CN103695305A - 一种用于自动显微镜的灰度摄像头及细胞综合分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头，以及安装有所述灰度摄像头的细胞综合分析装置，包括入光口、出光口，以及同轴设置的分光棱镜、滤光片、透镜装置、灰度图像传感器，光线由入光口射入，经分光棱镜形成两路光线，一路光线由出光口射出，另一路光线照射至灰度图像传感器进行成像。利用本发明所述的装置可同时采集定性分析所需的彩色图像和定量分析所需的灰度图像，提高细胞分类及分析的准确性。灰度摄像头可在自动显微镜的基础上实现灰度图像的采集。保留了显微镜原有的目视功能，满足镜下复查的需要；灰度摄像头作为数码中间体，采用附件形式设计，易于安装，安装后不需要调整；维持了原有显微结构的稳定性。

Description

一种用于自动显微镜的灰度摄像头及细胞综合分析装置
技术领域
本发明涉及一种细胞分析装置，更具体地说，涉及一种用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头，以及安装有所述灰度摄像头的细胞综合分析装置。
背景技术
目前对细胞的分析主要包括定性和定量两种方法。定性分析方法，一般是基于细胞形态学分析，即通过在显微镜下通过观察经过染色的脱落细胞的形态学特征来对细胞进行定性分析，包括细胞浆与细胞核染色的深浅，体积大小，细胞核内染色体粗细、染色体排列以及细胞核与细胞浆的比值，根据观测者的经验判断细胞是否癌变，此种观测方法主观因素太强，依赖医生的经验和技巧，误诊率较高，准确率一般只有60％左右。
定量分析方法，就是对细胞内的化学成分进行定量分析，比如遗传物质—脱氧核糖核酸（DNA）。细胞癌变的本质是细胞迅速无限增殖和转移，当生物体细胞发生癌变时，细胞核内的DNA含量会增加，可将染料或显色剂与细胞核内DNA特异性相结合，当细胞核内DNA含量增高时，DNA结合染料或显色剂相应增多，其光学密度增高。继而通过测量显微镜图像的光学密度，即可进行细胞核的DNA定量分析，，通过与正常细胞进行比较，发现早期癌变的细胞。
虽然DNA定量分析方法可以提供较为客观的数据，但该方法只是针对细胞核进行分析，信息不全面，且早期患者的肿瘤细胞核内DNA含量增加不显著，需要综合细胞的形态学信息，以提供更为准确的分析结果。
中国发明专利申请200810070940.2公开了一种细胞综合检测方法，即能同时进行细胞形态学分析与DNA定量检测，综合了两种方法的优点，提高分析的准确率。
上述发明申请仅公开了方法，没有提供实现方法的装置，即可同时获取同一视野的彩色图像和特定波长的灰度图像，其中彩色图像用以细胞形态分析，灰度图像用以细胞核DNA定量分析。
中国发明专利申请201110071790.6公开了一种全自动双ccd感光元件数字显微镜，同时利用彩色ccd感光元件以及黑白ccd感光元件进行标本图像信息采集，以获得标本的多焦面全息三维图像，同时根据黑白ccd感光元件采集的细胞核积分光密度信息输出标本的阅片结论，最终输出标本图文报告。另本发明采用上下片装置、水平移动夹持装置自动完成标本载玻片的更换，然后对采用三维机架对载玻片进行三维定位，以便于彩色ccd感光元件以及黑白ccd感光元件对标本的图像信息采集。
上述发明申请的技术方案直接在观察头的双目上分别安装一个彩色摄像头和一个黑白摄像头，但因此没有了目视观察功能，不便于医生进行镜下复检；且目镜一般有屈光度调节，是可转动的，在使用时易导致两个摄像头不齐焦或者视场有偏差；同时由于在观察头部直接安装两个摄像头及相应的光机结构，其重量较大，也会影响显微镜结构的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种更为稳定可靠，易于操作的彩色及黑白图像获取装置，同时保留目视观察功能，以保证镜下复检的细胞综合分析装置，以及作为数码中间件的用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头。
本发明的技术方案如下：
一种用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头，包括入光口、出光口，以及同轴设置的分光棱镜、滤光片、透镜装置、灰度图像传感器，光线由入光口射入，经分光棱镜形成两路光线，一路光线由出光口射出，另一路光线照射至灰度图像传感器进行成像。
作为优选，分光棱镜的透光比为50：50。
作为优选，滤光片中心透过波长、带宽与细胞核的染色方法相匹配。
作为优选，滤光片中心透过波长为590nm，带宽为10nm。
一种细胞综合分析装置，包括自动显微镜、彩色摄像头、灰度摄像头、图像分析系统；灰度摄像头作为附件，安装在自动显微镜的目镜与物镜的光路之间，彩色摄像头设置在目镜上方；自动显微镜、彩色摄像头、灰度摄像头分别与图像分析系统连接，进行数据采集与分析。
作为优选，彩色摄像头、灰度摄像头与图像分析系统的连接采用不相同的通讯接口。
作为优选，彩色摄像头与灰度摄像头对应的物方采样分辨率相同。
作为优选，彩色摄像头与灰度摄像头对应的视场中心重合。
作为优选，图像分析系统同时采集彩色摄像头的彩色图像和灰度摄像头的灰度图像，进行空间配准后，分别用彩色图像和灰度图像对同一个细胞进行定性分析和定量分析，结合定性分析和定量分析得出分析结果。
作为优选，所述的定性分析是基于彩色图像进行分析，包括细胞的分类，细胞浆的颜色及大小，细胞核内染色体粗细，染色体排列以及细胞核与细胞浆的比值。
作为优选，所述的定量分析是基于灰度图像对细胞核进行DNA定量分析，包括细胞核灰度、积分光密度信息。
本发明的有益效果如下：
本发明提供一种能同时进行细胞形态学分析和细胞核DNA定量检测的细胞综合分析装置，利用本发明所述的装置可同时采集定性分析所需的彩色图像和定量分析所需的灰度图像，提高细胞分类及分析的准确性。本发明还提供了一种用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头，可在自动显微镜的基础上实现灰度图像的采集。本发明所述的灰度摄像头与细胞综合分析装置，保留了显微镜原有的目视功能，满足镜下复查的需要；灰度摄像头作为数码中间体，采用附件形式设计，易于安装，安装后不需要调整；维持了原有显微结构的稳定性。
附图说明
图1是细胞综合分析装置的结构示意图；
图2是自动显微镜的结构示意图；
图3是灰度摄像头的剖视图；
图中：100是观察头部，101是目镜，102是物镜，103是载物台，104是主体，105是第三筒，200是灰度摄像头，201是入光口，202是出光口，203是滤光片，204是透镜装置，205是灰度图像传感器，206是分光棱镜，300是彩色摄像头，400是图像分析系统。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
如图1所示，一种细胞综合分析装置，包括如图2所示的自动显微镜、彩色摄像头300、灰度摄像头200、图像分析系统400；灰度摄像头200作为附件，安装在自动显微镜的目镜101与物镜102的光路之间，本实施例中，灰度摄像头200安装在自动数码显微镜的观察头部100和显微镜主体104之间。彩色摄像头300设置在目镜101上方，本实施例中，彩色摄像头300安装在自动显微镜观察头部100的第三筒105上。自动显微镜、彩色摄像头300、灰度摄像头200分别与图像分析系统400连接，进行数据采集与分析。所述的自动显微镜，光学系统为无限远色差校正CCIS结构，观察头部100为三目，载物台103为电动，可以选用Motic公司的BA610Mot。
灰度摄像头200作为显微镜的附件的形式进行设计，本发明所述的一种用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头200如图3所示，包括入光口201、出光口202，以及同轴设置的分光棱镜206、滤光片203、透镜装置204、灰度图像传感器205，光线由入光口201射入，经分光棱镜206形成两路光线，一路光线由出光口202射出，进入目镜101，另一路光线照射至灰度图像传感器205进行成像。分光棱镜206设置于灰度摄像头200的前部位置，其上下分别正对出光口202、入光口201。滤光片203用于选择特定波长的光，即对进入灰度摄像头200的光过滤成特定波长的光；透镜装置204用于对进入灰度摄像头200的光路进行会聚成像；灰度图像传感器205用于接收经透镜装置204会聚后的成像。
为了得到最佳的拍摄效果，分光棱镜206的透光比优选为50：50。使彩色摄像头300与灰度摄像头200最终成像的效果基本相同。
滤光片203中心透过波长、带宽与细胞核的染色方法相匹配，即滤光片203的光谱特性由细胞核的染色方法决定，当对细胞核进行Feulgen染色，滤光片203中心透过波长为590nm，带宽为10nm。
为了避免同类型通讯接口在同时传输数据时相互影响而降低速度，彩色摄像头300、灰度摄像头200与图像分析系统400的连接采用不相同的通讯接口。例如彩色摄像头300可选用Moticam Pro285E，为1394接口，灰度摄像头200选用USB接口，或者其他通讯接口。
彩色摄像头300与灰度摄像头200对应的物方采样分辨率相同。彩色摄像头300与灰度摄像头200对应的视场中心重合。
图像分析系统400同时采集彩色摄像头300的彩色图像和灰度摄像头200的灰度图像，进行空间配准后，确保是对同一个细胞同时进行定量分析与定性的分析。图像分析系统400分别用彩色图像和灰度图像对同一个细胞进行定性分析和定量分析，结合定性分析和定量分析得出分析结果。
所述的定性分析是基于彩色图像进行分析，包括细胞的分类，细胞浆的颜色及大小，细胞核内染色体粗细，染色体排列以及细胞核与细胞浆的比值。所述的定量分析是基于灰度图像对细胞核进行DNA定量分析，包括细胞核灰度、积分光密度信息。
具体应用时，首先对切片进行染色处理，包括对细胞核进行Feulgen染色和对细胞浆进行EA50或伊红染色。
经过两次染色后，将切片放置在自动显微镜的载物台103上，由图像分析系统400控制载物台103移动到感兴趣位置并调焦，同时控制彩色摄像头300和灰度摄像头200进行图像获取，分别获得同一感兴趣区域的彩色图像和590nm波长的灰度图像，将两幅图像进行空间配准。
通过图像分析系统400对图像进行分析处理：用彩色图像根据细胞的形态特征参数进行分类，并分析细胞浆的颜色及大小，细胞核内染色体粗细，染色体排列以及细胞核与细胞浆的比值等；用灰度图像对同一细胞的细胞核进行DNA定量分析，包括细胞核灰度、积分光密度信息等；最后根据空间配准信息，综合某个细胞的细胞核DNA含量、细胞的形态学信息给出综合分析报告。
上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头，其特征在于，包括入光口、出光口，以及同轴设置的分光棱镜、滤光片、透镜装置、灰度图像传感器，光线由入光口射入，经分光棱镜形成两路光线，一路光线由出光口射出，另一路光线照射至灰度图像传感器进行成像。
2.根据权利要求1所述的用于显微镜的附件形式的灰度摄像头，其特征在于，分光棱镜的透光比为50：50。
3.根据权利要求1所述的用于显微镜的附件形式的灰度摄像头，其特征在于，滤光片中心透过波长、带宽与细胞核的染色方法相匹配。
4.根据权利要求3所述的用于显微镜的附件形式的灰度摄像头，其特征在于，滤光片中心透过波长为590nm，带宽为10nm。
5.一种细胞综合分析装置，其特征在于，包括自动显微镜、彩色摄像头、灰度摄像头、图像分析系统；灰度摄像头作为附件，安装在自动显微镜的目镜与物镜的光路之间，彩色摄像头设置在目镜上方；自动显微镜、彩色摄像头、灰度摄像头分别与图像分析系统连接，进行数据采集与分析。
6.根据权利要求5所述的细胞综合分析装置，其特征在于，彩色摄像头、灰度摄像头与图像分析系统的连接采用不相同的通讯接口。
7.根据权利要求5所述的细胞综合分析装置，其特征在于，彩色摄像头与灰度摄像头对应的物方采样分辨率相同。
8.根据权利要求5所述的细胞综合分析装置，其特征在于，彩色摄像头与灰度摄像头对应的视场中心重合。
9.根据权利要求5所述的细胞综合分析装置，其特征在于，图像分析系统同时采集彩色摄像头的彩色图像和灰度摄像头的灰度图像，进行空间配准后，分别用彩色图像和灰度图像对同一个细胞进行定性分析和定量分析，结合定性分析和定量分析得出分析结果。
10.根据权利要求9所述的细胞综合分析装置，其特征在于，所述的定性分析是基于彩色图像进行分析，包括细胞的分类，细胞浆的颜色及大小，细胞核内染色体粗细，染色体排列以及细胞核与细胞浆的比值。
11.根据权利要求9所述的细胞综合分析装置，其特征在于，所述的定量分析是基于灰度图像对细胞核进行DNA定量分析，包括细胞核灰度、积分光密度信息。
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