CN104458579A - 一种数字切片扫描仪及其减少扫描焦点数量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于数字切片扫描仪的减少焦点数量的方法。步骤如下：将所述玻片置于扫描平台上；切片扫描，获得切片的玻片预览图；将扫描区域调整为整个玻片；识别焦点；调焦，获得焦点焦距值；根据焦距值计算焦面。可以有效的提高扫描仪载片平台及光学系统的安装精度，使得少量焦点就能够清晰扫描超大切片(数字图像像素值能够达到100000×100000以上)提供了可能性。通过划分相同颜色的等焦距区域，进一步减少了焦点数量。通过本发明的方法，扫描时间可以整体减少20％。

Description

一种数字切片扫描仪及其减少扫描焦点数量的方法

技术领域

本发明涉及一种基于数字切片扫描仪的扫描方法，尤其涉及一种基于数字切片扫描仪的减少焦点数量的方法。

背景技术

数字切片扫描就是把医院病理科的传统切片通过高精度扫描，生成数字图像，用于网络传输、智能分析、远程培训等。对于数字切片扫描，扫描的画质是第一位的，同时，扫描时间也是非常重要，只有扫描时间达到合理的范围，数字切片扫描才有实用的可能。

现有的数字切片扫描过程，一般分为如下几个步骤，

1.切片预览，得到切片的预览图，切片概貌。

2.对预览图进行识别，得到扫描区域。

3.对扫描区域内的组织进行焦点识别。

4.对焦点进行对焦。

5.根据焦点的对焦结果，对扫描区域的各处进行焦面的计算。

6.根据焦面，对扫描区域内的组织进行高倍精细扫描。

对于一般临床用切片，普遍厚度在1微米至4微米之间，40倍光学系统下，显微系统的景深约为1微米至2微米，只要焦距要落在切片厚度范围以内，扫描出来的数字切片就是清晰的。

另外，如果载片平台绝对水平，光学系统的光轴与平台绝对垂直，因为整张切片的焦距值都几乎是一样的，理论上来说，只需要有很少的焦点，几个略有不同的且正确的焦距，就可以扫清晰整张切片。但是现有的制造、装配、调试工艺，无法保证绝对的水平与垂直，载片平台会引起0微米至50微米的倾斜；光学系统光轴与载片平台也无法做到绝对垂直,现有的制造与安装工艺，会引起0度至0.15度的偏移；以上2个硬件工艺上的原因，导致切片的一端与另外一端，焦距会有多至100微米的偏差，远远超出景深范围，使得稀少的焦点的焦距无法代表玻片各处的焦距，必须要有足够多的焦点，才能够扫清楚玻片的各个角落。

在扫描的过程中，要保证切片各处的焦距都在切片厚度之内，，对于标准15毫米*15毫米的组织切片，在现有的光学系统下，一般来说有1500至2500个视野，如果对每个视野都对焦，一个焦点对焦需要0.5秒的时间，一个标准的组织切片，光对焦就需要750秒至1000秒的时间，完全无法达到实用要求。所以，不可能对所有扫描视野都对焦，这就需要用有限的焦点，虚拟出整个切片的焦面。

由于硬件上的误差及算法上的需要，经过实测表明，如果要虚拟出一个焦面，并且要求90％的切片都能够得到清晰的扫描图像，焦点的密度应该要求每平方毫米1个以上。在扫描流程的焦点识别步骤中，现在的方案是按照焦点密度要求，在预览图的切片组织区域内，等间距放置焦点。

在现有方案中，为了保证焦面尽量正确，需要的焦点密度为每平方毫米0.5个以上。15毫米*15毫米的标准组织切片，焦点数量能会达到100个以上，每个焦点对焦花费0.5秒，则整个对焦过程需要50秒以上的时间。然后，对焦完成以后，单纯的切片扫描时间只需要80秒至100秒,对焦过程占整个扫描过程的30％以上。

在现有硬件下，切片扫描需要遍历切片内的所有组织，故扫描时间是无法减少的，但是可以通过减少硬件的误差，并且通过对预览图的分析，优化虚拟焦面的算法，减少实测焦点的密度，达到大大节省整体扫描时间的目的。

发明内容

本发明针对上述的减少平台安装误差及减少焦点数量以提升扫描速度的问题，提供以下解决方案。

本发明的技术方案具体如下：

一种数字切片扫描仪，包括扫描平台、光学部件、相机，在所述扫描平台上设置一矩形激光微刻玻片。

一种数字切片扫描仪，所述激光微刻玻片的厚度小于2mm，优选的，厚度为1mm，在该玻片上用激光刻录等间距斜线，该斜线间距为0.1-1μm，优选的，间距为0.1-5μm，优选的间距为0.2μm。

一种数字切片扫描仪减少扫描焦点数量的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：制作权利要求1所述的激光微刻玻片，并放置在扫描平台上；

步骤2：将切片放在所述激光微刻玻片上，手动调整扫描区域为扫描整个微刻玻片，进行扫描拍摄，在扫描区域内识别焦点，获得该激光微刻玻片的虚拟焦面α，该虚拟焦面α与绝对水平的平面的x轴方向的高度差设为m，与绝对水平的平面的y轴方向的高度差设为n；

步骤3：根据切片设计的焦点数、光学部件的景深计算出m，n的极限值，作为指导所述扫描平台的安装与调试，使得所述扫描平台通过所述激光微刻玻片的调试无限接近绝对水平；

步骤4：调试完成后，扫描不同的切片，可以用很少的焦点就能清晰扫描全图，加快扫描速度。

一种数字切片扫描仪，所述方法还包括相同颜色区域的加速扫描，具体包括：获得切片预览图，识别相同颜色区域为等焦距区域，根据所述激光微刻玻片的虚拟焦面α，在所述等焦距区域测量少量焦点的焦距值，即能获得等焦距区域内各处的焦距值。

一种数字切片扫描仪，扫描时间减少20％。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明所提供的技术方案一方面可以有效的提高扫描仪载片平台及光学系统的安装精度，使得少量焦点就能够清晰扫描超大切片(数字图像像素值能够达到100000*100000以上)提供了可能性。另一方面通过划分相同颜色的等焦距区域，进一步减少了焦点数量。通过本发明的方法，扫描时间可以整体减少20％。

附图说明

图1为本发明激光微刻切片示意图；

图2为玻片虚拟平面；

图3为相同颜色的等焦距区域。

具体实施方式

本发明提供了一种基于数字切片扫描仪的减少焦点数量的方法。

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明。

实施例：

第一方面，减小硬件误差步骤如下：

1)制作如图1所示的激光微刻玻片，要求该玻片的尺寸为25mm*75mm*1mm，玻片上用激光刻录等间距的斜线，斜线的间距要求0.2μm，置于扫描平台之上。

2)进入切片正常扫描流程，拍摄预览图，获得该微刻切片的预览图。

3)识别扫描区域，手动调整扫描区域为扫描整个微刻玻片。

4)在扫描区域内，识别焦点，每平方毫米不少于1个焦点，等间距排布焦点。

5)调焦，获得所有焦点的焦距值。

6)根据焦点值计算焦面。

经过以上步骤，理论上来说所得的焦面是一个平面，当然，实测可能不是一个平面。根据所测的几百个焦点，拟合出该玻片的焦平面(如图2所示)。平面α为所测焦点拟合出来的虚拟平面，m为玻片沿X方向一端与另一端的高度差，n为玻片沿Y方向一端与另一端高度差，a边为玻片短边且长度为25mm，b边为玻片短边且长度为75mm。

按照系统设计要求，若面积为15mm*15mm的切片，要求焦点数量少于30个，即每平方毫米0.13个焦点，单方向(X或Y方向)为0.37个焦点。因为b边长为75mm，沿该边最多可接受75mm*0.37个/mm＝27.4个焦点，由于光学系统景深为1.5μm，27.4*1.5μm＝41μm，也就是说，要保证以上焦点密度要求的前提下，平台沿Y方向的倾斜n必须小于41μm。同理，也必须保证平台沿X方向的高度差m小于13.7μm。

由此方法指导平台的安装与调试，可以使得平台无限接近于绝对水平，才有了用很少的焦点就能扫清晰全图的可能。

第二方面，根据颜色强度算法如下：

1)获得切片预览图，并按照图中各部分颜色的差别，把预览图分为若干等焦距区域，如图3所示,由线条区分，总共分了4个等焦距区域。

2)图3中，颜色强度类似的切片，多为相同的细胞或组织组成，相同的细胞或组织，其上的焦距值几乎是相等的。由于玻片的虚拟焦平面α已经由第一步中测得，只要在等焦距区域内测量少量焦距值(如各区域内的焦点所示)，就能根据焦平面α，计算出等焦距区域内各处的焦距值。

以上两点可以整体扫描时间减少20％。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种数字切片扫描仪，包括扫描平台、光学部件、相机，其特征在于，在所述扫描平台上设置一矩形激光微刻玻片。

2.根据权利要求1所述的数字切片扫描仪，其特征在于，所述激光微刻玻片的厚度小于2mm，在该玻片上用激光刻录等间距斜线，该斜线间距为0.1-1μm。

3.一种基于权利要求1-2任意一项所述数字切片扫描仪的减少扫描焦点数量的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：制作权利要求1所述的激光微刻玻片，并放置在扫描平台上；

步骤2：将切片放在所述激光微刻玻片上，手动调整扫描区域为扫描整个微刻玻片，进行扫描拍摄，在扫描区域内识别焦点，获得该激光微刻玻片的虚拟焦面α，该虚拟焦面α与绝对水平的平面的x轴方向的高度差设为m，与绝对水平的平面的y轴方向的高度差设为n；

步骤3：根据切片设计的焦点数、光学部件的景深计算出m，n的极限值，作为指导所述扫描平台的安装与调试，使得所述扫描平台通过所述激光微刻玻片的调试无限接近绝对水平；

步骤4：调试完成后，扫描不同的切片，可以用很少的焦点就能清晰扫描全图，加快扫描速度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括相同颜色区域的加速扫描，具体包括：获得切片预览图，识别相同颜色区域为等焦距区域，根据所述激光微刻玻片的虚拟焦面α，在所述等焦距区域测量少量焦点的焦距值，即能获得等焦距区域内各处的焦距值。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，扫描时间减少20％。