在该区域仅有一部分细胞可见)后，计算每个模板与视觉图像之间的标准化交叉相关性。当模板细胞中的细胞类似于视觉图像中的细胞时，图像之间的交叉相关在图像内的细胞位置上包含几个尖峰。

为了识别并计数每个细胞，使用扩展极大值变换(MATLAB函数imextendedmax)来定义高于其局部邻域的交叉相关图的区域。对于每个模板，生成了二进制图像，其中交叉相关中的扩展极大值区域被定义为一，而图像的所有其他部分被定义为零。使用“或(or)”标准组合来自所有模板的所有二进制图像。然而，尽管这一分析准确地识别了图像中几乎所有的细胞，但其还可以识别具有比其邻域更大的相关值的背景区域。为了将这些背景区域与正确计数的区域分离，基于组合的二进制扩展极大值图生成了计数蒙片。对于这一蒙片的每个部分，找到原始图像的平均值和交叉相关图的平均值。真实的细胞预期具有较高的图像强度或较高的相关值，而背景计数预期在这两个轴线上均较低。因此，设置阈值图像强度和阈值相关值，将空间分割成4个象限。左下象限中的所有计数继而均被排除。图10的分图i中示出了最终的强度-和-相关过滤的二进制图像的覆盖图和最初的暗场图像，所述覆盖图在图像中每个细胞的位置上具有“点”。

在数据采集之后，将图像提交给自动化常规程序以供列举和区分细胞。利用使用内部开发的定制脚本的MATLAB(TheMathWorks,Natick,MA)来进行所有的处理。为了确定每个图像所代表的体积，使用USAF1951分辨率目标校准成像系统的精确放大率。这与细胞计数腔室的已知高度相组合，允许对每个图像测量的样品体积进行计算。

图11示出了使用本发明的方法获取的基于图像确定的CBC参数与从自动化血液分析仪获取的临床结果的对比。对于全血细胞计数的每个组分，图11示出了使用本文所述的方法获得的结果与临床结果之间的相关性。图11还示出了使用本文所述的方法获得的结果和使用自动化临床仪器获得的结果的Tukey平均差图。对于相关图(图11的分图a、分图c、分图e、分图g、分图i和分图k)，x轴表示由临床仪器报告的值，而y轴表示使用所述方法预测的值。每个图中的中间对角线代表了两种方法之间完全符合的一条线。在该中间线之上和之下的线代表了临床测量的误差范围，如制造商所报告的那样限定为±2的标准偏差。对于每个血细胞计数参数，计算预测的均方根误差(RMSEP)，即测量值之间的平均误差的度量。RMSEP被定义为：

RMSEP＝sqrt(sumi＝1^N(Ci-M1)^2)；

其中N是患者的数目，C是第i位患者的临床值，且M是针对该患者的来自本方法的预测值。表1中示出了这些误差。

对于除了单核细胞差异之外的所有参数，临床测量和所述方法产生了在临床仪器误差范围内一致的结果。如图11的分图e中所示的，单核细胞和粒细胞略微重叠，且重叠的程度随着受试者的不同而略微不同。这一重叠可能导致数据的高斯混合建模中的误差。在一些情况下，观察到建模中可能导致过高计数单核细胞的数目和过少计数粒细胞的数目的系统误差。

为了进一步评估使用本发明获得的结果与使用标准临床测量获得的结果相容的程度，生成了Tukey平均差图，并在图11的分图b、分图d、分图f、分图h、分图j和分图l中示出了这些Tukey平均差图。在这些图中，x轴表示临床测量值与基于图像的测量值的平均值，而y轴表示这两个测量值之间的差异。所有样品的平均差以红色示出，而±1.96标准偏差线(代表了95％的置信区间)以绿色示出，其代表了两种方法之间最大的预测分歧。对于每个计数组而言从临床测量中观察到的最大偏差非常小，尤其是在与全血细胞计数中临床上显著的波动相比时。

实施例4：用于分析视觉图像的计算机架构

测序数据可以由具有各种计算机架构的多个计算机来分析。各种计算机架构适合与本发明一同使用。图12是图示了可与本发明的示例实施方式相结合使用的计算机系统1200的第一示例架构的框图。如图12中所描绘，示例计算机系统可包括用于处理指令的处理器1202。处理器的非限制性示例包括：IntelCorei7^TM处理器、IntelCorei5^TM处理器、IntelCorei3^TM处理器、IntelXeon^TM处理器、AMDOpteron^TM处理器、Samsung32位RISCARM1176JZ(F)-Sv1.0^TM处理器、ARMCortex-A8SamsungS5PC100^TM处理器、ARMCortex-A8AppleA4^TM处理器、MarvellPXA930^TM处理器或功能等效的处理器。可以使用多线程执行用于并行处理。在一些实施方式中，多个处理器或具有多个核的处理器可以在单一计算机系统中、在集群中使用，或者通过包括多个计算机、蜂窝电话和/或个人数据助理设备的网络而分布在系统之中。

如图12中所示，高速缓存1201可以连接至或合并到处理器1202中，以提供用于最近或频繁地由处理器1202使用的指令或数据的高速存储器。处理器1202通过处理器总线1205连接至北桥1206。北桥1206通过存储器总线1204连接至随机存取存储器(RAM)1203并通过处理器1202管理对RAM1203的访问。北桥1206还通过芯片组总线1207连接至南桥1208。南桥1208转而连接至外设总线1209。外设总线例如可以是PCI、PCI-X、PCIExpress或其他外设总线。北桥和南桥通常被称为处理器芯片组并管理处理器、RAM和外设总线1209上的外设组件之间的数据传输。在一些架构中，北桥的功能可以合并到处理器中，以代替使用单独的北桥芯片。

在一些实施方式中，系统1200可以包括附接至外设总线1209的加速器1212。加速器可以包括现场可编程门阵列(FPGA)或其他用于加速某种处理的硬件。

软件和数据储存在外部存储1213中，并且可加载到RAM1203和/或缓存1201中以供处理器使用。系统1200包括用于管理系统资源的操作系统；操作系统的非限制性示例包括：Linux、Windows^TM、MACOS^TM、BlackBerryOS^TM、iOS^TM和其他功能等效的操作系统，以及运行于操作系统之上的应用软件。

在本实施例中，系统1200还包括网络接口卡(NIC)1210和1211，所述网络接口卡1210和1211连接至外设总线以提供通向外部存储(诸如网络附加存储(NAS))和其他可以用于分布式并行处理的计算机系统的网络接口。

图13是示出网络1300的示图，该网络1300具有多个计算机系统1302a和1302b、多个蜂窝电话和个人数据助理1302c以及网络附加存储(NAS)1301a和1301b。在一些实施方式中，系统1302a、1302b和1302c可以管理数据存储并优化对于储存在网络附加存储(NAS)1301a和1301b中的数据的数据访问。可以使用针对数据的数学模型，并且使用跨计算机系统1302a和1302b、以及蜂窝电话和个人数据助理系统1302c的分布式并行处理来评价该数学模型。计算机系统1302a和1302b、以及蜂窝电话和个人数据助理系统1302c还可以提供用于对储存在网络附加存储(NAS)1301a和1301b中的数据进行自适应数据重组的并行处理。图13仅示出了一个示例，并且多种其他计算机架构和系统均可与本发明的各种实施方式协同使用。例如，可以使用刀片服务器来提供并行处理。处理器刀片可以通过底板连接起来，以提供并行处理。存储还可以连接至底板或作为通过单独的网络接口的网络附加存储(NAS)。在一些实施方式中，处理器可以保持单独的存储器空间并通过网络接口、底板或其他连接器传输数据以供由其他处理器进行并行处理。在一些实施方式中，一些或所有处理器可以使用共享的虚拟地址存储器空间。

图14是使用共享的虚拟地址存储器空间的多处理器计算机系统的框图。所述系统包括可以访问共享存储器子系统1402的多个处理器1401a-f。所述系统包含存储器子系统1402中的多个可编程的硬件存储器算法处理器(MAP)1403a-f。每个MAP1403a-f可以包括存储器1404a-f以及一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)1405a-f。MAP提供了可配置的功能单元，并且可以将特定算法或算法的部分提供至FPGA1405a-f用于与相应的处理器密切配合进行处理。在本实施例中，每个MAP可由全部处理器出于这些目的而全局访问。在一种配置中，每个MAP可以使用直接存储器存取(DMA)来访问关联的存储器1404a-f，从而允许其独立于相应的微处理器1404a-f并与之异步地执行任务。在该配置中，MAP可以直接向另一MAP馈送结果，以供算法的流水线操作和并行执行。

上述计算机架构和系统仅为示例，并且多种其他计算机、蜂窝电话和个人数据助理架构和系统均可与示例实施方式相结合使用，包括使用通用处理器、协处理器、FPGA以及其他可编程逻辑器件、片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)以及其他处理和逻辑元件的任意组合的系统。任何种类的数据存储介质均可与示例实施方式相结合使用，包括随机存取存储器、硬盘驱动器、快闪存储器、磁带驱动器、磁盘阵列、网络附加存储(NAS)和其他本地或分布式数据存储设备和系统。

在示例实施方式中，计算机系统可以使用在上述或其他计算机架构和系统中的任何一种上执行的软件模块来实现。在其他实施方式中，系统的功能可以部分地或全部地在固件、可编程逻辑器件(诸如图14中提及的现场可编程门阵列(FPGA))、片上系统(SOC)、专用集成电路(ASIC)或其他处理和逻辑元件中实现。例如，通过使用硬件加速器卡，诸如图12中所示的加速器卡1212，可以用硬件加速实现固定的处理器和优化器。

实施方式

以下非限制性实施方式提供了本发明的说明性示例，但并不限制本发明的范围。

实施方式1.在一些实施方式中，本发明提供了一种设备，包括：a)载玻片，其被配置用于接收体液，其中所述载玻片包括：i)第一腔室，其中所述第一腔室包含能够检测所述体液中的第一分析物的第一试剂；以及ii)第二腔室，其中所述第二腔室包含能够检测所述体液中的第二分析物的第二试剂；以及b)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据。

实施方式2.根据实施方式1所述的设备，还包括发射器，其中所述发射器被配置用于将所获取的可视数据传输至接收器。

实施方式3.根据实施方式2所述的设备，其中所述传输是无线的。

实施方式4.根据实施方式1-3中任一实施方式所述的设备，其中所述体液是尿液。

实施方式5.根据实施方式1-4中任一实施方式所述的设备，其中所述体液是血液。

实施方式6.根据实施方式1-5中任一实施方式所述的设备，其中所述第一分析物是红细胞。

实施方式7.根据实施方式6所述的设备，其中所述第二分析物是白细胞。

实施方式8.根据实施方式1-7中任一实施方式所述的设备，其中所述载玻片和所述成像系统被包含在公共外壳中。

实施方式9.根据实施方式8所述的设备，其中所述载玻片是可移除的。

实施方式10.根据实施方式1-9中任一实施方式所述的设备，其中所述载玻片还包括跨所述载玻片的表面的通道，其中所述通道与所述第一腔室和所述第二腔室相连接。

实施方式11.根据实施方式10所述的设备，其中所述载玻片还包括端口，其中所述端口被配置用于接收所述体液并通过所述通道将所述体液传送到至少一个腔室。

实施方式12.根据实施方式1-11中任一实施方式所述的设备，其中所述载玻片还包括第三腔室，其中所述第三腔室包含能够检测所述体液中的第三分析物的第三试剂。

实施方式13.根据实施方式12所述的设备，其中所述第三分析物是血小板。

实施方式14.根据实施方式1-13中任一实施方式所述的设备，其中所述载玻片还包括至少一个对照腔室，其中所述对照腔室包含对照分析物。

实施方式15.根据实施方式1-14中任一实施方式所述的设备，其中所述载玻片容纳不超过5微升的体液。

实施方式16.在一些实施方式中，本发明提供了一种设备，包括：a)载玻片，其被配置用于接收体液；b)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据；以及c)发射器，其被配置用于在至少1英里的距离上无线传输所获取的可视数据。

实施方式17.根据实施方式16所述的设备，其中所述设备具有不超过2,000g的质量。

实施方式18.根据实施方式16-17中任一实施方式所述的设备，其中所述成像系统从所述载玻片的至少两个不同部分获取可视数据。

实施方式19.根据实施方式16-18中任一实施方式所述的设备，其中所述载玻片和所述成像系统被包含在公共外壳中。

实施方式20.根据实施方式19所述的设备，其中所述载玻片是可移除的。

实施方式21.根据实施方式16-20中任一实施方式所述的设备，其中所述体液是唾液。

实施方式22.根据实施方式16-21中任一实施方式所述的设备，其中所述体液是血液。

实施方式23.根据实施方式16-22中任一实施方式所述的设备，其中所述成像系统被配置用于检测所述体液中的分析物。

实施方式24.根据实施方式23所述的设备，其中所述分析物是红细胞。

实施方式25.根据实施方式23所述的设备，其中所述分析物是白细胞。

实施方式26.根据实施方式23所述的设备，其中所述分析物是血小板。

实施方式27.根据实施方式16-26中任一实施方式所述的设备，其中所述载玻片容纳不超过5微升的体液。

实施方式28.在一些实施方式中，本发明提供了一种用于分析体液的方法，所述方法包括：a)将所述体液提供至载玻片，其中所述载玻片包括第一腔室和第二腔室；b)在所述第一腔室中使用第一试剂检测所述体液中的第一分析物；c)在所述第二腔室中使用第二试剂检测所述体液中的第二分析物；d)通过成像系统从所述载玻片获取可视数据；以及e)通过发射器将所获取的可视数据传输至接收器。

实施方式29.根据实施方式28所述的方法，其中向所述载玻片提供从约1微升至约5微升的体液。

实施方式30.根据实施方式28-29中任一实施方式所述的方法，其中所述传输是无线的。

实施方式31.根据实施方式30所述的方法，其中所述发射器和所述接收器相距至少1英里。

实施方式32.根据实施方式28-31中任一实施方式所述的方法，其中所述体液是唾液。

实施方式33.根据实施方式28-31中任一实施方式所述的方法，其中所述体液是血液。

实施方式34.根据实施方式28-31中任一实施方式所述的方法，其中所述第一分析物是红细胞。

实施方式35.根据实施方式34所述的方法，其中所述第二分析物是白细胞。

实施方式36.根据实施方式35所述的方法，其中所述载玻片还包括第三腔室，其中所述方法还包括在所述第三腔室中使用第三试剂检测所述体液中的第三分析物。

实施方式37.根据实施方式36所述的方法，其中所述第三分析物是血小板。

实施方式38.根据实施方式28-37中任一实施方式所述的方法，其中所述载玻片还包括跨所述载玻片的表面的通道，其中所述通道与所述第一腔室和所述第二腔室相连接。

实施方式39.根据实施方式28-38中任一实施方式所述的方法，其中所述设备还包括端口，其中所述端口被配置用于接收所述体液并通过所述通道将所述体液传送到至少一个腔室。

实施方式40.根据实施方式28-39中任一实施方式所述的方法，还包括将所获取的可视数据转换成图像。

实施方式41.在一些实施方式中，本发明提供了一种系统，包括：a)一种设备，其包括：i)载玻片，其被配置用于接收体液；ii)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据；以及iii)发射器，其中所述发射器无线传输所获取的可视数据；以及b)接收器，其接收从所述发射器无线传输的可视数据，其中所述发射器和所述接收器被配置用于在至少1英里的距离上通信。

实施方式42.根据实施方式41所述的系统，其中所述设备具有不超过2,000g的质量。

实施方式43.根据实施方式41-42中任一实施方式所述的系统，其中所述成像系统被配置用于从所述载玻片的至少两个不同部分获取可视数据。

实施方式44.根据实施方式41-43中任一实施方式所述的系统，其中所述载玻片、所述成像系统和所述发射器被包含在公共外壳中。

实施方式45.根据实施方式41-44中任一实施方式所述的系统，其中所述体液是唾液。

实施方式46.根据实施方式41-44中任一实施方式所述的系统，其中所述体液是血液。

实施方式47.根据实施方式41-46中任一实施方式所述的系统，其中所述载玻片包括至少两个腔室。

实施方式48.根据实施方式41-47中任一实施方式所述的系统，其中所述载玻片还包括跨所述载玻片的表面的通道，其中所述通道与第一腔室和第二腔室相连接。

实施方式49.根据实施方式41-48中任一实施方式所述的系统，其中所述成像系统被配置用于检测所述体液中的分析物。

实施方式50.根据实施方式49所述的系统，其中所述分析物是红细胞。

实施方式51.根据实施方式49所述的系统，其中所述分析物是白细胞。

实施方式52.根据实施方式49所述的系统，其中所述分析物是血小板。

实施方式53.根据实施方式41-52中任一实施方式所述的系统，其中所述载玻片容纳不超过5微升的体液。

实施方式54.根据实施方式41-53中任一实施方式所述的系统，其中所述接收器与被配置用于基于所获取的可视数据生成图像的计算机系统相通信。

实施方式55.一种套件，包括：a)一种设备，其包括：i)载玻片，其被配置用于接收体液，其中所述载玻片包括第一腔室和第二腔室；以及ii)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据；b)第一试剂，其能够检测所述体液中的第一细胞类型；以及c)第二试剂，其能够检测所述体液中的第二细胞类型。

实施方式56.根据实施方式55所述的套件，其中所述载玻片还包括跨所述载玻片的表面的通道，其中所述通道与所述第一腔室和所述第二腔室相连接。

实施方式57.根据实施方式55-56中任一实施方式所述的套件，其中所述载玻片还包括端口，其中所述端口被配置用于接收所述体液并通过所述通道将所述体液传送到至少一个腔室。

实施方式58.根据实施方式55-57中任一实施方式所述的套件，其中所述第一细胞类型是红细胞。

实施方式59.根据实施方式58所述的套件，其中所述第二细胞类型是白细胞。

实施方式60.根据实施方式59所述的套件，其中所述载玻片还包括第三腔室，其中所述套件包括能够检测所述体液中的第三细胞类型的第三试剂。

实施方式61.根据实施方式60所述的套件，其中所述第三细胞类型是血小板。

Claims (61)

1.一种设备，包括：

a)载玻片，其被配置用于接收体液，其中所述载玻片包括：

i)第一腔室，其中所述第一腔室包含能够检测所述体液中的第一分析物的第一试剂；以及

ii)第二腔室，其中所述第二腔室包含能够检测所述体液中的第二分析物的第二试剂；以及

b)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括发射器，其中所述发射器被配置用于将所获取的可视数据传输至接收器。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述传输是无线的。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述体液是尿液。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述体液是血液。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一分析物是红细胞。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第二分析物是白细胞。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述载玻片和所述成像系统被包含在公共外壳中。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述载玻片是可移除的。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述载玻片还包括跨所述载玻片的表面的通道，其中所述通道与所述第一腔室和所述第二腔室相连接。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述载玻片还包括端口，其中所述端口被配置用于接收所述体液并通过所述通道将所述体液传送到至少一个腔室。

12.根据权利要求1所述的设备，其中所述载玻片还包括第三腔室，其中所述第三腔室包含能够检测所述体液中的第三分析物的第三试剂。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第三分析物是血小板。

14.根据权利要求1所述的设备，其中所述载玻片还包括至少一个对照腔室，其中所述对照腔室包含对照分析物。

15.根据权利要求1所述的设备，其中所述载玻片容纳不超过5微升的体液。

16.一种设备，包括：

a)载玻片，其被配置用于接收体液；

b)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据；以及

c)发射器，其被配置用于在至少1英里的距离上无线传输所获取的可视数据。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述设备具有不超过2,000g的质量。

18.根据权利要求16所述的设备，其中所述成像系统从所述载玻片的至少两个不同部分获取可视数据。

19.根据权利要求16所述的设备，其中所述载玻片和所述成像系统被包含在公共外壳中。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述载玻片是可移除的。

21.根据权利要求16所述的设备，其中所述体液是唾液。

22.根据权利要求16所述的设备，其中所述体液是血液。

23.根据权利要求16所述的设备，其中所述成像系统被配置用于检测所述体液中的分析物。

24.根据权利要求23所述的设备，其中所述分析物是红细胞。

25.根据权利要求23所述的设备，其中所述分析物是白细胞。

26.根据权利要求23所述的设备，其中所述分析物是血小板。

27.根据权利要求16所述的设备，其中所述载玻片容纳不超过5微升的体液。

28.一种用于分析体液的方法，所述方法包括：

a)将所述体液提供至载玻片，其中所述载玻片包括第一腔室和第二腔室；

b)在所述第一腔室中使用第一试剂检测所述体液中的第一分析物；

c)在所述第二腔室中使用第二试剂检测所述体液中的第二分析物；

d)通过成像系统从所述载玻片获取可视数据；以及

e)通过发射器将所获取的可视数据传输至接收器。

29.根据权利要求28所述的方法，其中将从约1微升至约5微升的体液提供至所述载玻片。

30.根据权利要求28所述的方法，其中所述传输是无线的。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述发射器和所述接收器相距至少1英里。

32.根据权利要求28所述的方法，其中所述体液是唾液。

33.根据权利要求28所述的方法，其中所述体液是血液。

34.根据权利要求28所述的方法，其中所述第一分析物是红细胞。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述第二分析物是白细胞。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述载玻片还包括第三腔室，其中所述方法还包括在所述第三腔室中使用第三试剂检测所述体液中的第三分析物。

37.根据权利要求36所述的方法，其中所述第三分析物是血小板。

38.根据权利要求28所述的方法，其中所述载玻片还包括跨所述载玻片的表面的通道，其中所述通道与所述第一腔室和所述第二腔室相连接。

39.根据权利要求28所述的方法，其中所述设备还包括端口，其中所述端口被配置用于接收所述体液并通过所述通道将所述体液传送到至少一个腔室。

40.根据权利要求28所述的方法，还包括将所获取的可视数据转换成图像。

41.一种系统，包括：

a)一种设备，其包括：

i)载玻片，其被配置用于接收体液；

ii)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据；以及

iii)发射器，其中所述发射器无线传输所获取的可视数据；以及

b)接收器，其接收从所述发射器无线传输的可视数据，其中所述发射器和所述接收器被配置用于在至少1英里的距离上通信。

42.根据权利要求41所述的系统，其中所述设备具有不超过2,000g的质量。

43.根据权利要求41所述的系统，其中所述成像系统被配置用于从所述载玻片的至少两个不同部分获取可视数据。

44.根据权利要求41所述的系统，其中所述载玻片、所述成像系统和所述发射器被包含在公共外壳中。

45.根据权利要求41所述的系统，其中所述体液是唾液。

46.根据权利要求41所述的系统，其中所述体液是血液。

47.根据权利要求41所述的系统，其中所述载玻片包括至少两个腔室。

48.根据权利要求41所述的系统，其中所述载玻片还包括跨所述载玻片的表面的通道，其中所述通道与第一腔室和第二腔室相连接。

49.根据权利要求41所述的系统，其中所述成像系统被配置用于检测所述体液中的分析物。

50.根据权利要求49所述的系统，其中所述分析物是红细胞。

51.根据权利要求49所述的系统，其中所述分析物是白细胞。

52.根据权利要求49所述的系统，其中所述分析物是血小板。

53.根据权利要求41所述的系统，其中所述载玻片容纳不超过5微升的体液。

54.根据权利要求41所述的系统，其中所述接收器与一计算机系统相通信，所述计算机系统被配置用于基于所获取的可视数据生成图像。

55.一种套件，包括：

a)一种设备，其包括：

i)载玻片，其被配置用于接收体液，其中所述载玻片包括第一腔室和第二腔室；以及

ii)成像系统，其被配置用于从所述载玻片获取可视数据；

b)第一试剂，其能够检测所述体液中的第一细胞类型；以及

c)第二试剂，其能够检测所述体液中的第二细胞类型。

56.根据权利要求55所述的套件，其中所述载玻片还包括跨所述载玻片的表面的通道，其中所述通道与所述第一腔室和所述第二腔室相连接。

57.根据权利要求55所述的套件，其中所述载玻片还包括端口，其中所述端口被配置用于接收所述体液并通过所述通道将所述体液传送到至少一个腔室。

58.根据权利要求55所述的套件，其中所述第一细胞类型是红细胞。

59.根据权利要求58所述的套件，其中所述第二细胞类型是白细胞。

60.根据权利要求59所述的套件，其中所述载玻片还包括第三腔室，其中所述套件包括能够检测所述体液中的第三细胞类型的第三试剂。

61.根据权利要求60所述的套件，其中所述第三细胞类型是血小板。