JP2015505983A - 物質解析システム、方法、および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、物質を解析するシステムおよび方法、ならびに物質、必ずしも排他的ではないが特にバイオマテリアルを解析するための装置に関する。本発明は、注目物質のサンプルと関連付けられたホログラフィック強度パターンを少なくとも含むホログラフィック強度データを受信することと、画像処理アルゴリズムおよび技術を適用することによって、受信したホログラフィック強度データを処理して、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を少なくとも行うことにより、好適な出力を少なくとも生成することとを伴う。

Description

発明の背景
本発明は、たとえば血液などのバイオマテリアルの解析のための物質解析方法、システム、および装置に関する。

現在、南アフリカでは全血球算定（ＦＢＣ）が年間およそ８００万回行われている。ＦＢＣは、外見上病気の患者に対面したときに医師が必要とする最初のかつもっとも一般的な病理テストである。南アフリカや発展途上国でのＦＢＣでは、都市および地方のクリニック、病院、および診療所において患者の採血を行う。

テストごとに小瓶１本分の血液が抜かれ、一時的に冷蔵庫に保存され、宅配便によって最も近い臨床検査室に陸路で輸送され、そこで自動血球算定機によってＦＢＣが行われ、その結果が病理医によって解読される。

この作業のロジスティックスは、テストのコストに著しく寄与する。極めて大多数のテスト結果は、実験室において病理医により印刷されて解読され、次いでその後患者を治療する、要請を行った医師またはクリニックに伝達され、返送される。典型的な所要時間は４８時間である。

なお、試験を容易にするために、デジタルホログラフィック顕微鏡を実験室で使用してもよい場合がある。しかしこれらの装置は扱いにくく、専門のオペレータがこれを操作することを必要とし得る。

したがって、本発明の目的は、上記の問題および／または欠点に対処するもしくは少なくとも改善すること、または従来のシステム、装置、および方法の代替案を提供することである。

発明の概要
発明の第１の局面によれば、物質を解析する方法が提供され、当該方法は、注目物質のサンプルと関連付けられたホログラフィック強度パターンを少なくとも含むホログラフィック強度データを受信することを含み、ホログラフィック強度データは、データ取込手段によって取込まれ、さらに、受信したホログラフィック強度データを処理して、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を少なくとも行うことを含む。

受信したホログラフィック強度データを処理するステップは、受信したホログラフィック強度データから１つ以上のデータキーポイントを判定するステップを少なくとも含み、ホログラフィック強度データは、データ取込手段と関連付けられた照射が伝搬してホログラフィック強度データの取込を容易にする三次元空間を含む伝搬空間における別個の場所と関連付けられ、さらに、判定されたデータキーポイントを、オブジェクトと関連付けられた少なくとも１つの所定のオブジェクトディスクリプタと比較してマッチングを判定することによって、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を容易にするステップを少なくとも含み、オブジェクトディスクリプタは、伝搬空間不変量である。

当該方法は、複数のオブジェクトディスクリプタを供給することを含んでもよく、各オブジェクトディスクリプタは、伝搬空間における複数の所望の別個の場所とそれぞれ関連付けられた複数のディスクリプタサブセットを含んでもよい。各ディスクリプタサブセットは、１つ以上のディスクリプタキーポイントを含んでもよい。

当該方法は、オブジェクトディスクリプタを判定する事前のステップを含んでもよく、当該ステップは、各オブジェクトについて、オブジェクトの画像を受信することと、伝搬空間全体に亘る複数の別個の場所について、受信した画像に波形伝搬アルゴリズムを適用することによって、伝搬空間全体に亘る別個の場所に対応する複数のホログラフィック強度パターンを生成することと、伝搬空間全体に亘って生成されたホログラフィック強度パターンごとにディスクリプタキーポイントを判定することと、判定されたディスクリプタキーポイントおよび伝搬空間全体に亘って関連付けられた別個の場所を示す情報を使用して、オブジェクトと関連付けられたオブジェクトディスクリプタを生成することとを含んでもよい。

なお、複数の生成されたホログラフィック強度パターンは、波形伝搬方程式によって人為的に生成してもよい。当該方法は、人為的なホログラムを自動的に生成してトレーニングすることを含むが、いくつかの実施形態例では、当該方法は、複数の物理的なホログラムを手作業で生成してトレーニングすることによって、オブジェクトディスクリプタ判定のためのディスクリプタキーポイントを判定することを含んでもよいと認識される。

オブジェクトの画像は、典型的にオブジェクトの顕微鏡画像を含む。
当該方法はさらに、判定されたディスクリプタキーポイントと伝搬空間において対応する別個の場所とを関連付けることによって、オブジェクトディスクリプタサブセットを生成することと、オブジェクトに対応する各生成されたサブセットを関連付けることによって、オブジェクトと関連付けられたオブジェクトディスクリプタを生成することと、生成されたオブジェクトディスクリプタをデータベースに格納することとを含んでもよい。

一実施形態例では、オブジェクトディスクリプタは、さらにスケール空間不変量であり、当該方法はしたがって、生成されたホログラフィック強度パターンの各々にぼかしアルゴリズム（blurring algorithm）を適用し、それによりぼかし画像を生成することによって、伝搬空間全体に亘って生成された複数のホログラフィック強度パターンの各々についてスケール空間を生成することと、生成されたぼかし画像間の差異を、互いから減算することによって判定することと、極値のスケール不変キーポイントを判定された差異に配置することと、スケール不変キーポイントを用いて、スケール空間不変オブジェクトディスクリプタを生成することとを含んでもよい。

なお当該方法は、復元アルゴリズムを受信したホログラフィック強度データに適用して、受信したホログラフィック強度データを、マッチングキーポイントと関連付けられた伝搬空間における別個の場所に復元することと、伝搬空間のこの場所においてキーポイントを導出することと、新たに導出されたキーポイントをオブジェクトディスクリプタと比較して、マッチングの信頼度を判定することとによって、マッチングの精度を判定することを含んでもよい。

当該方法は、配線による方法でデータ取込手段から、または各々がデータ取込手段を含む複数の地理的に分散された解析ステーションから無線によって、ホログラフィック強度データを受信することを含んでもよい。

当該方法は、データ取込手段を制御して、サンプルと関連付けられたホログラフィック強度パターンを少なくとも含むホログラフィックデータを生成することを含んでもよい。

当該方法は、検出および識別動作の一方または両方と関連付けられた出力データを生成することと、配線または無線データ手段によって出力データをユーザインターフェイスモジュールに送信することにより、少なくとも出力させることとを含んでもよい。

当該方法は、同様の注目オブジェクトの和を判定することによって、検出されたまたは識別された注目オブジェクトを分類することと、受信したホログラフィック強度データを復元することによって、サンプルの画像を生成することと、判定された和および生成されたサンプルの画像の一方または両方を含む出力データを生成することと、配線または無線データ手段によって出力データをユーザインターフェイスモジュールに送信することによって出力させることとを含んでもよい。

発明の第２の局面によれば物質解析システムが提供され、当該物質解析システムは、データを格納するメモリ装置と、データ取込手段とデータ通信し、データ取込手段によって取込まれた注目物質のサンプルと関連付けられたホログラフィック強度パターンを少なくとも含むホログラフィック強度データを受信するように構成されたデータレシーバモジュールと、受信したホログラフィック強度データを処理して、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出する動作および識別する動作の一方または両方を少なくとも行うように構成された画像プロセッサとを備える。

当該画像プロセッサは、受信したホログラフィック強度データから１つ以上のデータキーポイントを判定するように構成されたキーポイント抽出モジュールを含んでもよく、ホログラフィック強度データは、データ取込手段と関連付けられた照射が伝搬してホログラフィック強度データの取込を容易にする空間を含む伝搬空間における別個の場所と関連付けられ、さらに、判定されたデータキーポイントを、メモリ装置に格納された、オブジェクトと関連付けられた少なくとも１つの所定のオブジェクトディスクリプタと比較してマッチングを判定することによって、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を容易にするように構成されたオブジェクト分類装置を含んでもよく、オブジェクトディスクリプタは、伝搬空間不変量である。

当該メモリ装置は、複数のオブジェクトディスクリプタを格納してもよく、各オブジェクトディスクリプタは、伝搬空間における複数の所望の別個の場所とそれぞれ関連付けられた複数のディスクリプタサブセットを含んでもよく、各ディスクリプタサブセットは、１つ以上のディスクリプタキーポイントを含んでもよい。

当該物質解析システムは、オブジェクトディスクリプタを判定するように構成されたトレーニングモジュールを備えてもよく、トレーニングモジュールは、各オブジェクトについて、オブジェクトの画像を受信し、伝搬空間全体に亘る複数の別個の場所について、受信した画像に波形伝搬アルゴリズムを適用することによって、伝搬空間全体に亘る別個の場所に対応する複数のホログラフィック強度パターンを生成し、伝搬空間全体に亘って生成されたホログラフィック強度パターンごとにディスクリプタキーポイントを判定し、判定されたディスクリプタキーポイントおよび伝搬空間全体に亘って関連付けられた別個の場所を示す情報を使用して、オブジェクトと関連付けられたオブジェクトディスクリプタを生成するように構成される。

当該データレシーバモジュールは、データ取込手段と配線によってデータ通信するか、または各々がデータ取込手段を含む複数の地理的に分散された解析ステーションと無線データ通信してもよい。

当該システムは、データ取込手段または各々がデータ取込手段を含む複数の地理的に分散された解析ステーションを備えてもよく、各データ取込手段は、デジタルホログラフィック顕微鏡設備を含んでもよく、デジタルホログラフィック顕微鏡設備は、照射を生成するように構成された照射源と、使用の際、それに入射する生成された照射に応答してホログラフィック強度データを生成するように構成された画像センサとを少なくとも含んでもよく、伝搬空間は、照射源と画像形成手段との間の三次元空間の少なくとも一部を含んでもよい。

当該デジタルホログラフィック顕微鏡設備はさらに、照射源から所定の距離に配置された空間フィルタを含んでもよく、空間フィルタは、照射源からそこを通る照射の通過のために少なくとも１つの照射開口を含み、さらに、空間フィルタから所定の距離に取外し可能に配置可能なサンプルホルダを含んでもよく、サンプルホルダは、注目物質のサンプルを保持するように構成され、画像センサは、使用の際、照射源からの照射が照射源から照射開口を通り、注目物質のサンプルを保持するサンプルホルダを通り、画像センサ上に伝搬するようにサンプルホルダから離間され、画像センサは、それに対する照射入射に応答して、注目物質のサンプルのホログラフィック強度データを生成し、伝搬空間は、照射源からの照射、または照射開口およびサンプルホルダの一方または両方からの照射が伝搬して画像センサに到達することによって、ホログラフィック強度データを形成する三次元空間を含む。

当該システムは、ユーザ入力および出力を受信し、画像プロセッサモジュールによる検出の動作および識別の動作の一方または両方と関連付けられた生成された出力データを少なくともメモリ装置に格納するように構成されたユーザインターフェイスモジュールを備えてもよい。

当該システムは、人間のユーザと関連付けられたバイオマテリアルのサンプルを解析するためのバイオマテリアル解析システムであってもよく、当該システムはしたがって、システムの少なくとも一人のユーザについてユーザプロファイルをメモリ装置に生成するように構成されたユーザインタラクションモジュールを備えてもよく、ユーザプロファイルは、特定のユーザと関連付けられた生成された出力データを格納する。

発明の第３の局面によれば、物質解析装置が提供され、当該物質解析装置は、使用の際、注目物質のサンプルを担持するサンプルホルダを取外し可能に収容するように構成されたハウジングと、注目物質のサンプルのホログラフィック強度パターンを取込むためにハウジングに配置されたデータ取込手段と、データを格納するメモリ装置と、取込まれたホログラフィック強度データを処理して、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出する動作および識別する動作の一方または両方を少なくとも行うことによって、動作と関連付けられた出力データを生成するように構成された画像プロセッサと、ユーザ入力を受信して、画像プロセッサによって生成された出力データを少なくとも含む情報を出力するように構成されたユーザインターフェイスとを備える。

当該画像プロセッサは、受信したホログラフィック強度データから１つ以上のデータキーポイントを判定するように構成されたキーポイント抽出モジュールを含んでもよく、ホログラフィック強度データは、データ取込手段と関連付けられた照射が伝搬してホログラフィック強度データの取込を容易にする空間を含む伝搬空間における別個の場所と関連付けられ、さらに、判定されたデータキーポイントを、メモリ装置に格納された、オブジェクトと関連付けられた少なくとも１つの所定のオブジェクトディスクリプタと比較してマッチングを判定することによって、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を容易にするように構成されたオブジェクト分類装置を含んでもよく、オブジェクトディスクリプタは伝搬空間不変量であり、伝搬空間における複数の所望の別個の場所にそれぞれ関連付けられた複数のディスクリプタサブセットを含み、各ディスクリプタサブセットは、１つ以上のディスクリプタキーポイントを含む。

当該データ取込手段は、デジタルホログラフィック顕微鏡設備を含んでもよく、デジタルホログラフィック顕微鏡設備は、照射を生成するように構成された照射源と、照射源から所定の距離に配置された空間フィルタとを含んでもよく、空間フィルタは、照射源からの照射がそこを通って通過するための少なくとも１つの照射開口を含み、サンプルホルダは、空間フィルタから所定の距離に取外し可能に配置可能であり、さらに、サンプルホルダから離間された画像センサを含んでもよく、画像センサは、使用の際、そこに入射する生成された照射に応答してサンプルホルダ中の注目物質のデジタルホログラフィック強度パターンを少なくとも生成するように構成され、伝搬空間は、照射源からの照射、または照射開口およびサンプルホルダの一方または両方からの伝搬が画像センサに到達することによってホログラフィック強度データを形成する空間を含む。

当該装置は、当該装置に対して無線でデータを送受信するように構成された通信モジュールを備えてもよい。

当該装置は、人間のユーザと関連付けられたバイオマテリアルのサンプルを解析するためのバイオマテリアル解析装置であってもよく、当該装置はしたがって、装置の少なくとも一人のユーザについてユーザプロファイルをメモリ装置に生成するように構成されたユーザインタラクションモジュールを備え、ユーザプロファイルは、装置の特定のユーザと関連付けられた生成された出力データを格納する。

発明の第４の局面によれば、一組の命令を含み、コンピューティング装置によって実行されると、上記の方法をコンピューティング装置に行わせる非一時的なコンピュータ読取可能な記憶媒体が提供される。

発明の実施形態例に係る物質解析システムの概略図である。 サンプルホルダが第１の位置にある、図１の解析ステーションのより詳細な正面斜視図である。 サンプルホルダが第１の位置にある、図１の解析ステーションのより詳細な背面斜視図である。 サンプルホルダが第２の位置にある、図１の解析ステーションのより詳細な正面斜視図である。 発明の実施形態例に係る物質解析システムのより詳細な概略図の少なくとも一部分を示す図である。 発明に係るデータ取込手段をより詳細に例示する、発明に係る解析ステーションの概略断面図である。 装置と関連付けられた機能的モジュールを例示する、発明の実施形態例に係る物質解析装置の概略図である。 物質のサンプル、ＵＳＡＦテストスライドの当初の従来の明視野顕微鏡画像例を示す図である。 （ａ）の生成されたホログラフィック強度パターンの画像を示す図である。 （ｂ）のホログラフィック強度パターンの復元画像を示す図である。 デジタルインラインホログラフィ顕微鏡システムから得られた血液塗抹のホログラムを示す図である。 血液塗抹の復元画像を示す図である。 従来の明視野顕微鏡（４００倍）を用いて得られた血液塗抹の画像との比較を示す図である。 血液塗抹サンプルの明視野顕微鏡画像を示す図である。 （ａ）に対応するホログラムを示す図である。 赤血球を合焦させるための（ｂ）に対応する復元画像を示す図である。 白血球を合焦させるための（ｂ）に対応する復元画像を示す図である。 白血球が１つある血液塗抹の明視野顕微鏡画像の一例を示す図である。 赤血球についての（ａ）の注釈付き画像を示す図である。 赤血球についての位置画像を示す図である。 白血球についての位置画像を示す図である。 サンプル中の１つの白血球を例示する画像を示す図である。 実施形態例に係る方法のハイレベルフローチャートである。 実施形態例に係る方法の別のハイレベルフローチャートである。 以下で論じる方法のいずれか１つ以上をマシンに行わせるための一組の命令が実行され得るコンピュータシステムの形態例におけるマシンの模式図である。

好ましい実施形態の説明
以下の説明では、本開示の実施形態の十分な理解をもたらすために、多くの具体的な詳細を説明の目的で記載する。しかし、本開示はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者にとっては明白となる。

図面の図１を参照して、発明の実施形態例に係るシステムは、全体的に参照符号１０で示される。システム１０は、典型的に、生物学的または非生物学的な物質、特に顕微鏡的スケールのオブジェクトを詳細に解析するための物質解析システムである。本明細書に開示される発明は、いずれかの注目物質の解析に適用され得るが、実施形態例は、システムがバイオマテリアル解析システム１０である好ましい実施形態例を参照して説明される。バイオマテリアルは、植物または動物生命体と関連付けられたいずれかの注目する生物学的物質を含んでもよい。議論される本システム１０の実施形態例では、バイオマテリアルは人間と関連付けられ、血液、組織等を含んでもよい。

簡潔にするために、システムによって調査され解析されている物質を注目物質と称する。システム１０は、注目物質のサンプルを解析して、その中の１つ以上の注目オブジェクトを検出するかまたは識別するように構成される。注目物質が人間の血液である例では、血球（赤血球または白血球）が注目オブジェクトであり得る。白血球および赤血球は、異なる種類のオブジェクトである。

システム１０は、通信ネットワーク１６を介して、複数の地理的に離間されたまたは分散されたデータ取込ステーション１４と無線データ通信するセントラルシステムサーバ１２を含み得る。通信ネットワーク１６は、無線周波数または移動体通信ネットワーク、たとえばＷｉ−ＦｉネットワークまたはＧＳＭ（登録商標）（Global System for Mobile Telecommunications）ネットワークであり得る。通信ネットワーク１６は、パケット交換網であってもよく、インターネットの一部を形成してもよい。その代りに、通信ネットワーク１６は、回線交換ネットワーク、公衆交換データネットワーク等であってもよい。

サーバ１２は必ずしも１つの場所に１つのサーバを含む必要はなく、たとえば通信ネットワーク１６を介して互いにデータ通信する地理的に離間された場所に移動された複数の分散ネットワークサーバに亘って分散されてもよい。しかし、説明を簡単にするために、１つのサーバを例示する。同様に、システム１０は複数のステーション１４を含んでもよいが、３つだけを例示する。

各データ取込ステーション１４は、適切な健康管理施設等に通常はアクセス不可能な遠隔地に典型的に配置される。システム１０は、したがって有利に遠隔地で使用するためのケアシステムのポイントを提供する。無線機能がこの点で支援するからである。

この点に関し、図２〜図４を参照して、ステーション１４をより明確に例示する。ステーション１４は、丈夫な材料で構成され、遠隔の都市化されていない地域での使用に耐える頑丈なハウジング１４．１を含むことが有利である。使用を容易にするため、ハウジング１４．１は、２つの対向する主面を有する平らなタブレット状である。ユーザインターフェイス２９（図２）はハウジング１４．１に設けられてもよく、ユーザインターフェイス２９は、ハウジング１４．１の一主面上に配置されたタッチスクリーン１４．２を少なくとも含む。スクリーン１４．２は、（インターフェイス２９と関連付けられた）情報およびＧＵＩを表示し、少なくともステーション１４を制御するために、ユーザからのタッチ入力を対応して受信し得る。これらは、いずれかの従来のやり方で行われ得る。

ステーション１４は携帯可能であり、したがって比較的軽量であり、かつステーション１４の使用を容易にするためにグリップ形成を含む。ステーションは、実施形態例では３１５ｍｍ×２５０ｍｍ、高さ４５ｍｍの寸法を有し得る。

ハウジング１４．１は、周囲光がハウジング１４．１に入ることを防ぐ照射が当たらないやり方で注目物質のサンプル、たとえば血液（下記）を担持するサンプルホルダを取外し可能に収容するようにも構成される。一実施形態例では、ハウジング１４は、フラップが位置の選定のために露出されるかまたはサンプルホルダをフラップ１４．３から取外し可能な第１の位置と、フラップ１４．３が回転して閉じ、照射が当たらないやり方でサンプルホルダをハウジング１４．１に導入する第２の位置との間で回転可能なフラップ１４．３を含む。

図面の図５を参照して、図１に例示したシステム１０のさらなる詳細な例示を行う。例示を容易にするために、ステーション１４およびサーバ１２の１つのインスタンスを例示する。システム１０、特にセントラルシステムサーバ１０は、非一時的データを格納するデータベースまたはメモリ装置１８を含む。データベース１８は、１つ以上の場所に配置されているが互いにデータ通信して情報をデジタルに記憶するための手段を提供する１つ以上の好適な装置であってもよい。

なお、サーバ１２は、コンピュータによって作動されてもよく、非一時的なコンピュータ読取可能な媒体、たとえば本明細書に記載されるサーバ１２の動作を指示する命令またはソフトウェアを格納するデータベース１８を有する１つ以上のプロセッサを含んでもよい。本明細書に開示される方法を参照して説明されるステップは、本明細書に記載される説明と関連付けられた１つ以上の処理ステップの適用によって典型的に実現される。

いずれにせよ、システム１０、特にサーバ１２およびステーション１４は、システム１０によって行われる機能的タスクに対応する複数の構成要素またはモジュールを含む。明細書の文脈において説明される構成要素、モジュール、および手段は、特定の機能、動作、処理、または処理手順を実現するためにコード、計算可能もしくは実行可能な命令、データ、または計算可能なオブジェクトの識別可能な部分を含むものと理解される。したがって、これらの構成要素、手段、またはモジュールはソフトウェアで実装する必要はなく、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアおよびハードウェアの組合せで実装してもよい。さらに、これらの構成要素、手段、またはモジュールは、特にサーバ１２の場合は必ずしも１つの装置に一体化する必要はなく、複数の装置に亘って分散されてもよい。

サーバ１２は、ステーション１４のデータ取込手段２２とデータ通信するデータレシーバモジュール２０を含み、データレシーバモジュール２０は、データ取込手段２２によって取込まれた注目物質のサンプルと関連付けられたホログラフィック強度パターンまたは画像を少なくとも含むホログラフィック強度データを受信するように構成される。

図面の図６をさらに参照して、データ取込手段２２は全体的にハウジング１４．１内に例示される。データ取込手段２２は、ハウジング１４．１内に規定された光絶縁チャンバ１４．４に配置されたデジタルホログラフィック顕微鏡設備を典型的に含む。例示される実施形態はインラインデジタルホログラフィック顕微鏡設備に近似するが、オフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）手法も使用され得ると認識される。したがって、提供されるデジタルホログラフィ顕微鏡設備により、スカラー回折理論を用いて説明することができる光波の伝搬および干渉を含むホログラフィの根本原理を使用することが可能となる。

ホログラフィック顕微鏡設備は、照射を生成するように構成された照射源２４を含む。照射源２４は、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源、たとえば赤外線レーザダイオード（８０８ｎｍ）またはブルーレーザダイオード（４０８ｎｍ）を含む。平面空間フィルタ２６は、照射源２４から所定の距離に配置され、空間フィルタ２６は、照射源２４からの照射を通過させるために、直径がおよそ５０μｍの少なくとも１つの円形の照射開口２６．１を含む。照射開口２６．１の形状および／または寸法は、照射源２４からの光または照射のコリメーションを向上させるように有利に選択される。換言すると、開口２６．１の機能は、光波が物質のサンプルと相互作用する前に平行ビームを生成することである。これは、本実施形態例で説明される以外のやり方で行われてもよい。

いずれにせよ、フィルタ２６は、照射源２４からの照射の伝搬方向を横切って配置される。開口２６．１から発せられた照射は、伝搬空間Ｚを伝搬する回折光波を典型的に含む。伝搬空間Ｚは、手段１８からの光またはフィルタ２０からの回折光が伝搬してホログラムの生成を容易にする空間として大まかに規定され得る。伝搬空間Ｚは、ある空間、たとえば三次元物理空間であってもよい。しかし本記載では、伝搬空間Ｚは照射源１８からの照射または光波の伝搬の主軸に平行な１つの次元に対応してもよく、これはＺでパラメータ表示することができる。

伝搬空間Ｚは、データ取込手段２２に一意と関連付けられ得る。工業的に複製可能なステーション１４では、伝搬空間Ｚは同様のステーション間で望ましくは同様になるように選択される。

いずれにせよ、手段２２は、空間フィルタ２６およびしたがって照射源２４から所定の距離に上記のように取外し可能なやり方で注目物質のサンプルを保持するサンプルホルダまたはインサート２８を収容するように構成される。フラップ１４．３は、サンプルホルダ２８を第１の位置に収容し、第２の位置において、使用の際には、手段２２に対して所定のかつ所望の位置にサンプルホルダ２８を動かすように構成される。このように、システム１０の精度がさらに高められる。

サンプルホルダ２８は、照射開口２６．１からの照射の伝搬空間Ｚに物質のサンプルを保持するように構成される。サンプルホルダ２８中の物質は、注目オブジェクト１９、たとえば血球を典型的に含む。サンプルホルダ２２はしたがって、ガラスで構成される透明で平坦な顕微鏡スライド２８を含んでもよい。スライド２８は、顕微鏡用途で使用される従来のスライドであってもよい。

最後に、手段２２は、サンプルホルダ２８からの照射の伝搬空間Ｚにおいてサンプルホルダ２８から所定の距離に配置された画像センサまたは画像記録手段３０を含む。画像センサ３０は、伝搬空間Ｚ全体に亘って光源２４からその上への照射の入射に応答してサンプルホルダ２８中の物質のデジタルホログラフィック強度パターンを少なくとも生成するように典型的に構成される。このように、手段２２は、サンプルのホログラフィック強度パターンまたは画像を効果的に取込む。

画像センサ３０は、照射伝搬空間Ｚを実質的に横切って配備される電荷結合素子（ＣＣＤ）または好ましくは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサから選択されてもよい。画像センサ３０は、画素寸法が２．２μｍ×２．２μｍの１／２．５インチの５ＭＰ ＣＭＯＳデジタル画像センサ３０であってもよい。

なお、伝搬空間Ｚは、好ましくは空間、たとえば三次元空間全体、またはいくつかの実施形態例ではＺ軸を含み、その上を照射源２４からの照射もしくは光波またはフィルタ２６からの回折光がサンプルホルダ２８を介して伝搬して、画像センサ３０に到達することにより、ホログラフィック強度データの生成を容易にする。

スライド２８は、第２の位置へのフラップ１４．３の動作によって、光絶縁されるやり方でスライド２８をチャンバ１４．４に導入し、伝搬空間Ｚ内のセンサ３０に隣接して作動的に配備されるように、フラップ１４．３と関連付けられたトレイ上に収容可能であり得る。トレイは、スライド２８を収容するように形作られ寸法決めされ得る。この点に関して、スライド２８は７６ｍｍ×２６ｍｍ×１ｍｍの寸法を有し得る。また、スライド２８中の物質は、たとえば血液の場合、病理医がこれを解析するために通常行うのと同様のやり方で染色してもよい。

手段２２は典型的にレンズがなく、ＣＭＯＳ画像センサ３０によって生成されたホログラフィック強度パターンを含むデジタルホログラフィック強度データは、ホログラフィック強度データと関連付けられた、画素強度等のパラメータに対応する画素値を有する画素のマトリックスを含んでもよい。いくつかの実施形態例では、画素値は、画像強調の目的で１つ以上の隣接画素の値から算出され得る。なお、画素値をより良く推定するには、隣接画素からの情報を使用することができる。超解像技術によってさらなる精度を実現することができる。この場合、超解像技術は、照射源２４とセンサまたは画像センサ３０との間の（単独でまたはともに）変動する位相、波長、および相対的な空間移動に基づくことができる。

ハウジング１４は、チャンバ１４．４を設け、かつ少なくとも手段２２およびスライド２８の各構成要素を安全なやり方で特定の所定の場所に配置するための手段を設けるように形作られ、寸法決めされる。これにより、高感度部材間の許容差が維持されることが有利に確実となることにより、特に、ステーション１４の頑丈な構造が重要である僻地において、使用の際にステーション１４の動作の精度を推進する。

必ずしも好ましい実施形態例ではないが一実施形態例では、オブジェクト平面において平面波面を確実にするために、開口２６．１とサンプルホルダ２８との間の距離はおよそ２００ｍｍである。サンプルホルダ２８と画像センサ３０との間の距離は２ｍｍであり得る。これらの寸法は、ステーション１４の寸法などといった要因に依存して変動してもよいと認識される。

図面の図５に戻り、ステーション１４は、ステーション１４の動作を指示するためのプロセッサ３２も含む。この目的で、ステーション１４は、プロセッサ３２の動作を指示するための命令の組を搬送する機械読取可能な媒体、たとえばプロセッサ３２のメモリ、メインメモリ、および／またはハードディスクドライブを含んでもよい。プロセッサ３２は、１つ以上のマイクロプロセッサ、コントローラ、またはいずれかの他の好適なコンピューティング装置、リソース、ハードウェア、ソフトウェア、または埋込みロジックであってもよいと理解されるべきである。

また、ステーション１４は、通信ネットワーク１６を介するセントラルシステムサーバ１２との無線通信を容易にするための通信モジュール３４を含む。システムサーバ３４は、ネットワーク１６を介する通信を容易にするために好適にマッチングさせた通信モジュール３４を含んでもよく、したがって同じ参照符号を用いてこれを示す。通信モジュール３４は、無線によるネットワーク１６を介した無線通信を容易にするための１つ以上のモデム、アンテナ等の装置を含んでもよい。例示されている実施形態例では、モジュール３４は、レシーバモジュール２０とステーション４０との間の無線によるデータ結合または通信を容易にする。ステーション１４はしたがって、データ取込手段２２によって取込まれたホログラフィック強度データを無線でセントラルシステムサーバ１２に送信することにより処理するように構成される。

サーバ１２はしたがって、モジュール２０を介してステーション１４から受信したホログラフィック強度データを処理して、ステーション１４に収容されたサンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出する動作および識別する動作の一方または両方を少なくとも行うように構成された画像プロセッサ３６を含む。

検出するステップおよび識別するステップは、医療従事者による解析のために復元されたホログラムを提供するに過ぎない多くの既存のシステムと比較して、よりロバストな解析手法を自動化されたやり方で有利に提供する。

受信したデータの処理をさらに向上させるために、画像プロセッサ３６はモジュールを含み、当該モジュールは上記で定義されたものであり得る。特に、画像プロセッサ３６は、受信したホログラフィック強度データから１つ以上のデータキーポイントを判定するように構成されたキーポイント抽出モジュール３８を含み、ホログラフィック強度データは、上で説明したように、データ取込手段２２と関連付けられた伝搬空間Ｚにおける別個の場所と関連付けられている。一実施形態例では、モジュール３８は、受信したホログラフィック強度画像の画素を横断し、注目強度値を有する画素、たとえば従来のやり方で極大および極小位置の配置等を選択する。なお、判定されたデータキーポイントは、モジュール３８によって選択された１つ以上の注目画素に対応する。いくつかの実施形態例では、極値点はスケール空間を介して２つの隣接するスナップショットの相違から抽出されてもよい。これにより、検出されるキーポイントの数がより顕著なものに減少され得る。

画像プロセッサ３６はさらに、判定されたデータキーポイントを、メモリ装置１８に格納され、マッチングを判定するためにオブジェクトと関連付けられた少なくとも１つの所定のオブジェクトディスクリプタと比較し、それによってサンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を容易にするように構成されたオブジェクト分類装置４０を含む。オブジェクトディスクリプタは伝搬空間不変量である。血球をオブジェクトとすると、各種の血液細胞（赤血球および白血球）は、複数のディスクリプタサブセットを含むことによって伝搬空間不変量である特定の識別子がそれと関連付けられてもよい。各ディスクリプタサブセットは、複数のディスクリプタキーポイントと、伝搬空間Ｚにおける関連付けられた別個の場所を示す情報とを含む。

説明されるように、キーポイントは伝搬空間Ｚに亘って収集されてもよく、したがって伝搬空間Ｚにローカライズされる。収集されたキーポイントは、注目オブジェクトについてのオブジェクトディスクリプタを形成し得る。したがって、オブジェクトディスクリプタは伝搬空間不変量となり、伝搬空間不変のやり方で注目オブジェクトの検出および／または識別を可能にし得る一方、検出につながるキーポイントのサブセットは、伝搬空間Ｚにおける注目オブジェクトのローカリゼーションを追加的に可能にし得る。

たとえば、赤血球ディスクリプタは、伝搬空間Ｚ中の別個の場所１においてディスクリプタキーポイント［Ｘ，Ｙ，Ｚ］と、伝搬空間Ｚにおける別個の場所２において［Ａ，Ｂ，Ｃ］とを有することになる。抽出されたデータキーポイントマッチング［Ｘ，Ｙ，Ｚ］により、オブジェクト分類装置４０が物質のサンプル（血液サンプル）中のオブジェクトが赤血球であると判定することが可能となり、次いでオブジェクトは、伝搬空間の場所１に提供される。このように、ある量のオブジェクトが計算上効率的に識別され配置される。

したがって、オブジェクトディスクリプタは伝搬空間不変量となり、伝搬空間不変のやり方で注目オブジェクトの検出および／または識別を可能にし得る一方、検出につながるキーポイントのディスクリプタサブセットは、伝搬空間Ｚにおける注目オブジェクトのローカリゼーションを追加的に可能にし得る。

画像プロセッサ３６は、検出されたまたは識別された注目オブジェクトと関連付けられた出力データを生成するように典型的に構成される。たとえば、画像プロセッサ３６は、血液の場合は血球数（赤血球または白血球）となる検出されたまたは識別されたオブジェクトの発生回数をカウントし得る。サーバ１２は、生成された出力データを通信モジュール３４を介してステーション１４に送信して、ユーザインターフェイス２９のディスプレイ１４．２によって表示させるように構成され得る。ユーザは、ユーザインターフェイス２９により、サーバ１２に送信されるべき命令を作成して、サーバに、１つ以上の具体的なデータ項目を送信し、それによって表示するよう命令する。

画像プロセッサ３６はさらに、受信したホログラムに復元アルゴリズムを適用することにより、受信したホログラムの復元画像を生成するように構成される。復元画像は、ステーション１４に送信される出力データの一部を形成してもよい。画像プロセッサ３６は、画像を前処理および後処理して、復元画像の品質を向上させ、その品質を改良するように構成されてもよい。この点に関して、モジュール３６は、追加的なハイパスフィルタを適用することによって、画像強調を行うように構成され得る。

復元画像の解像度をさらに向上させるには、超解像などの技術を実施することができる。超解像は、複数のソースを用いるかもしくはオブジェクトの複数のビューポイントをイネーブルにすることによって、またはオブジェクトを複数の位置に置くことによって実現することができる。超解像は、オブジェクトを複数の周波数または複数の位相で観察することによって、実現することもできる。これらの技術のいずれか１つまたは組合せを用いることができる。

本発明は、遠隔地にいる少なくとも健康管理の専門家を有利に支援する。たとえば、ステーション１４のみにアクセスできる遠隔地にいる専門医は、血液のサンプルの画像および採血された血液のサンプルと関連付けられた白血球数を受信することを、ユーザインターフェイス２９を介して選択し得る。画像プロセッサ３６は、検出されたまたは識別された白血球を従来のやり方でカウントし、受信したホログラムを復元して復元画像を生成してステーション１４に送信し、ステーション１４と関連付けられたディスプレイ１４．２を介して専門医が観察する。このように、専門医は極めて遠方の場所でも健康管理支援を有利に提供することが許されるようになり得る。

なお、オブジェクトディスクリプタが本発明にとって重要である。この点に関して、各注目オブジェクトについてオブジェクトディスクリプタを判定するために、サーバ１２は、上記したやり方で画像プロセッサ３６によって使用されるオブジェクトディスクリプタを生成するためのトレーニングモジュール４２を有利に含む。オブジェクトディスクリプタはサーバ１２によって生成される必要はなく、外部で生成され、かつサーバ１２によって使用されるだけでもよいことが理解される。

いずれにせよ、モジュール４２は、オブジェクトの画像を受信するように構成される。この場合、モジュール４２によって受信された画像は従来の顕微鏡画像であって、ホログラムではない。しかし、いくつかの実施形態例では、モジュール４２は、従来の画像と同様のやり方で使用されるように復元され得るホログラムを受信する。

モジュール４２はさらに、受信した画像に波形伝搬アルゴリズムを適用して、伝搬空間Ｚ全体に亘る異なる別個の場所に対応する複数のホログラフィック強度パターンを生成するように構成される。特に、モジュール４２は、伝搬空間Ｚを離散化し、離散化された伝搬空間Ｚ全体に亘る各所望の別個の場所について波形伝搬アルゴリズムを適用することにより、伝搬空間Ｚの別個の場所にホログラムを生成するように構成される。

モジュール４２は、たとえば計算上の効率、解像度、および精度の点などの基準に依存して、上記の目的で伝搬空間を所定数の場所またはゾーンに離散化するように構成され得る。この目的で、モジュール４２は少なくとも伝搬空間Ｚの寸法を示す情報を受信するように有利に構成されると解釈される。

好ましい実施形態例では、波形伝搬アルゴリズムは、以下の波形伝搬式（１）によって説明される方法を典型的に行うかまたは適用する：

順方向では、ホログラム生成に使用される場合、撮像／センサ面において形成された複雑な回折パターンであるＩ（α′，β′）が式１によって得られる。
‐この複雑な回折パターンは、次いで参照波と組合わせられ、ホログラフィック強度パターンが得られる。
‐次いでｈ（ｘ，ｙ）が注目オブジェクトの画像として処理される。
‐Ｅ_Ｒ（ｘ，ｙ）は参照波である。
‐ｒ′は、オブジェクトの面内の点から、ホログラムを形成するのに使用される複雑な回折パターンの面内の点までの直線距離である。
‐λは光源波長である。
‐ｚは伝搬軸である。
‐（ｘ，ｙ）は、オブジェクトが存在する面である。
‐（α′，β′）は、ホログラムを形成するのに使用される回折図形が存在する面である。

逆方向では、オブジェクトの復元に使用される場合、当初のオブジェクトがあった場所での注目オブジェクトの復元であるＩ（α′，β′）が式１によって得られる。
‐次いでｈ（ｘ，ｙ）がホログラフィック強度パターンとして処理される。
‐Ｅ_Ｒ（ｘ，ｙ）は参照波である。
‐ｒ′は、ホログラムの面内の点から注目オブジェクトの面内の点までの直線距離である。
‐λは光源波長である。
‐ｚは伝搬軸である。
‐（ｘ，ｙ）は、ホログラムが存在する面である。
‐（α′，β′）は注目オブジェクトが存在する面である。

式（１）は、人為的なもしくはモデルホログラフィック強度パターンまたは伝搬空間Ｚ全体に亘る特定の別個の場所に対応するスナップショットを生成するためにモジュール４２によって使用されることにより、受信された画像を入力とする。

オブジェクトディスクリプタを判定する文脈での伝搬空間Ｚは、オブジェクトを識別することに関して上記した説明と実質的に同様であると理解される。換言すると、オブジェクトディスクリプタを判定する際に使用される手段２２の同じハードウェアセットアップは、オブジェクトを識別する際に使用されるハードウェアセットアップと理想的には実質的に同様であってもよく、このように、伝搬空間Ｚの容積がサーバ１２によって認識される。

モジュール４２によって使用される式（１）の選択に関し、波形伝搬式（１）はある意味ではレンズとして機能すると解釈される。これによりオブジェクトを合焦させる。（典型的なレンズでのように）オブジェクトが合焦すると、光波が合焦点と一致させられる一方、他の点では、光波は互いに様々な分離度で存在する。これは、埋込まれた位相情報によって深さの復元が可能になるためであり、異なる距離にあるオブジェクトを分離することができることを意味する。

別の重要な点は、式（１）が、三次元伝搬空間内の任意の点におけるすべての光波の関係を説明していることである。伝搬光のサンプルが三次元空間のいくつかの点において取込まれた場合、式（１）により、別の場所における点の復元が可能となる。

換言すると、波形伝搬式（１）は、伝搬空間Ｚを通る光波の関係を第１に維持し、第２にレンズとして機能（または光波上で変形）し、光波を互いに分離し（またはそれらを合焦させ）、これらの２つの動作が組合せられ（かつ活用され）て、伝搬空間Ｚに変動を生じさせる。

モジュール４２は、伝搬空間Ｚ全体に亘って生成されたホログラフィック強度パターンごとに、注目ディスクリプタキーポイントまたは安定したディスクリプタキーポイントを判定するように構成されたトレーニングキーポイント抽出モジュール４２をさらに含む。これは、注目キーポイントを抽出するように従来のやり方で行われ得る。たとえば、多様なサリエンシー（saliency）検出器を伝搬空間Ｚに対して適用してもよい。伝搬空間Ｚ全体に亘って生じる顕著な点（salient point）は、伝搬空間Ｚ全体に亘って変化しない点として識別される。この特定のサブセットは、検出または識別プロセスのみではあるが安定したやり方で貢献する。

モジュール４２は、判定されたディスクリプタキーポイントと伝搬空間全体に亘って関連付けられた別個の場所を示す情報とを使用して、オブジェクト、たとえば赤血球と関連付けられたオブジェクトディスクリプタを生成するように構成される。これは、波形伝搬モジュール４２によって生成された各スナップショットについて上記したやり方で、ベクトルによって識別されたディスクリプタキーポイントを、伝搬空間Ｚ中のそれぞれのまたは対応する別個の場所と関連付けることによってディスクリプタサブセットを生成することによって行われ得る。伝搬空間Ｚ全体に亘って特定のオブジェクトについて複数のディスクリプタサブセットが生成されると、モジュール４２はこれをオブジェクトディスクリプタとしてデータベース１８と関連付けかつ格納し、伝搬空間Ｚ内のそれぞれの場所にかかわらず、オブジェクトをシステム１２によって識別するのに使用される。

実際の用途では、本発明により、ホログラフィック復元によって再び合焦させサーチして第一にオブジェクトを見つける必要なしに、ホログラムの１つのスナップショットからオブジェクトを有利に識別することが可能となる。

サーバ１２は上記の原理を用いて、統計的マシンを実装してもよい。統計的マシンは、自動的に特徴を導出し、さらにこれらを使用して、より離散的な特徴またはディスクリプタの組の導出なしに識別するためのオブジェクトディスクリプタを（自動的に）生成するようにトレーニングすることができる学習アルゴリズム、たとえばニューラルネットワークを適用するように構成される。システム１０は、統計的マシンをトレーニングさせるためのホログラムを生成するように構成されてもよい。

好ましい実施形態例では、伝搬空間Ｚが不変であるのに加え、オブジェクトディスクリプタをスケール空間不変量とすることにより、伝搬空間およびスケール空間Ｓ全体に亘って注目オブジェクトを識別することができる。スケール空間不変量は、本発明のアドオン機能であってもよい。

画像プロセッサ３６がスケール空間理論技術を使用することを可能にするには、ウェーブレットをベース機能として使用すればよく、画像情報は、異なるパルスを合計することによって表わされる。ウェーブレットによれば、画像の周波数および空間座標を同じプロット上で視覚化することが可能となる。当該システムでは、情報はスケール空間全体に亘って分散される。空間にウェーブレットを適用することで、この情報を探し出し、グループ化することが可能となる。

スケール空間内のオブジェクトと画像との間の焦点距離が変化すると、オブジェクトの画像がよりぼやけ、オブジェクトの空間表示が得られる。全空間表示に沿って、すなわちオブジェクトからの各画像点において安定点を探し出すことによって、特徴を抽出することができる。

次いで、収集したこれらの安定点をグループ化してベクトルとし、オブジェクトの分類に使用することができる。ベクトルは、オブジェクトの種類ごとに作成することができるからである。スケール空間全体に亘っていくつかの情報を収集することによって、オブジェクトを一意に識別することができる。

一実施形態例では、メモリ装置１８は、システム１０のユーザと関連付けられた複数のユーザプロファイルを格納し得る。ユーザプロファイルは、ユーザと関連付けられた情報、病歴、およびユーザについてシステム１０によって生成された出力と関連付けられた履歴を含んでもよい。ユーザプロファイルは、ステーション１４を介してユーザによって入力されたパスワードでアクセス可能であり得る。さらに例示も説明もしないが、ユーザはシステム１０を使用するように登録してもよい。

システム１０では、大部分の処理はリモートサーバ１２で行われ、それによりステーション１４によって必要とされる処理を最小化すると認識される。しかし、所望であれば、上記したシステム１０の大部分を携帯機器に配置してもよい。したがって、これは、本明細書で説明される有利かつ計算上効率的な処理技術および方法の提供によって有利に実現され得る。

図面の図７を参照して、発明の好ましい実施形態例に係る物質解析装置を全体的に参照符号５０で示す。

装置５０は、ステーション１４と実質的に同様であり、いくつかの相違点を除いて上記したそのすべての構成要素を含む。また、装置５０は、ハウジング１４．１内のシステム１０、特にサーバ１２の大部分の構成要素を追加的に含む。この理由から、同じ部分は同じ参照符号で示す。したがって、場合によっては、かつ実現可能であれば、上記の様々な構成要素の説明が図７に該当する。たとえば、サーバ１２の場合のように装置５０のいずれの構成要素もネットワーク中に分散されないが、任意に通信可能に互いに配線され、１つの頑丈かつロバストな携帯型ユニットに含まれることが理解される。

なお、プロセッサ３２は、上で説明したようにより強力な画像プロセッサ３６を含む。したがって装置５０は、上記のようにステーション１４よりもはるかに計算上ダイナミックである。装置５０では、データレシーバモジュール２０がデータ取込装置２２に有利に配線され、取込まれたホログラフィック強度をデータ取込装置２２から受信する。一実施形態例では、レシーバモジュール２０は画像センサ３０とデータ通信してもよい。

上記した画像プロセッサ３６の動作は、計算上費用のかかる従来の方法と比較して、はるかに有利かつ高速に、ホログラフィック強度パターンの処理および解析を有利に可能とする。

また、ユーザインターフェイス２９を介して受信されたユーザ制御入力は、画像プロセッサ３６によって典型的に取扱われ、次いで画像プロセッサ３６が出力データを処理し、ユーザインターフェイス、たとえばタッチスクリーンインターフェイスを介してその表示を行う。

装置５０の他の動作は、システム１０に関して上記したのと実質的に同様である。なお、装置５０は真空で動作する必要はなく、場合によっては患者のプロフィール等を格納するサーバ１２にモジュール３４を介して通信してもよい。

図面の図８〜図１１を参照して、上記したのと同様のインラインホログラフィック顕微鏡設備によって生成された画像例を完全を期すために例示する。

図８（ａ）は、ＣＭＯＳセンサによってデジタルインラインホログラフィ顕微鏡プラットフォーム上に記録された、ポジ１９５１アメリカ空軍（ＵＳＡＦ）ホイールパターンテストターゲットスライド（Ｒ３Ｌ１Ｓ４Ｐ、ソーラボ社）の中央領域のデジタルホログラムを示す。

生成されたデジタルホログラムを、次いでシステム１０／装置５０によって適用されたものと同様の画像復元アルゴリズムへの入力として使用した。アルゴリズムは第１にラプラシアンフィルタによってホログラム画像の前処理を行って、ホログラムのコントラストを強調する。復元されたＵＳＡＦスライド画像を図８（ｂ）に示す。図８（ｃ）は、従来の明視野顕微鏡に接続されたＣＭＯＳセンサを用いて取込まれたＵＳＡＦスライドの画像をおよそ４００倍の倍率で示す。

デジタルインラインホログラフィ顕微鏡プラットフォームの機能をさらにテストするため、血液塗抹スライドを撮像した。ブルーレーザダイオードを用いて得られた小面積の血液膜スライドのホログラムを図９（ａ）に示す。対応する復元画像を、従来の明視野顕微鏡を用いて得られた同じ面積の血液膜の画像とおよそ４００倍の倍率で比較して図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）および図９（ｃ）の円で囲まれた領域は、２つの画像において対応する領域をハイライトするのを支援する。

青色光源は、血液膜中の白血球よりも広がっている赤血球を撮像するのにより明確な成果をもたらした。これは、最適な画像復元成果のために、異なる光源からの情報を組合わせることが可能であり、さらに研究されることになることを示唆している。

いくつかの実施形態例では、異なる光源、強度、光源の開口寸法、ならびに光源２４とサンプルとの間およびサンプルと画像センサ３０との間の距離を変動させることによるデジタルホログラフィック顕微鏡設備の最適化によって、取込まれる生成されたホログラフィック強度データに変動が生じる。

一実施形態例では、以下のパラメータが最適であると判定された。
‐赤色レーザダイオード光源２４（波長６３５ｎｍ）
‐光源２４における３０ｕｍの照射開口２６．１
‐ソースとサンプルホルダ２８との間の距離が２０ｃｍ
‐サンプルと画像センサ３０との間の距離が２ｍｍ
上記の条件下で手段２２によって取込まれたホログラムについて、画像復元アルゴリズムにおいて設定された以下のパラメータで最適な画像復元が見出された。
‐画像の解像度（ｒｅｓ）＝３２０
‐ラプラシアンフィルタスケールファクタ（ｌａｐ）＝１．４
‐赤血球（ＲＢＣｓ）をもっとも明確に合焦させるための、サンプルホルダと画像センサ３０との間の距離＝２３８０〜２４００
‐白血球（ＷＢＣｓ）をもっとも明確に合焦させるための、サンプルと画像センサ３０との間の距離＝２５２０〜２５５０
最適化された顕微鏡法設備および復元パラメータを第１の一体型システムの実装に使用した。最適化された設備を用いて得られた結果の例を図１０に示す。

実験用プラットフォームを用いて得られた標準的な血液の小断面の明視野顕微鏡画像を図１０（ａ）に示す。画像センサ３０の視野全体に亘る対応するホログラムを（ｂ）に示す。顕微鏡画像に対応する注目する小断面は、ホログラムの中心に位置決めされる。ホログラムの中心の小サブセクション（およそ３００×３００の画素寸法）が次いで解析され、画像が復元される。赤血球を合焦させるための画像復元を（ｃ）に示し、白血球を目立たせ合焦させるための画像復元を（ｄ）に示す。

手段２２によって取込まれたホログラムを用いてシステム１０／装置５０によって生成された解析結果の一例を図１１に示す。一般に白血球数が正確に算出され、赤血球の推定値が戻されて、すべての細胞を正確な場所に見出すことが分かる。

実施形態例を図１２および図１３を参照してさらに説明する。図１２および図１３に示す方法例を図１〜図１１を参照して説明するが、方法例は他のシステムおよび装置（図示せず）にも適用可能であってもよいと認識される。

図１２では、実施形態例に係る方法のハイレベルフローチャートが全体的に参照符号６０で示される。方法６０は、ユーザが発明に係る装置５０を用いて血液のサンプルを解析すること、たとえば白血球の血球数を判定することを希望する実施形態例を参照して説明され得る。システム１０の動作を参照する実施形態は、以下の説明から推測され得る。

ユーザはサンプルホルダ２８上に血液のサンプルを導入し、サンプルホルダ２８を装置４０のハウジング１４．１の（第１の状態にある）フラップ１４．３のトレイ上に配置する。ユーザはフラップ１４．３を操作して、サンプルホルダ内のサンプルをハウジング１４のチャンバ１４．１に導入する。次いでユーザは、ＧＵＩによってユーザインターフェイス２９を操作して、装置５０に画像、特にホログラフィック強度データまたはホログラムを取込むように命令する。データ取込手段２２が装置５０によって操作され、好適な命令をユーザインターフェイス２９から受信したことに応答して、血液サンプルと関連付けられたホログラムを取込む。

方法６０は、したがって、ブロック６２において、取込まれたホログラムをレシーバモジュール２０を介して手段２２から配線によるデータ通信によって受信することを含む。ホログラムは、装置２２と関連付けられた伝搬空間Ｚ内の特定の場所と関連付けられている。

ホログラムを受信することに応答して、方法６０は、ブロック６４において、受信したホログラムを画像プロセッサ３６によって処理することにより、１つ以上の注目オブジェクト、たとえば関連付けられたホログラムから血液のサンプル中の白血球を少なくとも検出するかまたは識別することを含む。プロセッサ３６は、受信したホログラムから首尾よく検出されたまたは識別された白血球数をカウントし、血液のサンプルと関連付けられた少なくとも白血球数を含む出力データを生成し得る。

この出力データは、たとえばユーザにとってリアルタイムにまたは略リアルタイムにユーザインターフェイス２９を介して典型的に表示され得る。プロセッサ３６は、従来のやり方でホログラムから画像を復元し、これを出力し、任意に判定された出力データをこれに注記してもよい。

図１３では、実施形態例に係る方法のハイレベルフローチャートが全体的に参照符号７０で示される。方法７０は、典型的に図１２の方法、特に図１３のステップ６４に関連する。

方法７０は、ブロック７４において、受信したホログラフィック強度データをプロセッサ３６によって処理し、可能性のある注目オブジェクト、すなわち受信したホログラフィック強度画像中の白血球のデータキーポイントを判定することを含む。いくつかの実施形態例では、データキーポイントの判定は、ガウス分布の相違からの極値点の抽出と、たとえばモジュール３８による判定された注目データキーポイントごとにベクトルの生成とを伴ってもよい。

方法７０は次いで、ブロック７６および７８において、たとえばオブジェクト分類装置４０によって、判定されたデータキーポイントを、メモリ装置１８に格納された少なくとも１つの所定のオブジェクトディスクリプタと比較することを含む。方法７０は、マッチングを判定するために、各判定されたデータキーポイント、特にそれと関連付けられた情報を、上記の伝搬空間不変ディスクリプタのディスクリプタキーポイントと比較することを含み、ディスクリプタは伝搬空間不変量であり、任意にスケール空間不変量である。なお、方法７０は、トレーニングモジュール４２を上記のやり方で動作するように動作させることによって、オブジェクトディスクリプタを判定するステップ（図示せず）を含んでもよい。

比較ステップ７６／７８がマッチングという結果になれば、次いで方法７０は、これに対応して、判定されたデータキーポイントと関連付けられたオブジェクトが白血球であることをブロック８０においてモジュール４０によって識別する。オブジェクトディスクリプタのマッチングするディスクリプタキーポイントは、この場合は白血球であるオブジェクトと典型的に関連付けられるからである。

方法７０は、受信したホログラフィック画像の注目データキーポイントごとに繰返してもよい。

方法７０はさらに、ブロック８２において、判定されたデータを処理して、たとえば検出されたまたは識別されたオブジェクトをカウントし、受信したホログラムから復元画像を生成すること等によってオブジェクトを分類するために出力データを生成することを含んでもよい。

上記に詳細に説明したが、より具体的なオブジェクト識別のための特徴抽出プロセスは、伝搬軸によって規定される空間である連続空間全体に亘って注目オブジェクトに関する情報を表わすためのメカニズムとしてフレネル・キルヒホッフ変換を利用することを換言して反復する価値があり得る。

安定点の分離はこの空間全体に亘って行われ、収集された安定点を分類装置においてベクトルとして使用することが可能となる。次いで、これにより、注目する独立した別個のオブジェクトを一意の署名によって識別することが可能となり、特徴抽出の新規な方法が得られる。

安定点を探し出すには、多くの異なる方法を採用することができる。これらの技術は、限定はしないが、極大位置および極小位置または定常点の配置、フーリエディスクリプタ、モーメント不変量、および主要構成要素解析を含む。全空間に亘る情報に共通する抽出された安定点は、全空間に亘って安定し得る点を示すことになる。これらの共通の安定点を組合わせることにより、全伝搬空間に亘って注目オブジェクトを識別する安定した署名を形成する。

得られた収集された安定点は、分類装置においてベクトルとして使用することができ、その例は、限定はしないが、ニューラルネットワークを含む。これにより、伝搬軸に沿った１点のみにおいてであるが伝搬軸に沿って全空間から抽出された情報を用いて測定され取込まれた情報からの注目オブジェクトの識別を、特徴抽出プロセスが行うことが可能になる。

したがって本発明によれば、抽出されるべき特徴の安定した組を注目オブジェクトの分類に使用することが可能となる。このため、プロセスによって、ホログラム署名を得るための既存の技術よりもはるかに広い範囲を包含する全変換空間に亘って安定した特徴が見出され、伝搬軸に沿った１点または１つのスナップショットのみが使用される。ホログラム署名を抽出するためにより広い空間を使用することにより、本発明は、１つのスナップショットだけを使用するよりもよりロバストな識別子を、より高い許容差で提供する。

本発明の特徴抽出プロセスは、首尾よく実現されるべきいずれの種類の深さ測定にも有利である。当該プロセスは、オブジェクトが伝搬軸に沿って存在する場所とは無関係であるからである。ゆえに、注目オブジェクトは体積内の異なる深さまたは層に存在する可能性があるが、体積内の位置に関わらず、個別の署名をオブジェクトごとに抽出することが可能である。多層のサンプルを解析するために、本発明は、向上した、よりロバストな識別子を提供する。

本発明の情報抽出プロセスは、光学セットアップにおいて光源を変えることにより、マルチスペクトル技術を適用することによってさらに向上させることができる。異なる種類のオブジェクトは、光源の変化する波長のもとで異なるスペクトルを生成する。これは、追加的な分類メカニズムとして使用することができる。本システムについては、赤色光源のみが使用されてきたが、波長が異なる多様な他の光源を探究することができる。異なる波長でのオブジェクトについての署名は体系化することができ、異なる波長での署名を組合わせることにより、組合わせられた、より強い署名を得ることができる。

図１４は、本明細書で論じた方法のいずれか１つ以上をマシンに行わせるための一組の命令が実行され得るコンピュータシステム１００の例におけるマシンの模式図を示し、他の実施形態例では、マシンはスタンドアロン装置として動作するか、または他のマシンに接続（ネットワーク接続）され得る。ネットワーク接続された実施形態例では、マシンは、サーバクライアントネットワーク環境においてサーバもしくはクライアントマシンの容量で、またはピアツーピア（または分散）ネットワーク環境においてピアマシンとして動作し得る。マシンは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブ機器、ネットワークルータ、スイッチもしくはブリッジ、または当該マシンによって行われるべきアクションを特定する一組の命令（シーケンシャルなど）を実行することが可能ないずれかのマシンであり得る。さらに、便宜上１つのマシンのみが例示されているが、「マシン」という用語は、一組（または複数組）の命令を個々にまたは共同で実行して本明細書で論じた方法のいずれか１つ以上を行ういずれかのマシンの集合体を含むとも見なされるものとする。

いずれにせよ、例示的なコンピュータシステム１００は、バス１０８を介して互いに通信するプロセッサ１０２（たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）または双方）、メインメモリ１０４、およびスタティックメモリ１０６を含む。コンピュータシステム１００は、映像表示装置１１０（たとえば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または陰極線管（ＣＲＴ））をさらに含んでもよい。コンピュータシステム１００は、文字数字入力装置１１２（たとえばキーボード）、ユーザインターフェイス（Ｕｌ）ナビゲーションデバイス１１４（たとえばマウスまたはタッチパッド）、ディスクドライブユニット１１６、信号発生装置１１８（たとえばスピーカ）、およびネットワークインターフェイスデバイス１２０も含む。

ディスクドライブユニット１６は、本明細書で説明された方法または機能のいずれか１つ以上によって具体化または利用される一組以上の命令とデータ構造（たとえばソフトウェア１２４）とを格納する機械読取可能な媒体１２２を含む。ソフトウェア１２４は、コンピュータシステム１００によるその実行中は、完全にまたは少なくとも部分的に、メインメモリ１０４内および／またはプロセッサ１０２内にも存在してもよい。メインメモリ１０４およびプロセッサ１０２も機械読取可能な媒体を構成する。

ソフトウェア１２４は、多くの周知の転送プロトコル（たとえばＨＴＴＰ）のうちのいずれか１つを利用するネットワークインターフェイスデバイス１２０を介してネットワーク１２６を通じてさらに送受信されてもよい。

機械読取可能な媒体１２２は１つの媒体であるものとして実施形態例に示されているが、「機械読取可能な媒体」という用語は、一組以上の命令を格納する１つの媒体または複数の媒体（たとえば集中型または分散型データベース、および／または関連付けられたキャッシュおよびサーバ）を指し得る。「機械読取可能な媒体」という用語は、マシンに実行させるために一組の命令を格納し、コード化し、もしくは搬送することが可能であり、かつ本発明の方法のうちのいずれか１つ以上をマシンに行なわせるか、またはそのような一組の命令によって利用されるかもしくは関連付けられたデータ構造を格納し、コード化し、もしくは搬送することが可能ないずれかの媒体を含むものとも見なされ得る。「機械読取可能な媒体」という用語はしたがって、限定はしないが、固体記憶装置、光学および磁気媒体、および搬送波信号を含むものと見なされ得る。

本発明は、物質、特にそのサンプルを処理し解析するために好都合な方法を提供する。従来のデジタルホログラフィシステム（特に顕微鏡法用途）は、最適な、復元された、かつ合焦した画像をもたらすホログラムを得るために、システムの光学および物理的セットアップの最適化に焦点を当てていた。これらの光学系は、嵩張り、高価で、かつ複雑である可能性があり、外部／環境要因の影響を非常に受けやすい。

本発明は、計算上効率的な情報抽出技術および信号処理方法によって可能となる単純な物理的セットアップを利用する一体型であり、自立型であり、かつ接続されたシステムを提供し、したがって装置がコンパクトかつ頑丈であり、ポイントオブケア（ＰＯＣ）装置として理想的に適合することが可能となる。システムは自立型の携帯用ＰＯＣ装置であって、センサ／計測装置を含み、システムとの、かつ任意にサーバとのインターフェイスも含み、サーバにおいて計算上インテンシブな解析／処理が生じ、患者のデータが格納される。患者データベースが実装されることにより、患者の病歴および成果ファイルを格納し、世界中の至る場所からいつでもアクセスすることが可能となる。このシステムの目標は、解析および診断を高速化する目的で医療臨床環境の応用分野に向けられている。本願の統合システムは、測定時間からレポートが作成される時間までの血液解析を高速化する。これは、迅速な解析および診断時間が重要であるいずれの解析または診断用途にも適用することができる。

また、本発明は、オブジェクト識別のための極大情報を抽出する好都合な方法を提供する。これは、オブジェクト識別のための新規の特徴抽出プロセスを含む。この後者のプロセスは、全伝搬空間に亘って情報を抽出することを可能とするメカニズムとして、フレネル・キルヒホッフ変換を利用する。特徴を抽出して、調査中の異なるオブジェクトごとに固有の署名を作成することを可能とすることができる。そうすればこの情報は、オブジェクト識別のために視覚品質が高く解像度が高い復元画像を第一に得る必要なしにオブジェクトを識別するための新規な分類方法を実現するために使用することができる。

物理的なセットアップを改良して高品質な復元画像を得ることに焦点を当てるのではなく、本発明は、ホログラムから極大情報を抽出することに焦点を当てる。画像復元品質およびしたがって物理的なセットアップは焦点ではなく、むしろ利用可能な情報を使用する情報抽出が主要な関心事である。

本発明は、複雑な光学的セットアップなしに単純なハードウェアを使用してもなお、十分な注目情報の抽出が可能となるため、デジタルホログラフィに基づくシステムの正常かつロバストな実装への新しい手法を導入する。

Claims (23)

1. 物質を解析する方法であって、前記方法は、
   注目物質のサンプルと関連付けられたホログラフィック強度パターンを少なくとも含むホログラフィック強度データを受信することを含み、前記ホログラフィック強度データは、データ取込手段によって取込まれ、さらに、
   受信したホログラフィック強度データを処理して、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を少なくとも行うことを含む、方法。
2. 受信したホログラフィック強度データを処理するステップは、
   受信したホログラフィック強度データから１つ以上のデータキーポイントを判定するステップを少なくとも含み、前記ホログラフィック強度データは、前記データ取込手段と関連付けられた照射が伝搬して前記ホログラフィック強度データの取込を容易にする三次元空間を含む伝搬空間における別個の場所と関連付けられ、さらに、
   判定されたデータキーポイントを、オブジェクトと関連付けられた少なくとも１つの所定のオブジェクトディスクリプタと比較してマッチングを判定することによって、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を容易にするステップを少なくとも含み、前記オブジェクトディスクリプタは、伝搬空間不変量である、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、複数のオブジェクトディスクリプタを供給することを含み、各オブジェクトディスクリプタは、前記伝搬空間における複数の所望の別個の場所とそれぞれ関連付けられた複数のディスクリプタサブセットを含み、各ディスクリプタサブセットは、１つ以上のディスクリプタキーポイントを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記方法は、前記オブジェクトディスクリプタを判定する事前のステップを含み、前記ステップは、各オブジェクトについて、
   オブジェクトの画像を受信することと、
   前記伝搬空間全体に亘る複数の別個の場所について、受信した画像に波形伝搬アルゴリズムを適用することによって、前記伝搬空間全体に亘る別個の場所に対応する複数のホログラフィック強度パターンを生成することと、
   前記伝搬空間全体に亘って生成されたホログラフィック強度パターンごとにディスクリプタキーポイントを判定することと、
   判定されたディスクリプタキーポイントおよび前記伝搬空間全体に亘って関連付けられた別個の場所を示す情報を使用して、オブジェクトと関連付けられた前記オブジェクトディスクリプタを生成することとを含む、請求項２または３に記載の方法。
5. 前記方法は、前記データ取込手段から配線によって、または各々がデータ取込手段を含む複数の地理的に分散された解析ステーションから無線によって、ホログラフィック強度データを受信することを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
6. 前記方法は、前記データ取込手段を制御して、サンプルと関連付けられたホログラフィック強度パターンを少なくとも含むホログラフィックデータを生成することを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
7. 前記方法は、
   検出動作および識別動作の一方または両方と関連付けられた出力データを生成することと、
   配線または無線データ手段によって前記出力データをユーザインターフェイスモジュールに送信することによって、少なくとも出力させることとを含む、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
8. 前記方法は、
   同様の注目オブジェクトの和を判定することによって、検出されたまたは識別された注目オブジェクトを分類することと、
   受信したホログラフィック強度データを復元することによって、サンプルの画像を生成することと、
   判定された和および生成されたサンプルの画像の一方または両方を含む出力データを生成することと、
   配線または無線データ手段によって前記出力データをユーザインターフェイスモジュールに送信することによって出力させることとを含む、請求項７に記載の方法。
9. 物質解析システムであって、
   データを格納するメモリ装置と、
   データ取込手段とデータ通信し、データ取込手段によって取込まれた注目物質のサンプルと関連付けられたホログラフィック強度パターンを少なくとも含むホログラフィック強度データを受信するように構成されたデータレシーバモジュールと、
   受信したホログラフィック強度データを処理して、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出する動作および識別する動作の一方または両方を少なくとも行うように構成された画像プロセッサとを備える、物質解析システム。
10. 前記画像プロセッサは、
    受信したホログラフィック強度データから１つ以上のデータキーポイントを判定するように構成されたキーポイント抽出モジュールを含み、前記ホログラフィック強度データは、前記データ取込手段と関連付けられた照射が伝搬して前記ホログラフィック強度データの取込を容易にする空間を含む伝搬空間における別個の場所と関連付けられ、さらに、
    判定されたデータキーポイントを、前記メモリ装置に格納された、オブジェクトと関連付けられた少なくとも１つの所定のオブジェクトディスクリプタと比較してマッチングを判定することによって、前記サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を容易にするように構成されたオブジェクト分類装置を備え、前記オブジェクトディスクリプタは、伝搬空間不変量である、請求項９に記載の物質解析システム。
11. 前記メモリ装置は、複数のオブジェクトディスクリプタを格納し、各オブジェクトディスクリプタは、伝搬空間における複数の所望の別個の場所とそれぞれ関連付けられた複数のディスクリプタサブセットを含み、各ディスクリプタサブセットは、１つ以上のディスクリプタキーポイントを含む、請求項１０に記載の物質解析システム。
12. 前記物質解析システムは、前記オブジェクトディスクリプタを判定するように構成されたトレーニングモジュールを備え、前記トレーニングモジュールは、各オブジェクトについて、
    オブジェクトの画像を受信し、
    前記伝搬空間全体に亘る複数の別個の場所について、受信した画像に波形伝搬アルゴリズムを適用することによって、前記伝搬空間全体に亘る別個の場所に対応する複数のホログラフィック強度パターンを生成し、
    前記伝搬空間全体に亘って生成されたホログラフィック強度パターンごとにディスクリプタキーポイントを判定し、
    判定されたディスクリプタキーポイントおよび伝搬空間全体に亘って関連付けられた別個の場所を示す情報を使用して、オブジェクトと関連付けられた前記オブジェクトディスクリプタを生成するように構成される、請求項１０または１１に記載の物質解析システム。
13. 前記データレシーバモジュールは、前記データ取込手段と配線によってデータ通信するか、または各々がデータ取込手段を含む複数の地理的に分散された解析ステーションと無線データ通信する、請求項９〜１２のうちいずれか１項に記載の物質解析システム。
14. 前記システムは、前記データ取込手段または各々がデータ取込手段を含む複数の地理的に分散された解析ステーションを備え、各データ取込手段は、デジタルホログラフィック顕微鏡設備を含み、前記デジタルホログラフィック顕微鏡設備は、照射を生成するように構成された照射源と、使用の際、それに入射する生成された照射に応答してホログラフィック強度データを生成するように構成された画像センサとを少なくとも含み、前記伝搬空間は、前記照射源と画像形成手段との間の三次元空間の少なくとも一部を含む、請求項１０〜１３のうちいずれか１項に記載の物質解析システム。
15. 前記デジタルホログラフィック顕微鏡設備はさらに、
    前記照射源から所定の距離に配置された空間フィルタを備え、前記空間フィルタは、前記照射源からそこを通る照射の通過のために少なくとも１つの照射開口を含み、さらに、
    前記空間フィルタから所定の距離に取外し可能に配置可能なサンプルホルダを備え、前記サンプルホルダは、注目物質のサンプルを保持するように構成され、前記画像センサは、使用の際、前記照射源からの照射が前記照射源から前記照射開口を通り、前記注目物質のサンプルを保持する前記サンプルホルダを通り、前記画像センサ上に伝搬するように前記サンプルホルダから離間され、前記画像センサは、それに対する照射入射に応答して、前記注目物質のサンプルのホログラフィック強度データを生成し、前記伝搬空間は、前記照射源からの照射、または前記照射開口およびサンプルホルダの一方または両方からの照射が伝搬して前記画像センサに到達することによって、前記ホログラフィック強度データを形成する三次元空間を含む、請求項１４に記載の物質解析システム。
16. 前記システムは、ユーザ入力および出力を受信し、前記画像プロセッサモジュールによる検出の動作および識別の動作の一方または両方と関連付けられた生成された出力データを少なくとも前記メモリ装置に格納するように構成されたユーザインターフェイスモジュールを備える、請求項９〜１５のうちいずれか１項に記載の物質解析システム。
17. 前記システムは、人間のユーザと関連付けられたバイオマテリアルのサンプルを解析するためのバイオマテリアル解析システムであり、前記システムはしたがって、前記システムの少なくとも一人のユーザについてユーザプロファイルを前記メモリ装置に生成するように構成されたユーザインタラクションモジュールを備え、前記ユーザプロファイルは、特定のユーザと関連付けられた生成された出力データを格納する、請求項１６に記載の物質解析システム。
18. 物質解析装置であって、
    使用の際、注目物質のサンプルを担持するサンプルホルダを取外し可能に収容するように構成されたハウジングと、
    前記注目物質のサンプルのホログラフィック強度パターンを取込むためにハウジングに配置されたデータ取込手段と、
    データを格納するメモリ装置と、
    前記取込まれたホログラフィック強度データを処理して、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出する動作および識別する動作の一方または両方を少なくとも行うことによって、前記動作と関連付けられた出力データを生成するように構成された画像プロセッサと、
    ユーザ入力を受信して、前記画像プロセッサによって生成された出力データを少なくとも含む情報を出力するように構成されたユーザインターフェイスとを備える、物質解析装置。
19. 物質解析装置であって、前記画像プロセッサは、
    受信したホログラフィック強度データから１つ以上のデータキーポイントを判定するように構成されたキーポイント抽出モジュールを含み、前記ホログラフィック強度データは、データ取込手段と関連付けられた照射が伝搬して前記ホログラフィック強度データの取込を容易にする空間を含む伝搬空間における別個の場所と関連付けられ、さらに、
    判定されたデータキーポイントを、前記メモリ装置に格納された、オブジェクトと関連付けられた少なくとも１つの所定のオブジェクトディスクリプタと比較してマッチングを判定することによって、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を容易にするように構成されたオブジェクト分類装置を含み、前記オブジェクトディスクリプタは伝搬空間不変量であり、前記伝搬空間における複数の所望の別個の場所にそれぞれ関連付けられた複数のディスクリプタサブセットを含み、各ディスクリプタサブセットは、１つ以上のディスクリプタキーポイントを含む、物質解析装置。
20. 前記データ取込手段は、デジタルホログラフィック顕微鏡設備を含み、前記デジタルホログラフィック顕微鏡設備は、
    照射を生成するように構成された照射源と、
    前記照射源から所定の距離に配置された空間フィルタとを含み、前記空間フィルタは、前記照射源からの照射がそこを通って通過するための少なくとも１つの照射開口を含み、前記サンプルホルダは、前記空間フィルタから所定の距離に取外し可能に配置可能であり、さらに、
    前記サンプルホルダから離間された画像センサを含み、前記画像センサは、使用の際、そこに入射する生成された照射に応答して前記サンプルホルダ中の注目物質のデジタルホログラフィック強度パターンを少なくとも生成するように構成され、前記伝搬空間は、前記照射源からの照射、または前記照射開口および前記サンプルホルダの一方または両方からの伝搬が前記画像センサに到達することによって前記ホログラフィック強度データを形成する空間を含む、請求項１８または１９に記載の物質解析装置。
21. 前記装置は、前記装置に対して無線でデータを送受信するように構成された通信モジュールを備える、請求項１８〜２０のうちいずれか１項に記載の物質解析装置。
22. 前記システムは、人間のユーザと関連付けられたバイオマテリアルのサンプルを解析するためのバイオマテリアル解析装置であり、前記装置はしたがって、前記装置の少なくとも一人のユーザについてユーザプロファイルを前記メモリ装置に生成するように構成されたユーザインタラクションモジュールを備え、前記ユーザプロファイルは、前記装置の特定のユーザと関連付けられた生成された出力データを格納する、請求項１８〜２１のうちいずれか１項に記載の物質解析装置。
23. 一組の命令を含み、コンピューティング装置によって実行されると、以下のステップを含む方法を前記コンピューティング装置に行わせる非一時的なコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、以下のステップとは、
    注目物質のサンプルと関連付けられたホログラフィック強度パターンを少なくとも含み、データ取込手段によって取込まれたホログラフィック強度データを受信するステップと、
    受信したホログラフィック強度データを処理して、サンプル中の少なくとも１つの注目オブジェクトを検出するステップおよび識別するステップの一方または両方を少なくとも行うステップとである、記憶媒体。