CN106019546B - 一种重力式自动进片扫描显微镜及其进片方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力式自动进片扫描显微镜，用于解决显微镜效率不高、容量不足、功能单一、结构复杂的问题，包括显微镜、扫描进给机构、进片系统、收片系统，进片系统包含切片架、切片盒、切片架进给装置，在进片前，把放置多片标本切片的切片架前端放置在所述切片盒的挡板上，使之至少一端高于扫描状态时的高度，进片时，通过弹片与切片架驱动结构的啮合，然后由切片架进给装置带着切片架沿切片架进给反方向运动，从而实现该切片架在重力作用下落到扫描进给机构上，最后沿切片架进给正方向运动过程中，穿过前开口，并在压片作用下实现切片架的准确定位、固定以完成切片的进片功能。本发明还提供了该扫描显微镜的进片方法。

Description

一种重力式自动进片扫描显微镜及其进片方法

技术领域

本发明涉及自动扫描显微镜技术领域，尤其涉及一种重力式自动进片扫描显微镜及其进片方法。

背景技术

光学显微镜作为一种探索微观世界强有力的工具，已被广泛地应用于各项医疗诊断和科学实验研究中，随着计算机处理技术和数字图像技术的快速发展，实现显微镜联机控制、数字图像的自动获取、永久保存和计算机辅助检测，已成为显微镜自动化发展的必然趋势，与此同时，随着各项医疗普查的广泛开展和科学研究的不断深入，随着数字虚拟切片的广泛应用，待分析的标本数量也大幅度增加，以巴氏子宫颈标本切片检查为例，目前单台显微镜平均每年需检查的子宫颈标本切片达几万片，基于此，在自动显微镜上添加标本切片的自动进给功能，实现在无人值守的情况下的标本切片的自动批处理功能，实现全程自动化是很有必要的，这将大大提高扫描显微镜处理样品的能力及降低显微镜操作费用。

在申请号为201120003599.6的专利中公开了一款显微镜载玻片自动送检装置，该装置包括生物显微镜、载玻片圆盘、工作主板、步进电机、同步带主动轮、同步带、从动轮、玻片升降单元；其中，载玻片圆盘上均匀设有切片槽，通过旋转把切片槽中的切片传送到扫描位置，然后由玻片升降机构抬进切片，实现对切本标本的齐焦图像的获取，观察完成后，玻片升降机构下降，重新把切片放入切片槽中，该装置存在以下几个问题：1、机械臂在载物台与载玻片盒之间直接传输标本切片本自身，由于标本切片是采用玻璃材料，很容易破坏标本，这在实际应用中是不能被接受的；2、该装置没有实现对标本切片在图像观察时的X、Y方向的平移，没有实现图像的扫描；3、切片在载玻片圆盘上呈单排圆形阵列放置，造成大最空间浪费，以及造成产量一次扫描容量非常有限，该专利的具体实施便只实现了16片切片的最大容量；4、该装置的每一种运动都采用单独的电机驱动，造成结构、电器控制都很复杂。

编号为1005-0930(2005)-02-0185-09的文献公开了一种新型的显微镜载玻片自动装载系统，该系统由载玻片盒、特制的载物台和机械臂组成，该载玻片盒上间隔放置标本切片，并可以在Z轴方向上下运动，然后通过机械臂实现标本切片在载物台与载玻片盒之间的转移，最后，通过载物台在显微镜上实现对标本切片的自动扫描，该系统存在以下几个问题：1、机械臂在载物台与载玻片盒之间直接传输标本切片本自身，由于标本切片是采用玻璃材料，很容易破坏标本，这在实现应用中是不能被接受的；2、为了保留机械臂的操作空间，各个标本切片呈间隔放置，造成空间浪费，或者造成产量一次扫描容量有限，公开的资料只实现了25片切片的最大容量；3、由于每个切片的扫描都需要有载玻盒上下运动到进片位置、机械臂实现进片、载物台运动到扫描位置、扫描、载物台运动到退片位置、机械臂实现退片等无法并行的运动，造成时间浪费，效率不高；4、由于机械臂、载玻盒运动、载物台运动都采用单独的电机驱动，造成电器、机械结构都很复杂，从而造成成本很高，可靠性也大幅下降。

在申请号为201120466334.X、201420402943.2、201010188659.6、201410347521.4、200780008213.7、200510043744.2的专利中都公开了显微镜标本切片的自动进片机构，但基本原理都与文献1005-0930(2005)-02-0185-09相类似类，是采用平面移动载物台装置、上下运动载玻盒、标本切片转移机构来达到自动进片效果，只是具体结构稍有不同而已，故也都存在上述的不足之处。

在申请号为201110071788.1的专利公开了一款显微镜标本切片自动进给装置，该装置包含玻片推送装置、上下片装置以及水平移动夹持装置，标本切片间隔放置在片匣上，然后通过玻片推送装置、上下片装置实现标本切片在载物台与载玻片盒之间的转移，最后，在载物台上通过水平移动夹持装置实现对标本切片的自动扫描，该系统存在以下几个问题：1、机械臂在载物台与载玻片盒之间直接传输标本切片本自身，由于标本切片是采用玻璃材料，很容易破坏标本，这在实际应用中是不能被接受的；2、为了保留玻片推送装置的操作空间，各个标本切片呈间隔放置，造成空间浪费，或者造成产量一次扫描容量有限；3、由于每个切片的扫描都需要有进片、退片等无法并行的运动，造成时间浪费，效率不高；4、由于玻片推送装置、上下片装置都采用单独的电机驱动，造成电器、机械结构都很复杂，从而造成成本很高，可靠性也大幅下降。

在申请号为201180048354.8的专利提出了一种显微镜自动扫描切片系统，在这款显微镜自动扫描切片系统中使用了一种切片架，并把多片切片固定在切片架，然后把多个切片架平行叠放在切片盒及扫描轨道中，最后，使用一个弹簧钩把切片盒底部的切片架拉出，使之沿扫描轨道向前运动从而进入扫描区域，通过扫描轨道与扫描底座两个相互垂直的水平运动来实现显微镜的扫描功能，该系统能较好的解决前述方案的诸多问题，但依然存在以下几个问题：1、由于切片架叠放在扫描轨道中，在存在重叠的区域时，在上端切片架的重力作用下，造成很长区域都存在摩擦力很大，并且受力状态变化的问题，造成在这段区域扫描时产品精度不可靠的问题，如果在此区域不扫描又会造成产品空间很大，降低效率的问题；2、由于是采用弹片钩，只能实现切片架的单向运动，这样在需要先进行建模再扫描或者以该方向为来回扫描方向的功能时，该系统都不能实现，大大限制了产品的使用范围；3、由于是把切片架放在扫描轨道中，造成此方案不适用用于带载物台的传统显微镜，只能用于与该方案的显微镜中，无法采用此方案来更改传统显微镜，严重限制了此方案的使用范围。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重力式自动进片扫描显微镜及其进片方法。本发明的扫面显微镜能够解决现有扫描显微镜中效率不高、容量不足、可靠性不高等诸多的问题。

本发明的具体技术方案为：一种重力式自动进片扫描显微镜，其包括显微镜、扫描进给机构、进片系统、收片系统，所述的进片系统至少包含切片架、切片盒、切片架进给装置。

所述的切片架正面有多个切片槽、侧面有驱动结构，所述的每个切片槽存在纵、横向弹性杠杆，通过弹性杠杆产生的侧向推力、向下推力使每个标本切片都能固定在各个切片槽中，后续进片、扫描时全部以切片架与标本切片为整体进行操作，这样也就实现了多个标本切片的同时进给，减少了进片时间，同时，由于在整个扫描、运动过程中所有运动受力都作用在切片架上，实现对切片的保护。

所述的切片架进给装置固定安装在扫描进给机构上，其至少包含一个与驱动结构相适配的弹片，直接采用扫描进给机构的运动作为进片的驱动源，也就是说一个机构即可以实现扫描运动还可以实现进片运动，大大简化了结构。

所述的切片盒还至少包含一个挡板、前开口、后开口，所述的前开口、后开口都仅能容许单片所述的切片架沿切片架进给方向自由进出，所述的挡板处于前开口的上端位置；这样，所述的切片盒可层叠放置多个所述的切片架，在进片前，所述的切片架前端放置在所述的挡板上，使之至少一端高于扫描状态时的高度，进片时，所述的弹片与所述切片盒中的最底层的切片架驱动结构啮合，由于后开口仅容许单个切片架自由通过，从而也就只能最底层的一个切片架向切片架进给反方向运动，当此运动距离大于所述档板的宽度时，该切片架不再受挡板支撑，从而在重力的作用下掉在扫描进给机构的切片架定位位置，最后切片架随扫描进给机构沿切片架进给正方向运动过程中，穿过前开口，并在压片作用下实现切片架的准确定位、固定，从而完成进片功能，并且，由于在所述切片盒中的切片架都高于扫描状态时的切片架，也就扫描进给机构可以带动该切片架自由进退。

在上述结构方案下，该重力式自动进片扫描显微镜的进片步骤如下：

第一步：扫描显微镜运动到扫描初始位置；

第二步：把标本切片固定放置在刚性材料制造的切片架中；

第三步：把多个切片架层叠式放置在切片盒中，此时的任意一个切片架至少一端高于切片架的扫描状态位置；

第四步：扫描进给机构带动弹片进入到进片位置，并使弹片与切片架的驱动结构机啮合；

第五步：在啮合力的作用下，扫描机构进一步带动最底层的切片架沿进给反方向运动穿过后开口，直到切片架前端脱离挡板；

第六步：脱离档板的切片架在重力的作用下，落到扫描进给机构的定位面上；

第七步：扫描进给机构带着落下的切片架沿进给正方向运动并穿过前开口，并在此过程中，在压片的作用下把切片架进行准确定位；

第八步：扫描进给机构继续带动切片架到扫描位置，开始扫描。

本发明所提供的重力式自动进片结构及其进片方法，进相比现有技术，还具有以下优势：

1、其即可以用于载物台式的扫描显微镜，还可以用于导轨式的扫描显微镜；

2、进片扫描时的标本切片的转移、运动都随切征架运动，所有受力都作用于切片片架，可以保护切片标本，避免由于外力的作用而破损；

3、一次进片过程就可以进给多片切片，大幅提高效率；

4、采用扫描进给机构的运动即实现扫描运动，也利用此运动实现切片架的进给，结构大幅简化；

5、只需要向切片架进给反方向运动挡板的宽度，然后向下掉落切片架厚度和挡板的厚度，运动距离很小，而后续的切片架定位固定时间也同时是扫描进给运动，故单独的进片运动行程很小，相应的每个切片架的进给时间也很少；

6、由于切片架在切片盒中层叠放置、切片架利用重力进给，所以，从受力及空间来说，都很容易实现大容量，很容易就能超过100片；

7、由于结构简化，并且所有切片架层叠放置，切片架进给所需的运动行程很小，所以整个结构紧凑；

8、驱动机构带动切片架可以往返运动，实现建模、扫描、局部重新精扫等多种功能；

9、在扫描过程中，整个驱动机架受力状态不变，提高产品精度及可靠性。

附图说明

图1是在导轨式扫描显微镜中实现本发明的总体结构图；

图2是在载物台式扫描显微镜中实现本发明的总体结构图；

图3是本发明的凸形驱动机构的塑料材料式切片架构造图；

图4是本发明的凹形驱动机构的塑料材料式切片架构造图；

图5是本发明的凹形驱动机构的金属材料式切片架构造图；

图6是本发明的整体式切片盒的构造图；

图7是显微镜的自动进片装置扫描初始位置工作示意图；

图8是显微镜的自动进片装置开始进片位置工作示意图；

图9是显微镜的自动进片装置进片完成位置工作示意图；

图10是显微镜的自动进片装置扫描状态工作示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

图1是在导轨式扫描显微镜中实现本发明的总体结构图，本实施例中的重力式自动进片扫描显微镜，其主要由显微镜11、收片系统12、进片系统13及扫描进给机构14构成。进片系统13主要由切片架3、切片盒6a及切片架进给装置131组成。切片架进给装置131固定安装有一个与驱动结构相适配的弹片1311。

本实施例中的重力式自动进片扫描显微镜进片工作前要先将标本切片固定放置在切片架3的切片槽中。如图3是本发明的凸形驱动机构的塑料材料式切片架构造图，其正面设有多个切片槽31，切片槽31内设有纵、横向弹性杠杆311，侧面设有凸形驱动结构32。

接下来结合本实施例的总体结构图和工作示意图来讲述下本实施例具体的进片步骤：

图7是显微镜的自动进片装置扫描初始位置工作示意图。先将切片架进给装置131移动到扫描初始位置，再把装好标本切片的多个切片架3层叠式地放置在切片盒中。所述的切片盒6a为分体式结构形式，它至少包含有前开口6a1、一个挡板6a2和后开口6a3。前开口6a1和后开口6a3都仅能容许单片切片架3沿切片架3进给方向自由进出；挡板6a2位于前开口6a1的上端位置；切片架3的前端位置放置在挡板6a2上，使之至少一端高于扫描状态时的高度。开启扫描进给机构14上的步进电机驱动器143，使固定在切片架进给装置131上的弹片1311随着切片架进给装置131开始向进给反方向运动。

图8是显微镜的自动进片装置开始进片位置工作示意图。当固定在切片架进给装置131上的弹片1311向进给反方向运动到工作示意图中的位置时，弹片1311与最底层的切片架3的驱动结构32啮合，由于后开口6a3仅容许单个切片架3自由通过，从而只能带动最底层的一个切片架3向切片架3进给反方向运动。

图9是显微镜的自动进片装置进片完成位置工作示意图。当弹片1311与最底层的切片架3的驱动结构32啮合后继续往进给反方向运动后，最底层的切片架3的前端会离开挡板6a2，这时最底层的切片架3不再受挡板6a2支撑，从而在重力的作用下掉在扫描进给机构14的切片架定位位置141上；当弹片1311继续带动着往进给反方向运动到达限位片132处，同时弹片1311的下端被限位开关133感应后，切片架进给装置131停止向进给反方向运动，转而开始向进给正方向运动。

图10是显微镜的自动进片装置扫描状态工作示意图。弹片1311与切片架3的驱动结构32啮合继续向进给正方向运动。当最底层的切片架3离开切片盒6a的前开口6a1时，后续的切片架3在重力的影响下，掉落到最低层的切片架3开始进片的位置。当最底层的切片架3离开切片盒6a的前开口6a1后，在扫描进给机构14的压片142作用下实现切片架3的准确定位、固定，最后进入显微镜11的扫描区域进行扫描工作。

以上是本实施例的具体进片步骤，在整个自动进片的过程中，由于切片盒6a中的切片架3都高于扫描状态时的切片架3，使得扫描进给机构14可以带动扫描状态时的切片架3自由进退。

实施例2

如图4所示，实施例2中的切片架3为凹形驱动机构的塑料材料式切片架其正面设有多个切片槽41，切片槽41内设有纵、横向弹性杠杆411，侧面设有凹形驱动结构42。

如图6所示，所述的切片盒6为一体的箱体式结构形式，它也至少包含有前开口61、一个挡板62和后开口63，其壳体还能对切片架在进给反方向运动时进行限位。本实施例采用的是分体式结构形式的切片盒。

实施例3

如图5所示，本实施例的切片架3为凹形驱动机构的金属材料式切片架，其正面设有多个切片槽51，弹片511固定在切片槽51内，侧面设有凹形驱动结构52。

实施例4

图2是在载物台式扫描显微镜中实现本发明的总体结构图。本实施例中的重力式自动进片扫描显微镜，其主要由基座21、进片系统22、显微镜23和收片系统24构成。进片系统22主要由切片架3、切片盒6、切片架进给装置221和限位开关222组成。切片架进给装置221都固定安装有一个与驱动结构相适配的弹片。

结合图1和图2，本实施例与实施例1的进片方式与进片步骤基本一致，不同点在于：

1、使用的显微镜23是载物台式扫描显微镜。

2、切片盒6采用的是一体的箱体式结构形式。

3、需要一个基座21，使进片系统22、显微镜23和收片系统24固定在基座21上。

4、显微镜23的载物台上有定位块231和压片232，以保障切片架3进入载物台后能进行准确定位、固定。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种重力式自动进片扫描显微镜，包括显微镜、扫描进给机构、进片系统、收片系统；其特征在于：

所述进片系统至少包含切片架、切片盒、切片架进给装置；所述切片架设于所述切片盒内，所述切片盒设于所述切片架进给装置上方；所述切片架进给装置固定于所述扫描进给机构上；所述切片架的正面设有多个切片槽、切片架的侧面有驱动结构，所述的每个切片槽至少设有一个弹性杠杆；所述切片架上至少设有一个与驱动结构相适配的弹片；所述切片盒至少包含一个挡板、前开口、后开口，所述前开口位于切片盒上靠近显微镜的一侧，所述后开口位于切片盒上背向显微镜的一侧；所述前开口、后开口都仅能容许单片所述的切片架沿切片架进给方向自由进出，所述挡板处于前开口的上端位置；所述切片架前端放置于所述挡板上，且切片架的至少一端高于扫描状态时的高度；所述切片盒为一体的箱体式结构或由多个独立的零部件组成的分体式结构；所述切片架为凸形或凹形驱动结构的切片架，其正面设有多个切片槽，切片槽内设有纵、横向弹性杠杆，侧面设有凸形或凹形驱动结构；所述切片架的凸形或凹形驱动结构采用梯形形状、方形形状或半圆形形状；

所述切片盒的前开口、后开口处于不同高度。

2.根据权利要求1所述的一种重力式自动进片扫描显微镜，其特征在于：所述弹片采用U形开口形状。

3.根据权利要求1所述的一种重力式自动进片扫描显微镜，其特征在于：所述弹片采用实心方形。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的重力式自动进片扫描显微镜的进片方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：扫描显微镜运动到扫描初始位置；第二步：把标本切片固定放置在刚性材料制造的切片架中；

第三步：把多个切片架层叠式放置在切片盒中，此时的任意一个切片架至少一端高于切片架的扫描状态位置；

第四步：扫描进给机构带动弹片进入到进片位置，并使弹片与切片架的驱动结构啮合；

第五步：在啮合力的作用下，扫描进给机构进一步带动最底层的切片架沿进给反方向运动穿过后开口，直到切片架前端脱离挡板；

第六步：脱离档板的切片架在重力的作用下，落到扫描进给机构的定位面上；

第七步：扫描进给机构带着落下的切片架沿进给正方向运动并穿过前开口，并在此过程中，在压片的作用下把切片架进行准确定位；

第八步：扫描进给机构继续带动切片架到扫描位置，开始扫描。