CN102035834A - 对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于Internet的远程医疗技术领域，尤其是一种对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统。采用B/S架构，包括所述显微镜、CCD相机、服务器、运动控制服务器和流媒体服务器组成显微镜服务器；所述运动控制服务器和流媒体服务器分别和客户端浏览器连接。本系统主要是利用Internet对远程的全自动显微镜进行操作与控制，并观察远端病人的病理切片图像，从而实现远程病理诊断。该系统为医生和病人间提供了一种全新的非接触式的诊断模式，由于可以实现对显微镜的完全控制并能传输实时视频和图片，因此使得医生可以获取病人最真实的病理信息，及时、准确的给出诊断结果。
Description
技术领域
本发明涉及基于Internet的远程医疗技术领域，尤其是一种对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统。
背景技术
基于Internet的远程医疗，主要思想是利用Internet将世界各地的医疗资源进行整合，使得医生、专家可以依据一定的权限对网络上的医疗设备进行远程操作，对病人的病理标本进行远程观测，这种设计打破了传统医院资源无法有效共享的缺点，最大限度的利用世界各地的医疗资源，组成一个真正意义上的“网络医院”。
在部分中小城市或乡镇医院，他们的医疗机械不是很先进，在没有相关经验的医生进行诊断的情况下，容易出现病人的误诊，所以就需要请其他地区或大城市的现金设备和有经验的医生来进行诊断。但是现实中，还存在两方面的问题：一是对远程的图像质量及图像分辨率要求很高，尤其是在病变区域；二是在图像传输上，扫描一张高质量完整尺寸的普通图像，其文件大小都在几百兆字节到几千兆字节之间，以目前的带宽网络，其在网络上传输是个问题。目前，在市场上没有能在图像质量和网络传输这两方面同时满足要求的设备。
发明内容
为了克服现有的远程医疗设备在图像质量和网络传输上存在的不足，本发明提供了一种对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统，采用B/S架构，包括
用于扫描视野图像的显微镜；
用于采集并输出视频及图像的CCD相机；
用于对CCD相机输出的视频及图像进行本地显示及处理，将视频实时显示在本地监视器上，当图像采集完毕后可以对图像进行拼接处理从而生成虚拟玻片的服务器；
用于对用户发送的遥操作指令进行解析并驱动显微镜进行相应动作的运动控制服务器；
用于将CCD相机输出的视频数据进行压缩后封装成RTMP包通过Internet发送给用户，使客户端用户可以在浏览器相应窗口中观看到实时视频的流媒体服务器；
用于提供用户操作界面，通过操作虚拟按钮以及相应的控制信息通过网络发送给服务器，同时接收实时视频流的客户端浏览器；
所述显微镜、CCD相机、服务器、运动控制服务器和流媒体服务器组成显微镜服务器；所述运动控制服务器和流媒体服务器分别和客户端浏览器连接。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述显微镜有三个自由度，可以完成XYZ三轴运动控制，进行全自扫描。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述显微镜通过调节XY轴移动显微镜XY载物台，通过调节Z轴进行调焦动作，来对玻片进行全自动扫描。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述运动控制服务器采用TCP协议传输控制命令和反馈信息与客户端浏览器相连。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述流媒体服务器采用RTMP协议传输视频图像数据与客户端浏览器相连。
本发明的有益效果是，本系统主要是利用Internet对远程的全自动显微镜进行操作与控制，并观察远端病人的病理切片图像，从而实现远程病理诊断。该系统为医生和病人间提供了一种全新的非接触式的诊断模式，由于可以实现对显微镜的完全控制并能传输实时视频和图片，因此使得医生可以获取病人最真实的病理信息，及时、准确的给出诊断结果。本系统主要具有如下功能：
1、通过Internet对显微镜进行远程操作与控制，包括：XY载物台的移动，Z轴调焦机构的升降，自动聚焦，全自动玻片扫描等；
2、远程阅片：通过传输实时视频及图像，专家或用户可以对显微镜下图像进行实时观察，可以随意转换观察视野；
3、虚拟玻片漫游：全自动显微镜首先对玻片进行扫描，然后利用图像拼接技术将几百副图像拼接为一个大图像并进行压缩，通过网络传送给客户端，客户利用web页面即可浏览玻片内容，并可以任意放大缩小图像。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的系统架构图；
图2显微镜扫描路径示意图；
图3是全自动模式下显微镜扫描流程。
具体实施方式
一种对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统，采用B/S架构，包括
用于扫描视野图像的显微镜；
用于采集并输出视频及图像的CCD相机；
用于对CCD相机输出的视频及图像进行本地显示及处理，将视频实时显示在本地监视器上，当图像采集完毕后可以对图像进行拼接处理从而生成虚拟玻片的服务器；
用于对用户发送的遥操作指令进行解析并驱动显微镜进行相应动作的运动控制服务器；
用于将CCD相机输出的视频数据进行压缩后封装成RTMP包通过Internet发送给用户，使客户端用户可以在浏览器相应窗口中观看到实时视频的流媒体服务器；
用于提供用户操作界面，通过操作虚拟按钮以及相应的控制信息通过网络发送给服务器，同时接收实时视频流的客户端浏览器；
所述显微镜、CCD相机、服务器、运动控制服务器和流媒体服务器组成显微镜服务器；所述运动控制服务器和流媒体服务器分别和客户端浏览器连接。
所述显微镜有三个自由度，可以完成XYZ三轴运动控制，进行全自扫描。
所述显微镜通过调节XY轴移动显微镜XY载物台，通过调节Z轴进行调焦动作，来对玻片进行全自动扫描。
所述运动控制服务器采用TCP协议传输控制命令和反馈信息与客户端浏览器相连。
所述流媒体服务器采用RTMP协议传输视频图像数据与客户端浏览器相连。
系统采用B/S（即浏览器/服务器）架构（如图1），显微镜服务器端由搭载有高清CCD相机的全自动显微镜和服务器计算机组成，并架设了两套服务器通道：一个是运动控制服务器，主要用于响应用户的操作命令，比如显微镜载物台的移动、调焦等；另一个是流媒体服务器，主要用于实时视频流的传输。用户通过web浏览器页面上提供的虚拟按钮向服务器发送操控指令，从而实现对显微镜的远程操控，同时接收实时视频流和图像，让用户能实时观看到显微镜的镜下图像。
在通信方面，本系统将视频图像数据跟操控命令分开传输。其中控制命令与反馈信息的传输采用TCP协议，而视频图像数据的传输采用实时消息协议RTMP。这主要是考虑到控制命令与反馈信息的传输的可靠性要求非常高，如果传输发生错误将导致远程显微镜执行动作的混乱，而视频图像的传输要求尽可能保持实时性，以使用户有较好的临场感，稍许的丢帧与图像跳动并不影响用户的整体判断。
其中全自动显微镜有三个自由度，可以完成XYZ三轴运动控制，其中最为关键的是Z轴调焦机构，该机构采用高精度步进电机和滚珠丝杠，丝杠导程为1mm，电机步进角1.8度，可以256细分，因此调焦机构理论最小步长可达0.02μm；显微镜的光路系统采用奥林巴斯光学显微镜，采用柯拉照明，物镜放大倍率为100倍（油镜），数值孔径1.25，理论景深为0.5μm。
CCD相机传感器尺寸2/3inch，分辨率141万像素，可采集图像大小为1392*1040，帧率为15fps。
显微镜服务器软件具有两个主要功能：一个是对CCD相机输出的视频及图像进行本地显示及处理，可以完成将视频实时显示在本地监视器上，当图像采集完毕后可以对图像进行拼接处理从而生成虚拟玻片；另一个是为远程客户提供服务，该软件将远程用户对显微镜的操控请求和视频请求分开处理，分别架设运动控制服务器和流媒体服务器，当用户发送对显微镜进行遥操作的指令时，运动控制服务器对命令进行解析并驱动显微镜进行相应动作，为了使得客户端用户具有很好的现场感并能实时观测到显微镜镜下图像，将流媒体服务器一直处于开启状态，该服务器将CCD相机输出的视频数据进行压缩后封装成RTMP包通过Internet发送给用户，用户可以在浏览器相应窗口中观看到实时视频。
客户端浏览器主要为用户提供操作界面，用户通过登录web页面，打开相应的操作界面，然后通过鼠标、键盘等操作界面上的虚拟按钮，相应的控制信息通过Internet发送给显微镜服务器，服务器驱动显微镜执行相应的动作，同时客户端软件还负责接收实时视频流，供用户进行观察和分析。
在客户端浏览器端，有两种工作模式：显微镜遥操作模式和玻片漫游模式。在显微镜遥操作模式下，用户通过web页面上的虚拟按钮对远程显微镜进行遥操作，可以远程移动显微镜XY载物台，还可以驱动Z轴进行调焦等动作。这种工作模式跟用户亲自手工操作显微镜是类似的，用户按下按钮即可让显微镜按照用户所指的方向移动。在玻片漫游模式下，用户仍然通过web页面上的虚拟按钮对远程显微镜进行控制与操作，跟遥操作模式不同的是，在玻片漫游前，首先要确保显微镜服务器端已经生成了虚拟玻片，如果没有生成，则客户端必须首先发送“自动聚焦”或“开始扫描”指令给显微镜服务器，当服务器端接收到该指令后，显微镜即可开始自动聚焦或按照用户指定的路径进行连续扫描，扫描结束后服务器端会生成一张虚拟玻片，该虚拟玻片由所有已扫描视野的图像拼接而成，这样用户可以在客户端任意浏览整个玻片的内容。
对应于客户端浏览器的两种工作模式，显微镜服务器也提供两种工作模式：等待模式和全自动扫描模式。在等待模式下，服务器端对客户端请求进行“一问一答”形式的动作，也即当客户发出某种请求，显微镜即按照用户的请求进行动作，动作结束后进入等待状态。在全自动扫描模式下，当服务器接收到客户端指令后对指令进行解析，获取显微镜运动路径、扫描区域、扫描的行列数等参数，然后对玻片进行全自动扫描，典型的扫描路径采用“Z”字型（如图2），扫描的视野数（也即行列的乘积）不少于300。显微镜扫描流程如图3，在获取清晰图像前必须进行自动聚焦以确保玻片内容在显微镜焦平面上，自动聚焦结束后系统按照预设的路径进行扫描，每个视野保存一副图像，需要注意的是由于显微镜景深非常小（本系统小于0.5μm），当载物台从一个视野移动至下一个视野时必须对玻片跟镜头间的垂直位置关系进行微调，也即进行动态自动聚焦，当图像清晰后方可获取当前图像，每幅图像保存至本地服务器。为了有效完成图像拼接，要求所采集的图像都存在部分重叠，因此在图像采集过程中必须对XY轴电机的运动步长进行严格限制，本系统中显微镜的每个视野尺寸为：长88μm，宽66μm，因此要求X轴电机运行步长小于88μm，Y轴电机运行步长小于66μm，这样可以确保图像间存在重叠。
本系统为医生和病人间提供了一种全新的非接触式的诊断模式，由于可以实现对显微镜的完全控制并能传输实时视频和图片，因此使得医生可以获取病人最真实的病理信息，及时、准确的给出诊断结果。本系统通过Internet对显微镜进行远程操作与控制，包括：XY载物台的移动，Z轴调焦机构的升降，自动聚焦，全自动玻片扫描等；远程阅片：通过传输实时视频及图像，专家或用户可以对显微镜下图像进行实时观察，可以随意转换观察视野；虚拟玻片漫游：全自动显微镜首先对玻片进行扫描，然后利用图像拼接技术将几百副图像拼接为一个大图像并进行压缩，通过网络传送给客户端，客户利用web页面即可浏览玻片内容，并可以任意放大缩小图像。
Claims (5)
1.一种对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统，其特征是，采用B/S架构，包括
用于扫描视野图像的显微镜；
用于采集并输出视频及图像的CCD相机；
用于对CCD相机输出的视频及图像进行本地显示及处理，将视频实时显示在本地监视器上，当图像采集完毕后可以对图像进行拼接处理从而生成虚拟玻片的服务器；
用于对用户发送的遥操作指令进行解析并驱动显微镜进行相应动作的运动控制服务器；
用于将CCD相机输出的视频数据进行压缩后封装成RTMP包通过Internet发送给用户，使客户端用户可以在浏览器相应窗口中观看到实时视频的流媒体服务器；
用于提供用户操作界面，通过操作虚拟按钮以及相应的控制信息通过网络发送给服务器，同时接收实时视频流的客户端浏览器；
所述显微镜、CCD相机、服务器、运动控制服务器和流媒体服务器组成显微镜服务器；所述运动控制服务器和流媒体服务器分别和客户端浏览器连接。
2..根据权利要求1所述的对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统，其特征是，所述显微镜有三个自由度，可以完成XYZ三轴运动控制，进行全自扫描。
3. 根据权利要求1或2所述的对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统，其特征是，所述显微镜通过调节XY轴移动显微镜XY载物台，通过调节Z轴进行调焦动作，来对玻片进行全自动扫描。
4. 根据权利要求1所述的对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统，其特征是，所述运动控制服务器采用TCP协议传输控制命令和反馈信息与客户端浏览器相连。
5. 根据权利要求1所述的对显微镜进行网络遥操作的远程阅片系统，其特征是，所述流媒体服务器采用RTMP协议传输视频图像数据与客户端浏览器相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Yunhui Inventor after: Di Yongping Inventor after: Song Baoquan Inventor after: Zhou Dongxiang Inventor after: Liu Shun Inventor after: Zhu Xiaoqiang Inventor before: Liu Yunhui Inventor before: Di Yongping Inventor before: Song Baoquan Inventor before: Zhu Xiaoqiang |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LIU YUNHUI ZHAI YONGPING SONG BAOQUAN ZHU XIAOQIANG TO: LIU YUNHUI ZHAI YONGPING SONG BAOQUAN ZHOU DONGXIANG LIU SHUN ZHU XIAOQIANG |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Di Yongping Inventor after: Song Baoquan Inventor after: Zhou Dongxiang Inventor after: Liu Shun Inventor after: Zhu Xiaoqiang Inventor before: Liu Yunhui Inventor before: Di Yongping Inventor before: Song Baoquan Inventor before: Zhou Dongxiang Inventor before: Liu Shun Inventor before: Zhu Xiaoqiang |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Yunhui Inventor after: Di Yongping Inventor after: Song Baoquan Inventor after: Zhou Dongxiang Inventor after: Liu Shun Inventor after: Zhu Xiaoqiang Inventor before: Di Yongping Inventor before: Song Baoquan Inventor before: Zhou Dongxiang Inventor before: Liu Shun Inventor before: Zhu Xiaoqiang |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170320 Address after: Nanshan District Guangdong streets Shenzhen Yuexing Guangdong province 518000 city two Road No. 10 Chinese University Hong Kong Shenzhen Research Institute of building 3 room 326 Patentee after: Future robot (Shenzhen) Co., Ltd. Address before: 213000 Jiangsu Province, the Clock Tower District, ERON Road, No. 213 High-tech Venture Center, room 1008 Patentee before: Changzhou Daqi Medical Treatment Technology Co., Ltd. |