CN104251811A - 一种数字显微镜及其图像识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于尿沉渣检测的数字显微镜及使用使用数字显微镜进行图像识别的方法。所述数字显微镜包括：光学显微装置，用于对待测样品成放大的像；成像装置，用于采集光学显微装置所成的像，具有成像芯片，该成像芯片的尺寸在1/4英寸至1英寸之间，帧率大于25帧/秒；显示器，用于显示成像装置所采集的图像；控制装置，用于控制成像装置和显示器，接收成像装置采集的图像数据并将该数据传输给显示器。本发明提供的数字显微镜，成像效果好，成份识别准确，且价格低廉，可以满足广大边远地区的医疗需要。

Description

一种数字显微镜及其图像识别方法

技术领域

本发明涉及一种用于尿沉渣分析的数字显微镜，尤其涉及一种集成有显示器的数字显微镜。

背景技术

尿液是机体内的重要排泄物之一,是反映肾脏器官发生病理变化的窗口。尿沉渣检查作为完整尿液分析不可缺少的重要组成部分,对泌尿系统等疾病的诊断、定位、鉴别、预后判断、药物治疗监测及健康筛查等有重要意义。尿沉渣是指尿液中的有形状成份，是原尿经过离心后形成的沉渣，是尿液有形成份质和量的组合，包括细胞、管形、结晶、细菌、精子等。

传统手工显微镜检尿沉渣检验，不仅工作强度大、易污染环境，还非常依赖于操作人员的水平和经验，人为误差率较高，不宜于监控和标准化，定量检测更无从谈起。目前各大医院常用全自动尿沉渣分析仪（AUSA,automatic urinesediment analyzer）作为尿沉渣检查的主要设备。AUSA采用显微图像全自动识别技术对尿液中的有形成份进行自动定位及捕捉，通过形态学方法对尿液中的有形成份进行自动识别和分类计数，主要用于临床检验科、肾病实验室等尿常规分析中，是一种价格较为昂贵的分析仪器，主要由尿沉渣主机、显微镜、CCD图像采集系统、计算机（包含显示器和打印机）和相应尿沉渣识别、分析软件组成。尿沉渣仪器主机通过自身配备的圆盘式自动进样器把尿沉渣样品送入置于显微镜载物台上的尿沉渣流动计数池，尿沉渣计数池中一定视野范围内的尿沉渣样品经显微镜放大尿沉渣有形成份成像于CCD上，通过全自动显微镜自动搜寻视野、自动聚焦把显微镜下最清晰的尿沉渣图像视野自动采集到计算机中，通过全自动尿沉渣有形成份自动识别软件自动识别尿沉渣中的有形成份个数。

由于AUSA的价格昂贵，通常只应用在规模较大的医院。对于广大边远地区，尤其是医疗条件较差的地区通常承担不起AUSA高昂的价格。但是AUSA的图像质量较差，容易导致自动识别的结果出现误差。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于尿沉渣检测的数字显微镜。

本发明提供了一种用于尿沉渣检测的数字显微镜，包括：

光学显微装置，用于对待测样品成放大的图像；

成像装置，包括用于采集光学显微装置所成的图像的成像芯片，该成像芯片的尺寸在1/4英寸至1英寸之间，帧率大于25帧/秒；

显示器，用于显示成像装置所采集的图像；

控制装置，用于控制成像装置和显示器，接收成像装置采集的图像数据并将该数据传输给显示器。本发明提供的数字显微镜可提高样品实时影像的质量，防止拖尾现象的产生，提高了所采集的图像的质量，能够更清晰地呈现样品中的各种有形成份，从而能够更准确地进行精确识别，另外还可扩大观察区域。

根据本发明提供的数字显微镜，其中所述光学显微装置为正置的光学显微装置，景深更深。

根据本发明提供的数字显微镜，其中光学显微装置与成像装置之间具有光传输装置，其中所述光传输装置为直角L形管状，能够降低数字显微镜的整体高度，提高其便携性。

根据本发明提供的数字显微镜，其中所述成像芯片的分辨率大于等于2048×1536。

根据本发明提供的数字显微镜，其中所述显示器的分辨率大于等于1024×768。

根据本发明提供的数字显微镜，其中所述显示器为触摸屏显示器。

根据本发明提供的数字显微镜，其中所述控制装置还用于根据成像装置所采集的图像数据识别样品中的各种有形成份的类型。

根据本发明提供的数字显微镜，其中所述成像芯片为CCD或CMOS。

根据本发明提供的数字显微镜，其中控制装置与成像装置之间通过低压差分信号端口连接。

根据本发明提供的数字显微镜，其中控制装置与显示器之间通过低压差分信号端口连接。

本发明还提供一种数字显微镜的图像识别方法，包括如下步骤：

1）摄取样品的图像，并将摄取的图像完全显示在显示器上；

2）利用所述数字显微镜自动识别所摄取的图像中的各种有形成份，并对不同类型的有形成份进行标识；

3）对自动识别的结果进行人工手动校正。

由于加入了人工校正的步骤，因此可以将机器识别的快速性和人工镜检的准确性有机地结合，从而在保证速度的前提下得到更加准确的检验结果。

根据本发明提供的方法，其中步骤3）中，包括修改自动识别错误的有形成份类型和人工识别未自动识别出的有形成份的类型。

根据本发明提供的方法，其中所述数字显微镜为上述类型的数字显微镜。

本发明提供的数字显微镜，成像效果好，成份识别准确，且价格低廉，可以满足广大边远地区的医疗需要。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为根据本发明的一个实施例提供的数字显微镜的结构示意图；

图2为根据本发明的一个实施例提供的数字显微镜中的的结构示意图；

图3为根据本发明的一个实施例提供的数字显微镜的光路图；

图4为根据本发明的一个实施例提供的数字显微镜的工作方法的流程图；

图5为图4中所示的方法中的手动校正步骤前的显示器所显示的图像；

图6为图4中所示的方法中的手动校正步骤时的显示器所显示的图像。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1

本实施例提供了一种用于尿沉渣检测的数字显微镜，其结构如图1所示，包括：

正置的光学显微装置，其自下至上包括：显微镜支架1、调焦装置2、照明装置3、聚光镜4、样品台5、物镜6、换镜旋座7、镜筒透镜（图中未示出），其中显微镜支架1用于支撑该数字显微镜的其他部件，照明装置3位于样品台5的下方，聚光镜4位于照明装置3和样品台5之间，用于将照明装置3发出的光会聚到样品台5以对其中所承载的尿沉渣样品进行照明，换镜旋座7位于样品台5的上方，其上安装有多个放大倍数不同的物镜6，换镜旋座7用于将所需倍数的物镜6转换到观测样品的位置，调焦装置2用于对该光学显微装置进行调焦，照明装置3发出的光被聚光镜4会聚到尿沉渣样品后，透过该样品并依次通过物镜6和镜筒透镜；

CCD成像装置9，包括CCD芯片以及CCD的数据传输和控制装置，该CCD的分辨率为优选为2048×1536，其面积大小优选为2/3英寸，其帧率大于25帧/秒；

光传输装置8，用于接收依次通过物镜6和镜筒透镜后的光，并将该光传输至CCD成像装置9中的CCD芯片上，该光传输装置8的结构如图2所示，呈直角L形管状，在其直角弯折处具有棱镜37，用于改变光传输装置8中所传播的光线的方向；

LCD触摸屏显示器11，固定到显微镜支架1上，分辨率为1024×768，用于向操作者显示尿沉渣样品的显微图像，并输入操作者对该数字显微镜的控制命令；

控制装置10，固定到显微镜支架1上，用于控制CCD成像装置9和LCD显示器11，接收CCD成像装置9采集的图像数据并将该数据传输给显示器11以供其显示，且该控制装置10中预装有图像识别软件，使该控制装置能够根据其所采集的图像数据识别尿沉渣样品中的各种有形成份的类型，并对各种有形成份分别计数，其中该控制装置10通过LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低压差分信号）端口与CCD成像装置9和LCD显示器11进行连接，以完成数据传输。

本实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜中的光路图如图3所示。其中照明装置3中的光源31发出的光经过照明装置3中的收集透镜32的会聚后入射到聚光镜33，经聚光镜33会聚到样品平面34上，透过样品平面34后依次经过物镜35和镜筒透镜36后入射到光传输装置8中并被光传输装置8中的棱镜37反射到CCD成像装置39中的CCD芯片38上，从而利用CCD芯片38采集样品平面34中的样品的图像。

本实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜中，可用CCD成像装置9实时地采集尿沉渣样品的实时影像，由于CCD成像装置9中的CCD芯片的最小帧率高达25帧/秒以上，可提高样品实时影像的质量，防止拖尾现象的产生。

本实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜中，采用了面积较大的2/3英寸的CCD芯片，提高了所采集的图像的质量，能够更清晰地呈现样品中的各种有形成份，从而能够更准确地利用图像识别软件对尿沉渣中的有形成份进行精确识别。另外，由于采用了面积较大的2/3英寸的CCD芯片，还可扩大观察区域。

本实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜中，控制装置与CCD成像装置之间的数据传输，以及控制装置与显示器之间的数据传输采用了高速的LVDS端口，可以高速地传输数据，满足分辨率为2048×1536，帧率大于25帧/秒的CCD芯片的传输需要。

本实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜中所采用的8为直角L形管状，能够降低数字显微镜的整体高度，提高其便携性。

本实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜采用了正置的光学显微装置，相比于倒置的光学显微装置，正置的光学显微装置景深更深，有利于对样品的检测。

本实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜中，将光学显微装置与LCD显示器集成在一起，相比于连接到电脑上的普通数码显微镜，更加便于搬运，且使操作者可以更方便地观察，不必频繁地在电脑屏幕和显微镜之间频繁移动。

本实施例提供的数字显微镜可按照如下方法进行操作：

先利用光学显微装置对待测样品成放大的像；

再利用成像装置采集光学显微装置所成的像；

然后利用控制装置，接收成像装置采集的图像数据并将该数据传输给显示器，以显示成像装置所采集的图像。

另外，还可以利用所述控制装置根据成像装置所采集的图像数据识别样品中的各种有形成份的类型。

根据本发明的其他实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜，其中CCD芯片的面积不限于2/3英寸，例如还可以为1/4英寸、1英寸等。

根据本发明的其他实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜，其中CCD芯片的分辨率不限于2048×1536，还可以采用更高的分辨率。

根据本发明的其他实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜，其中控制装置与CCD成像装置之间的数据传输，以及控制装置与显示器之间的数据传输端口并不限于LVDS端口，也可以为其他的能够满足分辨率大于等于2048×1536，帧率大于25帧/秒的CCD芯片的传输所需要的高速端口。

根据本发明的其他实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜，其中显示器的分辨率优选大于等于1024×768。

根据本发明的其他实施例提供的用于尿沉渣检测的数字显微镜，成像装置9中也可以采用CMOS芯片来替代CCD芯片。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种数字显微镜的工作方法，其工作流程示意图如图4所示，在制备好样品（步骤201）后，选择物镜（步骤202），然后可以在如下的4种工作模式中选择一种：预览模式211、诊断模式221、训练模式231和测试模式241。

在预览模式211中，首先聚焦并选择视场（步骤212），然后进行预览（步骤213），在预览过程中，使用者可以像操作传统显微镜那样地操作，与现有技术不同的是，视场内的图像不是通过目镜传递到人眼，而是实时地显示在LCD显示器上，使用者通过LCD显示器观察视场中的样本的图像。预览结束后，该工作流程结束。

在诊断模式221中，包括如下步骤：

聚焦并选择视场（步骤222），在该步骤中，使用者聚焦后选择所需的视场范围；

摄取图像（步骤223），在该步骤中，使用者对所选的视场进行图像摄取，并将摄取的图像完全显示在LCD显示器上；

机器识别（步骤224），在该步骤中，显微镜利用内置的算法自动识别步骤223中所摄取的图像中的各种有形成份，并分别对各种有形成份的数量进行计数；

手动校正（步骤225），对机器识别的结果进行手动校正，对机器识别的结果进行人工审核，若发现对某些有形成份的类型识别错误，或未识别出某些有形成份的情形，则进行手动校正，然后重新对各种有形成份的数量进行计数；

判断样品图像是否可以得到检测结果（步骤226），如果可以得到结果，则打印检测报告（步骤229）或将报告通过网络发送给HIS系统（Hospital InformationSystem，医院信息系统），流程结束，若不能得到结果，则可选择更换视场或者更换更大倍数的物镜（步骤227），如果选择更换视场，则返回步骤222，重新选择另一视场，如果选择更换倍数更大的物镜，则进行步骤228，再返回步骤222，重新聚焦并选择视场。

其中步骤225中的手动校正的具体方法如图5所示。在机器识别（步骤224）步骤中，显微镜利用内置的算法识别出各种有形成份的类型，并利用不同的标记来标识不同类型的有形成份，且显示在如图5所示的显示器上。利用虚线圈标识红细胞，利用实线圈标识白细胞，并分别对各种有形成份的数量进行计数，如图5右上角所示，红细胞为8个，白细胞为3个。但是机器识别存在一定的误差，例如图5中左下角的白细胞W被识别成了红细胞，本该用实线圈标识却错误地用了虚线圈标识，最终导致计数不准确（正确结果例如应是红细胞为7个，白细胞为4个）。通过人工校正，可以弥补机器识别的误差，如图6所示，可以手动地将有形成份的类型进行更正，使白细胞W更正为用实现圈标识，进而更正结果（如图6右上角所示，红细胞为7个，白细胞为4个）。

出于清晰度的考虑，图5和图6中仅示出了白细胞和红细胞两种有形成份，本领域技术人员可以理解的是，对于红细胞和白细胞的上述检测流程也可以应用于尿液中的其他有形成份，如细菌、晶体、管型、酵母菌等。

在训练模式231中，可以向显微镜输入识别完毕的尿沉渣样品图像作为训练样本，以提高显微镜机器识别的准确性和精确性。

在测试模式241中，显微镜可提供显微镜数据库中的尿沉渣样品图像，该图像中包含了各种已经识别完毕的有形成份，以供操作者学习或测试操作者的检测水平。

本实施例提供的操作方法中，由于加入了人工校正的步骤，因此可以将机器识别的快速性和人工镜检的准确性有机地结合，从而在保证速度的前提下得到更加准确的检验结果。

另外，本实施例提供的操作方法中，采用了“完全显示”的方式，即将摄取的图像完全显示在LCD显示器上，而非像现有的AUSA系统中那样采用“部分显示”的方式，在“部分显示”方式中，仅将所需检测的有形成份显示出来。由于本发明采用了完全显示的方式，因此不会遗漏尿沉渣样品中的有形成份，再加之后续的人工校正步骤，即可避免漏检造成的检查结果的不准确性。另外，由于采用了完全显示的方式，还可以实现结果的可追溯性。

本实施例提供的操作方法中，步骤225中的手动校正是通过触摸屏来完成的，本领域技术人员可以理解的是，在根据本发明的其他实施例中，也可以采用其他的输入设备来完成手动校正。

根据本发明的其他实施例，其中用于标识不同类型的有形成份的标记不限于上述的虚线圈、实线圈，也可以利用其他的标记来标识不同类型的有形成份，例如颜色不同的线圈。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

附图标记列表

显微镜支架1、调焦装置2、照明装置3、聚光镜4、样品台5、物镜6、换镜旋座7、光传输装置8、CCD成像装置9、控制装置10、显示器11、光源31、收集透镜32、聚光镜33、样品平面34、物镜35、镜筒透镜36、棱镜37、CCD芯片38、CCD成像装置39

Claims (13)

1.一种用于尿沉渣检测的数字显微镜，包括：

光学显微装置，用于对待测样品成放大的图像；

成像装置，包括用于采集光学显微装置所成的图像的成像芯片，该成像芯片的尺寸在1/4英寸至1英寸之间，帧率大于25帧/秒；

显示器，用于显示成像装置所采集的图像；

控制装置，用于控制所述成像装置和显示器，接收成像装置采集的图像数据并将该数据传输给显示器。

2.根据权利要求1所述的数字显微镜，其中所述光学显微装置为正置的光学显微装置。

3.根据权利要求1所述的数字显微镜，其中光学显微装置与成像装置之间具有光传输装置，用于将光学显微装置发出的光传输至成像装置，其中所述光传输装置为L形管状。

4.根据权利要求1所述的数字显微镜，其中所述成像芯片的分辨率大于等于2048×1536。

5.根据权利要求1所述的数字显微镜，其中所述显示器的分辨率大于等于1024×768。

6.根据权利要求1所述的数字显微镜，其中所述显示器为触摸屏显示器。

7.根据权利要求1所述的数字显微镜，其中所述控制装置还用于根据成像装置所采集的图像数据识别样品中的各种有形成份的类型。

8.根据权利要求1所述的数字显微镜，其中所述成像芯片为CCD或CMOS。

9.根据权利要求1所述的数字显微镜，其中控制装置与成像装置之间通过低压差分信号端口LVDS连接。

10.根据权利要求1所述的数字显微镜，其中控制装置与显示器之间通过低压差分信号端口LVDS连接。

11.一种数字显微镜的图像识别方法，包括如下步骤：

1）摄取样品的图像，并将摄取的图像完全显示在显示器上；

2）利用所述数字显微镜自动识别所摄取的图像中的各种有形成份，并对不同类型的有形成份进行标识；

3）对自动识别的结果进行人工手动校正。

12.根据权利要求11所述的方法，其中步骤3）中，包括修改自动识别错误的有形成份类型和人工识别未进行自动识别的有形成份的类型。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述数字显微镜为权利要求1-10中任一项所述的数字显微镜。