CN108918523A

CN108918523A - 病理多靶点智能辅助诊断系统

Info

Publication number: CN108918523A
Application number: CN201810953442.6A
Authority: CN
Inventors: 李庆利
Original assignee: Jiangsu Huachang Hi Tech Medical Technology Co Ltd
Current assignee: JIANGSU HUACHUANG HIGH-TECH MEDICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2018-11-30

Abstract

本发明公开了一种病理多靶点智能辅助诊断系统，它包括玻片储存盒、伸缩推进杆、玻片储存盒支撑台、主机壳、驱动电机、玻片传送带、电动载物台、白光光源、卤钨灯光源、广角镜头、灰度相机、显微物镜、光路切换器、彩色相机、分光器、CMOS探测器、分光驱动器、主控板、玻片收纳盒、触摸屏、物镜转换器、病理玻片、服务器、特征光谱库及客户端。本发明实现了大量病理切片样本的自动步进、自动对焦、全彩色图像和高光谱图像的自动采集、已扫描病理切片的自动收集，并给出辅助病理诊断信息。

Description

病理多靶点智能辅助诊断系统

技术领域

本发明涉及一种病理影像诊断系统，特别是一种以病理样本为检测目标、以多靶点高光谱影像系统为检测平台的定量化疾病诊断系统。

背景技术

肿瘤特别是恶性肿瘤在全世界范围内都是影响公众健康的主要疾病。研究肿瘤的早期筛查和准确诊断，对于控制和干预恶性肿瘤，减少肿瘤相关死亡以及减轻患者经济负担具有重要意义。虽然随着信息技术的发展，各种医学影像学技术被用于肿瘤疾病的辅助诊断，但是组织病理学分析仍然是肿瘤疾病诊断和指导治疗的“金标准”。临床病理通常是“医生的医生”，是临床工作中的最后且最关键的一环，除了告知医患疾病的性质，对于疾病的转归、确定治疗方案等都具有重要的指导意义。但是对病理切片的人工审查是一个非常复杂和枯燥的任务。近年来图像处理技术特别是人工智能被应用于病理切片的识别分析，研究者提出了各类病理图像识别分析算法以进行病理诊断。但是现有图像分析方法所使用病理图像均为使用传统光学显微镜拍摄的彩色病理图像，其所包含的病理信息有限。较难对病理样本进行多靶点的标记，以及同时获取多靶点的数据信息及相互关系信息。因此，获取病理组织的多标记信息并进行定量化识别分析进行肿瘤诊断具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有病理影像诊断分析技术的不足而提供的一种病理多靶点智能辅助诊断系统。相关研究表明，不同的标记物可以对病理组织样本不同的组织细胞进行标记，而不同的标记物其光谱特征也存在差异。病理多靶点辅助诊断系统通过对病理组织切片的自动装载、自动全玻片样本区域的定位和扫描，以及病理全彩色和显微高光谱数据的同步获取，在病理影像数据智能识别分析算法，特别是深度学习算法的支持下，实现对单标记病理组织样本和多标记病理组织样本的定量化识别分析，辅助医生给出准确的疾病诊断结果。该病理多靶点智能辅助诊断系统实现了病理切片分析的自动化和智能化，降低人工工作量的同时提高了诊断的准确度，减轻了病理医生的负担。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种病理多靶点智能辅助诊断系统，它包括玻片储存盒、伸缩推进杆、玻片推进板、玻片滑轨、玻片弹片、狭缝、玻片上导板、玻片储存盒支撑台、主机壳、驱动电机、玻片传送带、玻片限位条、电动载物台、连接杆、载玻片托盘、白光光源、卤钨灯光源、广角镜头、灰度相机、显微物镜、光路切换器、彩色相机、分光器、CMOS探测器、分光驱动器、电机驱动、主控板、工作指示灯、故障指示灯、电源开关、玻片下导板、玻片收纳盒、触摸屏、玻片推进杆控制器、玻片弹片控制器、玻片夹、载物台手动操控杆、上侧开口、下侧开口、固定轴、光路固定架、物镜转换器、病理玻片、服务器、特征光谱库及客户端。所述玻片储存盒底部两边设有玻片滑轨，垂直于玻片滑轨方向安装有活动的玻片推进板，玻片推进板通过伸缩推进杆连接到玻片储存盒的侧边，远离伸缩推进杆的玻片储存盒底部开有狭缝，狭缝宽度大于病理载玻片的厚度，狭缝两端设有玻片弹片；玻片储存盒底部固定于玻片储存盒支撑台上，玻片储存盒支撑台内装有玻片推进杆控制器和玻片弹片控制器；玻片储存盒的底部狭缝出口下面接有倾斜的玻片上导板，玻片上导板下端对准主机壳的上侧开口；主机壳进玻片一侧开有上侧开口，另一侧开有下侧开口，主机壳内平行于上侧开口和下侧开口设有玻片传送带，玻片传送带上以载玻片宽度为间距设有玻片限位条，玻片传送带绕在驱动电机上，驱动电机通过固定轴固定在主机壳上；下侧开口接有玻片下导板，玻片下导板底端连接玻片收纳盒；主机壳内顶端安装有灰度相机，灰度相机前端安装有广角镜头，垂直于广角镜头的玻片传送带下面安装有白光光源，通过拍照识别病理玻片上的样本区域和二维码信息；白光光源一侧主机壳底部安装有卤钨灯光源，垂直于卤钨灯光源上方玻片传送带中间安装有电动载物台，电动载物台上有连接杆，与载玻片托盘连接起来，载玻片托盘上安装有玻片夹，垂直于载玻片托盘上方有显微物镜，显微物镜安装在物镜转换器上，物镜转换器连接到光路切换器上，光路切换器的两个光路分别接有彩色相机和分光器，分光器光路出口接有CMOS探测器，显微物镜、物镜转换器、光路切换器、分光器依次呈光路连接，通过光路固定架固定在主机壳侧面；主机壳顶端外侧装有触摸屏显示器，主机壳顶端外侧靠近玻片出口一侧安装有载物台手动操控杆；主机壳顶端内侧安装有分光驱动器，主机壳底端内侧安装有电机驱动和主控板；主控板的控制输出端分别连接到工作指示灯、故障指示灯、白光光源、卤钨灯光源、电动载物台、玻片夹、光路切换器、物镜转换器、电机驱动、玻片推进杆控制器、玻片弹片控制器、分光驱动器、触摸屏的输入端，主控板的数据输入端分别连接至载物台手动操控杆、彩色相机、CMOS探测器、灰度相机、触摸屏、电源开关的输出端；玻片推进杆控制器的控制输出端连接到伸缩推进杆的控制输入端，玻片弹片控制器的控制输出端连接到玻片弹片的控制输入端，电机驱动的输出端连接到驱动电机的输入端；分光驱动器的输出端连接到分光器的输入端；主控板的数据输出端连接到服务器的数据输入端，特征光谱库及客户端连接服务器。

所述玻片传送带将玻片储存盒中的病理玻片依次取出进行全彩色和高光谱影像数据的采集并送入玻片收纳盒。

在进行全彩色和高光谱病理影像数据采集时，载玻片托盘可以自动升高将被测病理玻片取出进行全玻片扫描成像。

所述分光器为棱镜、光栅、液晶可调谐滤光器（LCTF）或声光可调滤光器（AOTF）。

本发明实现了大量病理组织切片的自动全玻片扫描，可以同时获取病理组织的显微高光谱图像数据和全彩色数据。数据采集过程中，经过广角镜头下方时，使用灰度相机采集整张玻片的图像数据，按照所设定的固定尺寸将图像中样本区域进行分块，在经过显微物镜时，主控板控制电动载物台沿纵轴方向将待测病理玻片从玻片传送带托起，主控板根据用户预先设定控制物镜转换器转换物镜到合适的放大倍数，并按照步进控制电动载物台上下移动寻找对比度最佳的图像实现自动对焦，主控板控制光路切换器切换光路到彩色相机一路，读取彩色相机的图像数据并传输到服务器存储，主控板控制光路切换器切换光路到CMOS探测器一路，控制分光驱动器进行分光扫描，采集显微高光谱影像数据并传输到服务器存储，服务器上建有病理变化的特征光谱库，客户端可以接入服务器下载数据并进行诊断结果的输出。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明玻片储存部分结构示意图；

图3为本发明玻片扫描和回收部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，说明本发明的结构特征，技术性能和效果。

参阅图1-3，本发明包括玻片储存盒1、伸缩推进杆2、玻片储存盒支撑台8、主机壳9、驱动电机10、电动载物台13、连接杆14、载玻片托盘15、显微物镜20、光路切换器21、电机驱动26、主控板27、工作指示灯28、故障指示灯29、电源开关30、玻片收纳盒32、触摸屏33、载物台手动操控杆37、主机壳上侧开口38、主机壳下侧开口39、固定轴40、光路固定架41、物镜转换器42、病理玻片43、服务器44、特征光谱库45及客户端46，所述玻片储存盒1底部两边设有玻片滑轨4，垂直于玻片滑轨4方向安装有活动的玻片推进板3，玻片推进板3通过伸缩推进杆2连接到玻片储存盒1的侧边，远离伸缩推进杆2的玻片储存盒1底部开有狭缝6，狭缝6两端设有玻片弹片5；玻片储存盒1底部固定于玻片储存盒支撑台8上，玻片储存盒支撑台8内装有玻片推进杆控制器34和玻片弹片控制器35；玻片储存盒1的底部狭缝6出口下面接有倾斜的玻片上导板7，玻片上导板7下端对准主机壳9的上侧开口38；主机壳9另一侧开有下侧开口39，主机壳9内平行于上侧开口38和下侧开口39设有玻片传送带11，玻片传送带11上以载玻片宽度为间距设有玻片限位条12，玻片传送带11绕在驱动电机10上，驱动电机10通过固定轴40固定在主机壳9上；主机壳9的下侧开口39接有玻片下导板31，玻片下导板31底端连接玻片收纳盒32；主机壳9内顶端安装有灰度相机19，灰度相机19前端安装有广角镜头18，垂直于广角镜头18的玻片传送带11下面安装有白光光源16；白光光源16一侧主机壳9底部安装有卤钨灯光源17，垂直于卤钨灯光源17上方玻片传送带11中间安装有电动载物台13，电动载物台13上有连接杆14，与载玻片托盘15连接起来，载玻片托盘15上安装有玻片夹36，垂直于载玻片托盘15上方有显微物镜20，显微物镜20安装在物镜转换器42上，物镜转换器42连接到光路切换器21上，光路切换器21的两个光路分别接有彩色相机22和分光器23，分光器23光路输出口接有CMOS探测器24，显微物镜20、物镜转换器42、光路切换器21、分光器23依次呈光路连接，通过光路固定架41固定在主机壳9侧面；主机壳9顶端外侧装有触摸屏33，主机壳9顶端外侧靠近玻片出口一侧安装有载物台手动操控杆37；主机壳9顶端内侧安装有分光驱动器25，主机壳9底端内侧安装有电机驱动26和主控板27；主控板27的输出端分别连接到工作指示灯28、故障指示灯29、白光光源16、卤钨灯光源17、电动载物台13、玻片夹36、光路切换器21、物镜转换器42、电机驱动26、玻片推进杆控制器34、玻片弹片控制器35、分光驱动器25、触摸屏33的输入端；主控板27的数据输入端分别连接至载物台手动操控杆37、彩色相机22、CMOS探测器24、灰度相机19、触摸屏33、电源开关30的输出端；玻片推进杆控制器34的控制输出端连接到伸缩推进杆2的控制输入端，玻片弹片控制器35的控制输出端连接到玻片弹片5的控制输入端，电机驱动26的输出端连接到驱动电机10的输入端；分光驱动器25的输出端连接到分光器23的输入端；主控板27的数据输出端连接到服务器44的数据输入端，特征光谱库45及客户端46连接服务器44。

实施例

本实施例中，玻片储存盒1底部两边设有玻片滑轨4，垂直于玻片滑轨4方向安装有活动的玻片推进板3，玻片推进板3通过伸缩推进杆2连接到玻片储存盒1的侧边，置于玻片储存盒1中的病理玻片43可以在伸缩推进杆2的步进推动下沿着玻片滑轨4向前平移；远离伸缩推进杆2的玻片储存盒1底部开有狭缝6，狭缝6宽度大于病理玻片43的厚度，狭缝6两端设有玻片弹片5，当病理玻片43被推进到狭缝6的位置时，可以在玻片弹片5的控制下落入玻片上导板7；玻片上导板7的下端对准主机壳9的上侧开口38，落入的病理玻片43可以经上侧开口38到达玻片传送带11上，并被玻片限位条12固定，在驱动电机10的驱动下，按照步进在玻片传送带11上向前移动；当病理玻片43到达广角镜头18正下方时，灰度相机19在主控板27的控制下对病理玻片43进行全景拍照，并对病理玻片43上的二维码进行识别，记录病理玻片43的编号信息；当病理玻片43到达显微物镜20的正下方时，电动载物台13通过连接杆14连接的载玻片托盘15将上升，将病理玻片43置于载玻片托盘15上，玻片夹36在主控板27的控制下将病理玻片43夹紧，电动载物台13在主控板27的控制下沿纵轴方向移动实现自动对焦，沿着XY方向移动实现扫描；显微镜物镜20、物镜转换器42、光路切换器21、彩色相机22、分光器23、CMOS探测器24依次呈光路连接，该部分光路通过光路固定架41固定在主机壳9上；物镜转换器42可以在主控板27的控制下切换显微镜物镜20的放大倍数，光路切换器21可以在主控板27的控制下切换成像光路到彩色相机22或者到分光器23，分别实现彩色图像和高光谱图像的数据采集；病理玻片43上的样本被采集完成后，电动载物台13在主控板27的控制下下降，玻片夹36释放，病理玻片43重新置于玻片传送带11上并被玻片限位条12固定；病理玻片43在玻片传送带11上依次步进，最后经过下侧开口39落下；下侧开口39接有玻片下导板31，玻片下导板31底端连接玻片收纳盒32，病理玻片43最后经过玻片下导板31到达玻片收纳盒32完成回收；垂直于广角镜头18的玻片传送带11下面主机壳9底部安装有白光光源16，实现采集全景灰度图像时对病理玻片43的照明；白光光源16一侧主机壳9底部安装有卤钨灯光源17，实现采集全彩色图像和高光谱图像时对病理玻片43的照明；主控板27的控制输出端分别连接到工作指示灯28和故障指示灯29的输入端，用于指示系统的工作状态；主控板27的控制输出端分别连接到白光光源16、卤钨灯光源17的输入端，用于控制采集样本图像时进行照明；主控板27的输出端连接到电动载物台13的输入端，用于控制电动载物台13在XYZ三个方向上的移动；主控板27的输出端连接到玻片夹36的输入端，用于控制夹紧病理玻片43；主控板27的输出端连接到物镜转换器42，用于控制切换不同放大倍数的物镜；主控板27的输出端连接到光路切换器21，用于切换彩色成像光路和高光谱成像光路，实现相同视场内彩色图像和高光谱图像的同步采集；主控板27的输出端连接到电机驱动26的输入端，电机驱动26的输出端连接到驱动电机10的输入端，用于控制驱动电机10按照步进带动玻片传送带11移动；主控板27的输出端连接到玻片推进杆控制器34的输入端，推进杆控制器34的输出端连接到伸缩推进杆2的输入端，用于控制推进病理玻片43沿着玻片滑轨4平行移动；主控板27的输出端连接到玻片弹片控制器35的输入端，玻片弹片控制器35的输出端连接到玻片弹片5的控制输入端，用于控制玻片弹片5在需要的时候释放病理玻片43通过狭缝6到达玻片上导板7；主控板27的输出端连接到分光驱动器25的输入端，光驱动器25的输出端连接到分光器23的输入端，用于控制对通过样本的光进行波长选择；主控板27的输出端连接到触摸屏33的输入端，用于显示采集参数和图像信息，实现人机交互；主控板27的输入端连接到载物台手动操控杆37的输出端，用于接收物台手动操控杆37的三维方向的位移量；主控板27的输入端分别连接到彩色相机22、CMOS探测器24、灰度相机19的数据输出端，用于读取所采集的各种图像数据；主控板27的输入端连接到触摸屏33的输出端，用于接收用户触摸屏操作指令数据；主控板27的输入端连接到电源开关的输出端30的输出端，用于接收系统开关信号。

在具体进行病理切片扫描时，放置于玻片储存盒1中的第一片病理玻片43为不放置样本的空白载玻片，在采集数据时主控板27控制病理玻片43从玻片储存盒1依次经过玻片上导板7、玻片传送带11、玻片下导板31到达玻片收纳盒32，在玻片传送过程中，经过广角镜头18下方时，使用灰度相机19采集整张玻片的图像数据，按照所设定的固定尺寸将图像中样本区域进行分块，在经过显微物镜20时，主控板27控制电动载物台13沿纵轴方向将待测病理玻片43从玻片传送带11托起，主控板27根据用户预先设定控制物镜转换器42转换物镜到合适的放大倍数，并按照步进控制电动载物台13上下移动寻找对比度最佳的图像实现自动对焦，主控板27控制光路切换器21切换光路到彩色相机22一路，读取彩色相机22的图像数据并传输到服务器44存储，主控板27控制光路切换器21切换光路到CMOS探测器24一路，控制分光驱动器25进行分光扫描，采集显微高光谱影像数据并传输到服务器44存储，服务器44上建有病理变化的特征光谱库45，客户端46可以接入服务器44下载数据并进行诊断结果的输出。

本发明实现了大量病理切片样本的自动步进、自动对焦、全彩色图像和高光谱图像的自动采集、已扫描病理切片的自动收集。可以通过建立的病理特征光谱数据库，建立病理辅助诊断模型，实现病理组织样本的自动化扫描和定量化分析，辅助医生给出病理诊断结果，提高了病理诊断分析的效率和客观性。

Claims

1.一种病理多靶点智能辅助诊断系统，其特征在于，该系统包括玻片储存盒（1）、伸缩推进杆（2）、玻片储存盒支撑台（8）、主机壳（9）、驱动电机（10）、电动载物台（13）、连接杆（14）、载玻片托盘（15）、显微物镜（20）、光路切换器（21）、电机驱动（26）、主控板（27）、工作指示灯（28）、故障指示灯（29）、电源开关（30）、玻片收纳盒（32）、触摸屏（33）、载物台手动操控杆（37）、主机壳上侧开口（38）、主机壳下侧开口（39）、固定轴（40）、光路固定架（41）、物镜转换器（42）、病理玻片（43）、服务器（44）、特征光谱库（45）及客户端（46），所述玻片储存盒（1）底部两边设有玻片滑轨（4），垂直于玻片滑轨（4）方向安装有活动的玻片推进板（3），玻片推进板（3）通过伸缩推进杆（2）连接到玻片储存盒（1）的侧边，远离伸缩推进杆（2）的玻片储存盒（1）底部开有狭缝（6），狭缝（6）两端设有玻片弹片（5）；玻片储存盒（1）底部固定于玻片储存盒支撑台（8）上，玻片储存盒支撑台（8）内装有玻片推进杆控制器（34）和玻片弹片控制器（35）；玻片储存盒（1）的底部狭缝（6）出口下面接有倾斜的玻片上导板（7），玻片上导板（7）下端对准主机壳（9）的上侧开口（38）；主机壳（9）另一侧开有下侧开口（39），主机壳（9）内平行于上侧开口（38）和下侧开口（39）设有玻片传送带（11），玻片传送带（11）上以载玻片宽度为间距设有玻片限位条（12），玻片传送带（11）绕在驱动电机（10）上，驱动电机（10）通过固定轴（40）固定在主机壳（9）上；主机壳（9）的下侧开口（39）接有玻片下导板（31），玻片下导板（31）底端连接玻片收纳盒（32）；主机壳（9）内顶端安装有灰度相机（19），灰度相机（19）前端安装有广角镜头（18），垂直于广角镜头（18）的玻片传送带（11）下面安装有白光光源（16）；白光光源（16）一侧主机壳（9）底部安装有卤钨灯光源（17），垂直于卤钨灯光源（17）上方玻片传送带（11）中间安装有电动载物台（13），电动载物台（13）上有连接杆（14），与载玻片托盘（15）连接起来，载玻片托盘（15）上安装有玻片夹（36），垂直于载玻片托盘（15）上方有显微物镜（20），显微物镜（20）安装在物镜转换器（42）上，物镜转换器（42）连接到光路切换器（21）上，光路切换器（21）的两个光路分别接有彩色相机（22）和分光器（23），分光器（23）光路输出口接有CMOS探测器（24），显微物镜（20）、物镜转换器（42）、光路切换器（21）、分光器（23）依次呈光路连接，通过光路固定架（41）固定在主机壳（9）侧面；主机壳（9）顶端外侧装有触摸屏（33），主机壳（9）顶端外侧靠近玻片出口一侧安装有载物台手动操控杆（37）；主机壳（9）顶端内侧安装有分光驱动器（25），主机壳（9）底端内侧安装有电机驱动（26）和主控板（27）；主控板（27）的输出端分别连接到工作指示灯（28）、故障指示灯（29）、白光光源（16）、卤钨灯光源（17）、电动载物台（13）、玻片夹（36）、光路切换器（21）、物镜转换器（42）、电机驱动（26）、玻片推进杆控制器（34）、玻片弹片控制器（35）、分光驱动器（25）、触摸屏（33）的输入端；主控板（27）的数据输入端分别连接至载物台手动操控杆（37）、彩色相机（22）、CMOS探测器（24）、灰度相机（19）、触摸屏（33）、电源开关（30）的输出端；玻片推进杆控制器（34）的控制输出端连接到伸缩推进杆（2）的控制输入端，玻片弹片控制器（35）的控制输出端连接到玻片弹片（5）的控制输入端，电机驱动（26）的输出端连接到驱动电机（10）的输入端；分光驱动器（25）的输出端连接到分光器（23）的输入端；主控板（27）的数据输出端连接到服务器（44）的数据输入端，特征光谱库（45）及客户端（46）连接服务器（44）。

2.根据权利要求1所述的病理多靶点智能辅助诊断系统，其特征在于，所述玻片传送带（11）将玻片储存盒（1）中的病理玻片（43）依次取出进行全彩色和高光谱影像数据的采集并送入玻片收纳盒（32）。

3.根据权利要求1所述的病理多靶点智能辅助诊断系统，其特征在于，所述载玻片托盘（15）能够自动升高，使被测病理玻片（43）取出进行全玻片扫描成像。

4.根据权利要求1所述的病理多靶点智能辅助诊断系统，其特征在于，所述分光器（23）为棱镜、光栅、液晶可调谐滤光器（LCTF）或声光可调滤光器（AOTF）。