CN108037127A - 一种病理切片扫描仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种病理切片扫描仪，其多个切片盒中的空的切片盒在切片盒位置调整装置的驱动下切换到载物台的卸载工位；切片盒位置调整装置包括切片盒升降机构和围绕显微光学系统设置的用于放置多个切片盒的空腔，并能够带动空腔内的切片盒相对于显微光学系统的载物台转动以切换不同的切片盒，遍历所有待扫描的切片；装卸机械手将载物台上扫描完毕的切片移入卸载切片盒，差不多同时的，装卸机械手将装载切片盒中的待扫描切片移入载物台；载物台上设有引导结构，辅助切片以非直线的路径装卸。切片的装载和卸载基本同时进行，且不必等待相机扫描完毕即可调整切片盒的位置，切片装卸的时间减半，扫描仪的效率得到提高。

Description

一种病理切片扫描仪
技术领域
本发明涉及一种高效的病理切片扫描仪，尤其涉及一种能够以非直线路径装卸切片的病理切片扫描仪。
背景技术
现有技术中的病理切片扫描仪其切片自动装卸系统多采用申请号为CN201210411328.3的推杆配合申请号为CN201320478999.1的多切片加载系统，通过旋转托盘的转动更换切片盒，通过升降装置和推杆将待测切片逐一对准并推入载物台的前方入口，扫描结束后将该切片拉回原切片盒的原切片槽。所以切片的完整装卸过程包括三段没有交叉重复的步骤：T1-将载物台上扫描完毕的切片移回原切片盒的原切片槽；T2-调整切片盒的位置使新的切片对准载物台前方入口；T3-将新的待扫描切片移入载物台。
现有技术中一片切片完整的“扫描时间”，实际上有一部分时间是消耗在装卸的三个步骤上，真正用相机进行扫描的时间占70-80%。而且由于切片轻薄易碎的特点，装卸操作都不能过急过快以免产生不当推力导致切片破损，不当推力也可能使扫描平台失衡，因此现有的装卸系统难以压缩这三个步骤所用的时间。另一方面，为了保证病理切片扫描的高分辨率和全视野，现有条件下，也很难缩短相机真正进行扫描的时间。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种高效的病理切片扫描仪。
本发明的病理切片扫描仪包括：切片装卸系统和显微光学系统；所述切片装卸系统包括装卸机械手、切片盒位置调整装置和多个切片盒，所述多个切片盒中至少有一个为空，空的切片盒在切片盒位置调整装置的驱动下切换到载物台的卸载工位；所述切片盒位置调整装置包括切片盒升降机构，以使各个切片盒的各个切片槽对齐载物台的卸载工位和装载工位；切片盒位置调整装置还包括围绕显微光学系统设置的用于放置多个切片盒的空腔，并能够带动空腔内的切片盒相对于显微光学系统的载物台转动以切换不同的切片盒，遍历所有待扫描的切片；所述装卸机械手将载物台上扫描完毕的切片移入载物台卸载工位对应的切片盒，差不多同时的，装卸机械手将载物台装载工位对应的切片盒中的待扫描切片移入载物台；所述载物台上设置有引导结构，用于辅助切片以非直线的路径装载或卸载。
优选的，所述多个切片盒只是由于所在位置不同而用途不同，其结构是一样的，装载切片盒内的所有切片扫描完毕后，可以置于卸载切片盒的位置作为新的卸载切片盒，而原来的卸载切片盒也可以将扫描完毕的切片取下，换上新的待扫描的切片。这样能够提高切片盒的利用率，减少开模的费用。
引导结构的第一种设置方式为朝向切片的一侧带有弧形曲面的挡板或挡块，引导切片在装卸载过程中在载物台上转动预设的角度。
优选的，所述引导结构的弧形曲面要尽量光滑，以减小切片运动的阻力。
优选的，所述引导结构朝向载物台装载工位方向的一端微喇。微喇结构对切片进入载物台的角度有一定的宽容度，通过微喇结构在运动过程中自动调整对齐切片的位置。
优选的，若是弧形曲面由多个面组合而成，则不仅各段面要光滑，其连接处也要光滑连接，以免切片在运动过程中卡住。
引导结构的第二种设置方式为转盘，所述转盘能够自转并带动扫描完毕的切片在载物台上转动一个预设的角度，使切片在装卸过程中以转盘转动的中心点为转折点做折线运动。
本申请所述的切片装卸系统和病理切片扫描仪，能够基本同时地将扫描完毕的切片从载物台一侧卸载并将新的切片从载物台另一侧装载；而在进行病理切片扫描时，切片盒位置调整装置有充足的时间调整载物台装载工位和卸载工位对应的切片盒的位置，而不必等待相机扫描完毕。最终，一个完整的切片装卸过程的三个步骤所用的时间可以减半，提高了扫描仪的整体效率；而且切片容量更大，结构紧凑，适合自动化处理大批量的病理切片。
附图说明
图1是本申请第一实施例的立体图；
图2是本申请第一实施例的俯视图；
图3是本申请第一实施例中N为9时切片最小转动角度示意图；
图4是本申请第一实施例中N为10时切片最小转动角度示意图；
图5是本申请两个实施例中切片盒转动遍历的示意图；
图6、7是本申请第二实施例切片以折线运动的示意图。
为了使附图更为简洁清晰，图中涉及切片操作的，仅示出装卸操作中的切片，省略其他切片。
载物台，21-转盘，22-带有弧形曲面的挡板或挡块，100-切片，41-装载切片盒，42-卸载切片盒。
具体实施方式
为了更清楚的说明本申请的技术方案，下面将结合附图对本申请的具体实施方式进行描述。
本申请的第一实施例如图1、2所示，病理切片扫描仪包括切片装卸系统和显微光学系统，所述切片装卸系统包括装卸机械手、切片盒位置调整装置和多个切片盒，所述多个切片盒中至少有一个为空，空的切片盒在切片盒位置调整装置的驱动下切换到载物台的卸载工位作为卸载切片盒42；所述切片盒位置调整装置包括切片盒升降机构，以使各个切片盒的各个切片槽对齐载物台的卸载工位和装载工位；切片盒位置调整装置还包括围绕显微光学系统设置的用于放置多个切片盒的空腔，并能够带动空腔内的切片盒相对于显微光学系统的载物台10转动以切换不同的切片盒，遍历所有待扫描的切片100；所述装卸机械手将载物台上扫描完毕的切片移入载物台卸载工位对应的切片盒，差不多同时的，装卸机械手将载物台装载工位对应的装载切片盒41中的待扫描切片移入载物台；所述载物台上设置有朝向切片的一侧带有弧形曲面的挡板或挡块，引导切片在装卸载过程中在载物台上转动预设的角度，从而使切片以非直线的路径装载或卸载。
优选的，所述弧形曲面要尽量光滑，以减小切片运动的阻力。
优选的，所述引导结构朝向载物台装载工位方向的一端微喇。微喇结构对切片进入载物台的角度有一定的宽容度，通过微喇结构在运动过程中自动调整对齐切片的位置。
优选的，若是弧形曲面由多个面组合而成，则不仅各段面要光滑，其连接处也要光滑连接，以免切片在运动过程中卡住。
优选的，所述多个切片盒只是由于所在位置不同而用途不同，其结构是一样的，装载切片盒内的所有切片扫描完毕后，可以置于卸载切片盒的位置作为新的卸载切片盒，而原来的卸载切片盒也可以将扫描完毕的切片取下，换上新的待扫描的切片。这样能够提高切片盒的利用率，减少开模的费用。
所述切片盒位置调整装置可以设置成分别独立的升降载物台装载工位和卸载工位对应的切片盒，使装载的切片所在的切片槽正好与载物台的装载工位对齐，而卸载的切片所要进入的切片槽正好与载物台的卸载工位对齐。这种设置方式能够独立的调整装载切片盒和卸载切片盒的高度，需要两套独立的高度调整机构，但单个高度调整机构的负载较小。待载物台装载工位对应的的切片盒已被取空，载物台上的切片扫描完毕进行卸载时，既可以同时进行切片的装载操作（只不过此时没有装载切片，负载为空），也可以不同时进行切片的装载操作；卸载操作完成后，切片盒位置调整装置将空的切片盒转到载物台卸载工位对应的位置作为新的卸载切片盒，并对此时载物台装载工位对应的新的装载切片盒，执行切片装载操作，载物台上此时已无切片，既可以同时执行切片的卸载操作（只不过此时没有卸载切片，负载为空），也可以不同时进行切片的卸载操作。
另一种设置方式是所述切片盒位置调整装置同步的升降载物台装载工位和卸载工位对应的切片盒，载物台卸载工位对应的切片盒与装载工位对应的切片盒相差一个特定高度，使卸载的切片要移入的切片槽正好与装载的切片要移出的切片槽高度对齐。这种设置方式需要两套同步的高度调整机构，且高度调整机构的负载较大，但容易保持整个切片装卸系统的平衡和稳定。待载物台装载工位对应的的切片盒已被取空，载物台上的切片扫描完毕进行卸载时，既可以同时进行切片的装载操作（只不过此时没有装载切片，负载为空），也可以不同时进行切片的装载操作；卸载操作完成后，切片盒位置调整装置将空的切片盒转到载物台卸载工位对应的位置作为新的卸载切片盒，并对此时载物台装载工位对应的新的装载切片盒，执行切片装载操作，载物台上此时已无切片，既可以同时执行切片的卸载操作（只不过此时没有卸载切片，负载为空），也可以不同时进行切片的卸载操作。
若每个切片盒可以容纳M片病理切片，病理切片扫描仪一共包括N个切片盒（其中M和N均为不小于2的正整数），其中一个切片盒为空，空切片盒对准载物台的卸载工位作为回收扫描完毕的切片的卸载切片盒。则该切片装卸系统的最大切片容量为M*（N-1）片。当位于载物台装载工位的切片盒内的所有切片均扫描完毕并由装卸机械手推入/拉入载物台卸载工位的卸载切片盒内时，该装载工位对准的切片盒为空，切片盒位置调整装置将空的切片盒转动到载物台的卸载工位作为新的卸载切片盒；为了保证每次转动后对准载物台装载工位的切片盒内的切片均为未扫描过的，需要预先设定切片盒位置调整装置以特定的角度转动，从而遍历所有的待扫描切片。优选的，所述N个切片盒相对于切片盒位置调整装置的转动轴为轴心均匀分布，切片盒位置调整装置每次转动n个切片盒的角度，n为与N互质的正整数。则一共需要转动N-2次，即可逐一遍历N-1个容纳待扫描切片的切片盒。
N的奇偶性对切片在装卸过程中转动的角度有较大影响，当N为奇数时，切片的最小转动角度为180°/N，当N为偶数时，最小转动角度为360°/N。如图3所示，N为9时，切片在装卸过程中需要转动的角度最小为20°；如图4所示，N为10时，切片在装卸过程中需要转动的角度最小为36°。
因此，优选的，所述N为奇数，n为(N-1)/2，此时从装载切片盒到载物台再从载物台到卸载切片盒的整个过程中，切片转动的角度较小，显微光学系统的载物台可以靠近切片装卸系统的中心设置，会使扫描仪的结构更为紧凑。
图5示出了N为9且n为4时切片盒转动遍历的情况，在初始位置切片盒顺时针编号1-9，经过转动各个切片盒编号不变只是相对载物台转动，图5中多个同心圆（环）由内向往依次表示初始位置切片盒的排布及第1-7次转动后切片盒的排布。假设在初始位置，编号1的切片盒对准载物台的装载工位为装载切片盒，编号5的空切片盒对准载物台的卸载工位为卸载切片盒，编号1、2、3、4、6、7、8、9的切片盒内均容纳待扫描的切片。在编号1切片盒内的所有切片均扫描完毕并卸载移入编号5的切片盒中，编号1的切片盒为空，第1次转动4个切片盒的角度后，编号1的切片盒正好转动到载物台的卸载工位作为新的卸载切片盒，编号6的切片盒则转动到载物台的装载工位作为新的装载切片盒；待编号6的切片盒为空时，第2次转动4个切片盒的角度，编号6的切片盒正好转动到载物台的卸载工位作为新的卸载切片盒，编号2的切片盒则转动到载物台的装载工位作为新的装载切片盒；待编号2的切片盒为空时，第3次转动4个切片盒的角度，编号2的切片盒正好转动到载物台的卸载工位作为新的卸载切片盒，编号7的切片盒则转动到载物台的装载工位作为新的装载切片盒；待编号7的切片盒为空时，第4次转动4个切片盒的角度，编号7的切片盒正好转动到载物台的卸载工位作为新的卸载切片盒，编号3的切片盒则转动到载物台的装载工位作为新的装载切片盒；待编号3的切片盒为空时，第5次转动4个切片盒的角度，编号3的切片盒正好转动到载物台的卸载工位作为新的卸载切片盒，编号8的切片盒则转动到载物台的装载工位作为新的装载切片盒；待编号8的切片盒为空时，第6次转动4个切片盒的角度，编号8的切片盒正好转动到载物台的卸载工位作为新的卸载切片盒，编号4的切片盒则转动到载物台的装载工位作为新的装载切片盒；待编号4的切片盒为空时，第7次转动4个切片盒的角度，编号4的切片盒正好转动到载物台的卸载工位作为新的卸载切片盒，编号9的切片盒则转动到载物台的装载工位作为新的装载切片盒；扫描完编号9切片盒内的所有切片，则切片装卸系统不重复的遍历了编号1、6、2、7、3、8、4、9的8个切片盒内的所有待扫描切片。
图5给出了满载情况的切片装卸系统的转动遍历方法，若切片装卸系统未满载，则不一定按照上述转动遍历的顺序，只需要遍历所有待扫描切片即可终止程序。
扫描过程中，若需要对某一切片或某些切片进行加塞处理优先扫描时，则执行以下操作：
1）选定需要优先扫描的加塞切片；
2）若载物台上没有切片则无需清空载物平台，直接执行步骤3）；
载物台上有切片的情况下清空载物台：若此时载物台上的切片尚未扫描则将该切片移回原切片盒的原切片槽；若该切片正在扫描则将其扫描完毕并移入载物台卸载工位对应的切片盒；若该切片已扫描完毕则移入载物台卸载工位对应的切片盒；
3）切片盒位置调整装置将所述加塞切片所在切片盒转动到载物台装载工位并升降切片盒，以使加塞切片逐一对准载物台的装载工位，装卸机械手将加塞切片逐一移入载物台进行扫描，扫描完毕后装卸机械手将加塞切片移回原切片盒的原切片槽内；
4）待所有加塞切片扫描完毕，病理切片扫描仪继续加塞前的原定操作；
5）当再次遇到加塞切片时，病理切片扫描仪的切片装卸系统连续执行两次装卸操作，不经再次扫描就将加塞切片送入载物台卸载工位对应的切片盒。
本申请的第二实施例如图6、7所示，两图中的虚线为切片的运动轨迹，病理切片扫描仪包括切片装卸系统和显微光学系统，所述切片装卸系统包括装卸机械手、切片盒位置调整装置和多个切片盒，所述多个切片盒中至少有一个为空，空的切片盒在切片盒位置调整装置的驱动下切换到载物台的卸载工位作为卸载切片盒42；所述切片盒位置调整装置包括切片盒升降机构，以使各个切片盒的各个切片槽对齐载物台的卸载工位和装载工位；切片盒位置调整装置还包括围绕显微光学系统设置的用于放置多个切片盒的空腔，并能够带动空腔内的切片盒相对于显微光学系统的载物台10转动以切换不同的切片盒，遍历所有待扫描的切片100；所述装卸机械手将载物台上扫描完毕的切片移入载物台卸载工位对应的切片盒，差不多同时的，装卸机械手将载物台装载工位对应的装载切片盒41中的待扫描切片移入载物台；所述载物台上设置有转盘21，所述转盘能够自转并带动扫描完毕的切片在载物台上转动一个预设的角度，使切片在装卸过程中以转盘转动的中心点为转折点做折线运动。
所述转盘可以是图6、7中所示的圆形，也可以是其他形状，只要该能够带动其上的切片转动预定角度即可。
第二实施例和第一实施例的区别仅在于辅助切片在装卸过程中做非直线运动的引导机构不同，其切片最小转动角度的计算、切片盒数量的优选及切片遍历的方法均相同或类似。
在实际操作中，第一实施例辅助切片在装卸过程中做非直线运动的引导机构结构较为简单，但切片转动的角度不能太大，这就要求切片盒遍历转动时，每次转动的切片盒数n不能太小；第二实施例中的转盘结构较为复杂，还需要设置相应的驱动，但能够实现切片大角度的转动，与第一实施例相比，在切片盒数量均为N的情况下，第二实施例的n取值范围更大。
需要说明的是，本申请中提到切片扫描时、切片装卸时，应广义的理解为在切片装卸操作或扫描操作开始之前、开始时甚至是刚刚开始之后的一段时间内，并非严格的要求在切片装卸操作或扫描操作进行的同时。
本申请所述的切片装卸系统和病理切片扫描仪，能够基本同时地将扫描完毕的切片从载物台一侧卸载并将新的切片从载物台另一侧装载；而在进行病理切片扫描时，切片盒位置调整装置有充足的时间调整载物台装载工位和卸载工位对应的切片盒的位置，而不必等待相机扫描完毕。最终，一个完整的切片装卸过程的三个步骤所用的时间可以减半，提高了扫描仪的整体效率；而且切片容量更大，结构紧凑，适合自动化处理大批量的病理切片。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的普通技术人员来说，本申请可以有各种组合和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何简单组合、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种病理切片扫描仪，包括切片装卸系统和显微光学系统，其特征在于，所述切片装卸系统包括装卸机械手、切片盒位置调整装置和多个切片盒，所述多个切片盒中至少有一个为空，空的切片盒在切片盒位置调整装置的驱动下切换到载物台的卸载工位；所述切片盒位置调整装置包括切片盒升降机构，以使各个切片盒的各个切片槽对齐载物台的卸载工位和装载工位；切片盒位置调整装置还包括围绕显微光学系统设置的用于放置多个切片盒的空腔，并能够带动空腔内的切片盒相对于显微光学系统的载物台转动以切换不同的切片盒，遍历所有待扫描的切片；所述装卸机械手将载物台上扫描完毕的切片移入载物台卸载工位对应的切片盒，差不多同时的，装卸机械手将载物台装载工位对应的切片盒中的待扫描切片移入载物台；所述载物台上设置有引导结构，用于辅助切片以非直线的路径装载或卸载。
2.根据权利要求1所述的病理切片扫描仪，其特征在于，所述引导结构为转盘，所述转盘能够自转并带动扫描完毕的切片在载物台上转动一个预设的角度，使切片在装卸过程中以转盘转动的中心点为转折点做折线运动。
3.根据权利要求1所述的病理切片扫描仪，其特征在于，所述引导结构为朝向切片的一侧带有弧形曲面的挡板或挡块，引导切片在装卸载过程中在载物台上转动预设的角度。
4.根据权利要求3所述的病理切片扫描仪，其特征在于，所述切片引导结构的弧形曲面要光滑。
5.根据权利要求3所述的病理切片扫描仪，其特征在于，所述引导结构朝向载物台装载工位方向的一端微喇。
6.根据权利要求3所述的病理切片扫描仪，其特征在于，若所述弧形曲面由多个曲面组合而成，那么曲面的各段要光滑连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的病理切片扫描仪，其特征在于，所述N个切片盒相对于切片盒位置调整装置的转动轴为中心均匀分布，载物台装载工位和卸载工位对应的两个切片盒相差n个切片盒的角度，且卸载工位对应的切片盒起初为空，每当载物台装载工位所对应的切片盒内的切片扫描完毕并全部移入载物台卸载工位对应的切片盒后，切片盒位置调整装置驱动所有切片盒转动n个切片盒的角度，将空的切片盒转到载物台卸载工位对应的位置，继续装卸和扫描载物台装载工位对应的切片盒内的待扫描切片，直至遍历所有待扫描的切片，其中n和N为互质的正整数且n小于N。
8.根据权利要求7所述的病理切片扫描仪，其特征在于，所述N为奇数。
9.根据权利要求8所述的病理切片扫描仪，其特征在于，所述n为(N-1)/2。
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