CN111610187A - 一种病理组织切片的全视野成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种病理组织切片的全视野成像装置，包括：图像传感器芯片，于图像传感器芯片的中部设置感光区，将病理组织切片直接固定于感光区的表面，以记录病理组织切片的投影显微图像数据；光源装置的发光面覆盖感光区，用于在病理组织切片成像时提供照明；驱动装置用于分别为图像传感器芯片与光源装置提供驱动力；计算机设备用于接收并处理病理组织切片的投影显微图像数据。有益效果：该全视野成像装置结构复杂度低，成像过程简便，并且在保证分辨率的同时，能够实现全视野范围的成像，有助于病理组织切片的检测效率，并且其视场范围只取决于图像传感器芯片感光区的尺寸，可对厘米及亚厘米级尺寸下的病理组织切片一次性全视野成像。

Description

一种病理组织切片的全视野成像装置

技术领域

本发明涉及光学显微成像技术领域，尤其涉及一种病理组织切片的全视野成像装置。

背景技术

病理检查已大量应用于临床工作和科学研究，在临床方面主要进行尸体病理检查和手术病理检查。手术病理检查的目的，一方面是在于明确诊断及验证术前的诊断，提高临床的诊断水平；另一方面在于诊断明确之后，可决定下一步的治疗方案和估计预后，进而提高临床治疗水平。通过临床病理分析，也可获得大量极有价值的科研资料。

病理切片是病理标本的一种，在制作时将部分有病变的组织或者脏器经过各种化学品和埋藏法的处理，使之固定硬化，在切片机上切成薄片，粘附在玻片上，染以各种颜色，供在显微镜下检查，观察病理变化，作出病理诊断，为临床诊断和治疗提供帮助。

目前，病理组织切片在医院病理科总的诊断方法主要是基于在光学显微镜下进行观察，光学显微镜由于透镜系统的存在，导致视场范围随放大倍数的增加急剧减小，因此，绝大部分场景下光学显微镜的视场直径处于毫米或亚毫米量级，这就导致了光学显微镜无法完成对组织切片的一次性成像，而为了观察和对比不同区域，医护人员就必须要反复不断地移动视野，同时对诊断医护人员的工作经验丰富度提出了极高的要求，也造成病理科诊断医生的资源匮乏。

另一种自动化采集数据的方法就是在显微镜下加装高精度的机械扫描装置，通过机械扫描后得到的成百上千张单个小视野的显微图像，利用软件算法进行拼接合成一张全视野的病理切片显微图像，这种方法不仅高精度的硬件成本剧增、耗时，而且由于不同制作切片人员水平差异导致切片不平整，从而带来的显微镜对焦清晰面的变化，进一步导致拼接的全视野图像不准确或者虚焦。与此同时，依靠算法进行的拼接在小视野之间的拼接处容易出现畸形和图像信息的畸变。

因此，亟待需要一种结构简单、操作简约，并且能够实现全视野范围下病理组织切片成像的检测方法便显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种病理组织切片的全视野成像装置。

具体技术方案如下：

本发明包括一种病理组织切片的全视野成像装置，适用于在全视野范围下病理组织切片的成像过程中，其中，包括：

一图像传感器芯片，于所述图像传感器芯片的中部设置一感光区，将所述病理组织切片直接固定于所述感光区的表面，所述图像传感器芯片用于记录所述病理组织切片的投影显微图像数据；

一光源装置，设置于所述图像传感器芯片的正上方，且所述光源装置的发光面覆盖所述感光区，所述光源装置用于在所述病理组织切片成像时提供照明；

一驱动装置，所述驱动装置的电源端连接电源开关，所述驱动装置的输出端分别连接所述图像传感器芯片的输入端与所述光源装置的输入端，用于分别为所述图像传感器芯片与所述光源装置提供驱动力；

一计算机设备，所述计算机设备的输入端连接所述图像传感器芯片的输出端，所述计算机设备用于接收并处理所述病理组织切片的投影显微图像数据。

优选的，所述光源装置为红绿蓝三色LED光源，所述红绿蓝三色LED光源与单色的所述图像传感器芯片配合使用。

优选的，所述光源装置为白光LED光源，所述白光LED光源与已经集成滤光片的彩色的所述图像传感器芯片配合使用。

优选的，所述光源装置与所述图像传感器芯片之间具有一预设垂直距离。

优选的，所述预设垂直距离设置为大于5cm。

优选的，所述图像传感器芯片为CMOS图像传感器结构、半浮栅晶体管结构、复合介质栅光敏探测器结构、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元结构或分裂栅型MOSFET成像探测器结构中的一种。

优选的，所述图像传感器芯片的单个像素单元的尺寸≤1μm×1μm，且所述图像传感器芯片的像素规模≥10000×10000。

优选的，所述病理组织切片的厚度维持在1μm-5μm之间，所述病理组织切片直接制备并紧贴于所述图像传感器芯片的感光区表面。

本发明还包括一种病理组织切片的全视野成像装置，包括有光源模块、样品承载与成像模块、驱动控制模块和计算机；

所述样品承载与成像模块包括图像传感器芯片、病理组织切片样品、中性树脂，其中，所述图像传感器芯片用于直接记录病理组织切片样品的投影信息，所述中性树脂用于将病理组织切片样品封固在图像传感器芯片的感光区表面；

所述光源模块置于图像传感器芯片的正上方，并且所述光源模块的发光面覆盖整个图像传感器芯片的感光区，所述光源模块用于成像时提供照明；

所述驱动控制模块用于驱动图像传感器芯片和光源模块正常工作，并分别与光源模块、图像传感器芯片以及计算机连接；

所述计算机用于接收和处理图像传感器芯片所采集到的病理组织切片样品投影显微图像数据并显示。

优选的，所述光源模块采用红绿蓝三色LED光源或白光LED光源，红绿蓝三色LED光源或白光LED光源与图像传感器芯片的感光区之间的垂直距离Z≥5cm。

优选的，红绿蓝三色LED光源与单色的图像传感器芯片对应配合，或者，白光LED光源与已经集成滤光片的彩色图像传感器芯片对应配合。

优选的，所述图像传感器芯片采用CMOS图像传感器阵列、半浮栅晶体管阵列、复合介质栅光敏探测器阵列、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元阵列或分裂栅型MOSFET成像探测器阵列中的一种，单个像素单元的尺寸≤1μm×1μm，并且图像传感器的像素规模≥10000×10000。

所述半浮栅晶体管，例如，可以是文献(Wang P,Lin X,Liu L,et al.A semi-floating gate transistor for low-voltage ultrafast memory and sensingoperation.[J].Science(New York,N.Y.),2013,341(6146):640-643.)所述半浮栅晶体管结构，也可以是中国专利CN201410201614.6所述的半浮栅晶体管结构，包括半导体衬底(P型)；半导体衬底中通过离子注入形成N+型源极，通过两步离子注入形成大的N型漏极；半导体衬底上方依次设有底层介质，半浮栅，顶层介质，控制栅，底层介质中间通过刻蚀形成一个槽，使得半浮栅与漏极直接接触。相较传统的浮栅晶体管的擦写操作是通过外加高电压来控制电子隧穿过绝缘介质层，半浮栅晶体管采用了硅体内TFET的量子隧穿效应、以及采用PN结二极管来替代传统的氧化硅数据擦写窗口。

所述复合介质栅光敏探测器，例如，可以是中国专利CN200910024504.6所述的光敏复合介质栅MOSFET探测器。该光敏探测器包括：半导体衬底(P型)；半导体衬底正上方依次设有底层绝缘介质，光电子存储层，顶层绝缘介质，控制栅；半导体衬底中(靠近叠层介质两侧)通过离子注入掺杂形成N型源极和漏极。通过在控制栅极加一个大于阈值电压的栅极电压，源极和漏极之间电压差为0，P型衬底和源端设置一个大的电压差在衬底上产生相对宽的耗尽区，这样衬底中产生的冷的电子在耗尽区中电场的作用下向着栅极方向加速获得能量，这个能量大于衬底和底层介质之间的势垒时电子直接越过这个势垒进入到底层介质，并且在底层介质电场的作用下以很高的速度向着栅极方向运动，产生栅极的注入电流。

所述基于复合介质栅的双器件光敏探测单元，例如，可以是中国专利CN201610592997.3所述的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元。该光敏探测单元包括具有感光功能的复合介质栅MOS-C部分和具有读取信息功能的复合介质栅MOSFET部分，且这两部分形成在同一P型半导体衬底的上方；所述复合介质栅MOS-C部分包括在P型半导体衬底上方依次叠设的电荷耦合层、第一顶层介质层和第一控制栅极，其中，在P型半导体衬底中且电荷耦合层的下方设有N型注入层；所述复合介质栅MOSFET部分包括在所述P型半导体衬底上方依次叠设的底层介质层、所述电荷耦合层、第二顶层介质层和第二控制栅极，其中，在所述P型半导体衬底中且靠近底层介质层的一侧设有N型源极区和N型漏极区，在所述P型半导体衬底中且底层介质层的下方设有阈值调节注入区；所述P型半导体衬底中，N型注入层与N型源极区、N型漏极区之间通过设置浅槽隔离区和P+型注入区隔开。工作时：控制栅极加0偏压，衬底加负偏压脉冲，在衬底中形成耗尽层，当光入射到耗尽层中光子被半导体吸收时，产生光电子，光电子在栅极电压的驱使下移动到衬底和栅氧界面处，在该界面处聚集，使得读取晶体管阈值电压变化，以此表征光电子数目，将光信号转化成可量化的电信号。

所述分裂栅型MOSFET成像探测器，例如，可以是中国专利CN201210349285.0所述的分裂栅型MOSFET成像探测器。该成像探测器的结构包括：在衬底P型半导体材料正上方分别设有两层绝缘介质材料和控制栅极，两层绝缘介质材料之间设有光电子存储层。控制栅极面或衬底层至少有一处为对探测器探测波长范围内的光透明或半透明的窗口。衬底P型半导体材料上方浮栅MOSFET的两侧设有选择栅极，选择栅极与衬底之间设有绝缘介质层，绝缘介质层材料和厚度与底层绝缘介质层相同。两个选择栅极所控制的衬底的外围P型衬底上设有N型半导体区，构成分裂栅MOSFET的源极和漏极。两个选择栅极设在浮栅MOSFET的两侧，且选择栅极与控制栅极和光电子存储层之间用绝缘介质材料隔开，且将控制栅极所控制的衬底与成像探测器的源极和漏极隔开。与控制栅极接触的第二层绝缘介质层是阻止光电子存储层中存储的电荷流失到控制栅极的材料，与衬底P型半导体材料接触的第一层绝缘介质层即底层介质，有效隔离控制栅极控制下的衬底沟道与光电子存储层，在栅极电压足够高或入射光子能量较高时，把所述沟道中的电子扫入光电子存储层。在控制栅极加正偏压脉冲，在P型半导体衬底上加负偏压脉冲，同时在两个选择栅极上加一个负偏压脉冲，这样在控制栅极控制下的P型半导体衬底中形成一个耗尽层，当光入射到耗尽层中光子被半导体吸收时，就会产生光电子，光电子在栅极电压的驱使下移动到沟道和底层绝缘层的界面处。由于两个选择栅极施加了一个负偏压，这样就在选择栅极控制的P型半导体衬底中形成了一个高电子势垒，这个高电子势垒将控制栅极控制下的衬底与N型源极和漏极有效的隔离开，保证了衬底耗尽层中收集的光电子不会向源极和漏极方向流失，同时源极和漏极中的电子也受到这个高势垒的阻碍不得进入衬底耗尽层中。当控制栅极所加正偏压足够大时，衬底耗尽层中收集的光电子将通过F-N隧穿的方式进入光电子存储层；如果入射光子能量足够高，大于半导体与底层绝缘介质层的禁带宽度，光电子将可以通过直接隧穿的方式进入光电子存储层。在搜集光电子阶段，源极和漏极可以适当施加大小合适的正偏压，或者直接浮空。

优选的，所述病理组织切片样品的厚度在1μm～5μm之间，且所述病理组织切片样品直接制备并紧贴在所述图像传感器芯片的感光区表面。

本发明还包括一种病理组织切片的图像传感器芯片的表面处理方法，其中，采用上述任一项所述的病理组织切片的全视野成像装置，所述图像传感器芯片的表面处理方法包括以下步骤：

步骤A1、采用一清洗剂清洗所述图像传感器芯片的表面，以除去表面杂质并置于一烘干装置内烘干；

步骤A2、于制备好的包埋有病理组织切片的蜡块固定于一切片机上，并切分为一预设厚度的病理组织切片；

步骤A3、将所述病理组织切片放置于一病理组织漂烘仪内，以将所述病理组织切片摊平；

步骤A4、将摊平于所述病理组织漂烘仪内的所述病理组织切片转移至所述图像传感器芯片的感光区；

步骤A5、将紧贴有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片置于所述烘干装置内烘干；

步骤A6、将烘干后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片进行脱蜡过程与染色过程；

步骤A7、将染色后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片进行脱水处理与透明化处理；

步骤A8、采用一中性树脂均匀滴于附着有透明化的所述病理组织切片的所述图像传感器芯片上，以将所述病理组织切片封装于所述图像传感器芯片的感光区。

优选的，于所述步骤A1中，所述清洗剂包括去离子水与无水乙醇。

优选的，于所述步骤A2中，预设厚度的所述薄片设置为1μm-5μm之间。

优选的，于所述步骤A6中，所述脱蜡过程包括：

将烘干后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片依次置于一第一试剂与一第二试剂内分别持续第一预设时段；

再将烘干后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片依次置于浓度递减的第三试剂内分别持续第二预设时段；

接着再将烘干后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片置于第四试剂内浸泡所述第二预设时段，以对附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片进行脱蜡处理。

优选的，所述第一试剂为二甲苯Ⅰ；

所述第二试剂为二甲苯Ⅱ；

所述第三试剂为乙醇溶液；

所述第四试剂为蒸馏水。

优选的，所述第一预设时段设置为10分钟-20分钟；

所述第二预设时段设置为4分钟-6分钟。

优选的，于所述步骤A6中，所述染色过程包括：

采用一预设的染色法对脱蜡处理之后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片进行染色。

优选的，预设的所述染色法为苏木精-伊红染色法。

优选的，于所述步骤A7中，所述脱水处理过程包括：

将染色后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片依次置于浓度递减的所述第三试剂内分别持续第三预设时段，之后采用所述烘干装置进行脱水。

优选的，所述第三预设时段设置为1分钟-3分钟。

优选的，于所述步骤A7中，所述透明化处理过程包括：

将脱水后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片通过一第五试剂，以对所述病理组织切片进行透明化处理。

优选的，所述第五试剂为二甲苯Ⅲ。

优选的，于所述步骤A1、所述步骤A5及所述步骤A7中，所述烘干装置采用50℃-70℃的温度进行烘干。

本发明还包括一种病理组织切片的全视野成像方法，其中，用于上述任一所述的病理组织切片的全视野成像装置，所述全视野成像方法包括以下步骤：

步骤B1、将病理组织切片制备于图像传感器芯片的感光区的表面；

步骤B2、将所述图像传感器芯片接入系统，并打开电源开关以分别接通驱动装置与光源装置；

步骤B3、所述光源装置在所述病理组织切片成像时提供照明，同时，所述驱动装置驱动所述图像传感器芯片按照预定的曝光时间对所述病理组织切片的投影显微图像数据进行采集，并上传至计算机设备；

步骤B4、通过所述计算机设备对所述投影显微图像数据进行处理，并输出图像结果；

步骤B5、通过与所述计算机设备连接的显示器显示所述图像结果。

优选的，于所述步骤B1中，采用上述任一所述的图像传感器芯片的表面处理方法，将所述病理组织切片制备于所述图像传感器芯片的感光区的表面。

优选的，于所述步骤B5中，所述计算机设备还连接有鼠标，用于提供用户通过所述鼠标对所述图像结果进行缩放和拖拽以查看所述图像结果。

优选的，所述光源装置包括红绿蓝三色LED光源，于所述步骤B4中，所述计算机设备对所述投影显微图像数据的处理过程包括：

所述红绿蓝三色LED光源与单色的所述图像传感器芯片对应配合，以获取三幅灰度显微图像；

对三幅所述灰度显微图像分别进行去噪处理以及图像增强处理，并分别输出一第一处理结果与一第二处理结果；

结合所述第一处理结果与所述第二处理结果，以合成一幅彩色显微图像。

优选的，于所述彩色显微图像采用以下公式合成：

I_Color＝I_R×m₁+I_G×m₂+I_B×m₃；

其中，

I_Color用于表示所述彩色显微图像；

I_R、I_G、I_B用于分别表示三幅所述灰度显微图像；

系数m₁、系数m₂、系数m₃用于分别表示调节红绿蓝三种颜色光源下的所述灰度显微图像在合成后的所述彩色显微图像中占有的权重数，0<m₁≤1，0<m₂≤1，0<m₃≤1。

优选的，所述光源装置包括白光LED光源，于所述步骤B4中，所述计算机设备对所述投影显微图像数据的处理过程包括：

所述白光LED光源与已经集成滤光片的彩色显微图像传感器芯片对应配合，以获取一初始彩色显微图像；

对获取的所述初始彩色显微图像分别进行去噪处理与图像增强处理，以获取最终的彩色显微图像。

本发明还包括一种基于上述装置的将病理组织切片制备在图像传感器芯片感光区表面的方法，包括如下步骤：

(1)芯片清洗：分别用去离子水和无水乙醇清洗图像传感器芯片的表面，除去其表面杂质，置于烘箱内烘干；

(2)切片：将制备好的包埋有病理组织的蜡块固定于切片机上，切成1μm～5μm厚的薄片，并将薄片放置于病理组织漂烘仪内摊平；

(3)芯片捞片：待病理组织切片的褶皱完全摊平，用图像传感器芯片进行捞片，确保病理组织切片平整附着在图像传感器芯片的感光区上；

(4)芯片烘干：将紧贴有病理组织切片的图像传感器芯片置于烘箱内烘干；

(5)脱蜡与染色：将烘干后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片依次置于二甲苯Ⅰ，二甲苯Ⅱ各10～20分钟，再依次置于浓度递减的乙醇溶液内各4～6分钟，转而再置于蒸馏水内浸泡4～6分钟，随后选用常规的苏木精-伊红(HE)染色法进行染色；

(6)脱水与透明：将染色后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片依次置于浓度递减的乙醇溶液内各1～3分钟，随后置于烘箱内脱水，转而经二甲苯Ⅲ处理至病理组织切片透明；

(7)芯片封固：将中性树脂均匀滴于附着有透明化的病理组织切片的图像传感器芯片上，封固病理组织切片。

优选地，步骤(1)和(4)，置于烘箱内50℃～70℃烘干。

本发明还包括一种基于上述装置的病理组织切片全视野成像的方法，包括如下步骤：

S1.将病理组织切片制备到图像传感器芯片的感光区的表面；

S2.将图像传感器芯片接入系统，打开电源开关，驱动控制模块开始工作并驱动图像传感器芯片按照设定的曝光时间完成对病理组织切片的投影显微图像数据采集，再将采集到的数据传输到计算机；

S3.计算机通过图像处理与传输模块完成对显微图像数据的处理后，将数据传输到与计算机连接的显示器上显示成图像，并能够通过与计算机连接的鼠标对该图像进行缩放和拖拽来进行查看。

计算机通过图像处理与传输模块对显微图像数据的处理包括如下具体方式：

(1)红绿蓝三色LED光源与单色的图像传感器芯片对应配合获取的三幅灰度图像I_R、I_G、I_B分别做去噪、图像增强处理，再最终合成一幅彩色图像I_Color；具体合成的方法如下：

I_Color＝I_R×m₁+I_G×m₂+I_B×m₃

其中，系数m₁、m₂和m₃用于调节红绿蓝三种颜色光源下的灰度显微图像在合成后的彩色显微图像I_Color中占有的权重，0<m₁≤1，0<m₂≤1，0<m₃≤1。通过调节这三个参数，来校准合成的彩色图像的色差，使结果接近真实样品颜色情况。

(2)白光LED光源与已经集成滤光片的彩色图像传感器芯片对应配合获取的彩色图像依次进行去噪和图像增强处理，直接得到彩色图像。

本发明公开一种病理组织切片的全视野成像装置，有益效果在于：在图像传感器芯片的正上方设置光源装置，以提供近似平行光的光照，并通过图像传感器芯片直接记录其病理组织切片的投影显微图像数据，然后通过计算机设备进行处理并显示，与现有基于光学显微镜病理组织切片检测过程相比，该全视野成像装置结构复杂度低，成像过程简便，并且在保证分辨率的同时，能够实现全视野范围的成像，进而有助于病理组织切片的检测效率。

本发明还公开一种病理组织切片的图像传感器芯片的表面处理方法，有益效果在于，基于病理组织切片的全视野成像装置，该图像传感器芯片的表面处理方法可以将需要观测的病理组织切片直接制备在图像传感器芯片的感光区的表面，步骤简便，且便于观察，进而提高图像传感器芯片的表面处理效率。

本发明还公开一种病理组织切片的全视野成像方法，有益效果在于：应用于病理组织切片的全视野成像装置，该全视野成像方法步骤简单，并且在保证分辨率的同时，能够实现全视野范围的成像，有助于病理组织切片的检测效率。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的装置结构示意图；

图2为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的图像传感器芯片的结构示意图；

图3为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的每个像素单元的结构示意图；

图4为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的图像传感器芯片的半浮栅晶体管结构的结构示意图；

图5为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的图像传感器芯片的复合介质栅光敏探测器的结构示意图；

图6为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的图像传感器芯片的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元的实施例一的结构示意图；

图7为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的图像传感器芯片的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元的实施例二的结构示意图；

图8为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的图像传感器芯片的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元的实施例三的结构示意图；

图9为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的图像传感器芯片的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元的实施例四的结构示意图；

图10为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的图像传感器芯片的分裂栅型MOSFET成像探测器的结构示意图；

图11为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像装置的光源装置的结构示意图；

图12为本发明的实施例的病理组织切片的图像传感器芯片的表面处理方法的步骤流程图；

图13为本发明的实施例的病理组织切片的图像传感器芯片的表面处理方法的图像传感器芯片的感光区表面的效果图；

图14为本发明的实施例的病理组织切片的图像传感器芯片的表面处理方法的图像传感器芯片的感光区表面的侧视效果图；

图15为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像方法的步骤流程图；

图16为本发明的实施例的病理组织切片的全视野成像方法的对小鼠肠道组织切片的单色成像结果及其局部放大图；

图17为本发明的实施例六的病理组织切片样品的制备流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

在现有技术中，病理组织切片在医院病理科总的诊断方法主要是基于在光学显微镜下进行观察，光学显微镜由于透镜系统的存在，导致视场范围随放大倍数的增加急剧减小，因此，绝大部分场景下光学显微镜的视场直径处于毫米或亚毫米量级，这就导致了光学显微镜无法完成对组织切片的一次性成像，而为了观察和对比不同区域，医护人员就必须要反复不断地移动视野，同时对诊断医护人员的工作经验丰富度提出了极高的要求，也造成病理科诊断医生的资源匮乏。

另一种自动化采集数据的方法就是在显微镜下加装高精度的机械扫描装置，通过机械扫描后得到的成百上千张单个小视野的显微图像，利用软件算法进行拼接合成一张全视野的病理切片显微图像，这种方法不仅高精度的硬件成本剧增、耗时，而且由于不同制作切片人员水平差异导致切片不平整，从而带来的显微镜对焦清晰面的变化，进一步导致拼接的全视野图像不准确或者虚焦。与此同时，依靠算法进行的拼接在小视野之间的拼接处容易出现畸形和图像信息的畸变。

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明通过以下几个实施例进行说明：

实施例一：

本发明包括一种病理组织切片的全视野成像装置，适用于在全视野范围下病理组织切片2的成像过程中，其中，包括：

一图像传感器芯片10，于图像传感器芯片10的中部设置一感光区100，将病理组织切片2固定直接于感光区100的表面，图像传感器芯片10用于记录病理组织切片2的投影显微图像数据；

一光源装置11，设置于图像传感器芯片10的正上方，且光源装置11的发光面覆盖感光区100，光源装置11用于在病理组织切片成像时提供照明；

一驱动装置12，驱动装置12的电源端连接电源开关(在图中未示出)，驱动装置12的输出端分别连接图像传感器芯片10的输入端与光源装置11的输入端，用于分别为图像传感器芯片10与光源装置11提供驱动力；

一计算机设备13，计算机设备13的输入端连接图像传感器芯片10的输出端，计算机设备13用于接收并处理病理组织切片2的投影显微图像数据。

通过上述病理组织切片的全视野成像装置的技术方案，如图1所示，该全视野成像装置适用于在全视野范围下病理组织切片2的成像过程中，其中，病理组织切片2的厚度维持在1μm-5μm之间，病理组织切片2被直接制备并紧贴于图像传感器芯片的感光区100的表面，随后可通过一中性树脂101进行加固及密封，进而防止病理组织切片2的腐烂变质，有利于该病理组织切片2长时间的保存。

进一步地，该全视野成像装置主要包括图像传感器芯片10、光源装置11、驱动装置12及计算机设备13，其中，图像传感器芯片10作为该全视野成像装置的数据处理核心部件，在该图像传感器芯片10的表面设置有感光区，该病理组织切片2直接固定于该图像传感器芯片10的感光区的表面，图像传感器芯片10主要用于按照预定的曝光时间对病理组织切片2的投影显微图像数据进行采集以及记录。

进一步地，光源装置11也起到关键作用，其中，光源装置11设置于图像传感器芯片10的正上方，与图像传感器芯片10之间具有预设垂直距离，例如，预设垂直距离设置为大于5cm，并且光源装置11的发光面覆盖感光区100，进而能够提供稳定的近似平行光的光照，以实现全视野的光照范围。

进一步地，驱动装置12用于分别为图像传感器芯片10与光源装置11提供驱动力，例如，该驱动装置12可以用FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)加外围PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)电路板的方式实现。例如，接通开关电源之后，驱动装置12开始工作，为图像传感器芯片10与光源装置11提供稳定的持续的驱动力，能够保证整个图像传感器芯片10和光源装置11的正常工作以及稳定运行。

进一步地，计算机设备13接收并处理病理组织切片2的投影显微图像数据，例如也可以连接外部的显示器以及鼠标等设备，以分别显示投影显微图像数据，以及通过鼠标拖拽的方式进行查看，进而为用户提供方便。其中计算机设备13如何对投影显微图像数据的步骤在后文中描述，在此不再赘述。进一步地，采用该全视野成像装置，在图像传感器芯片10的正上方设置光源装置11，以提供近似平行光的光照，并通过图像传感器芯片10直接记录其病理组织切片2的投影显微图像数据，然后通过计算机设备13进行处理并显示，与现有基于光学显微镜病理组织切片检测过程相比，该全视野成像装置结构复杂度低，成像过程简便，并且在保证分辨率的同时，能够实现全视野范围的成像，进而有助于病理组织切片的检测效率，并且该全视野成像装置的视场范围只取决于图像传感器芯片感光区的尺寸，可对厘米及亚厘米级尺寸下的病理组织切片一次性全视野成像，使得临床病理科阅片的医生无需盯着显微镜下的移动视野来查看。

实施例二：

在一种较优的实施例中，图像传感器芯片10的探测器结构，如图2所示，探测器结构由大量相同的单个像素单元组成，每个像素单元的结构示意图如图3所示，其中，单个像素单元的尺寸≤1μm×1μm，且图像传感器芯片的像素规模≥10000×10000，例如，在该实施例中，单个像素单元的尺寸可以等于0.5μm×0.5μm，图像传感器芯片的像素规模可以是23000×23000，进而保证该病理组织切片显微成像时的全视野和高分辨率并存。

例如，图像传感器芯片10可以是CMOS图像传感器结构，如图3所示，图像传感器芯片10可以是半浮栅晶体管结构，如图4所示，该半浮栅晶体管结构包括半导体衬底(P型)，半导体衬底中通过离子注入形成N+型源极，通过两步离子注入形成大的N型漏极；半导体衬底上方依次设有底层介质，半浮栅，顶层介质，控制栅，底层介质中间通过刻蚀形成一个槽，使得半浮栅与漏极直接接触。相较传统的浮栅晶体管结构的擦写操作是通过外加高电压来控制电子隧穿过绝缘介质层，该半浮栅晶体管结构采用了硅体内TFET的量子隧穿效应、以及采用PN结二极管来替代传统的氧化硅数据擦写窗口。

还例如，图像传感器芯片10可以是复合介质栅光敏探测器结构，如图5所示，该光敏探测器结构包括半导体衬底(P型)，半导体衬底正上方依次设有底层绝缘介质，光电子存储层，顶层绝缘介质，控制栅；半导体衬底中(靠近叠层介质两侧)通过离子注入掺杂形成N型源极和漏极。通过在控制栅极加一个大于阈值电压的栅极电压，源极和漏极之间电压差为0，P型衬底和源端设置一个大的电压差在衬底上产生相对宽的耗尽区，这样衬底中产生的冷的电子在耗尽区中电场的作用下向着栅极方向加速获得能量，这个能量大于衬底和底层介质之间的势垒时电子直接越过这个势垒进入到底层介质，并且在底层介质电场的作用下以很高的速度向着栅极方向运动，产生栅极的注入电流。

还例如，图像传感器芯片10可以是基于复合介质栅的双器件光敏探测单元结构，如图6、7、8、9所示，该光敏探测单元结构包括具有感光功能的复合介质栅MOS-C部分和具有读取信息功能的复合介质栅MOSFET部分，且这两部分形成在同一P型半导体衬底的上方；复合介质栅MOS-C部分包括在P型半导体衬底上方依次叠设的电荷耦合层、第一顶层介质层和第一控制栅极，其中，在P型半导体衬底中且电荷耦合层的下方设有N型注入层；复合介质栅MOSFET部分包括在P型半导体衬底上方依次叠设的底层介质层、电荷耦合层、第二顶层介质层和第二控制栅极，其中，在P型半导体衬底中且靠近底层介质层的一侧设有N型源极区和N型漏极区，在P型半导体衬底中且底层介质层的下方设有阈值调节注入区；P型半导体衬底中，N型注入层与N型源极区、N型漏极区之间通过设置浅槽隔离区和P+型注入区隔开。工作时：控制栅极加0偏压，衬底加负偏压脉冲，在衬底中形成耗尽层，当光入射到耗尽层中光子被半导体吸收时，产生光电子，光电子在栅极电压的驱使下移动到衬底和栅氧界面处，在该界面处聚集，使得读取晶体管阈值电压变化，以此表征光电子数目，将光信号转化成可量化的电信号。

还例如，图像传感器芯片10可以分裂栅型MOSFET成像探测器结构，如图10所示，该成像探测器的结构包括在衬底P型半导体材料正上方分别设有两层绝缘介质材料和控制栅极，两层绝缘介质材料之间设有光电子存储层。控制栅极面或衬底层至少有一处为对探测器探测波长范围内的光透明或半透明的窗口。衬底P型半导体材料上方浮栅MOSFET的两侧设有选择栅极，选择栅极与衬底之间设有绝缘介质层，绝缘介质层材料和厚度与底层绝缘介质层相同。两个选择栅极所控制的衬底的外围P型衬底上设有N型半导体区，构成分裂栅MOSFET的源极和漏极。

两个选择栅极设在浮栅MOSFET的两侧，且选择栅极与控制栅极和光电子存储层之间用绝缘介质材料隔开，且将控制栅极所控制的衬底与成像探测器的源极和漏极隔开。与控制栅极接触的第二层绝缘介质层是阻止光电子存储层中存储的电荷流失到控制栅极的材料，与衬底P型半导体材料接触的第一层绝缘介质层即底层介质，有效隔离控制栅极控制下的衬底沟道与光电子存储层，在栅极电压足够高或入射光子能量较高时，把沟道中的电子扫入光电子存储层。在控制栅极加正偏压脉冲，在P型半导体衬底上加负偏压脉冲，同时在两个选择栅极上加一个负偏压脉冲，这样在控制栅极控制下的P型半导体衬底中形成一个耗尽层，当光入射到耗尽层中光子被半导体吸收时，就会产生光电子，光电子在栅极电压的驱使下移动到沟道和底层绝缘层的界面处。由于两个选择栅极施加了一个负偏压，这样就在选择栅极控制的P型半导体衬底中形成了一个高电子势垒，这个高电子势垒将控制栅极控制下的衬底与N型源极和漏极有效的隔离开，保证了衬底耗尽层中收集的光电子不会向源极和漏极方向流失，同时源极和漏极中的电子也受到这个高势垒的阻碍不得进入衬底耗尽层中。

当控制栅极所加正偏压足够大时，衬底耗尽层中收集的光电子将通过F-N隧穿的方式进入光电子存储层；如果入射光子能量足够高，大于半导体与底层绝缘介质层的禁带宽度，光电子将可以通过直接隧穿的方式进入光电子存储层。在搜集光电子阶段，源极和漏极可以适当施加大小合适的正偏压，或者直接浮空。

进一步地，图像传感器芯片1可以采用上述中的其中一种，进而能够按照预定的曝光时间对病理组织切片2的投影显微图像数据进行采集以及记录。

实施例三：

在一种较优的实施例中，在病理组织切片2成像的过程中，光源装置11也起到关键作用，其中，光源装置11设置于图像传感器芯片10的正上方，与图像传感器芯片10之间具有预设垂直距离，例如，预设垂直距离设置为大于5cm，并且光源装置11的发光面覆盖感光区100，进而能够提供稳定的近似平行光的光照，以实现全视野的光照范围。

其中，光源装置11可以是红绿蓝三色LED光源，如图11所示，该红绿蓝三色LED光源分别含有红11-1，绿11-2，蓝11-3三颗灯珠，且这三颗灯珠可以依次控制点亮，该红绿蓝三色LED光源与图像传感器芯片2的感光区3间的垂直距离可以设置为10cm，并红绿蓝三色LED光源的发光面覆盖感光区100，进而能够提供稳定的近似平行光的光照，以实现全视野的光照范围。

进一步地，对于红绿蓝三色LED光源，计算机设备对投影显微图像数据的处理过程包括，首先，红绿蓝三色LED光源与单色的图像传感器芯片对应配合，以获取三幅灰度显微图像，然后对三幅灰度显微图像分别进行去噪处理以及图像增强处理，并分别输出第一处理结果与第二处理结果，最后结合第一处理结果与第二处理结果，以合成一幅彩色显微图像。

进一步地，彩色显微图像采用以下公式合成：I_Color＝I_R×m₁+I_G×m₂+I_B×m₃；其中，I_Color用于表示彩色显微图像；I_R、I_G、I_B用于分别表示三幅灰度显微图像；系数m₁、系数m₂、系数m₃用于分别表示调节红绿蓝三种颜色光源下的灰度显微图像在合成后的彩色显微图像中占有的权重数，0<m₁≤1，0<m₂≤1，0<m₃≤1。

进一步地，光源装置11采用红绿蓝三色LED光源，通过调节系数m₁、系数m₂、系数m₃，来校准合成该彩色显微图像的色差，使得结果更接近真实样品的颜色情况。

其中，光源装置11也可以是白光LED光源，对于白光LED光源，计算机设备对投影显微图像数据的处理过程包括，首先，白光LED光源与已经集成滤光片的彩色显微图像传感器芯片对应配合，以获取初始彩色显微图像，然后对获取的初始彩色显微图像分别进行去噪处理与图像增强处理，以获取最终的彩色显微图像。

进一步地，光源装置11采用白光LED光源，处理得到的彩色显微图像步骤更简便，只需要去噪处理与图像增强处理，进而能够提高成像效率。

进一步地，该光源装置11在该全视野成像装置中能够起到关键作用，无论是红绿蓝三色LED光源，还是白光LED光源，均能够提供稳定的近似平行光的光照，以实现全视野的光照范围。

实施例四：

基于上述病理组织切片的全视野成像装置，本发明还包括一种病理组织切片的图像传感器芯片的表面处理方法，其中，如图12所示，采用上述任一项的病理组织切片的全视野成像装置，图像传感器芯片的表面处理方法包括以下步骤：

步骤A1、采用一清洗剂清洗图像传感器芯片的表面，以除去表面杂质并置于一烘干装置内烘干；该步骤中，清洗剂可以是去离子水与无水乙醇，烘干装置可以采用烘干机，且该烘干装置采用50℃-70℃的温度进行烘干，例如，在该实施例中，该烘干机采用60℃的温度烘干。

步骤A2、于制备好的包埋有病理组织切片的蜡块固定于一切片机上，并切分为一预设厚度的病理组织切片；该步骤中，预设厚度的薄片设置为1μm-5μm之间，例如，在该实施例中，该切片机将制备好的包埋有病理组织切片的蜡块切分为3μm均匀厚度的病理组织切片。

步骤A3、将病理组织切片放置于一病理组织漂烘仪内，以将病理组织切片摊平；该步骤中，将多个切分之后的待病理组织切片的薄片平摊于病理组织漂烘仪内，且将待病理组织切片的薄片的褶皱完全摊平。

步骤A4、将摊平于病理组织漂烘仪内的病理组织切片转移至图像传感器芯片的感光区；该步骤中，当待病理组织切片的薄片的褶皱于病理组织漂烘仪内完全摊平时，采用图像传感器芯片进行捞片，该捞片过程需缓慢操作，以确保该病理组织切片平整附着于图像传感器芯片的感光区上。

步骤A5、将紧贴有病理组织切片的图像传感器芯片置于烘干装置内烘干；该步骤中，该烘干装置可以采用烘干机，且该烘干装置采用50℃-70℃的温度进行烘干，例如，在该实施例中，该烘干机采用60℃的温度烘干。

步骤A6、将烘干后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片进行脱蜡过程与染色过程；

该步骤中，脱蜡过程包括，首先将烘干后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片依次置于一第一试剂与一第二试剂内分别持续第一预设时段；再将烘干后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片依次置于浓度递减的第三试剂内分别持续第二预设时段；接着再将烘干后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片置于第四试剂内浸泡第二预设时段，以对附着有病理组织切片的图像传感器芯片进行脱蜡处理。其中，第一试剂为二甲苯Ⅰ，第二试剂为二甲苯Ⅱ，第三试剂为乙醇溶液，第四试剂为蒸馏水，第一预设时段设置为10分钟-20分钟，第二预设时段设置为4分钟-6分钟。例如，在该实施例中，将烘干后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片依次置于二甲苯Ⅰ，二甲苯Ⅱ各20分钟，再依次置于无水乙醇Ⅰ、无水乙醇Ⅱ、95％乙醇溶液、85％乙醇溶液和75％乙醇溶液内各5分钟，转而再置于蒸馏水内浸泡5分钟，以完成脱蜡过程。

该步骤中，染色过程包括：采用一预设的染色法对脱蜡处理之后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片进行染色。其中，预设的染色法为苏木精-伊红染色法。例如，在该实施例中，苏木精-伊红染色法包括，首先将图像传感器芯片置于苏木素液内5分钟，取出水洗2分钟，随后用0.5％盐酸酒精分色8秒，再进行20分钟的水洗蓝化处理，最后置于伊红溶液内复染5分钟，以完成染色过程。

步骤A7、将染色后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片进行脱水处理与透明化处理；

该步骤中，脱水处理过程包括：将染色后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片依次置于浓度递减的第三试剂内分别持续第三预设时段，之后采用烘干装置进行脱水。其中，第三预设时段设置为1分钟-3分钟。例如，在该实施例中，将染色后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片依次置于75％乙醇溶液、85％乙醇溶液、95％乙醇溶液和无水乙醇Ⅱ内各1分钟，随后置于烘装置内脱水，其中，该烘干装置可以采用烘干机，且该烘干装置采用50℃-70℃的温度进行烘干，例如，在该实施例中，该烘干机采用60℃的温度烘干。

该步骤中，透明化处理过程包括：将脱水后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片通过一第五试剂，以对病理组织切片进行透明化处理。其中，第五试剂为二甲苯Ⅲ。

步骤A8、采用一中性树脂均匀滴于附着有透明化的病理组织切片的图像传感器芯片上，以将病理组织切片封装于图像传感器芯片的感光区。该步骤中，病理组织切片被直接制备并紧贴于图像传感器芯片的感光区表面后，采用中性树脂将病理组织切片进行加固及密封，进而可防止病理组织切片的腐烂变质，有利于该病理组织切片长时间的保存。

进一步地，通过上述病理组织切片的图像传感器芯片的表面处理方法，病理组织切片制备在图像传感器芯片的感光区的表面，如图13、14所示。基于病理组织切片的全视野成像装置，该图像传感器芯片的表面处理方法可以将需要观测的病理组织切片直接制备在图像传感器芯片的感光区的表面，步骤简便，且便于观察，进而提高图像传感器芯片的表面处理效率。

实施例五：

本发明还包括一种病理组织切片的全视野成像方法，其中，如图15所示，用于上述任一的病理组织切片的全视野成像装置，全视野成像方法包括以下步骤：

步骤B1、将病理组织切片制备于图像传感器芯片的感光区的表面；该步骤中，采用上述任一的图像传感器芯片的表面处理方法，将病理组织切片制备于图像传感器芯片的感光区的表面，进而可以将需要观测的病理组织切片直接制备在图像传感器芯片的感光区的表面，步骤简便，且便于观察，进而提高图像传感器芯片的表面处理效率。

步骤B2、将图像传感器芯片接入系统，并打开电源开关以分别接通驱动装置与光源装置；该步骤中，该图像传感器芯片接入的系统可以是整个全视野成像装置，即该图像传感器芯片接入该全视野成像系统，例如，在开始全视野成像之前，所有的器件全部接入该该全视野成像系统中，当打开电源开关，即接通电源时，分别接通驱动装置与光源装置开始工作。

步骤B3、光源装置在病理组织切片成像时提供照明，同时，驱动装置驱动图像传感器芯片按照预定的曝光时间对病理组织切片的投影显微图像数据进行采集，并上传至计算机设备；

在该步骤中，光源装置也起到关键作用，其中，光源装置设置于图像传感器芯片的正上方，与图像传感器芯片之间具有预设垂直距离，例如，预设垂直距离设置为大于5cm，并且光源装置11的发光面覆盖感光区100，进而能够提供稳定的近似平行光的光照，以实现全视野的光照范围。

其中，光源装置可以是红绿蓝三色LED光源，如图11所示，该红绿蓝三色LED光源分别含有红11-1，绿11-2，蓝11-3三颗灯珠，且这三颗灯珠可以依次控制点亮，该红绿蓝三色LED光源与图像传感器芯片的感光区间的垂直距离可以设置为10cm，并红绿蓝三色LED光源的发光面覆盖感光区100，进而能够提供稳定的近似平行光的光照，以实现全视野的光照范围。

可拓展地，光源装置也可以是白光LED光源。进一步地，该光源装置11无论是红绿蓝三色LED光源，还是白光LED光源，均能够提供稳定的近似平行光的光照，以实现全视野的光照范围。

在该步骤中，图像传感器芯片可以为CMOS图像传感器结构、半浮栅晶体管结构、复合介质栅光敏探测器结构、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元结构或分裂栅型MOSFET成像探测器结构中的一种。其中，图像传感器芯片的探测器结构，如图2所示，探测器结构由大量相同的单个像素单元组成，每个像素单元的结构示意图如图3所示，其中，单个像素单元的尺寸≤1μm×1μm，且图像传感器芯片的像素规模≥10000×10000，例如，单个像素单元的尺寸可以等于0.5μm×0.5μm，图像传感器芯片的像素规模可以是23000×23000，进而保证该病理组织切片显微成像时的全视野和高分辨率并存。

步骤B4、通过计算机设备对投影显微图像数据进行处理，并输出图像结果；该步骤中，该计算机设备通过图像处理与传输模块进行处理红绿蓝三色LED光源或白光LED光源与图像传感器芯片对应配合获取的图像。例如，该图像处理与传输模块可以是计算机设备内置的常规图像处理软件，在此不再赘述。

在该步骤中，对于红绿蓝三色LED光源，计算机设备对投影显微图像数据的处理过程包括，首先，红绿蓝三色LED光源与单色的图像传感器芯片对应配合，以获取三幅灰度显微图像，然后对三幅灰度显微图像分别进行去噪处理以及图像增强处理，并分别输出第一处理结果与第二处理结果，最后结合第一处理结果与第二处理结果，以合成一幅彩色显微图像。

进一步地，彩色显微图像采用以下公式合成：I_Color＝I_R×m₁+I_G×m₂+I_B×m₃；其中，I_Color用于表示彩色显微图像；I_R、I_G、I_B用于分别表示三幅灰度显微图像；系数m₁、系数m₂、系数m₃用于分别表示调节红绿蓝三种颜色光源下的灰度显微图像在合成后的彩色显微图像中占有的权重数，0<m₁≤1，0<m₂≤1，0<m₃≤1。

进一步地，光源装置采用红绿蓝三色LED光源，通过调节系数m₁、系数m₂、系数m₃，来校准合成该彩色显微图像的色差，使得结果更接近真实样品的颜色情况。

在该步骤中，对于白光LED光源，计算机设备对投影显微图像数据的处理过程包括，首先，白光LED光源与已经集成滤光片的彩色显微图像传感器芯片对应配合，以获取初始彩色显微图像，然后对获取的初始彩色显微图像分别进行去噪处理与图像增强处理，以获取最终的彩色显微图像。

进一步地，光源装置采用白光LED光源，处理得到的彩色显微图像步骤更简便，只需要去噪处理与图像增强处理，进而能够提高成像效率。

步骤B5、通过与计算机设备连接的显示器显示图像结果。该步骤中，该计算机设备还连接有鼠标，用于提供用户通过鼠标对图像结果进行缩放和拖拽以查看图像结果。

进一步地，通过采用病理组织切片的全视野成像方法，对小鼠肠道组织切片绿色LED光源下单色成像结果示意图及局部放大图，如图16所示，最后通过与计算机设备内置的图像处理与传输模块完成彩色合成处理并显示。

进一步地，该病理组织切片的全视野成像方法，应用于病理组织切片的全视野成像装置，方法步骤简单，并且在保证分辨率的同时，能够实现全视野范围的成像，有助于病理组织切片的检测效率，并且采用该全视野成像方法，视场范围只取决于图像传感器芯片感光区的尺寸，可对厘米及亚厘米级尺寸下的病理组织切片一次性全视野成像，使得临床病理科阅片的医生无需盯着显微镜下的移动视野来查看。

实施例六：

一种病理组织切片的全视野成像装置，如图1、13、14所示，包括有光源模块11、样品承载与成像模块、驱动控制模块12和计算机13；

所述样品承载与成像模块包括图像传感器芯片10、病理组织切片样品2、中性树脂101，其中，所述图像传感器芯片10用于直接记录病理组织切片样品的投影信息，所述中性树脂101用于将病理组织切片样品2封固在图像传感器芯片10的感光区表面；

所述图像传感器芯片10探测器阵列的结构如图2所示，所述探测器阵列由大量相同的单个像元组成，所述单个像元的结构可以是如图3所示的CMOS图像传感器阵列，如图4所示的半浮栅晶体管，也可以是如图5所示的复合介质栅光敏探测器，也可以是如图6、图7、图8、图9所示的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元，还可以是如图10所示的分裂栅型MOSFET成像探测器。本实施例的图像传感器芯片10采用的探测器阵列为如图6所示的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元阵列，所述图像传感器芯片10的单个像元的尺寸等于0.5μm×0.5μm，图像传感器的像素规模等于23000×23000，用以保证显微成像时的全视野和高分辨率并存。

病理组织切片样品2的厚度等于3μm，并且直接制备在图像传感器芯片10的感光区100上，制备流程如图17所示；中性树脂101用于将病理组织切片样品2封固在图像传感器芯片10的感光区100的表面，防止组织切片的腐烂变质，有利于长时间保存。

光源模块11置于图像传感器芯片10的正上方，并且光源模块11的发光面覆盖整个图像传感器芯片10的感光区100，光源模块11用于成像时提供照明；

光源模块11可选用三色LED光源或白光LED光源，其中，三色LED光源与没有集成滤光片的单色图像传感器芯片对应配合使用，而白光LED光源与已集成滤光片的彩色图像传感器芯片对应配合使用；如图11所示的，本发明实施例所用的三色LED光源结构示意图，该光源分别含有红110，绿111，蓝112三颗灯珠，且这三颗灯珠可以依次控制点亮；该三色LED光源与图像传感器芯片10的感光区100间的垂直距离Z等于10cm。

所述驱动控制模块12用于驱动图像传感器芯片10和三色LED光源的正工作，并分别与三色LED光源、图像传感器芯片100以及计算机13连接；所述驱动控制模块12可以用FPGA加外围PCB电路板的方式实现；

所述计算机13用于接收和处理图像传感器芯片10所采集到的病理组织切片样品2投影显微图像数据并显示。

下面对本实施例将组织切片制备在图像传感器芯片10的感光区100表面的操作方法做如下具体描述，包括如下步骤：

(1)芯片清洗：分别用去离子水和无水乙醇清洗图像传感器芯片10的表面，除去其表面杂质，置于烘箱内60℃烘干；

(2)切片：将制备好的包埋有病理组织的蜡块固定于切片机上，切成3μm厚的薄片，并将薄片放置于病理组织漂烘仪内摊平；

(3)芯片捞片：待病理组织切片的褶皱完全摊平，用图像传感器芯片10进行捞片，捞片过程需缓慢操作，确保病理组织切片平整附着在图像传感器芯片10的感光区100上；

(4)芯片烘干：将紧贴有病理组织切片的图像传感器芯片10置于烘箱内60℃烘干；

(5)脱蜡与染色：将烘干后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片10依次置于二甲苯Ⅰ，二甲苯Ⅱ各20分钟，再依次置于无水乙醇Ⅰ、无水乙醇Ⅱ、95％乙醇溶液、85％乙醇溶液和75％乙醇溶液内各5分钟，转而再置于蒸馏水内浸泡5分钟，随后选用常规的苏木精-伊红(HE)染色法进行染色；

染色过程如下：首先将图像传感器芯片10置于苏木素液内5分钟，取出水洗2分钟，随后用0.5％盐酸酒精分色8秒，再进行20分钟的水洗蓝化处理，最后置于伊红溶液内复染5分钟；

(6)脱水与透明：将染色后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片10依次置于75％乙醇溶液、85％乙醇溶液、95％乙醇溶液和无水乙醇Ⅱ内各1分钟，随后置于烘箱内脱水，转而经二甲苯Ⅲ处理至病理组织切片透明；

(7)芯片封固：将中性树脂101均匀滴于附着有透明化的病理组织切片的图像传感器芯片10上，封固病理组织切片。

经上述步骤，组织切片制备在图像传感器芯片10的感光区100表面上的效果，如图13、图14所示。

进一步，对本实施例实际使用时的操作步骤做如下描述，包括如下步骤：

S1.将病理组织切片按上述方法制备到图像传感器芯片10的感光区100的表面；

S2.将图像传感器芯片10接入系统，打开电源开关，驱动控制模块12开始工作并驱动图像传感器芯片10按照设定的曝光时间完成对三种颜色光照下病理组织切片的投影信息采集，再将采集到的数据传输到计算机13；

S3.计算机13通过图像处理与传输模块(计算机内置常规图像处理软件)将红绿蓝三色LED光源与单色的图像传感器芯片对应配合获取的三幅灰度图像分别做去噪、图像增强处理，再最终合成一幅彩色图像以后，再将数据传输到与计算器连接的显示器上显示成图像，并可通过与计算器连接的鼠标对该图像进行缩放和拖拽来进行查看。

本发明实施例对小鼠肠道组织切片绿色LED光源下单色成像结果示意图及局部放大图，如图5所示；最后，通过图像处理与传输模块完成彩色合成处理，并显示。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (36)

1.一种病理组织切片的全视野成像装置，适用于在全视野范围下病理组织切片的成像过程中，其特征在于，包括：

一图像传感器芯片，于所述图像传感器芯片的中部设置一感光区，将所述病理组织切片直接固定于所述感光区的表面，所述图像传感器芯片用于记录所述病理组织切片的投影显微图像数据；

一光源装置，设置于所述图像传感器芯片的正上方，且所述光源装置的发光面覆盖所述感光区，所述光源装置用于在所述病理组织切片成像时提供照明；

一驱动装置，所述驱动装置的电源端连接电源开关，所述驱动装置的输出端分别连接所述图像传感器芯片的输入端与所述光源装置的输入端，用于分别为所述图像传感器芯片与所述光源装置提供驱动力；

一计算机设备，所述计算机设备的输入端连接所述图像传感器芯片的输出端，所述计算机设备用于接收并处理所述病理组织切片的投影显微图像数据。

2.根据权利要求1所述的全视野成像装置，其特征在于，所述光源装置为红绿蓝三色LED光源，所述红绿蓝三色LED光源与单色的所述图像传感器芯片配合使用。

3.根据权利要求1所述的全视野成像装置，其特征在于，所述光源装置为白光LED光源，所述白光LED光源与已经集成滤光片的彩色的所述图像传感器芯片配合使用。

4.根据权利要求1所述的全视野成像装置，其特征在于，所述光源装置与所述图像传感器芯片之间具有一预设垂直距离。

5.根据权利要求4所述的全视野成像装置，其特征在于，所述预设垂直距离设置为大于5cm。

6.根据权利要求1所述的全视野成像装置，其特征在于，所述图像传感器芯片为CMOS图像传感器结构、半浮栅晶体管结构、复合介质栅光敏探测器结构、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元结构或分裂栅型MOSFET成像探测器结构中的一种。

7.根据权利要求6所述的全视野成像装置，其特征在于，所述图像传感器芯片的单个像素单元的尺寸≤1μm×1μm，且所述图像传感器芯片的像素规模≥10000×10000。

8.根据权利要求1所述的全视野成像装置，其特征在于，所述病理组织切片的厚度维持在1μm-5μm之间，所述病理组织切片直接制备并紧贴于所述图像传感器芯片的感光区表面。

9.一种病理组织切片的全视野成像装置，其特征在于，包括有光源模块、样品承载与成像模块、驱动控制模块和计算机；

所述样品承载与成像模块包括图像传感器芯片、病理组织切片样品、中性树脂，其中，所述图像传感器芯片用于直接记录病理组织切片样品的投影信息，所述中性树脂用于将病理组织切片样品封固在图像传感器芯片的感光区表面；

所述光源模块置于图像传感器芯片的正上方，并且所述光源模块的发光面覆盖整个图像传感器芯片的感光区，所述光源模块用于成像时提供照明；

所述驱动控制模块用于驱动图像传感器芯片和光源模块正常工作，并分别与光源模块、图像传感器芯片以及计算机连接；

所述计算机用于接收和处理图像传感器芯片所采集到的病理组织切片样品投影显微图像数据并显示。

10.根据权利要求9所述的一种病理组织切片的全视野成像装置，其特征在于，所述光源模块采用红绿蓝三色LED光源或白光LED光源，红绿蓝三色LED光源或白光LED光源与图像传感器芯片的感光区之间的垂直距离Z≥5cm。

11.根据权利要求10所述的一种病理组织切片的全视野成像装置，其特征在于，红绿蓝三色LED光源与单色的图像传感器芯片对应配合，或者，白光LED光源与已经集成滤光片的彩色图像传感器芯片对应配合。

12.根据权利要求9所述的一种病理组织切片的全视野成像装置，其特征在于，所述图像传感器芯片采用CMOS图像传感器阵列、半浮栅晶体管阵列、复合介质栅光敏探测器阵列、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元阵列或分裂栅型MOSFET成像探测器阵列中的一种，单个像素单元的尺寸≤1μm×1μm，并且图像传感器的像素规模≥10000×10000。

13.根据权利要求9所述的一种病理组织切片的全视野成像装置，其特征在于，所述病理组织切片样品的厚度在1μm～5μm之间，且所述病理组织切片样品直接制备并紧贴在所述图像传感器芯片的感光区表面。

14.一种病理组织切片的图像传感器芯片的表面处理方法，其特征在于，采用上述权利要求1-8任一项所述的病理组织切片的全视野成像装置，所述图像传感器芯片的表面处理方法包括以下步骤：

步骤A1、采用一清洗剂清洗所述图像传感器芯片的表面，以除去表面杂质并置于一烘干装置内烘干；

步骤A2、于制备好的包埋有病理组织切片的蜡块固定于一切片机上，并切分为一预设厚度的病理组织切片；

步骤A3、将所述病理组织切片放置于一病理组织漂烘仪内，以将所述病理组织切片摊平；

步骤A4、将摊平于所述病理组织漂烘仪内的所述病理组织切片转移至所述图像传感器芯片的感光区；

步骤A5、将紧贴有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片置于所述烘干装置内烘干；

步骤A6、将烘干后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片进行脱蜡过程与染色过程；

步骤A7、将染色后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片进行脱水处理与透明化处理；

步骤A8、采用一中性树脂均匀滴于附着有透明化的所述病理组织切片的所述图像传感器芯片上，以将所述病理组织切片封装于所述图像传感器芯片的感光区。

15.根据权利要求14所述的表面处理方法，其特征在于，于所述步骤A1中，所述清洗剂包括去离子水与无水乙醇。

16.根据权利要求14所述的表面处理方法，其特征在于，于所述步骤A2中，预设厚度的所述薄片设置为1μm-5μm之间。

17.根据权利要求14所述的表面处理方法，其特征在于，于所述步骤A6中，所述脱蜡过程包括：

将烘干后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片依次置于一第一试剂与一第二试剂内分别持续第一预设时段；

再将烘干后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片依次置于浓度递减的第三试剂内分别持续第二预设时段；

接着再将烘干后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片置于第四试剂内浸泡所述第二预设时段，以对附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片进行脱蜡处理。

18.根据权利要求17所述的表面处理方法，其特征在于，所述第一试剂为二甲苯Ⅰ；

所述第二试剂为二甲苯Ⅱ；

所述第三试剂为乙醇溶液；

所述第四试剂为蒸馏水。

19.根据权利要求17所述的表面处理方法，其特征在于，所述第一预设时段设置为10分钟-20分钟；

所述第二预设时段设置为4分钟-6分钟。

20.根据权利要求14所述的表面处理方法，其特征在于，于所述步骤A6中，所述染色过程包括：

采用一预设的染色法对脱蜡处理之后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片进行染色。

21.根据权利要求20所述的表面处理方法，其特征在于，预设的所述染色法为苏木精-伊红染色法。

22.根据权利要求14所述的表面处理方法，其特征在于，于所述步骤A7中，所述脱水处理过程包括：

将染色后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片依次置于浓度递减的所述第三试剂内分别持续第三预设时段，之后采用所述烘干装置进行脱水。

23.根据权利要求22所述的表面处理方法，其特征在于，所述第三预设时段设置为1分钟-3分钟。

24.根据权利要求14所述的表面处理方法，其特征在于，于所述步骤A7中，所述透明化处理过程包括：

将脱水后的附着有所述病理组织切片的所述图像传感器芯片通过一第五试剂，以对所述病理组织切片进行透明化处理。

25.根据权利要求24所述的表面处理方法，其特征在于，所述第五试剂为二甲苯Ⅲ。

26.根据权利要求14所述的表面处理方法，其特征在于，于所述步骤A1、所述步骤A5及所述步骤A7中，所述烘干装置采用50℃-70℃的温度进行烘干。

27.一种病理组织切片的全视野成像方法，其特征在于，用于上述权利要求1-8任一所述的病理组织切片的全视野成像装置，所述全视野成像方法包括以下步骤：

步骤B1、将病理组织切片制备于图像传感器芯片的感光区的表面；

步骤B2、将所述图像传感器芯片接入系统，并打开电源开关以分别接通驱动装置与光源装置；

步骤B3、所述光源装置在所述病理组织切片成像时提供照明，同时，所述驱动装置驱动所述图像传感器芯片按照预定的曝光时间对所述病理组织切片的投影显微图像数据进行采集，并上传至计算机设备；

步骤B4、通过所述计算机设备对所述投影显微图像数据进行处理，并输出图像结果；

步骤B5、通过与所述计算机设备连接的显示器显示所述图像结果。

28.根据权利要求27所述的全视野成像方法，其特征在于，于所述步骤B1中，采用上述权利要求14-26任一所述的图像传感器芯片的表面处理方法，将所述病理组织切片制备于所述图像传感器芯片的感光区的表面。

29.根据权利要求27所述的全视野成像方法，其特征在于，于所述步骤B5中，所述计算机设备还连接有鼠标，用于提供用户通过所述鼠标对所述图像结果进行缩放和拖拽以查看所述图像结果。

30.根据权利要求27所述的全视野成像方法，其特征在于，所述光源装置包括红绿蓝三色LED光源，于所述步骤B4中，所述计算机设备对所述投影显微图像数据的处理过程包括：

所述红绿蓝三色LED光源与单色的所述图像传感器芯片对应配合，以获取三幅灰度显微图像；

对三幅所述灰度显微图像分别进行去噪处理以及图像增强处理，并分别输出一第一处理结果与一第二处理结果；

结合所述第一处理结果与所述第二处理结果，以合成一幅彩色显微图像。

31.根据权利要求30所述的全视野成像方法，其特征在于，于所述彩色显微图像采用以下公式合成：

I_Color＝I_R×m₁+I_G×m₂+I_B×m₃；

其中，

I_Color用于表示所述彩色显微图像；

I_R、I_G、I_B用于分别表示三幅所述灰度显微图像；

系数m₁、系数m₂、系数m₃用于分别表示调节红绿蓝三种颜色光源下的所述灰度显微图像在合成后的所述彩色显微图像中占有的权重数，0<m₁≤1，0<m₂≤1，0<m₃≤1。

32.根据权利要求27所述的全视野成像方法，其特征在于，所述光源装置包括白光LED光源，于所述步骤B4中，所述计算机设备对所述投影显微图像数据的处理过程包括：

所述白光LED光源与已经集成滤光片的彩色显微图像传感器芯片对应配合，以获取一初始彩色显微图像；

对获取的所述初始彩色显微图像分别进行去噪处理与图像增强处理，以获取最终的彩色显微图像。

33.一种基于权利要求9-13任意一项所述装置将病理组织切片制备在图像传感器芯片感光区表面的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)芯片清洗：分别用去离子水和无水乙醇清洗图像传感器芯片的表面，除去其表面杂质，置于烘箱内烘干；

(2)切片：将制备好的包埋有病理组织的蜡块固定于切片机上，切成1μm～5μm厚的薄片，并将薄片放置于病理组织漂烘仪内摊平；

(3)芯片捞片：待病理组织切片的褶皱完全摊平，用图像传感器芯片进行捞片，确保病理组织切片平整附着在图像传感器芯片的感光区上；

(4)芯片烘干：将紧贴有病理组织切片的图像传感器芯片置于烘箱内烘干；

(5)脱蜡与染色：将烘干后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片依次置于二甲苯Ⅰ，二甲苯Ⅱ各10～20分钟，再依次置于浓度递减的乙醇溶液内各4～6分钟，转而再置于蒸馏水内浸泡4～6分钟，随后选用常规的苏木精-伊红(HE)染色法进行染色；

(6)脱水与透明：将染色后的附着有病理组织切片的图像传感器芯片依次置于浓度递减的乙醇溶液内各1～3分钟，随后置于烘箱内脱水，转而经二甲苯Ⅲ处理至病理组织切片透明；

(7)芯片封固：将中性树脂均匀滴于附着有透明化的病理组织切片的图像传感器芯片上，封固病理组织切片。

34.根据权利要求33所述的一种将病理组织切片制备在图像传感器芯片感光区表面的方法，其特征在于，步骤(1)和(4)，置于烘箱内50℃～70℃烘干。

35.一种基于权利要求9～13任意一项所述装置的病理组织切片的全视野成像的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将病理组织切片制备到图像传感器芯片的感光区的表面；

S2.将图像传感器芯片接入系统，打开电源开关，驱动控制模块开始工作并驱动图像传感器芯片按照设定的曝光时间完成对病理组织切片的投影显微图像数据采集，再将采集到的数据传输到计算机；

S3.计算机通过图像处理与传输模块完成对显微图像数据的处理后，将数据传输到与计算机连接的显示器上显示成图像，并能够通过与计算机连接的鼠标对该图像进行缩放和拖拽来进行查看。

36.根据权利要求35所述的一种组织病理切片全视野成像的方法，其特征在于，S1.采用权利要求33所述方法将病理组织切片制备到图像传感器芯片的感光区的表面。

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