CN106125281B - 一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜及其进退片方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜及其进退片方法，包括显微镜、扫描进给机构、进片系统、收片系统。在进片前，把放置多片标本切片的切片架层叠地水平放置在所述进片盒内，最底层切片架落在扫描进给机构上；进片时，通过弹片与切片架驱动结构的啮合仅带动最底层切片架沿切片架进给正方向运动，穿过前开口后，后续的切片架受本身重力的影响下落到前面一片切片架的位置，从而达到自动进片功能；扫描进给机构与收片系统连接的导轨端为倾斜面，切片架进入收片系统后，沿着倾斜面主动倾斜，后端面高于平放时的高度，这样为后一片切片架进入收片盒留下空间，从而达到自动收片功能。

Description

一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜及其进退片方法

技术领域

本发明涉及自动扫描显微镜技术领域，尤其涉及一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜及其进退片方法。

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退片位置、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退片机构，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退片效果，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，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，最后，使用一个接收器来收片，该接收器是通过平行四边形的板簧来保持平衡，板簧根据每个切片架的重量而被动式倾斜，每个切片架之间保持在一个切片架厚度的距离，并且切片架能够在不打断扫描过程的情况下移除，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由于采用板簧受力被动式倾斜来实现收片的功能，接收器可存纳的切片架数量不能太多，否则使板簧变形失去效果，可靠性不好。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜及其进退片方法。本发明的扫描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：一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜，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、进片盒、切片架进给装置；所述的收片系统包含收片盒、限位片。

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。

所述的进片盒和收片盒都设有前开口，所述前开口位于进片盒和收片盒上靠近显微镜的一侧；所述的前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，；这样，所述的进片盒和收片盒可层叠放置多个所述的切片架，在进片前，所述的切片架层叠地沿着扫描进给机构的轨道面放置在所述的进片盒内，进片时，所述的弹片与所述进片盒中的最底层的切片架驱动结构啮合并沿着进给正方向运动，由于前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正方向运动，当最底层的切片架离开进片盒后，后续的切片架受本身重力的影响达到前一片切片架的位置，从而达到自动进片的功能；

所述的限位片固定在所述的扫描进给机构上，位于所述的收片盒下方，并且低于所述的弹片高度；所述的扫描进给机构与所述收片盒连接的导轨端是个倾斜面；收片时，切片架在啮合力的带动下进入收片盒后，受限位片的作用，弹片逐渐离开切片架的驱动机构直至完全脱离，此时切片架不受外力影响，切片架沿着收片盒下方的倾斜面主动倾斜，后端面高于平放时的高度；同时使弹片单独沿着进给反方向运动回到初始位置，然后再带动下一片切片架进入收片盒；后一片切片架进入收片盒后，由于前一片切片架的后端面高于后一片切片架的前端面，这样就为后一片切片架通过前开口进入收片盒留下空间，从而达到自动收片的功能。

在上述结构方案下，该主动倾斜式自动进退片扫描显微镜的进退片方法步骤如下：

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进片盒中，此时的任意一个切片架沿着扫描进给机构的导轨面放置；

第四步：切片架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，扫描进给机构仅带着最底层切片架沿着进给正方向运动并穿过进片盒的前开口，并在此过程中，在压片的作用下把切片架进行准确定位，后续的切片架受本身重力的影响，掉落到前面一片切片架的位置，这样就达到了自动进片的效果。

第六步：在啮合力的作用下，弹片继续带动最底层切片架进入扫描显微镜区域开始扫描，扫描完成后仍沿着进给正方向运动并穿过收片盒的前开口；

第七步：切片架进入收片盒后，弹片受限位片作用逐渐离开切片架直至完全脱离，此时切片架不受外力影响，切片架沿着收片盒下方的倾斜面主动倾斜，后端面高于平放时的高度；

第八步：切片架进给装置带着弹片沿进给反方向运动，此时，弹片没有与切片架的驱动机构啮合，弹片单独运动回到起始状态，带动后一片切片架进入收片盒；

第九步：后一片切片架进入收片盒后，由于前一片切片架的后端面高于后一片切片架的前端面，这样就为后一片切片架通过前开口进入收片盒留下空间，达到自动收片的效果。

本发明所提供的主动倾斜式自动进退片扫描显微镜，进相比现有技术，还具有以下优势：

1、进退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；

2、一次进退片过程就可以进给多片切片，大幅提高效率；

3、只需要在扫描进给机构的导轨端设置倾斜面即可实现自动进退片的目的，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片和收片，结构极其简单；

4、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；

5、由于切片架在进片盒、收片盒中层叠放置、切片架利用重力进给和倾斜面主动倾斜回收，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；

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

7、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；

8、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是在导轨式扫描显微镜中实现本发明另一种方式的总体结构图；

图3是本发明的凹形驱动机构切片架的构造图；

图4是本发明的凸形驱动机构切片架的构造图；

图5是本发明的箱体式进片盒、收片盒的构造图；

图6是本发明的单端倾斜导轨的构造图；

图7是本发明的双端倾斜导轨的构造图；

图8是显微镜的自动进退片装置扫描初始位置工作示意图；

图9是显微镜的自动进退片装置开始进片位置工作示意图；

图10是显微镜的自动进退片装置自动进片位置工作示意图；

图11是显微镜的自动进片装置单独收片位置工作示意图；

图12是显微镜的自动进片装置自动收片位置工作示意图；

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，本实施例中的主动倾斜式自动进退片扫描显微镜，其主要由显微镜11、进片系统12、收片系统13及扫描进给机构14构成。

进片系统12主要由切片架3、进片盒121及切片架进给装置122组成。所述切片架3设于所述进片盒121和所述收片盒131内，所述进片盒121和所述收片盒131设于所述切片架进给装置122上方；所述切片架进给装置122固定于所述扫描进给机构14上。切片架进给装置122固定安装有一个与切片架上的驱动结构相适配的弹片1221，且所述的弹片1221的高度低于单片切片架3在所述的扫描进给机构14的高度且保证弹片1221与所述切片架3的驱动机构能够啮合；收片系统13主要由收片盒131、限位片132、导引片133组成，限位片132固定在扫描进给机构14顶面的导轨6上，且位于所述的收片盒13下方，并且低于所述的弹片高度。

本实施例中的主动倾斜式自动进退片扫描显微镜进退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是本发明的凹形驱动机构切片架的构造图，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，侧面设有凹形驱动结构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退片步骤：

图8是显微镜的自动进退片装置扫描初始位置工作示意图。先将切片架进给装置122移动到扫描初始位置，再把装好标本切片的多个切片架3层叠式地放置在进片盒121中。所述的进片盒121为分体式结构形式，它设有一个前开口1211。前开口1211仅能容许单片切片架3沿切片架3进给方向自由进出；进片盒121内的切片架3沿着扫描进给机构14中的导轨6的上端面水平放置；如图6是本发明的单端倾斜导轨的构造图，所述的导轨6的收片端为倾斜面61，进片端是个平面。启动电机开关，切片架进给装置122带着弹片1211沿着进给反方向运动。

图9是显微镜的自动进退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122上的弹片1221向进给反方向运动到工作示意图中的位置时，弹片1221与最底层的切片架3的凹形驱动结构32啮合后开始往进给正方向运动，由于前开口1211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进给正方向运动。

图10是显微镜的自动进退片装置自动进片位置工作示意图。弹片1221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离开进片盒121的前开口1211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。这样，就达到了自动进片的效果。当最底层的切片架3离开进片盒121的前开口1211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，再进入显微镜11的扫描区域进行扫描工作。

图11是显微镜的自动进片装置单独收片位置工作示意图。扫描完成后，弹片1221继续带动切片架3沿着进给正方向运动从收片盒131的前开口1311进入收片盒131后；所述的收片盒131为分体式结构形式，它设有一个前开口1311，前开口1311仅能容许单片切片架3沿切片架3进给方向自由进出。此时，弹片1221沿着限位片132的倾斜口移动，逐渐远离切片架3的凹形驱动机构32直至完全脱离啮合。由于导轨6与收片盒131连接的一端为倾斜面61，切片架3在不受外力影响的情况下，沿着倾斜面61主动倾斜，为后一片切片架通过前开口1311进入收片盒留下空间。收片完毕后，弹片1221在导引片133的作用下沿着进给反方向运动，带动下一片切片架3进入系统。

图12是显微镜的自动进片装置自动收片位置工作示意图。切片架进给装置122继续在弹片1221的啮合力作用下带动下一片切片架3沿着进给正方向进入收片盒131后，收片盒131内的多片切片架3是沿着导轨6的倾斜面主动倾斜，其后端面高于平放时的高度。这样就为后一片切片架3进入收片盒131留下了空间，从而达到了自动收片的效果。

实施例2

图2是在导轨式扫描显微镜中实现本发明另一种方式的总体结构图。本实施例采用的进退片方法和进退片步骤与实施例一的基本一致，不同点在于：

1、本实施例的切片架为凸形驱动机构切片架，如图4所示，切片架4为凸形驱动机构切片架，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，侧面设有凸形驱动结构42。

2、本实施例的进片盒和收片盒为一体的箱体式结构形式，且进片盒及收片盒是共用的。如图5所示，进片盒/收片盒5为一体的箱体式结构，其前端设有一个仅容单片切片架自由进出的前开口51。

3、本实施例的导轨6采用的是双端倾斜导轨，如图7所示，导轨7的收片端71和进片端72都为一个倾斜面，这样的形式使得在整个自动进片的过程中，进片盒5中的切片架4都高于扫描状态时的切片架4，使得扫描进给机构14可以带动扫描状态时的切片架4自由进退。

4、本实施例的切片架4采用的是凸形驱动机构，使得弹片1221在单独从收片盒5中往进给反方向运动时，不需要使用导引片133。

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 (6)

1.一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜，包括显微镜、扫描进给机构、进片系统、收片系统；其特征在于：

所述扫描进给机构的顶面为导轨；所述进片系统至少包含切片架、进片盒、切片架进给装置；所述收片系统至少包含收片盒、限位片；所述切片架设于所述进片盒和所述收片盒内，所述进片盒和所述收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；所述切片架进给装置上至少设有一个与驱动结构相适配的弹片；所述的弹片的高度低于单片切片架在所述的扫描进给机构的高度且保证弹片与所述切片架的驱动结构能够啮合；所述进片盒包含一个前开口，所述前开口位于进片盒上靠近显微镜的一侧；所述前开口仅能容许单片所述的切片架沿切片架进给方向自由进出；所述收片盒也设有一个前开口，所述前开口位于收片盒上靠近显微镜的一侧；所述的限位片固定于所述的扫描进给机构上，且位于所述的收片盒下方，并且低于所述的弹片的高度；所述的扫描进给机构的导轨与所述收片盒连接的一端是个倾斜面；所述的切片架进入所述的收片盒后，沿着所述的倾斜面主动倾斜，使后一片切片架能通过前开口进入收片盒；

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，相应的所述弹片采用U形开口形状；

所述切片架的驱动结构采用梯形形状、方形形状或半圆形形状；

所述的扫描进给机构与所述进片盒连接的一端为平面或倾斜面。

2.根据权利要求1所述的一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜，其特征在于：所述的进片盒为一体的箱体式结构。

3.根据权利要求1所述的一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜，其特征在于：所述的进片盒由多个独立的零部件组成的分体式结构。

4.根据权利要求1所述的一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜，其特征在于：所述的收片盒为一体的箱体式结构。

5.根据权利要求1所述的一种主动倾斜式自动进退片扫描显微镜，其特征在于：所述的收片盒由多个独立的零部件组成的分体式结构。

6.一种如权利要求1-5任一所述的主动倾斜式自动进退片扫描显微镜的进退片方法，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进片盒中，此时的任意一个切片架沿着扫描进给机构的导轨面放置；

第四步：切片架进给装置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，扫描进给机构仅带着最底层切片架沿着进给正方向运动并穿过进片盒的前开口，后续的切片架受本身重力的影响，掉落到前面一片切片架的位置，这样就达到了自动进片的效果；

第六步：在啮合力的作用下，弹片继续带动最底层切片架进入扫描显微镜区域开始扫描，扫描完成后仍沿着进给正方向运动并穿过收片盒的前开口；

第七步：切片架进入收片盒后，弹片受限位片作用逐渐离开切片架直至完全脱离，此时切片架不受外力影响，切片架沿着收片盒下方的倾斜面主动倾斜，后端面高于平放时的高度；

第八步：切片架进给装置带着弹片沿进给反方向运动，此时，弹片没有与切片架的驱动结构啮合，弹片单独运动回到起始状态，带动后一片切片架进入收片盒；

第九步：后一片切片架进入收片盒后，由于前一片切片架的后端面高于后一片切片架的前端面，这样就为后一片切片架通过前开口进入收片盒留下空间，达到自动收片的效果。