CN102564927B - 一种尿液全息检测方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尿液全息检测方法及设备，使用一台尿液图像采集仪采集尿液图像，利用一个计算机装置对所采集的尿液图像进行运算处理；所述尿液图像采集仪中有一个移动平台，该移动平台安装在一个行走装置上，所述的移动平台上设置一个流动计数池；所述尿液图像采集仪中有一个图像采集装置，所述高速摄像机的信号输出端与所述的计算机装置信号连接；所述计算机装置中安装有显微图像处理程序。本发明通过分层采集显微图像数据，对多个层面图像数据进行融合，获得全息显微图像；对全息显微图像中的红细胞、白细胞、典型上皮细胞和管型分别进行识别计数，获得整个尿液样本的检测结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种尿液全息检测方法及设备，本发明使用一台尿液图像采集仪采集尿液图像，利用一个计算机装置对所采集的尿液图像进行运算处理。
背景技术
目前，尿液分析是医学临床中的一种常规检测项目，传统的检测方法是先将尿液样本导入流动计数池中，使用显微镜对尿液样本中的有形成分进行观察，识别尿液样本中细胞、管型、结晶、细菌等各种病理成分。由于流动计数池中的尿液样本具有一定的厚度，有形状的成分会悬浮于尿液样本的不同深度层面，而显微镜只能获取尿液样本的某一层面的图像信息，这就导致了检测值低于实际值。中国专利CN 101893578 B提出了一种尿沉渣的自动检测方法，该方法的步骤是（1）将尿样吸入计数池并静止沉降；（2）满采0.3—1微升尿样的尿沉渣40X物镜图像；（3）采用计算机系统快速过筛识别分析全部40X物镜图像，抛弃空白或只有杂质的图像，只留下有沉渣的图像；（4）分析留下的40X物镜图像，得到尿沉渣的自动检测结果。该方法虽然通过静止沉降使尿液样本中大部分有形状的成分沉降于同一深度层面，但是，静止沉降需要较长时间，大大降低了系统的检测速度；其次，尿液样本中的某些有形状的成分的尺寸较大，根本无法在一个层面获得完整的图像信息。所以，需要提出一种尿液全息检测方法及设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尿液全息检测方法及设备，本发明使用一台尿液图像采集仪采集尿液图像，利用一个计算机装置对所采集的尿液图像进行运算处理。本发明通过分层采集显微图像数据，对多个层面图像数据进行融合，获得全息显微图像；对全息显微图像中的红细胞、白细胞、典型上皮细胞、管型、结晶、细菌分别进行识别、计数，获得整个尿液样本的检测结果。
本发明的目的是由下述技术方案实现的：一种尿液全息检测方法，使用一台尿液图像采集仪采集尿液图像，利用一个计算机装置对所采集的尿液图像进行运算处理；所述尿液图像采集仪中有一个移动平台，该移动平台安装在一个行走装置上，所述行走装置包括纵向行走机构、横向行走机构、竖直向行走机构；所述的移动平台上设置一个流动计数池；所述尿液图像采集仪中有一个图像采集装置，该图像采集装置中设有光学显微镜和高速摄像机；所述高速摄像机的信号输出端与所述的计算机装置信号连接；所述计算机装置中安装有显微图像处理程序；所述尿液图像采集仪中有一个控制电路，该控制电路用于控制所述的行走装置；尿液全息检测步骤是：
A、向所述的流动计数池中输入检测用量的尿液样本；
B、所述控制电路根据设定的程序驱动所述的移动平台移动；所述的移动平台将所述的流动计数池运载到所述高速摄像机第1个图像采集位置，光学显微镜和高速摄像机启动，所述的移动平台运载所述的流动计数池自下向上匀速移动，或者运载所述的流动计数池自上向下匀速移动，所述流动计数池的移动距离是0.5毫米，所述流动计数池的移动速度是每秒0.5毫米；高速摄像机每秒成像至少40帧；高速摄像机在整个移动过程中对每个深度层面的显微图像进行拍摄，生成至少40个层面图像数据，并将该图像数据传送给所述计算机装置；第1个图像采集位置的图像采集任务完成；
C、第1个图像采集位置的图像采集任务完成后，所述的移动平台将所述的流动计数池运载到所述高速摄像机第2个图像采集位置，按照前一个图像采集位置的采集方式进行图像采集，并将该图像数据传送给所述计算机装置；根据设定的程序，所述高速摄像机顺序进行至少20个图像采集位置的采集任务；
D、所述计算机装置采用基于像素点的融合算法，将所述的每个图像采集位置所采集的多个层面图像数据中的像素点的灰度特征值进行融合，生成该图像采集位置的全息显微图像；计算机装置通过自动识别技术对全息显微图像中的红细胞、白细胞、典型上皮细胞、管型、结晶、细菌分别进行识别、计数，获得一个图像采集位置的检测数据；
E、计算机装置将全部图像采集位置的检测数据进行累加，获得整个尿液样本的检测结果。
本发明的另一个目的是由下述技术方案实现的：一种尿液图像采集仪，有一个机座，所述机座上设有一个图像采集装置、一个移动平台、控制电路、计算机装置；所述移动平台安装在一个行走装置上，所述行走装置包括纵向行走机构、横向行走机构、竖直向行走机构；所述的移动平台上设置一个流动计数池；所述图像采集装置中设有光学显微镜和高速摄像机；所述计算机装置中安装有显微图像处理程序，所述控制电路中设置匹配程序。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明的尿液图像采集仪可以在一个光学显微镜视野中拍摄多个层面图像数据，克服了现有技术中在一个光学显微镜视野中仅拍摄一个层面图像的缺陷。
2、本发明基于像素点的融合算法，将一个光学显微镜视野中多个层面图像数据进行融合，获得全息显微图像数据，进而获得一个光学显微镜视野中的检测数据。
3、本发明不需要进行自然沉降过程，大大提高了检测速度，节约了检测时间。
4、本发明是在全息显微图像数据基础上进行识别计数，大大提高了检测精确性。
附图说明
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1、本发明的尿液图像采集仪结构示意图；
图2、尿液图像采集仪的行走装置结构示意图；
图3、尿液图像采集仪的右侧示意图；
图4、横向行走机构的结构图；
图5、实施例一的图像采集位置布局图；
图6、本发明流程框图。
具体实施方式
实施例一：
参见图1－图6，本发明的尿液全息检测方法，使用一台尿液图像采集仪采集尿液图像，利用一个计算机装置对所采集的尿液图像进行运算处理；所述尿液图像采集仪中有一个移动平台，该移动平台安装在一个行走装置上，所述行走装置包括纵向行走机构、横向行走机构、竖直向行走机构；所述的移动平台上设置一个流动计数池；所述尿液图像采集仪中有一个图像采集装置，该图像采集装置中设有光学显微镜和高速摄像机；所述高速摄像机的信号输出端与所述的计算机装置信号连接；所述计算机装置中安装有显微图像处理程序；所述尿液图像采集仪中有一个控制电路，该控制电路用于控制所述的行走装置；尿液全息检测步骤是：
A、向所述的流动计数池中输入检测用量的尿液样本；尿液样本通常是5－10毫升，本实施例采用5毫升；流动计数池（长56毫米、宽4.5毫米、厚1毫米）采用现有技术，其加样技术也采用现有技术，不作详细描述。
B、所述控制电路根据设定的程序驱动所述的移动平台移动；所述的移动平台将所述的流动计数池运载到所述高速摄像机第1个图像采集位置，光学显微镜和高速摄像机启动，所述的移动平台运载所述的流动计数池自下向上匀速移动，或者运载所述的流动计数池自上向下匀速移动，所述流动计数池的移动距离是0.5毫米，所述流动计数池的移动速度是每秒0.5毫米；高速摄像机每秒成像至少40帧；高速摄像机在流动计数池整个移动过程中对每个深度层面的显微图像进行拍摄，共生成至少40个层面图像数据，并将该图像数据传送给所述计算机装置；第1个图像采集位置的图像采集任务完成；本实施例中，图像采集位置包括X轴、Y轴、Z轴的坐标数据，所有图像采集位置的Z轴的坐标数值是同一数值，即流动计数池与光学显微镜镜头的竖直向的初始标定距离相同。
C、当第1个图像采集位置的图像采集任务完成后，所述的移动平台将所述的流动计数池运载到所述高速摄像机第2个图像采集位置，按照前一个图像采集位置的采集方式进行图像采集，并将该图像数据传送给所述计算机装置；根据设定的程序，所述高速摄像机顺序进行至少20个图像采集位置的采集任务；本实施例设置20个图像采集位置；参见图5，图像采集位置C自上向下排列共有4行，自左向右排列共有5列，共有20个图像采集位置。 本实施例中，图像采集装置中的高速摄像机、显微镜镜头固定不动，移动平台运载流动计数移动，改变图像采集位置。
D、所述计算机装置采用基于像素点的融合算法，将所述的每个图像采集位置所采集的多个层面图像数据中的像素点的灰度特征值进行融合，生成该图像采集位置的全息显微图像；计算机装置通过自动识别技术对该全息显微图像中的红细胞、白细胞、典型上皮细胞、管型、结晶、细菌分别进行识别、计数，获得一个图像采集位置的检测数据；在本实施例中，步骤C和步骤D可以同时进行，高速摄像机完成一个位置采集后将数据传送给计算机装置，然后进行下一位置采集，计算机装置接收到数据后立即进行融合算法处理，然后保存数据。
E、计算机装置将全部图像采集位置的检测数据进行累加，获得整个尿液样本的检测结果。
本实施例中，尿液图像采集仪可以采用实施例二公开的技术，也可以选用现有技术中的设备，例如可以选用专利号03140597.5中的载物台，该载物台应当具有自下向上匀速升降移动，或者自上向下匀速升降移动的功能，并且可以保证移动速度是每秒0.5毫米，该载物台应当具有标定和修正流动计数池与光学显微镜镜头的竖直向距离的功能。
本实施例中，流动计数池上表面与光学显微镜镜头的竖直向的初始标定距离是0.5－2毫米，光学显微镜镜头OLYMPUS PLAN 40倍物镜。
本实施例中，每个图像采集位置也可以称为一个光学显微镜视野，一个光学显微镜视野的区域是直径0.5毫米的区域，一个光学显微镜视野中可以采集多个层面的多个层面图像数据，最佳情况是采集40个层面图像数据。
本实施例中，在运动过程利用高速摄像机不断进行成像，假设工作深度为Ｄ(μm)，高速摄像机帧率为ｎ(frame/sec)，自动平台通过整个工作深度所需要的时间为Ｔ(sec)，而物镜的光学景深为ｔ(μm)。
只要t＞D/(n*T), 即可获得整个工作深度范围内的所有信息。假设光学系统已确定，即t已确定，则可以通过改变n或T来满足上述公式。
本实施例中，计算机装置采用的基于像素点的融合算法如下：
其中，L表示不同层面获取的图像，共有层，
表示第L层的加权系数，
表示第L层图像在点的灰度值，m = 1,2, ..,M，
n = 1, 2, ..,N，M × N为图像大小，( m, n )表示图像中像素点的位置， 加权系数，满足
根据像素点所在区域的特征因子计算加权系数。常见的区域特征因子有邻域能量，邻域方差和邻域梯度，计算公式如下（设区域大小为 3×3）：
1）邻域能量
2）邻域方差
3) 邻域梯度
其中，L=1,2…
为
层图像，为第L层图像在 ( x ,y )点的灰度值，S代表窗口区域，H 为掩模矩阵。
对应特征因子加权法计算公式如下：
1）邻域能量加权法
2）邻域方差加权法
3）邻域梯度加权法
上述算法仅仅是常规的一种算法，还可以采用现有技术中的其它算法。
实施例二：
参见图1至图4，本发明的尿液图像采集仪，有一个机座1，所述机座上设有一个图像采集装置5、一个移动平台4、控制电路、计算机装置；所述移动平台安装在一个行走装置2上。参见图3（图3是图2的B-B剖视图即右视图），所述行走装置包括纵向行走机构201、横向行走机构202、竖直向行走机构203；所述的移动平台上设置一个流动计数池3；所述图像采集装置中设有光学显微镜和高速摄像机；所述计算机装置中安装有显微图像处理程序，控制电路中设置匹配程序。所述控制电路中有一个单片机，单片机上设有通讯接口，可以与外界计算机装置信号连接。控制电路中设置匹配程序，可以控制行走装置沿X轴线（纵向）、Y轴线（横向）、Z轴线（竖直向）的轨道精确移动，并可以感知精确位置。光学显微镜是OLYMPUS PLAN 40倍物镜和高速摄像机（型号MicroMetric319 数码摄像机），拍摄速度是每秒40帧，流动计数池是封闭式，上层玻璃是普通光学玻璃，其厚度是0.17mm，下层是光学载玻片，中间封闭出一个0.5mm厚的空腔，作为样本检测的区域。有一个进口管路和一个出口管路。
参见图2、图3（图2是图1的A-A剖视图），本实施例中，纵向行走机构201中有一个纵向托板，该纵向托板通过导向滑套与两条滑轨安装，该滑轨与机座安装，驱动电机通过同步驱动齿轮、同步齿形带驱动纵向托板沿X轴线（纵向）往复移动，同步齿形带与纵向托板固定连接。参见图3、图4，本实施例中，横向行走机构202中有一个横向托板2023，横向托板底部通过导向滑套与两条滑轨2022安装，横向托板底部还设置推进螺母2025，横向托板通过该推进螺母与推进螺杆2026螺纹连接，推进螺杆的一端通过联轴器与步进电机2024连接，步进电机、两条滑轨、推进螺杆都安装在一个底座2021上。横向行走机构通过其底座端部的法兰固定在纵向行走机构中的纵向托板上。参见图3、图4，本实施例中，竖直向行走机构203中有一个竖直向托板，该竖直向托板顶部安装移动平台4，竖直向行走机构的机械结构与横向行走机构基本相同，不一一描述；竖直向行走机构通过其底座固定在横向行走机构中的横向托板上。
Claims (2)
1.一种尿液全息检测方法，使用一台尿液图像采集仪采集尿液图像，利用一个计算机装置对所采集的尿液图像进行运算处理；所述尿液图像采集仪中有一个图像采集装置，该图像采集装置中设有光学显微镜和高速摄像机；所述高速摄像机的信号输出端与所述的计算机装置信号连接；所述计算机装置中安装有显微图像处理程序；其特征在于：所述尿液图像采集仪中有一个移动平台，该移动平台安装在一个行走装置上，所述行走装置包括纵向行走机构、横向行走机构、竖直向行走机构；所述的移动平台上设置一个流动计数池；所述尿液图像采集仪中有一个控制电路，该控制电路用于控制所述的行走装置；尿液全息检测步骤是：
A、向所述的流动计数池中输入检测用量的尿液样本；
B、所述控制电路根据设定的程序驱动所述的移动平台移动；所述的移动平台将所述的流动计数池运载到所述高速摄像机第1个图像采集位置，光学显微镜和高速摄像机启动，所述的移动平台运载所述的流动计数池自下向上匀速移动，或者运载所述的流动计数池自上向下匀速移动，所述流动计数池的移动距离是0.5毫米，所述流动计数池的移动速度是每秒0.5毫米；高速摄像机每秒成像至少40帧；高速摄像机在整个移动过程中对每个深度层面的显微图像进行拍摄，生成至少40个层面图像数据，并将该图像数据传送给所述计算机装置；第1个图像采集位置的图像采集任务完成；
C、第1个图像采集位置的图像采集任务完成后，所述的移动平台将所述的流动计数池运载到所述高速摄像机第2个图像采集位置，按照前一个图像采集位置的采集方式进行图像采集，并将该图像数据传送给所述计算机装置；根据设定的程序，所述高速摄像机顺序进行至少20个图像采集位置的采集任务；
D、所述计算机装置采用基于像素点的融合算法，将所述的每个图像采集位置所采集的多个层面图像数据中的像素点的灰度特征值进行融合，生成该图像采集位置的全息显微图像；计算机装置通过自动识别技术对全息显微图像中的红细胞、白细胞、典型上皮细胞、管型、结晶、细菌分别进行识别、计数，获得一个图像采集位置的检测数据；
E、计算机装置将全部图像采集位置的检测数据进行累加，获得整个尿液样本的检测结果。
2.一种尿液图像采集仪，有一个机座，所述机座上设有一个图像采集装置、控制电路、计算机装置；所述图像采集装置中设有光学显微镜和高速摄像机；所述计算机装置中安装有显微图像处理程序，所述控制电路中设置匹配程序，其特征在于：所述机座上设有一个移动平台，所述移动平台安装在一个行走装置上，所述行走装置包括纵向行走机构、横向行走机构、竖直向行走机构；所述的移动平台上设置一个流动计数池。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHEN SHENG Free format text: FORMER OWNER: PULISHENG INSTRUMENTS CO., LTD., BEIJING Effective date: 20131017 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20131017 Address after: 100085, No. 2, No. 401, building 1, AVON garden, West West, Beijing, Haidian District Patentee after: Chen Sheng Address before: 100085 Beijing city Haidian District Qunying Science Park Building 5, two floor East Patentee before: Pulisheng Instruments Co., Ltd., Beijing |