CN109612992B - 一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种细胞涂片的快速扫描方法及其系统，本发明将宫颈脱落细胞生物样本的区域设置为圆形，通过对样本边界的判断实现对细胞不重不漏地扫描，通过对涂片厚度的检测制定显微镜的调节步长，对每一个扫描区域多达7个位置进行清晰度判断，对清晰度最高位置调用摄像头拍照，并记录细胞数量，实现扫描精确度；对于聚焦的调节做成pst文件，方便进行修改编辑；在扫描过程中同步记录细胞数量，通过逻辑运算当达到目标计数后停止扫描。因而实现提高扫描处理流程的速度和准确度。

Description

一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法及其系统

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，尤其涉及一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法及其系统。

背景技术

目前在进行显微镜扫描时候，扫描获取样本图像可能需要扫描上千个视野才能获得有意义的结果。王家川先生提出过基于图像处理的自动聚焦理论研究，但是目前市场上的各种综合解决方案存在聚焦精度不准确、系统不稳定以及扫描速度不能满足大型医院需求的问题。

为了解决这些问题，我们在此基础之上，采用了提高平台的移动速度，镜头的快速聚焦以及算法的快速处理图像多个方面提升系统性能，从而提高扫描处理流程的速度和准确度。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法及其系统，旨在解决聚焦精度不准确、系统不稳定的问题，提高扫描处理流程的速度和准确度。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法，该方法包括如下步骤：

S1、获得精确测量整片样本的厚度，确定所述厚度的变化范围；

S2、确定显微镜每一步的调节步长；

S3、对扫描区域进行清晰度判断；

S4、对清晰度最高的位置进行拍照；

S5、通过清晰度判别边界。

进一步的，所述样本的区域为圆形，扫描的视野重叠部分等于13微米。

进一步的，所述清晰度判断是显微镜镜头在Z轴上上移3步、下移3步来调节焦距，对包括原始位置在内的7个位置进行清晰度对比。

进一步的，所述清晰度对比得出清晰度最高的位置，并对清晰度最高的位置进行拍照。

进一步的，对于焦距的调节做成pst文件，方便修改编辑。

进一步的，所述通过清晰度判别边界是通过测试设定阈值，当低于该阈值时判定视野中没有有效的细胞图像。

进一步的，所述扫描方法是先进行上半圆区域扫描，上半圆区域扫描结束后，镜头自动恢复到初始记录的圆心位置，进行对称的下半圆区域扫描。

进一步的，所述扫描方法还包括：S6、对二倍体等多倍体和细胞数量进行同步计算，通过逻辑算法对整体流程控制，达到目标计数后停止扫描。

另一方面本发明还提供一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法的扫描系统，该系统包括：

厚度测量模块，用于精确测量整片样本的厚度，确定所述厚度的变化范围；

总控模块，用于确定显微镜每一步的调节步长和控制显微镜镜头移动；

清晰度检测模块，用于检测和对比扫描区域的清晰度；

图片获取模块，用于对清晰度最高的位置进行拍照；

边界判别模块，用于判别扫描的边界。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明将宫颈脱落细胞生物样本的区域设置为圆形，通过对样本边界的判断实现对细胞不重不漏地扫描，通过对涂片厚度的检测制定显微镜的调节步长，对每一个扫描区域多达7个位置进行清晰度判断，对清晰度最高位置调用摄像头拍照，并记录细胞数量，实现扫描精确度；对于聚焦的调节做成pst文件，方便进行修改编辑；在扫描过程中同步记录细胞数量，通过逻辑运算当达到目标计数后停止扫描。因而实现提高扫描处理流程的速度和准确度。

附图说明

图1为本发明提供的一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法流程示意图。

图2为本发明提供的一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法的扫描视野示意图。

图3为本发明提供的一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描系统的模块框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明提供的一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法，该方法包括如下步骤：

S1、获得精确测量整片样本的厚度，确定所述厚度的变化范围；具体的，按照一定的排列规律对不同的位置进行拍照，定义出初始位置的z轴位置，然后在之后的焦距判断中以此为参考点。对不同的照片手动调节焦距至肉眼清晰，然后观察在z轴的焦距变化，记录其变化范围，焦距调节越大则说明此处厚度变化大，就可以对样本的厚度进行判断。

S2、确定显微镜每一步的调节步长；

通过涂片厚度的变化范围来确定焦距调节的步长，通过调节焦距实现多个位置捕捉，并将所有视野涵盖。

S3、对扫描区域进行清晰度判断；自动进行清晰度判断，图像从RGB空间经过算法处理分别变换到HSV和Lab颜色模型, 然后采用Tenengrad梯度方法利用Sobel算子分别计算水平和垂直方向的梯度，同一场景下梯度值越高，图像越清晰,衡量的指标是经过Sobel算子处理后的图像的平均灰度值，值越大，代表图像越清晰。

S4、对清晰度最高的位置进行拍照；

通过S3判断出清晰度高的位置，工业相机对清晰度最高的位置进行自动拍照，并将图片传送至后台处理中心处理并保存。

S5、通过清晰度判别边界。

扫描原则为扫描过程中，载物台在X、Y两个维度自动步进，然后工业相机将采集的图像发送至自动对焦模块，通过Z轴（物镜）垂直方向的进给得到焦平面。为了使系统硬件平台满足实际的工作需要，在该平台的设计时，应遵循细胞的全覆盖原则，即为避免漏检癌细胞，在控制载物台X、Y轴进给时，应遵循细胞全部覆盖原则。

宫颈细胞学涂片制片方式通常采用巴氏涂片法或者薄层液基细胞学制片法。巴氏涂片法直接将脱落的宫颈细胞沿着同一方向，均匀且非常薄地涂抹在载玻片之上；而薄层液基细胞学涂片则是采用离心器械对液基进行处理，从而分离出其中的上皮细胞制成涂片，样本的区域为圆形。

宫颈细胞发生癌变，一般是在子宫颈粘膜的上皮层内。上皮层细胞由鳞状上皮细胞和柱状上皮细胞构成。上皮层细胞，即上皮细胞，容易脱落，通常将脱落上皮细胞做成涂片。通过观察脱落的上皮细胞，初步判断是否发生癌变。正常的上皮细胞，在其幼稚、成熟、衰老的过程中，其形态、大小都在发生着变化，细胞核大小在5微米-13微米间不等。基于细胞的大小，选择10倍目镜、40倍物镜的400倍组合放大效果，对细胞图像放大后采集。

在本实施例中，所述样本的区域为圆形，如图2所示关于扫描的视野，视野1与视野2重叠部分等于13微米。因为针对宫颈脱落细胞涂片，当重叠部分小于13微米时，图像边缘的细胞核图像有可能被破坏，不能纳入正常的处理对象，造成不完整的细胞库；而当重叠部分超过13微米，则可能导致细胞库中出现重复细胞过多，增加计算量同时，影响最终判决精度。同时需要在生物显微镜的基础上，通过对载物台添加步进电机及相应的传动机构，实现涂片的自动化扫描。

在本实施例中，所述清晰度判断是显微镜镜头在Z轴上上移3步、下移3步来调节焦距，对包括原始位置在内的7个位置进行清晰度对比。

在本实施例中，所述清晰度对比得出清晰度最高的位置，并对清晰度最高的位置进行拍照。

在本实施例中，对于焦距的调节做成pst文件，方便修改编辑。

具体的，事先将所需要的焦距调节参数编辑成pst文件，后台通过读取pst文件来对焦距进行调节，需要更换其他参数调节时，只需要编辑pst文件重新输入所要参数即可。

在本实施例中，所述通过清晰度判别边界是通过测试设定阈值，当低于该阈值时判定视野中没有有效的细胞图像。

在本实施例中，所述扫描方法是先进行上半圆区域扫描，上半圆区域扫描结束后，镜头自动恢复到初始记录的圆心位置，进行对称的下半圆区域扫描，对称式扫描使得扫描路径更加稳定，扫描更准确。

在本实施例中，所述扫描方法还包括：S6、对二倍体等多倍体和细胞数量进行同步计算，在对细胞分类的过程中，对不同倍体和杂质、和中性粒等同步计数，然后方便地显示出来，通过逻辑算法对整体流程控制，达到目标计数后停止扫描。

自动对焦采用如下方式，宫颈细胞样本的区域为圆形，通过对样本边界的判断实现对细胞不重不漏的扫描。每一类生物样本的材质和玻片厚度不一，首先获得精确测量整片样本的厚度，确定厚度大致的变化范围。然后计算确定每一步显微镜的调节步长。在每一次扫描之前，人工手动把显微镜视野在圆心位置调节清晰，然后显微镜自动开始扫描。对每一扫描区域都进行清晰度判断，镜头设置上移3步、下移3步和对包括原始位置在内的7个位置进行判断，比较对清晰度最大的位置进行调用工业相机进行拍照。对于焦距的调节做成了pst文件进行方便的修改编辑，从而可以实现速度与清晰度兼顾的目标。对于边界的判断同样使用清晰度来判别边界，通过测试设定阈值，当低于该阈值时判定视野中没有有效的细胞图像，从而可以实现边界的判断。扫描采用上下半圆区分别扫描的模式，上半圆区域结束扫描后，镜头可以自动恢复到初始记录的圆心位置，进行对称的下半圆扫描进程。在扫描过程中，对于二倍体等多倍体和细胞数量进行同步计数，通过后来的逻辑算法实现对整体流程的控制，达到目标计数后就停止扫描。该扫描方式可以实现到五分钟800张图片，效率高。

需要说明的是，显微镜镜头的移动是靠后台总控对步进电机进行控制，步进电机再控制镜头移动。

另一方面本发明还提供一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法的扫描系统，该系统包括：

厚度测量模块，用于精确测量整片样本的厚度，确定所述厚度的变化范围；

总控模块，用于确定显微镜每一步的调节步长和控制显微镜镜头移动；

清晰度检测模块，用于检测和对比扫描区域的清晰度；

图片获取模块，用于对清晰度最高的位置进行拍照；

边界判别模块，用于判别扫描的边界。

该扫描系统的总控模块与所述厚度测量模块、清晰度检测模块、图片获取模块、边界判别模块分别电连接，总控模块控制整个系统的运作。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获得精确测量的整片样本的厚度，确定所述厚度的变化范围，具体的，按照一定的排列规律对不同的位置进行拍照，定义出初始位置的z轴位置，然后在之后的焦距判断中以此为参考点，对不同的位置手动调节焦距至照片肉眼清晰，然后观察在z轴的焦距变化，记录其变化范围，焦距调节越大则说明此处厚度变化大；

S2、通过涂片样本厚度的变化范围，确定显微镜焦距每一步的调节步长：通过涂片样本厚度的变化范围来确定焦距调节的步长，通过调节焦距实现多个位置捕捉；

S3、对每一个扫描区域的7个位置进行清晰度判断，所述清晰度判断是显微镜镜头在z轴上上移3 步、下移3步来调节焦距，对包括原始位置在内的7个位置进行清晰度对比；图像从RGB空间经过算法处理分别变换到HSV和Lab颜色模型，然后采用Tenengrad梯度方法利用Sobel算子分别计算水平和垂直方向的梯度，同一场景下梯度值越高，图像越清晰；

S4、在清晰度最高的位置进行拍照：通过S3判断出清晰度高的位置，工业相机在清晰度最高的位置进行自动拍照；

S5、通过清晰度判别边界；

其中，所述样本的区域为圆形，扫描的视野重叠部分等于13微米；所述扫描方法是先进行上半圆区域扫描，上半圆区域扫描结束后，镜头自动恢复到初始记录的圆心位置，进行对称的下半圆区域扫描。

2.如权利要求1所述的一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法，其特征在于，所述扫描方法还包括：S6、对多倍体数量进行同步计算，通过逻辑算法对整体流程控制，达到目标计数后停止扫描。

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