CN111272659A - 一种全自动结核杆菌显微扫描分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动结核杆菌显微扫描分析仪，包括机架、运片装置、玻片架、扫描装置、夹嘴机构、光学仪器、计算机及注油系统；本发明采用运片装置实现对玻片样品在玻片架与载物台之间的提取与存放；采用扫描装置将样品精准的送至光学仪器指定的检测位置，实施显微扫描；采用计算机及PLC可编程控制器控制第一三维驱动动力头、第二三维驱动动力头及控制夹嘴驱动头的运行，控制荧光‑萋尼氏机构上的荧光切换器的切换，实现萋尼氏抗酸染色和荧光染色两种玻片的扫描，采用计算机及CPU中央处理器进行显微图像的运算分析，完成检测玻片样品的全自动显微扫描工作。本发明具有自动化程度高、玻片架容量大及图像扫描精度高的优点。

Description

一种全自动结核杆菌显微扫描分析仪

技术领域

本发明涉及生物医学检测仪器技术领域，用于自动检测传染性疾病的样品，尤其是一种全自动结核杆菌显微扫描分析仪。

背景技术

结核杆菌引起的结核病是一种具有强烈传染性的疾病，且是全世界十大死因之一。目前结核病的检测方法主要是使用Ziehl-Neelsen抗酸性染色法染色或荧光染色，然后在光学显微镜下进行检测。结核杆菌是杆状的，宽度0.3-0.6微米，长度0.5-8微米（1.5-3.5微米居多）。国家的检测标准要求是300个视野内有效计数 ，这非常耗时耗力。现有技术结核病样品的显微检测主要还是由医生亲临化验室，通过人工观测光学仪器及显微镜进行检测，存在的问题是，医生的劳动强度大，受到病菌感染的概率高且工作效率难以提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种全自动结核杆菌显微扫描分析仪，本发明采用运片装置实现对玻片样品在玻片架与载物台的玻片槽之间的提取与存放；采用扫描装置将玻片样品精准的送至光学仪器指定的检测位置及高度，实施显微扫描；采用计算机及PLC可编程控制器控制第一三维驱动动力头、第二三维驱动动力头及控制夹嘴驱动头运行，控制荧光-萋尼氏机构上物镜转换器、荧光切换器及光源遮挡器的工位切换；采用计算机及CPU中央处理器进行显微图像的运算分析，完成检测玻片样品的全自动显微扫描工作。通过荧光-萋尼氏机构对荧光切换器的切换，可实现萋尼氏抗酸染色和荧光染色两种玻片的扫描，本发明具有自动化程度高、玻片架容量大及图像扫描精度高的优点。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种全自动结核杆菌显微扫描分析仪，其特点包括机架、运片装置、玻片架、扫描装置、夹嘴机构、光学仪器、计算机及注油系统；

所述机架的中部设有光学仪器座及扫描装置座，右侧设有运片座及玻片架座，左侧设有注油系统座及计算机座；

所述运片装置由运片底座、第一三维驱动动力头及夹嘴座构成；

所述玻片架为箱体件，箱体内按行列排列设有数个玻片格；

所述扫描装置由扫描底座、第二三维驱动动力头及载物台构成，所述载物台上设有玻片槽；

所述夹嘴机构由夹嘴驱动头、夹嘴、限位器及限位片构成；

所述光学仪器由光学显微镜、显微摄像头、轮廓摄像头、荧光-萋尼氏机构构成；

其中，荧光-萋尼氏机构由物镜转换器、荧光切换器、光源遮挡器组成；

所述荧光-萋尼氏机构及显微摄像头依次设于光学显微镜的上方，轮廓摄像头设于光学显微镜的一侧边且光路连接；

所述运片装置经运片底座设于机架的运片座上，所述玻片架设于机架的玻片架座上，所述光学仪器设于机架的光学仪器座上，所述扫描装置经扫描底座设于机架的扫描装置座上，且扫描装置的载物台位于荧光-萋尼氏机构的物镜转换器的下方；

所述夹嘴机构设于运片装置的夹嘴座上，所述注油系统设于机架1的注油系统座上，所述计算机设于机架的计算机座上，所述计算机7上设有CPU中央处理器及PLC可编程控制器，计算机的CPU中央处理器与光学仪器的光学显微镜、显微摄像头、轮廓摄像头及荧光-萋尼氏机构经数据线连接，计算机的PLC可编程控制器与运片装置的第一三维驱动动力头、扫描装置的第二三维驱动动力头、夹嘴机构的夹嘴驱动头、物镜转换器、荧光切换器及光源遮挡器电连接。

所述第一三维驱动动力头及第二三维驱动动力头均由设置在三维直角坐标系的三套丝杠滑块机构构成。

本发明采用运片装置实现对玻片样品在玻片架与载物台的玻片槽之间的提取与存放；采用扫描装置将玻片样品精准的送至光学仪器指定的检测位置及高度，实施显微扫描；采用计算机及PLC可编程控制器控制第一三维驱动动力头、第二三维驱动动力头及控制夹嘴驱动头运行，控制荧光-萋尼氏机构上物镜转换器、荧光切换器及光源遮挡器的工位切换；采用计算机及CPU中央处理器进行显微图像的运算分析，完成检测玻片样品的全自动显微扫描工作。通过荧光-萋尼氏机构对荧光切换器进行切换，可实现萋尼氏抗酸染色和荧光染色两种玻片的扫描，本发明具有自动化程度高、玻片架容量大及图像扫描精度高的优点。

发明所产生的技术效果是：

a）、实现了结核杆菌镜检的全自动化，减轻了医生的劳动强度，避免了检验过程医生受到病菌感染。

b）、玻片架具有大容量的玻片格，可同时储放较多的样品，提高检测效率。

c）、通过PLC可编程控制器驱动荧光-萋尼氏机构的荧光切换器推拉滤光片，可实现萋尼氏抗酸染色和荧光染色两种玻片的扫描。

d）、通过PLC可编程控制器驱动荧光-萋尼氏机构的物镜转换器，以实现物镜切换，对欲检测玻片样品实施不同倍率的图像采集。

e）、本发明具有玻片扫描速度快，萋尼氏抗酸染色玻片有快扫模式（300个视野1分半以内扫完）和三种精扫模式（300个视野3分以内扫完）供医生选择；荧光染色玻片有精扫模式（50个视野1分钟以内扫完）。

本发明实现了痰片镜检的自动化，中间过程无需医生干预，解放了医生的双手，减轻了医生的负担，提升了效率，并且该仪器容量大，扫描速度快，扫描图像质量高，在为医生节省了时间的同时，避免了医生受到病菌的感染，复核更加容易，通过查看历史扫描的显微图像即可。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明玻片架的结构示意图；

图3 为本发明运片装置的结构示意图；

图4为本发明夹嘴机构的结构示意图；

图5 为本发明扫描装置的结构示意图；

图6 为本发明载物台的结构示意图；

图7为本发明光学仪器与扫描装置的结构示意图；

图8为本发明光源遮挡器的结构示意图；

图9为本发明荧光切换器的结构示意图。

具体实施方式

参阅图1，本发明包括机架1、运片装置2、玻片架3、扫描装置4、夹嘴机构5、光学仪器6、计算机7及注油系统8；

所述机架1的中部设有光学仪器座13及扫描装置座14，右侧设有运片座11及玻片架座12，左侧设有注油系统座15及计算机座16。

参阅图1、图3，所述运片装置2由运片底座、第一三维驱动动力头21及夹嘴座22构成。

参阅图1、图2，所述玻片架3为箱体件，箱体内按行列排列设有数个玻片格31。

参阅图1、图5、图7，所述扫描装置4由扫描底座、第二三维驱动动力头42及载物台41构成，所述载物台41上设有玻片槽42。

参阅图1、图3、图4，所述夹嘴机构5由夹嘴驱动头52、夹嘴51、限位器及限位片构成。

参阅图1、图7，所述光学仪器6由光学显微镜61、显微摄像头62、轮廓摄像头63、荧光-萋尼氏机构64构成；其中，荧光-萋尼氏机构64由物镜转换器641、荧光切换器643、光源遮挡器642组成；

所述荧光-萋尼氏机构64及显微摄像头62依次设于光学显微镜61的上方，轮廓摄像头63设于光学显微镜61的一侧边且光路连接。

参阅图1、图7，所述运片装置2经运片底座设于机架1的运片座11上，所述玻片架3设于机架1的玻片架座12上，所述光学仪器6设于机架1的光学仪器座13上，所述扫描装置4经扫描底座设于机架1的扫描装置座14上，且扫描装置4的载物台41位于荧光-萋尼氏机构64的物镜转换器641的下方；

所述夹嘴机构5设于运片装置2的夹嘴座22上，所述注油系统8设于机架1的注油系统座15上；

所述计算机7设于机架1的计算机座16上，所述计算机7上设有CPU中央处理器及PLC可编程控制器，计算机7的CPU中央处理器与光学仪器6的光学显微镜61、显微摄像头62、轮廓摄像头63及荧光-萋尼氏机构64经数据线连接，计算机7的PLC可编程控制器与运片装置2的第一三维驱动动力头21、扫描装置4的第二三维驱动动力头42、夹嘴机构5的夹嘴驱动头52、物镜转换器641、荧光切换器643及光源遮挡器642电连接。

参阅图1、图3、图5，所述第一三维驱动动力头21及第二三维驱动动力头42均由设置在三维直角坐标系的三套丝杠滑块机构构成。

实施例

本发明是这样工作的：

参阅图1、图2、图3、图4、图7，由医生将已经涂片完成的欲检测玻片样品进行编号并依次放入玻片架3的玻片格31内，并将编号信息输入到计算机7，然后由本发明对欲检测玻片样品进行全自动的检验。

取片及还片工作：

参阅图1、图3，首先，由计算机7控制PLC可编程控制器指令运片装置2的第一三维驱动动力头21工作，第一三维驱动动力头21将夹嘴机构5上的夹嘴51输送至玻片架3对应的玻片格31位置，并指令夹嘴机构5上的夹嘴驱动头52工作，使夹嘴51将玻片格31内的欲检测玻片样品夹住；运片装置2的第一三维驱动动力头21继续工作，将欲检测玻片样品送至扫描装置4载物台41的玻片槽42内，完成一次取片工作。

待欲检测玻片样品完成全部光学检测工作后，运片装置2将欲检测玻片样品从载物台41的玻片槽42内取回，输送至玻片架3对应的玻片格31内，完成一次还片工作。周而复始完成后续的取片及还片工作。

检测玻片样品的显微扫描工作：

参阅图1、图5、图6、图7，将玻片送至轮廓拍摄位置，由计算机7控制PLC可编程控制器指令扫描装置4的第二三维驱动动力头42工作，由第二三维驱动动力头42将载物台41玻片槽42内的欲检测玻片样品送至光学仪器6中的指定位置及高度进行扫描。

首先，载物台41上的欲检测玻片样品被送至轮廓摄像头63的采集位置，由轮廓摄像头63读取图像并进行轮廓识别，将轮廓识别结果传输到计算机7及CPU中央处理器进行运算分析，并发出指令给PLC可编程控制器，驱动荧光-萋尼氏机构64的物镜转换器641，以实现物镜切换，对欲检测玻片样品实施不同倍率的图像采集；

然后计算机7及CPU中央处理器发出指令给PLC可编程控制器，驱动第二三维驱动动力头42将载物台41玻片槽42内的欲检测玻片样品移动，完成自动聚焦。由于玻片上的样本是手工涂上去的，存在厚薄不均的现象，所以需选择五个特殊聚焦点，通过多点计算一个斜面算法，由计算机7预测出整个样本的高低起伏趋势，在扫描的过程中，计算机7及CPU中央处理器发出指令给PLC可编程控制器，驱动第二三维驱动动力头42将载物台41玻片槽42内的欲检测玻片样品按此高低起伏趋势移动，以得到物镜视野最清晰的焦距，通过光学显微镜61和显微摄像头6采集欲检测玻片样品的最清晰的显微图像，并将所采集显微图像经数据线传输至计算机7的CPU中央处理器，进行显微图像的运算分析，由计算机7识别出目标结核杆菌并更新在软件界面上，并获得检测报告保存在计算机7内。

萋尼氏抗酸染色和荧光染色两种玻片的扫描：

参阅图1、图7、图9，为实现萋尼氏抗酸染色和荧光染色两种玻片的扫描，本发明在荧光-萋尼氏机构64上设置了荧光切换器643，通过计算机7发出指令PLC可编程控制器指令荧光-萋尼氏机构64的荧光切换器643推拉滤光片，筛选出固定波长的单一光，可实现萋尼氏抗酸染色和荧光染色两种玻片的扫描。

本发明运片装置的工作：

参阅图1、图3，本发明的运片装置2由运片底座、第一三维驱动动力头21及夹嘴座22构成，第一三维驱动动力头21由设置在三维直角坐标系的三套独立驱动的丝杠滑块机构构成，将运片底座设于机架1的运片座11上，将夹嘴机构5装于夹嘴座22上，通过计算机7控制PLC可编程控制器指令运片装置2的第一三维驱动动力头21及夹嘴机构5上的夹嘴驱动头52工作，将玻片格31内的欲检测玻片样品送至扫描装置4的载物台41，再将载物台41上检测完成的样品送回玻片格31。

本发明玻片架的工作：

参阅图1、图2，所述玻片架3为箱体件，箱体内按行列排列设有数个玻片格31；本发明设计的玻片架3为24行5列，共设有120个玻片格31，可存放120片欲检测玻片。为便于玻片架3的整体更替，本发明在玻片架3的一侧设置了拉手32。

本发明夹嘴机构的工作：

参阅图1、图3、图4，所述夹嘴机构5由夹嘴驱动头52、夹嘴51、限位器及限位片构成，夹嘴驱动头52由一套丝杠滑块机构构成，通过计算机7控制PLC可编程控制器指令夹嘴机构5上的夹嘴驱动头52，实现对玻片格31内的欲检测玻片样品的夹持与放回。为提高夹嘴51与玻片架3上玻片格31的位置对接精度，本发明还在夹嘴机构5上设置了限位器及限位片。

本发明扫描装置的工作：

参阅图1、图3、图7，所述扫描装置4由扫描底座、第二三维驱动动力头42及载物台41构成；第二三维驱动动力头42由设置在三维直角坐标系的三套独立驱动的丝杠滑块机构构成，将扫描装置4经扫描底座装于机架1的扫描装置座14上，扫描装置4上设有载物台41，并使载物台41位于荧光-萋尼氏机构64上物镜转换器641的下方，载物台41上设有玻片槽42；通过计算机7控制PLC可编程控制器指令扫描装置4的第二三维驱动动力头42工作，由第二三维驱动动力头42将载物台41玻片槽42内的欲检测玻片样品精准地送至光学仪器6的指定位置及高度，实施显微扫描。

参阅图1、图5、图6、图7，为保证载物台41上玻片槽42内的欲检测玻片样品稳定，本发明在载物台41上还设置了步进电机及玻片固定板43，通过计算机7控制PLC可编程控制器指令步进电机及玻片固定板43工作，以实现欲检测玻片样品在载物台41上的固定，使得光学仪器6在采集图像过程中玻片不会抖动，提高图像的清晰度。

荧光-萋尼氏机构64的工作：

参阅图1、图7，所述荧光-萋尼氏机构64由物镜转换器641、荧光切换器643、光源遮挡器642组成，本发明采用电机、皮带机构驱动物镜转换器641，以选择不同放大倍数的物镜，实现对欲检测玻片样品实施不同倍率的图像采集。

参阅图1、图9，本发明的荧光切换器643是通过步进电机、推拉杆6431推拉滤光片实现的，由于荧光玻片是指通过荧光染色的玻片，使某种特定的化学物质覆盖在结核杆菌的表面，该种化学物质在某种特定波长的光照射下会发出荧光，从而通过物镜会观察到目标结核杆菌。但是长时间照射荧光会淬灭。滤光片的作用就是滤出该种特定波长的光。通过计算机7控制PLC可编程控制器指令步进电机及推拉杆6431操控滤光片的开合，实现萋尼氏抗酸染色和荧光染色两种玻片的扫描。

参阅图1、图8，本发明的光源遮挡器642上设置了由步进电机驱动的遮挡板6421，通过计算机7控制PLC可编程控制器驱动光源遮挡器642的步进电机及遮挡板6421，以遮挡光学显微镜61上聚光镜的干扰。

本发明注油系统的工作：

由于萋尼氏抗酸染色玻片需要使用100倍物镜扫描，100倍物镜需要使用专用镜油，扫描时镜头浸入镜油中，才能看清目标，为此本发明设置了注油系统8为镜头供油，确保扫描时镜头浸入镜油中。

Claims (2)

1.一种全自动结核杆菌显微扫描分析仪，其特征在于，它包括机架（1）、运片装置（2）、玻片架（3）、扫描装置（4）、夹嘴机构（5）、光学仪器（6）、计算机（7）及注油系统（8）；

所述机架（1）的中部设有光学仪器座（13）及扫描装置座（14），右侧设有运片座（11）及玻片架座（12），左侧设有注油系统座（15）及计算机座（16）；

所述运片装置（2）由运片底座、第一三维驱动动力头（21）及夹嘴座（22）构成；

所述玻片架（3）为箱体件，箱体内按行列排列设有数个玻片格（31）；

所述扫描装置（4）由扫描底座、第二三维驱动动力头（42）及载物台（41）构成，所述载物台（41）上设有玻片槽（42）；

所述夹嘴机构（5）由夹嘴驱动头（52）、夹嘴（51）、限位器及限位片构成；

所述光学仪器（6）由光学显微镜（61）、显微摄像头（62）、轮廓摄像头（63）及荧光-萋尼氏机构（64）构成；

所述荧光-萋尼氏机构（64）及显微摄像头（62）依次设于光学显微镜（61）的上方，轮廓摄像头（63）设于光学显微镜（61）的一侧边且光路连接；

其中，荧光-萋尼氏机构（64）由物镜转换器（641）、荧光切换器（643）、光源遮挡器（642）组成；

所述运片装置（2）经运片底座设于机架（1）的运片座（11）上，所述玻片架（3）设于机架（1）的玻片架座（12）上，所述光学仪器（6）设于机架（1）的光学仪器座（13）上；

所述扫描装置（4）经扫描底座设于机架（1）的扫描装置座（14）上，且扫描装置（4）的载物台（41）位于荧光-萋尼氏机构（64）的物镜转换器（641）的下方；

所述夹嘴机构（5）设于运片装置（2）的夹嘴座（22）上，所述注油系统（8）设于机架（1）的注油系统座（15）上；

所述计算机（7）设于机架（1）的计算机座（16）上，所述计算机（7）上设有CPU中央处理器及PLC可编程控制器，计算机（7）的CPU中央处理器与光学仪器（6）的光学显微镜（61）、显微摄像头（62）、轮廓摄像头（63）及荧光-萋尼氏机构（64）经数据线连接，计算机（7）的PLC可编程控制器与运片装置（2）的第一三维驱动动力头（21）、扫描装置（4）的第二三维驱动动力头（42）、夹嘴机构（5）的夹嘴驱动头（52）、物镜转换器（641）、荧光切换器（643）及光源遮挡器（642）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种全自动结核杆菌显微扫描分析仪，其特征在于，所述第一三维驱动动力头（21）及第二三维驱动动力头（42）均由设置在三维直角坐标系的三套丝杠滑块机构构成。

Images