CN111504686A - 一种基于边缘检测的组织切削系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于边缘检测的组织切削系统和方法，属于生物组织切削领域。组织切削系统包括位移台、切削装置和控制器。位移台上设有传感器，传感器用于实时检测所述样本受到的切削力。切削装置，用于根据每个切削层的起始点对样本进行逐层切削。控制器，用于根据所述传感器监测到的切削力以调整下一切削层的起始点，从而能够根据样本的外轮廓，调整切削的起始点，实现对无包埋样本的切削，提高切削效率。

Description

一种基于边缘检测的组织切削系统及方法

技术领域

本发明涉及生物组织切削领域，特别涉及一种基于边缘检测的组织切削系统及方法。

背景技术

在现代生物研究和医学检查中，常常需要使用切削装置将生物组织制作成一定厚度的薄切片，以便进行免疫组化、染色、成像等进一步的处理和观察。但由于生物样本的外形不规则，在切削时会造成诸多不便。因此现有的组织切削方法通常是在生物样本切削前，对生物样本进行包埋处理，例如使用琼脂糖、水凝胶等弹性包埋材料对生物样本进行包裹，使其呈现规则的立方体。

由于包埋后的生物样本呈规则的立方体，切削时均是按照预先设定好的切削长度进行切削。在这种切削方式下，每一刀均切削相同的长度，有很大一部分时间用于切削组织外部的包埋材料，无效切削区域大。特别对于大体积生物样本如人体组织，或外形不规则器官如胃等，这种无效切削将更多。

发明内容

发明实施例提供了一种基于边缘检测的组织切削系统及方法，针对无包埋样本，能够根据生物样本的外形，实时调整切削的起始点，缩短切削时间，提高切削效率。

本发明实施例公开的基于边缘检测的组织切削系统包括位移台，切削装置和控制器，所述位移台用于放置样本，所述位移台上设有传感器，并用于实时检测所述样本受到的切削力；切削装置，用于根据每个切削层的起始点对样本进行逐层切削；控制器，用于根据所述传感器监测到的切削力以调整下一切削层的起始点。

进一步地，所述控制器包括：

定义模块，用于定义切削参数，所述切削参数包括进给速度和层数预定值；

循环控制模块，用于将层数计数器的数值置零，并通过以下子模块重复执行直至层数计数器的数值等于层数预定值；

初始化子模块，用于获取起始点坐标；

控制子模块，用于控制所述位移台移动到所述起始点，并从所述起始点以所述进给速度沿水平方向移动，进行组织切削，在切削过程中，所述传感器实时采集切削力的大小；

定位子模块，用于根据所述切削力的大小，确定起始接触点的坐标，并控制层数计数器的数值加1；

更新子模块，用于根据所述起始接触点的坐标更新所述起始点的坐标。

进一步地，所述定位子模块包括接触点坐标确定单元，用于根据当前一时刻切削力为零，且当前时刻切削力不为零时，标定位移台的当前位置为当前层的起始接触点，记录所述起始接触点的坐标。

进一步地，所述更新子模块包括：

移动参数预设单元，用于设定切削长度的冗余参数和切削厚度；

起始点坐标确定单元，将起始点的横坐标更新为起始接触点的横坐标减去冗余参数，将起始点的纵坐标更新为起始接触点的纵坐标加上切削厚度。

进一步地，所述循环控制模块还包括移动方向调整子模块，用于根据所述切削力的大小，确定切削终点坐标，并当所述位移台运动到所述切削终点时，停止所述位移台的水平移动，进入下一个切削层的切削。

进一步地，其特征在于，所述冗余参数为0.5～2mm。

进一步地，所述切削装置为振动切削装置，包括驱动部、刀片和引导部，所述驱动部与所述刀片相连，用于为所述刀片的振动提供动力；所述引导部与所述刀片相连，所述引导部具有柔性机构，所述驱动部的驱动频率与由所述柔性机构和刀片共同组成的系统的固有频率相同。

进一步地，所述引导部包括一对对称布置的引导块，每个引导块具有一个所述柔性机构，所述柔性机构为双平行四边形柔性机构。

进一步地，所述样本为新鲜样本或未包埋但经过固定液固定的样本。

本发明实施例公开的基于边缘检测的组织切削方法，所述方法包括：

设定切削参数，所述切削参数包括进给速度和层数预定值；

将层数计数器的数值置零，并重复以下步骤直至层数计数器的数值等于层数预定值：

获取起始点坐标；

控制所述位移台移动到所述起始点，并从所述起始点以所述进给速度沿水平方向移动，进行组织切削，在切削过程中，所述传感器实时采集切削力的大小；

根据所述切削力的大小，确定起始接触点的坐标，并控制层数计数器的数值加1；

根据所述起始接触点的坐标更新所述起始点的坐标。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

基于边缘检测的组织切削系统包括位移台、切削装置和控制器。位移台上设有传感器，传感器用于实时检测样本受到的切削力。切削装置，用于根据每切削层的起始点对样本进行逐层切削。控制器，用于根据传感器监测到的切削力以调整下一切削层的起始点和终点。当刀刃由空切变为切削样本或者由切削样本变为空切时，切削力的大小会发生突变，因此通过切削力的实时监测能够确定样本沿切削方向的轮廓，从而能够根据样本的外轮廓，调整下一切削层的切削的起始点。通过自动识别样本的外轮廓定位切削起始点位置，而无需利用包埋的规则外形进行定位，能够实现对无包埋样本的快速切削，节约样本处理时间，缩短切削时间，提高切削效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种组织切削系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种振动切削装置的结构示意图；

图3是柔性板簧结构原理示意图；

图4是对称双平行四边形柔性机构原理示意图；

图5是本发明实施例提供的一种组织切削系统的框图；

图6是本发明实施例提供的一种组织切削系统的控制方法的示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种组织切削系统的控制方法的示意图；

图8是本发明实施例提供的组织切削系统的切削过程示意图。

图9是本发明实施例提供的振动频率对切削质量影响的关系曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种组织切削系统的结构示意图。如图1所示，基于边缘检测的组织切削系统包括位移台10、切削装置20和控制器30。其中，位移台用于放置样本40，位移台上设有传感器10a，传感器10a用于实时检测样本40受到的切削力。切削装置，用于根据每个切削层的起始点对样本40进行逐层切削。控制器，用于根据传感器监测到的切削力以调整下一切削层的起始点。当刀刃由空切变为切削样本或者由切削样本变为空切时，切削力的大小会发生突变，因此通过切削力的实时监测能够确定样本沿切削方向的轮廓，从而能够根据样本的外轮廓，调整下一切削层的切削起始点。通过自动识别样本的外轮廓定位切削起始点位置，而无需利用包埋的规则外形进行定位，能够实现对无包埋样本的快速切削，节约样本处理时间，缩短切削时间，提高切削效率。

位移台10可以是三维位移台，即位移台10包括样本台11，水平进给机构12和竖直进给机构13，样本台11用于放置样本40，传感器10a设置在样本台11与样本40之间，传感器10a用于检测样本40受到的切削力；竖直进给机构13与样本台11相连，用于带动样本40沿竖直方向的进给运动；水平进给机构12通过竖直进给机构13与样本台11相连，用于带动样本40沿水平方向的进给运动。

可选地，传感器10a可以是分辨率不低于5mN的压力传感器，实时获取频率介于10Hz～5000Hz之间，以保证传感器检测的准确性。

同时，由于一些生物样本需要在水中切削，以免样本失水而变质，这种情况下可以使用防水等级在IP67及以上的压力传感器。

切削装置20可以为振动切削装置。图2是本发明实施例提供的一种振动切削装置的结构示意图，如图2所示，振动切削装置包括切削部100、驱动部200和引导部300，切削部100包括刀片120，驱动部200与刀片120相连，用于为刀片120的振动提供动力；引导部300与刀片120相连，引导部300具有柔性机构，柔性机构与刀片构成弹簧质量系统，驱动部200的驱动频率与弹簧质量系统的固有频率相同，使得刀片120在引导部300的引导下工作在共振模式下，提高刀片120的振幅。

进一步地，切削部100还包括振动质量块110，刀片120通过振动质量块110与驱动部200连接，振动质量块110包括相对平行的第一侧面和第二侧面以及连接第一侧面和第二侧面的第三侧面和第四侧面，刀片120与第三侧面连接；驱动部200与第四侧面连接，驱动部200为音圈电机。

在实现时，如图2所示，振动质量块110可以为长方体结构，振动质量块110具有相对的上下两端面以及连接上下两端面的四个侧面。第三侧面可以是长方体的下端面，相应地第一侧面和第二侧面可以是长方体的左右两侧面，第四侧面可以是长方体的前侧面或者后侧面。

驱动部200作用在振动质量块110上，为切削部100提供进行沿Y方向进行往复直线运动的动力。由于振动质量块110和刀片120作为一个整体在驱动部200的作用下进行往复直线运动，可以保证刀片120的运动为往复直线运动。

驱动部200为音圈电机，音圈电机产生的驱动力可以通过改变线圈电流进行调节。由F＝KnBIL(F-电机提供的驱动力；K-常数；n-线圈圈数；B-磁场强度；I-电流大小；L-线圈周长)知，当输入电流呈正弦变化，则产生的驱动力F的大小也将符合正弦分布，振动质量块110与图中对称的两组柔性板簧311共同组成弹簧-质量系统，从而实现刀片的单自由度简谐振动。

优选地，驱动部200还包括功率放大器、信号发生器、电源等。信号发生器产生的正弦信号经过功率放大器输入到音圈电机的线圈中，使得音圈电机产生符合正弦分布的驱动力F。

进一步地，引导部300包括一对对称连接在第一侧面和第二侧面上的引导块310，每个引导块310具有一个柔性机构，该柔性机构为双平行四边形柔性机构。每个双平行四边形柔性机构包括四个柔性板簧311、第一连接块312和第二连接块313，四个柔性板簧311平行对称布置，每个柔性板簧311的一端与第一连接块312相连，相对称的两个柔性板簧311的另一端与振动质量块110相连，相对称的另外两个柔性板簧311的另一端与第二连接块313相连，第一连接块312和第二连接块313之间具有间隙，第二连接块313的第一端313a与驱动部200的固定件210连接，第一端313a为第二连接块313远离柔性板簧311的一端。

图3是柔性板簧311结构原理示意图，如图3所示，柔性板簧311一端固定，柔性板簧311另一端在外力作用下会产生形变位移δ、ε与形变角度θ。图4是对称双平行四边形柔性机构原理示意图，如图4所示，对称双平行四边形柔性机构包括对称设置的一对双平行四边形柔性机构，其中，每个双平行柔性机构包括四个柔性板簧311、第一连接块312和第二连接块313，每个柔性板簧311的一端与第一连接块312相连，相对称的两个柔性板簧311的另一端与振动质量块110相连，相对称的另外两个柔性板簧311的另一端与第二连接块313固定。外侧的一对柔性板簧311、第一连接块312和第二连接块313构成一个平行四边形，内侧的一对柔性板簧311、第一连接块312和振动质量块110构成另一个平行四边形，两个平行四边形串联构成双平行四边形柔性机构。

振动质量块110在受力时会产生形变位移δ、ε及形变角度θ，由图4可知，通过将所有的柔性板簧以振动质量块110的质心为对称中心对称布置，进而完全消除振动质量块110的形变位移ε和形变角度θ，从而实现振动质量块110的位移沿着受力方向直线移动。因此，对称双平行四边形柔性机构能够完全消除非振动方向的位移，为切削部100的振动提供导向作用，以减少由于往复直线运动所引起的寄生运动误差，从而实现刀片120的高精度往复直线运动，进而能够在高频状态下(f>100Hz)，实现很小的Z向寄生误差(e_Z<500nm)。

进一步地，样本可以为新鲜样本或经过固定液固定但未包埋的样本。其中，经过固定液固定的样本是指为了能防止细菌的腐蚀和组织的自溶，保存细胞固有的物质，能凝固或沉淀细胞内或组织液，糖原等，使细胞或组织基本上保持与生活时的物质一样。例如，通过甲醛或者福尔马林固定处理的生物组织。

由于新鲜样本或经过固定液固定但未包埋的样本在切割时易变形、塌陷，易导致切削质量变差。通常的做法是使用包埋材料在生物样本周围进行固定，使得样本形状在切削过程中保持稳定。

由于随着振动频率的增加，粘弹性材料内部的粘结力会增强，材料会变硬，减小了切削过程中组织的撕裂变形，生物组织样本受到的切削力也会减小，进而提高了切削断面的表面平整度。

式中：F_R为组织断裂瞬间的切削力大小；ω为振动切削装置的工作频率；A为振动切削装置的振幅；μ为样本的进给速度；k₁、k₂、c₁、c₂分别为系统的刚度系数和阻尼系数，其值为常数。

G^*(ω)＝Bω^β+jCω^β+jDω

式中：G*(ω)为振动频率为ω时的复剪切模量；B、C、D、β为由实验确定的材料常数；ω为振动切削装置的工作频率；K为切削表面品质因子，K值越大，表示切削断面的表面质量越好；L为样本宽度；F_xmax为F_R沿样本进给方向的分量的最大值。

联合上述公式可知，在其余切削参数一致的情况下，当振动切削装置的工作频率ω增大时，组织断裂瞬间的切削力F_R会随之减小，因此其沿样本进给方向的分量的最大值F_xmax也会减小，同时，复剪切模量G*(ω)会随之增大，最终品质因子K会随着频率的提升而增大，即表面切削质量会随之提升。如图9所示，进行某一样本的切削时，在实验条件确定的情况下，B、C、D、β均为由样本确定的常数，根据实际的切削频率和公式G^*(ω)＝Bω^β+jCω^β+jDω即可计算出G^*(ω₀)；然后根据力传感器测试出的实际的F_xmax和公式

即可计算出衡量切削质量的品质因子K，重复上述过程即可计算出不同切削频率下的品质因子K。

因此，使用上述结构的振动切削装置，能够在高频状态下对新鲜样本或经过固定液固定但未包埋的样本进行切削。由于高频切削可以提高切削质量，在保证切削质量的前提下，用于无包埋样本的切削，因而无需再对样本进行包埋处理，从而节省样品包埋处理的时间，提高切削效率。

图5是本发明实施例提供的一种组织切削系统的框图。进一步地，控制器30包括定义模块31和循环控制模块32。

定义模块31，用于定义切削参数，切削参数包括进给速度和层数预定值。上述切削参数可以由用户根据实际情况具体设置。

循环控制模块32，用于将层数计数器的数值置零，并通过以下子模块重复执行直至层数计数器的数值等于层数预定值，从而实现样本的逐层切削。

其中，循环控制模块32包括：初始化子模块32a，控制子模块32b，定位子模块32c和更新子模块32d。

初始化子模块32a，用于获取起始点坐标；控制子模块32b，用于控制位移台移动到起始点，并从起始点以进给速度沿水平方向移动，进行组织切削，在切削过程中，传感器实时采集切削力的大小；定位子模块32c，用于根据切削力的大小，确定起始接触点的坐标，并控制层数计数器的数值加1；更新子模块32d，用于根据起始接触点的坐标更新起始点的坐标。

当刀刃由空切变为切削样本或者由切削样本变为空切时，切削力的大小会发生突变，因此通过切削力的实时监测能够确定刀片与样本的接触点，从而能够确定样本沿切削方向的轮廓，然后根据该切削层的起始接触点的坐标更新下一切削层的起始点的坐标，使得在下一切削层的切削时，起始点能够根据样本的外形进行调整，缩短切削时间，提高切削效率。

进一步地，定位子模块32c包括接触点坐标确定单元，用于根据当前一时刻切削力为零，且当前时刻切削力不为零时，标定位移台的当前位置为当前层的起始接触点，记录起始接触点的坐标。

进一步地，更新子模块32d包括：

移动参数预设单元，用于设定切削长度的冗余参数和切削厚度；

起始点坐标确定单元，将起始点的横坐标更新为起始接触点的横坐标减去冗余参数，将起始点的纵坐标更新为起始接触点的纵坐标加上切削厚度。

进一步地，循环控制模块32还包括移动方向调整子模块32e，用于根据所述切削力的大小，确定切削终点坐标，并当所述位移台运动到所述切削终点时，停止所述位移台的水平移动，进入下一个切削层的切削。以上根据传感器监测到的切削力以调整下一切削层的起始点，并控制切削装置逐层切削可以通过参见图6和图7所示的控制方法实施例的相关内容实现。

图6是本发明实施例提供的一种组织切削方法的示意图，适用于上述的组织切削系统，如图6所示，方法包括：

步骤101：设定切削参数，切削参数包括进给速度和层数预定值。

上述切削参数可以由用户根据实际情况具体设置。

步骤102：将层数计数器的数值置零，并重复以下步骤直至层数计数器的数值等于层数预定值：

步骤1021：获取起始点坐标；

步骤1022：控制位移台移动到所述起始点，并从所述起始点以所述进给速度沿水平方向移动，进行组织切削，在切削过程中，所述传感器实时采集切削力的大小；

步骤1023：根据切削力的大小，确定起始接触点的坐标，并控制层数计数器的数值加1；

可选地，若前一时刻切削力为零，当前时刻切削力不为零，则标定位移台的当前位置为当前层的起始接触点，记录所述起始接触点的坐标。

步骤1024：根据起始接触点的坐标更新起始点的坐标。

当刀刃由空切变为切削样本或者由切削样本变为空切时，切削力的大小会发生突变，因此通过切削力的实时监测能够确定刀片与样本的接触点，从而能够确定样本的外轮廓，然后根据该切削层的起始接触点的坐标更新下一切削层的起始点的坐标，使得在下一切削层的切削时，切削起始点能够根据样本的外轮廓进行调整。通过自动识别样本的外轮廓定位切削起始点位置，而无需利用包埋的规则外形进行定位，能够节约样本处理时间，缩短切削时间，提高切削效率。

可选地，根据起始接触点的坐标更新起始点的坐标，可以包括：

获取切削长度的冗余参数和切削厚度；

将起始点的横坐标更新为起始接触点的横坐标减去冗余参数，将起始点的纵坐标更新为起始接触点的纵坐标加上切削厚度。

在一些实施例中，在步骤1023之后，还可以包括步骤1025：根据切削力的变化情况，确定切削终点的坐标，并当位移台运动到切削终点时，停止位移台的水平移动，进入下一个切削层的切削。

此时，位移台的停止也是根据切削力的大小判断，使得切削的起始点和终点均与样本的外轮廓相关联，从而使得切削过程更加精准，避免切削时间的浪费，提高切削效率。

图7是本发明实施例提供的另一种组织切削系统的控制方法的示意图，适用于上述的组织切削系统。图8是本发明实施例提供的组织切削系统的切削过程示意图。下面结合图7和图8，对控制过程进行详细描述。

步骤201：设定切削参数，切削参数包括进给速度和层数预定值。

上述切削参数可以由用户根据实际情况具体设置。

步骤202：将层数计数器的数值置零，

步骤203：获取起始点坐标。

在第一次循环中，该起始点O₁的坐标可以通过用户的输入获取。可以通过用户手动控制水平进给机构运动和竖直进给机构运动进行对刀操作，确定起始点O₁的位置。

用户手动对刀操作具体包括，在水平进给方向X上距离生物样本边缘留第一距离ΔL₁，在振动切削装置的振动方向Y上，将待切削表面Q置于刀片的切削范围内在垂直进给方向Z上，把生物样本的待切削表面Q和刀片的刀刃对齐，例如刀刃位于P₁位置。

其中，在水平进给方向X上留第一距离ΔL₁，可以避免振动切削装置启动时的不稳定运动对生物样本的切削表面造成影响。当然，也可以在水平进给方向X上紧贴生物样本表面开始切削，即第一距离ΔL₁＝0。

步骤204：控制水平进给机构运动和竖直进给机构运动，使得样本台移动到起始点。

在第一次循环中，若采取输入起始点O₁坐标的方式，则控制水平进给机构运动和竖直进给机构运动，使得样本台移动到起始点O₁。

若采取用户手动对刀的方式，则在第一次循环中无需执行步骤204。

步骤205：控制水平进给机构运动，使得样本台从起始点以进给速度沿X方向移动，并通过传感器实时采集切削力的数据。

样本台由起始点O₁以进给速度v沿X方向移动，在样本台的移动过程中，传感器会实时采集切削力的数据。

若前一时刻切削力为零，当前时刻切削力不为零时，执行步骤206：标定样本台的当前位置为当前层的起始接触点，记录起始接触点的坐标，使层数计数器的数值加1。

若前一时刻切削力为零，当前时刻切削力不为零，则说明生物样本开始接触刀片，刀片位于样本边界点A，标定样本台的当前位置为当前层的起始接触点，记录起始接触点O_a的坐标(X_a，Y_a，Z_a)。

若前一时刻切削力不为零，当前时刻切削力为零时，执行步骤207：确定脱离点位置，并根据脱离点位置，确定切削终点位置，当位移台运动到切削终点时，停止水平移动，进入下一个切削层的切削。。

若前一时刻切削力不为零，当前时刻切削力为零时，则说明刀片离开生物样本，刀片位于样本边界点B，标定样本台的当前位置为脱离点O_b，根据脱离点O_b的位置，确定切削终点O_c的位置，使得切削的终点与样本的外轮廓相关联，从而使得切削过程更加精准，避免切削时间的浪费，提高切削效率。

优选地，当确定样本边界点B后，水平进给机构运动继续运动第二距离ΔL₂，使得刀片移动到结束点C，即样本台在移动到脱离点O_b后，继续移动到切削终点O_c，以使样本切片能够被完全切削掉，即使切片与剩余的样本块完全分离。在另一些实施例中，脱离点O_b和切削终点O_c也可以是同一点，即在前一时刻切削力不为零，当前时刻切削力为零的位置，立即停止的水平移动，进入下一个切削层的切削。

步骤208：根据起始接触点的横坐标更新起始点的横坐标，将起始接触点纵坐标加上切削厚度更新为起始点的纵坐标。

可选地，根据起始接触点的横坐标X_a更新起始点O₂的横坐标，包括：

获取切削长度的冗余参数λ；

将起始点的横坐标更新为起始接触点的横坐标减去冗余参数。

如图8所示，将起始点O₂的横坐标更新为X_a-λ，当样本台位于起始点O₂时，刀片的刀刃位于P₂位置。由于生物样本的下一截面可能变化，比如，如图8所示的截面长度会增加。设置冗余距离λ可以使起下一截面的起始点距离生物样本有一定距离，以应对这种变化。由于生物样本的外轮廓通常为连续表面，变化量不大。优选地，冗余距离λ为0.5～2mm，以便兼顾应对外轮廓和切削效率。

将起始点O₂的纵坐标更新为起始接触点纵坐标Z_a+h，即在下一层切削时，样本台上升切削厚度h，以实现刀片下一层的切削。

重复以上步骤203～步骤208，直至层数计数器的数值等于层数预定值。例如，样本台从起始点O₂开始移动，经过O_d、O_e至O_f，使得刀片的刀刃由P₂经过样本边界点D和E，到达点F停止运动，完成第二层的切削。并在此过程中，记录起始接触点O_d的坐标，以便计算下一层的起始点的坐标。

在之后的循环中，步骤203中获取的起始点坐标为上一次循环的步骤208中更新的坐标。

在之后的循环中，步骤204中控制水平进给机构运动和竖直进给机构运动，使得样本台移动到起始点，包括：

控制竖直进给机构运动，使得样本台下降第一高度；

先控制水平进给机构运动，再控制竖直进给机构运动，使得样本台移动到起始点。

控制竖直进给机构运动，先使得样本台下降第一高度，可以避免在之后的移动过程中，刀片接触已切削的表面，影响表面质量。

由于该方法在样本台的移动过程中可以根据样本的受力情况判断样本边界的位置。若前一时刻切削力为零，当前时刻切削力不为零，则说明样本开始接触刀片，刀片位于样本边界点，标定样本台的当前位置为当前层的起始接触点，记录起始接触点的坐标，并根据起始接触点的坐标更新定义下一层新的起始点坐标。若前一时刻切削力不为零，当前时刻切削力为零时，则说明刀片离开生物样本，则立即停止水平进给机构运动。从而能够根据生物样本的外形，实时调整切削的起始点和终点，实现对无包埋样本的快速切削，提高切削效率。

表1

表1为不同包埋方式和不同切削方式下，完成整个样本切削所用时间的对比表，从表1中可以看出，先对样品进行规则立方体包埋后再切削，由于需要切削的体积最大，因此，需要的时间最长，需要32.5小时。对样品不进行包埋，使用高频切削装置采用固定切削长度切削，需要的时间为13.75小时，而使用基于边缘检测的组织切削系统，由于减少了对样品进行包埋处理的时间，及无效切削时间，因此，仅需要9小时，与传统的方块包埋恒定长度切削相比，节省约72％时间，极大提高了切削效率。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于边缘检测的组织切削系统，其特征在于，所述组织切削系统包括：

位移台，所述位移台用于放置样本，所述位移台上设有传感器，所述传感器用于实时检测所述样本受到的切削力；

切削装置，用于根据每个切削层的起始点对样本进行逐层切削；

控制器，用于根据所述传感器监测到的切削力以调整下一切削层的起始点。

2.根据权利要求1所述的组织切削系统，其特征在于，所述控制器包括：

定义模块，用于设定切削参数，所述切削参数包括进给速度和层数预定值；

循环控制模块，用于将层数计数器的数值置零，并通过以下子模块重复执行直至层数计数器的数值等于层数预定值；

初始化子模块，用于获取起始点坐标；

控制子模块，用于控制所述位移台移动到所述起始点，并从所述起始点以所述进给速度沿水平方向移动，进行组织切削，在切削过程中，所述传感器实时采集切削力的大小；

定位子模块，用于根据所述切削力的大小，确定起始接触点的坐标，并控制层数计数器的数值加1；

更新子模块，用于根据所述起始接触点的坐标更新所述起始点的坐标。

3.根据权利要求2所述的组织切削系统，其特征在于，所述定位子模块包括起始接触点坐标确定单元，用于根据前一时刻切削力为零，且当前时刻切削力不为零时，标定位移台的当前位置为当前层的起始接触点，记录所述起始接触点的坐标。

4.根据权利要求2所述的组织切削系统，其特征在于，所述更新子模块包括：

移动参数预设单元，用于设定切削长度的冗余参数和切削厚度；

起始点坐标确定单元，将起始点的横坐标更新为起始接触点的横坐标减去冗余参数，将起始点的纵坐标更新为起始接触点的纵坐标加上切削厚度。

5.根据权利要求3所述的组织切削系统，其特征在于，循环控制模块还包括移动方向调整子模块，用于根据所述切削力的大小，确定切削终点坐标，并当所述位移台运动到所述切削终点时，停止所述位移台的水平移动，进入下一个切削层的切削。

6.根据权利要求4所述的组织切削系统，其特征在于，所述冗余参数为0.5～2mm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的组织切削系统，其特征在于，所述切削装置为振动切削装置，包括驱动部、刀片和引导部，所述驱动部与所述刀片相连，用于为所述刀片的振动提供动力；所述引导部与所述刀片相连，所述引导部具有柔性机构，所述驱动部的驱动频率与由所述柔性机构和刀片组成的系统的固有频率相同。

8.根据权利要求7所述的组织切削系统，其特征在于，所述引导部(300)包括一对对称布置的引导块(310)，每个引导块(310)具有一个所述柔性机构，所述柔性机构为双平行四边形柔性机构。

9.根据权利要求1-6任一项所述的组织切削系统，其特征在于，所述样本为新鲜样本或未包埋但经过固定液固定的样本。

10.一种基于边缘检测的组织切削方法，其特征在于，适用于权利要求1所述基于边缘检测的组织切削系统，所述方法包括：

设定切削参数，所述切削参数包括进给速度和层数预定值；

将层数计数器的数值置零，并重复以下步骤直至层数计数器的数值等于层数预定值：

获取起始点坐标；

控制所述位移台移动到所述起始点，并从所述起始点以所述进给速度沿水平方向移动，进行组织切削，在切削过程中，所述传感器实时采集切削力的大小；

根据所述切削力的大小，确定起始接触点的坐标，并控制层数计数器的数值加1；

根据所述起始接触点的坐标更新所述起始点的坐标。

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