CN111240003B - 一种高数值孔径水浸/油浸物镜系统及显微镜扫描系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高数值孔径水浸/油浸物镜系统及显微镜扫描系统，高数值孔径水浸/油浸物镜系统，包括可移动物镜座、固定于可移动物镜座的高数值孔径水浸/油浸物镜以及固定于物镜下方的盖玻片，所述盖玻片和物镜镜片之间能够充满水或者油。一种显微镜扫描系统，包括成像系统，所述成像系统包括上述高数值孔径水浸/油浸物镜系统。水浸物镜或者油浸物镜与盖玻片之间的水或者油在扫描过程中相对于物镜不运动，这样既避免了扫描过程中在水或者油内部产生气泡，影响成像效果，又可以不用每次更换玻片都清理水或者油，降低了系统操作的复杂性。尤其是解决了高数值孔径的油镜物镜清理难的问题。
Description
技术领域
本发明属于生物细胞成像领域，涉及一种高数值孔径(NA)水浸/油浸物镜系统及显微镜扫描系统。
背景技术
在生物样品成像领域，例如细胞玻片、病理组织切片玻片、革兰氏染色玻片等样品显微成像，为了能更好的看清样品，更好的分辨不同的细胞、组织以及各种不同类型的细菌、真菌和其它致病微生物，有时候必须使用高分辨率物镜成像。而物镜的分辨率和数值孔径有关，数值孔径越大，理论上物镜的分辨率就越高。为了提高数值孔径，需要使用水浸/油浸物镜。但是水浸/油浸物镜清洗麻烦，不利于对生物样品玻片的自动化上下片。并且，在对生物样品玻片的扫描过程中，水或油会在盖玻片表面分散开来，造成物镜下方水或油不能填满物镜与盖玻片直接的空隙而影响成像效果。此外，在物镜的运动过程中，水或油，尤其是水内部有可能会出现气泡，从而影响成像效果。
发明内容
针对上述问题，本发明一种高数值孔径(NA)水浸/油浸物镜系统及显微镜扫描系统，其盖玻片和物镜直接由机械夹持系统固定。这样，水浸物镜或者油浸物镜与盖玻片之间的水或者油在扫描过程中相对于物镜不运动，这样既避免了扫描过程中在水或者油内部产生气泡，影响成像效果，又可以不用每次更换玻片都清理水或者油，降低了系统操作的复杂性。尤其是解决了高数值孔径的油镜物镜清理难的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种高数值孔径水浸/油浸物镜系统，包括可移动物镜座、固定于可移动物镜座的高数值孔径水浸/油浸物镜以及固定于物镜下方的盖玻片，所述盖玻片和物镜镜片之间能够充满水或者油。
优选地，所述可移动物镜座上固定有盖玻片支撑架，所述盖玻片支撑架内设有用于容置盖玻片的凹槽。
更优选地，所述盖玻片支撑架由螺丝和弹簧固定在可移动物镜座上。螺丝和弹簧锁紧的力度需要仔细调节，使得盖玻片和物镜直接的距离满足物镜的设计要求，从而达到最近成像效果。此外，弹簧还可以避免在自动聚焦过程中盖玻片物镜系统撞击玻片样品，造成玻片样品和盖玻片以及物镜的损坏。
本发明还提供了一种显微镜扫描系统，包括成像系统，所述成像系统包括上述高数值孔径水浸/油浸物镜系统。
优选地，所述成像系统还包括筒镜和图像采集系统，用于对玻片样品进行放大成像采集图片。
优选地，上述显微镜扫描系统还包括：
光源和照明系统，用于对玻片样品进行照明；
运动平台，用于固定玻片样品并在控制系统的控制下运动；
图像处理系统，用于对采集到的玻片样品放大成像图片进行处理(例如区域识别、重要区域选择、图像拼接和图像融合等)；
控制系统，用于控制高数值孔径水浸/油浸物镜系统自动聚焦以及控制运动平台在x和y方向运动。
为了得到更好的清晰度，照明系统需要经过仔细设计使其与高NA水浸/油浸物镜的数值孔径匹配。
优选地，所述高数值孔径水浸/油浸物镜系统由电机带动沿z轴上下运动，实现对玻片样品的自动聚焦。玻片样品可以是细胞玻片、组织切片玻片、革兰式染色玻片样品等等。
优选地，所述运动平台通过卡夹固定玻片样品。
优选地，上述显微镜扫描系统还包括：料盒和自动上下料系统，所述料盒用于储存玻片样品，所述自动上下料系统用于将玻片样品自动送入运动平台上，并且在扫描成像完成后将玻片样品下料放入料盒。
优选地，所述显微镜扫描系统还包括：样品区域预览和自动识别条码功能模块，所述样品区域预览和自动识别条码功能模块用于在所述自动上下料系统将玻片样品自动送入运动平台之前对所述玻片样品进行自动识别条码和样品区域预览；所述样品区域预览和自动识别条码功能模块由图像采集系统采集一幅包括玻片条码区域和待测区域的图片，再由图像处理系统自动识别条码和待测区域。
更优选地，所述自动上下料系统由控制系统控制进行玻片样品的自动上、下料。
对生物样品玻片进行扫描时，盖玻片和物镜系统整体相对于生物样品玻片整体运动，而盖玻片相对于物镜不动。高数值孔径(NA)水浸/油浸物镜系统可以由电机带动沿z轴上下运动，对生物样品玻片实现自动聚焦。图像处理系统可以自动识别重点区域，然后运动控制系统对重点区域进行x、y方向高倍扫描并由图像处理系统进行图像拼接；也可以对重点区域进行z轴扫描，然后由图像处理系统进行图像融合，使得生物样品玻片在不同深度所成的像都是清晰的。
本发明的有益效果如下：
本发明创造性的提出了将盖玻片和水浸/油浸物镜固定在一起的结构。水浸物镜或者油浸物镜与盖玻片之间的水或者油在扫描过程中相对于物镜不运动，这样既避免了扫描过程中在水或者油内部产生气泡，影响成像效果，又可以不用每次更换玻片都清理水或者油，降低了系统操作的复杂性。尤其是解决了高倍率高数值孔径水浸物镜和油浸物镜显微成像清理物镜麻烦的问题，操作简单，单次上水或油可以连续扫描数百片玻片样品，实现了高倍率显微成像的自动化，大大加快了对各种细菌、真菌以及致病病原体和其它生物样品的显微镜镜检的速度和效率，尤其适用于阴道微生态病理检测，对阴道微生态显微镜镜检中识别球菌、链球菌、大杆菌、小杆菌、菌丝、孢子、芽生孢子以及滴虫等微生物和致病病原体的批量快速识别具有很重要的作用。
附图说明
图1为本发明显微镜扫描系统总体框架图，其中：1、光源；2、照明系统；3、运动平台；4、高NA水浸/油浸物镜系统；5、筒镜系统；6、图像采集系统；7、图像处理系统；8、控制系统；9、料盒；10、自动上下料系统；11、玻片；12、样品区域预览和自动识别条码功能模块。
图2为本发明显微镜扫描系统中高数值孔径(NA)水浸/油浸物镜系统结构示意图，其中：4-1、可移动物镜座；4-2、高NA水浸/油浸物镜；4-3、盖玻片；4-4、盖玻片支撑架；4-5、螺丝；4-6、弹簧。
图3为本发明显微镜扫描系统中样品区域预览和自动识别条码功能模块示意图，其中：12-1、相机；12-2、镜头；12-3、光源和散热器；11、玻片；11-1、待测区域；11-2、条码区域。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明采用的技术方案主要包含硬件系统和软件算法系统。硬件系统包括一套显微成像系统，其水浸/油浸物镜系统包括一个和高NA水浸/油浸物镜固定在一起的盖玻片。运动控制系统控制运动平台的扫描、物镜自动聚焦以及玻片自动上下料。软件算法系统对采集到的图像进行识别重点区域处理、图像拼接和图像融合处理以及图像识别等。
实施例
如图1和2所示，本发明提供的高NA水浸/油浸物镜系统4，包括可移动物镜座4-1、固定于可移动物镜座4-1的高NA水浸/油浸物镜4-2以及固定于物镜下方的盖玻片4-3，盖玻片4-3和物镜镜片之间能够充满水或者油(例如纯净水或者松柏油)。可移动物镜座4-1上固定有盖玻片支撑架4-4，盖玻片支撑架4-4内设有用于容置盖玻片4-3的凹槽。盖玻片支撑架4-4优选由螺丝4-5和弹簧4-6固定在可移动物镜座4-1上。可以理解的是，螺丝4-5和弹簧4-6锁紧的力度需要仔细调节，使得盖玻片和物镜直接的距离满足物镜的设计要求，从而达到最近成像效果。此外，弹簧4-6还可以避免在自动聚焦过程中盖玻片物镜系统撞击玻片样品，造成玻片样品和盖玻片以及物镜的损坏。
基于以上，本发明还提供了一种显微镜扫描系统，包括：
成像系统，包括高NA水浸/油浸物镜系统4，可由电机带动沿z轴上下运动，实现对玻片样品的自动聚焦，玻片样品可以是细胞玻片、组织切片玻片、革兰式染色玻片样品等等；以及
筒镜系统5和图像采集系统6，用于对玻片样品进行放大成像采集图片。
优选地，上述显微镜扫描系统还包括：
光源1和照明系统2，用于对玻片样品进行照明，可以理解的是，为了得到更好的清晰度，照明系统需要经过仔细设计使其与高NA水浸/油浸物镜的数值孔径匹配；
运动平台3，用于固定玻片样品并在控制系统8的控制下运动，优选通过卡夹固定玻片样品；
图像处理系统7，用于对采集到的玻片样品放大成像图片进行处理(例如区域识别、重要区域选择、图像拼接和图像融合等)；
控制系统8，用于控制高NA水浸/油浸物镜系统自动聚焦以及控制运动平台3x和y方向运动。
在每次使用本系统扫描时，先将高NA水浸/油浸物镜系统4取下，将盖玻片4-3安装在物镜系统上的盖玻片支撑架4-4上，然后在盖玻片4-3和高NA水浸/油浸物镜4-2之间注入适量的纯净水或者光学级松柏油。光源1发出的光经科勒照明系统2入射到生物样品玻片11上，样品经盖玻片4-3、水/油、高NA水浸/油浸物镜4-2和筒镜系统5成像在图像采集系统6上。由图像采集系统6采集到的图片由图像处理系统7进行处理得到重点区域，然后再对重点区域进行重点x、y方向扫描，由图像处理系统7进行拼接得到样品重点区域的全部图像。此外，也可以对重点区域进行z轴扫描，得到多幅不同深度聚焦的图像，然后由图像处理系统进行图像融合，得到更大深度范围都是清晰的图像，方便后期图像识别。在对重点区域扫描的时候，盖玻片相对于物镜不动，二者组成的盖玻片物镜系统一起相对于玻片样品运动。控制系统8控制物镜系统延z轴上下移动实现自动聚焦。
本系统还具有自动上下料、样品区域预览和自动识别条码功能。料盒9用于储存玻片样品，自动上下料系统10用于在所述控制系统8地控制下从料盒9中抓取玻片样品，经过样品区域预览和自动识别条码功能模块12自动识别条码和样品区域预览后送入运动平台3的卡夹上锁定。如图3所示，样品区域预览和自动识别条码功能模块12主要包括相机12-1、镜头12-2以及光源和散热器12-3，玻片11包括待测区域11-1和条码区域11-2，样品区域预览和自动识别条码功能由光学图像识别，图像采集系统6采集一幅包括玻片条码区域和待测区域的图片，再由图像处理系统自动识别条码和待测区域。
可以理解的是，以上未进行特殊说明的具体结构及流程，在本申请公开内容的基础上，本领域技术人员可通过公知技术手段来实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (8)
1.一种高数值孔径水浸/油浸物镜系统，包括：可移动物镜座、固定于可移动物镜座的高数值孔径水浸/油浸物镜以及固定于物镜下方的盖玻片，所述盖玻片和物镜镜片之间能够充满水或者油，所述可移动物镜座上固定有盖玻片支撑架，所述盖玻片支撑架内设有用于容置盖玻片的凹槽，所述盖玻片支撑架由螺丝和弹簧固定在可移动物镜座上。
2.一种显微镜扫描系统，包括成像系统，其特征在于，所述成像系统包括权利要求1所述的一种高数值孔径水浸/油浸物镜系统。
3.根据权利要求2所述的一种显微镜扫描系统，其特征在于，所述成像系统还包括筒镜和图像采集系统，用于对玻片样品进行放大成像采集图片。
4.根据权利要求3所述的一种显微镜扫描系统，其特征在于，所述显微镜扫描系统还包括：
光源和照明系统，用于对玻片样品进行照明；
运动平台，用于固定玻片样品并在控制系统的控制下运动；
图像处理系统，用于对采集到的玻片样品放大成像图片进行处理；
控制系统，用于控制高数值孔径水浸/油浸物镜系统自动聚焦以及控制运动平台在x和y方向运动。
5.根据权利要求4所述的一种显微镜扫描系统，其特征在于，所述高数值孔径水浸/油浸物镜系统由电机带动沿z轴上下运动，实现对玻片样品的自动聚焦；所述运动平台通过卡夹固定玻片样品。
6.根据权利要求4所述的一种显微镜扫描系统，其特征在于，所述显微镜扫描系统还包括：料盒和自动上下料系统，所述料盒用于储存玻片样品，所述自动上下料系统用于将玻片样品自动送入运动平台上，并且在扫描成像完成后将玻片样品下料放入料盒。
7.根据权利要求6所述的一种显微镜扫描系统，其特征在于，所述显微镜扫描系统还包括：样品区域预览和自动识别条码功能模块，所述样品区域预览和自动识别条码功能模块用于在所述自动上下料系统将玻片样品自动送入运动平台之前对所述玻片样品进行自动识别条码和样品区域预览；所述样品区域预览和自动识别条码功能模块由图像采集系统采集一幅包括玻片条码区域和待测区域的图片，再由图像处理系统自动识别条码和待测区域。
8.根据权利要求6所述的一种显微镜扫描系统，其特征在于，所述自动上下料系统由控制系统控制进行玻片样品的自动上、下料。
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