CN113848085A - 一种病理硬组织切片系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种病理硬组织切片系统，属于病理实验领域，一种病理硬组织切片系统，用于对包埋有病理组织的蜡块进行切片，包括定距单元、夹持单元、监控摄像、切割单元和控制单元，定距单元通过视觉元件对蜡块进行距离信息收集，夹持单元用于夹持并紧固蜡块，夹持单元可控制蜡块的夹持长度，切割单元包括刀片，监控摄像收集蜡块的结构信息，定距单元、夹持单元、监控摄像和切割单元均受控制单元的控制，它可以实现预先判断病变组织最大截面的位置，快速准确地对蜡块粗切至病变组织的最大截面处，再进行精密的薄片切割，同时实时监控蜡块的空洞率、组织连续性和组织层次顺序的因素，对不合格的蜡块进行快速剔除，减少无效动作，提高切割效率。

Description

一种病理硬组织切片系统
技术领域
本发明属于病理实验领域，更具体地说，涉及一种病理硬组织切片系统。
背景技术
在医学诊断中，通常需要在患者的患病处取预定大小的病理制作成病理切片。病理切片，是指取一定大小的病变组织，用病理组织学方法制成病理切片，通常将病变的组织包埋在石蜡块中，用切片机切成薄片，再对薄片进行染色，用显微镜进一步检查病变，病变的发生发展过程，最后作出病理诊断。
在进行病理组织切片时，需要先将包埋有病变组织的蜡块进行冷冻变硬，再通过粗切的方式，将蜡块切割刀露出病变组织的最大截面，再对最大截面的病变组织进行薄片切割，在切割时需要保证每次切割的独立均匀轻盈，且需要将难切割的组织如皮肤等置于上侧，防止病变组织分层，蜡块的冷冻时间也是需要控制的，避免蜡块因冷冻时间过久而导致内部开裂的问题发生。
现在常用的是通过病理医生对上述步骤进行手动操作和识别，但由于病理医生的缺口非常大，每个医院的病理医生工作都非常忙碌，积压的工作非常多，且通过人为的操作来控制蜡块切割，是不稳定的，病理医生也会出现操作错误的情况，这样会导致病变组织的报废率升高以及无意义作业的程序增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种病理硬组织切片系统，它可以实现预先判断病变组织最大截面的位置，快速准确地对蜡块粗切至病变组织的最大截面处，再进行精密的薄片切割，同时实时监控蜡块的空洞率、组织连续性和组织层次顺序的因素，对不合格的蜡块进行快速剔除，减少无效动作，提高切割效率。
本发明的一种病理硬组织切片系统，用于对包埋有病理组织的蜡块进行切片，包括定距单元、夹持单元、监控摄像、切割单元和控制单元。
定距单元通过视觉元件对蜡块进行距离信息收集，以确定病理组织的最大截面位置。
夹持单元用于夹持并紧固蜡块，夹持单元可控制蜡块的夹持长度，以使病理组织的最大截面所在平面处于夹持单元的切割端面的外侧。
切割单元包括刀片，刀片的尖端始终位于切割端面外侧，刀片可垂直和水平移动，以使刀片可逐次将位于切割端面外侧的部分蜡块切割。
监控摄像的摄像方向对准夹持单元上的蜡块，监控摄像收集蜡块的结构信息。
定距单元、夹持单元、监控摄像和切割单元均受控制单元的控制。控制单元处理分析距离信息和结构信息，并根据距离信息和结构信息反馈控制夹持单元的夹持长度和切割单元的切割速度。
作为本发明的进一步改进，蜡块为透光的长方体或正方体。蜡块包括互为对称面的左面和右面、互为对称面的前面和后面、互为对称面的上面和下面。
作为本发明的进一步改进，定距单元包括上摄像头、侧摄像头和底座。上摄像头和侧摄像头均固定安装在底座上。上摄像头用于拍摄蜡块的上面，以获取病理组织在上面的投影。侧摄像头用于拍摄蜡块的右面，以获取病理组织在右面的投影。
作为本发明的进一步改进，距离信息的权重项包括：病理组织的外缘与左面的最小距离d，病理组织的外缘与右面的最小距离d，病理组织的外缘与上面的最小距离d，病理组织的外缘与下面的最小距离d。控制单元获取病理组织在上面的投影和病理组织在右面的投影，控制单元计算病理组织不同截面上病理组织外缘的d、d、d和d的和值，截面均为与前面和后面平行的平面。控制单元将和值最小的病理组织截面视为病理组织的最大截面。
作为本发明的进一步改进，控制单元以后面的中点为原点建立坐标系。控制单元计算病理组织的最大截面相对后面的距离D，视为病理组织的最大截面的位置。
作为本发明的进一步改进，控制单元以后面的中点为原点建立蜡块坐标系abc。其中，蜡块坐标系的a轴为平行于上面且经过原点的位于后面上的直线，蜡块坐标系的b轴为与a轴垂直的且平行于上面的经过原点的直线，蜡块坐标系的c轴为与a轴和b轴均垂直且经过原点的直线。
作为本发明的进一步改进，控制单元记录病理组织的最大截面在蜡块坐标系中的位置。
作为本发明的进一步改进，夹持单元包括基座、左压块、右压块、托板和活动顶块。左压块和右压块滑动连接于基座前端上侧。托板固定连接于基座前端下侧。蜡块可置于托板上侧，左压块和右压块向下滑动后可压紧并定位蜡块。活动顶块嵌于基座前端面内，活动顶块与基座滑动连接。活动顶块在初始状态下，活动顶块的前端与基座的前端吻合。活动顶块滑动后，活动顶块的前端位于基座的前端的外侧。
作为本发明的进一步改进，托板的前端为切割端面。蜡块的前端始终位于切割端面外侧。
作为本发明的进一步改进，控制单元建立世界坐标系XYZ。其中，Y轴与活动顶块的滑动方向平行，Z轴与左压块和右压块滑动平行。蜡块被夹持单元夹持后，蜡块坐标系abc的a轴与X轴平行，b轴与Y轴平行，c轴与Z轴平行。
作为本发明的进一步改进，控制单元记录切割端面在世界坐标系XYZ中的位置。
作为本发明的进一步改进，蜡块的夹持初始位置为：蜡块坐标系的原点位于基座的前端面上，且活动顶块的前端面与基座的前端面重合。
作为本发明的进一步改进，控制单元判断蜡块的夹持初始位置时，病理组织的最大截面与切割端面的位置关系，若病理组织的最大截面位于切割端面的内侧时，控制单元控制活动顶块滑动，并将蜡块向外侧推动，直至病理组织的最大截面与切割端面重合，此时控制单元控制左压块和右压块向下滑动将蜡块压紧夹持。
作为本发明的进一步改进，切割单元还包括切割电机和移动电机。切割电机的输出端与刀片连接，切割电机的输出端可进行竖直上下移动，以使刀片可切割位于切割端面外侧的部分蜡块。移动电机的输出端与切割电机连接，移动电机的输出端可进行水平移动，移动方向与蜡块的深度方向一致，以使刀片可控制切割蜡块的厚度。
作为本发明的进一步改进，切割单元还包括切割电机。切割电机的输出端与刀片连接，切割电机的输出端可进行竖直上下移动，以使刀片可切割位于切割端面外侧的部分蜡块。活动顶块在刀片完成一个上下移动周期后，向外侧移动设定距离，设定距离由控制单元设定。
作为本发明的进一步改进，蜡块在未切割至病理组织的最大截面时，为粗切。蜡块在切割病理组织的最大截面后为细切。粗切的切割速度相对细切的切割速度快。
作为本发明的进一步改进，监控摄像收集的结构信息包括：蜡块的空洞率、病变组织的各类型组织的连续性、病变组织中的各类型组织的层次顺序中的至少一项。
作为本发明的进一步改进，监控摄像可拍摄蜡块在切割时的状态图像，并传输给控制单元。控制单元通过图像分辨蜡块的空洞率、病变组织的各类型组织的连续性、病变组织中的各类型组织的层次顺序中的至少一项。
作为本发明的进一步改进，当控制单元通过图像识别出蜡块的内部出现裂缝时，判断蜡块为不合格蜡块，控制单元控制刀片停止切割，并反馈操作人员，移除不合格的蜡块。
作为本发明的进一步改进，当控制单元通过图像识别出病变组织的各类型组织之间存在间隙，判定蜡块为不合格蜡块，控制单元控制刀片停止切割，并反馈操作人员，移除不合格的蜡块。
作为本发明的进一步改进，当控制单元通过图像识别出病变组织中的难切割组织位于病变组织中的下侧时，判断蜡块为不合格蜡块，控制单元控制刀片停止切割，并反馈操作人员，移除不合格的蜡块或调转蜡块上下位置，使难切割组织位于病变组织中的上侧。
作为本发明的进一步改进，控制单元初设有难切割组织的图像信息。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明通过上摄像头和侧摄像头，获取病理组织在上面的投影和病理组织在右面的投影，控制单元通过投影图像分析病理组织的外缘与左面的最小距离，病理组织的外缘与右面的最小距离，病理组织的外缘与上面的最小距离，病理组织的外缘与下面的最小距离，并计算不同截面上病理组织外缘的、、和的和值，将最小和值的对应截面视为病理组织的最大截面，使最大截面的位置判断更精准，效率更高，减少人员的工作时间，提高工作效率。
2.本发明刀片通过切割电机来作业，切割电机通过控制单元控制，相对现有技术中人工切割来说，切割的力度更均匀，更轻盈，有效避免切割力道过大对病理组织的破坏的问题发生。
3.本发明刀片通过移动电机来控制水平移动，移动电机通过控制单元控制输出距离，相对现有技术中人工控制切割薄片的厚度来说，切割下来的病理组织薄片厚度更均匀，更精准。
4.本发明蜡块受到夹持单元的夹持后，控制单元控制活动顶块移动，将病理组织的最大截面与切割端面重合，便于粗切校准，无需在每次切割后判断是否露出了病理组织的最大截面，节省总体切割时间，提高切割效率。
5.本发明控制单元控制切割电机的作业，即控制了刀片的上下移动周期时间，在粗切时控制单元可控制刀片加快切割速度，有效节省了总体切割时间，提高切割效率。
6.本发明监控摄像拍摄蜡块在切割时的状态图像，并传输给控制单元，控制单元分辨该被切割的蜡块是否属于不合格蜡块，若识别为不合格蜡块，则控制单元控制刀片停止切割，有效避免无效动作，节省作业时间，有效提高切割效率。
附图说明
图1为本发明的具体实施例一的蜡块的立体结构示意图；
图2为本发明的具体实施例一的定距单元的立体结构示意图；
图3为本发明的具体实施例一的病理组织在上面的投影示意图；
图4为本发明的具体实施例一的病理组织在右面的投影示意图；
图5为本发明的具体实施例一的蜡块坐标系的示意图；
图6为本发明的具体实施例一的夹持单元的立体结构示意图；
图7为本发明的具体实施例一的切割蜡块时的立体结构示意图；
图8为本发明的具体实施例一的流程示意图。
图中标号说明：
蜡块1、病理组织101、左面111、右面112、前面121、后面122、上面131、下面132、定距单元2、上摄像头201、侧摄像头202、底座203、托盘204、夹持单元3、基座301、左压块302、右压块303、托板304、活动顶块305、监控摄像4、切割单元5、刀片501、切割电机502、移动电机503。
具体实施方式
具体实施例一：请参阅图1-8的一种病理硬组织切片系统，用于对包埋有病理组织101的蜡块1进行切片，蜡块1为透光的长方体或正方体。蜡块1包括互为对称面的左面111和右面112、互为对称面的前面121和后面122、互为对称面的上面131和下面132。切片系统包括定距单元2、夹持单元3、监控摄像4、切割单元5和控制单元。
定距单元2、夹持单元3、监控摄像4和切割单元5均受控制单元的控制。
定距单元2通过上摄像头201和侧摄像头202对蜡块1进行距离信息收集，以确定病理组织101的最大截面位置。
定距单元2包括上摄像头201、侧摄像头202、底座203和托盘204。上摄像头201和侧摄像头202均固定安装在底座203上。托盘204固定设置在底座203上，蜡块1放置在托盘204上，上摄像头201位于托盘204上侧，侧摄像头202位于托盘204侧边。上摄像头201用于拍摄蜡块1的上面131，以获取病理组织101在上面131的投影。侧摄像头202用于拍摄蜡块1的右面112，以获取病理组织101在右面112的投影。
距离信息的权重项包括：病理组织101的外缘与左面111的最小距离d1，病理组织101的外缘与右面112的最小距离d2，病理组织101的外缘与上面131的最小距离d3，病理组织101的外缘与下面132的最小距离d4。
控制单元获取病理组织101在上面131的投影和病理组织101在右面112的投影，控制单元计算病理组织101不同截面上病理组织101外缘的d1、d2、d3和d4的和值，截面均为与前面121和后面122平行的平面。控制单元将和值最小的病理组织101截面视为病理组织101的最大截面。
控制单元以后面122的中点为原点建立蜡块坐标系abc。其中，蜡块坐标系的a轴为平行于上面131且经过原点的位于后面122上的直线，蜡块坐标系的b轴为与a轴垂直的且平行于上面131的经过原点的直线，蜡块坐标系的c轴为与a轴和b轴均垂直且经过原点的直线。控制单元计算病理组织101的最大截面相对蜡块坐标系abc在b轴坐标上的距离D，视为病理组织101的最大截面的位置。
控制单元记录病理组织101的最大截面在蜡块坐标系中的位置坐标。
夹持单元3包括基座301、左压块302、右压块303、托板304和活动顶块305。左压块302和右压块303滑动连接于基座301前端上侧。托板304固定连接于基座301前端下侧。蜡块1可置于托板304上侧，左压块302和右压块303向下滑动后可压紧并定位蜡块1。活动顶块305嵌于基座301前端面内，活动顶块305与基座301滑动连接。活动顶块305在初始状态下，活动顶块305的前端与基座301的前端吻合。活动顶块305滑动后，活动顶块305的前端位于基座301的前端的外侧。
托板304的前端为切割端面。蜡块1的前端始终位于切割端面外侧。
控制单元建立世界坐标系XYZ。其中，Y轴与活动顶块305的滑动方向平行，Z轴与左压块302和右压块303滑动平行。蜡块1被夹持单元3夹持后，蜡块坐标系abc的a轴与X轴平行，b轴与Y轴平行，c轴与Z轴平行。
控制单元记录切割端面在世界坐标系XYZ中的位置。
蜡块1的夹持初始位置为：蜡块坐标系的原点位于基座301的前端面上，且活动顶块305的前端面与基座301的前端面重合。
控制单元判断蜡块1的夹持初始位置时，病理组织101的最大截面与切割端面的位置关系。若病理组织101的最大截面位于切割端面的内侧时，控制单元控制活动顶块305滑动，并将蜡块1向外侧推动，直至病理组织101的最大截面与切割端面重合，此时控制单元控制左压块302和右压块303向下滑动将蜡块1压紧夹持。若病理组织101的最大截面位于切割断面的外侧时，控制单元控制切割单元5切割蜡块1。
切割单元5包括刀片501、切割电机502和移动电机503。
刀片501的尖端始终位于切割端面外侧。
切割电机502的输出端与刀片501连接，切割电机502的输出端可进行竖直上下移动，以使刀片501可切割位于切割端面外侧的部分蜡块1。
移动电机503的输出端与切割电机502连接，移动电机503的输出端可进行水平移动，移动方向与蜡块1的深度方向一致，以使刀片501可控制切割蜡块1的厚度。
控制单元控制切割点击502和移动电机503的启停。
蜡块1在未切割至病理组织的最大截面时，为粗切。蜡块1在切割病理组织的最大截面后为细切。粗切的切割速度相对细切的切割速度快。
监控摄像4的摄像方向对准夹持单元3上的蜡块1，监控摄像4收集蜡块1的结构信息。
监控摄像4可拍摄蜡块1在切割时的状态图像，并传输给控制单元。控制单元通过图像分辨蜡块1的空洞率、病变组织101的各类型组织的连续性、病变组织101中的各类型组织的层次顺序。
当控制单元通过图像识别出蜡块1的内部出现裂缝时，判断蜡块1为不合格蜡块1，控制单元控制刀片501停止切割，并反馈操作人员，移除不合格的蜡块1。
当控制单元通过图像识别出病变组织101的各类型组织之间存在间隙，判定蜡块1为不合格蜡块1，控制单元控制刀片501停止切割，并反馈操作人员，移除不合格的蜡块1。每个不同类型的组织的图像是不同的，以此判断是否具有多种类型的组织。
控制单元初设有难切割组织的图像信息。当控制单元通过图像识别出病变组织101中的难切割组织位于病变组织101中的下侧时，判断蜡块1为不合格蜡块1，控制单元控制刀片501停止切割，并反馈操作人员，移除不合格的蜡块1或调转蜡块1上下位置，使难切割组织位于病变组织中的上侧。
工作原理：
包埋有病理组织101的蜡块1首先放在托盘204上，通过上摄像头201和侧摄像头202对蜡块1的上面131和右面112进行拍摄，将拍摄的图像传递给控制单元，控制单元建立蜡块坐标系abc，并通过病理组织101的外缘与蜡块1侧边的距离得出病理组织101的最大截面的坐标位置。
将蜡块1放置在托板304上，控制单元建立世界坐标系XYZ，将蜡块1的后端即后面122与基座301的前端面贴合，计算此时病理组织101的最大截面相对在世界坐标系XYZ中的坐标位置，计算托板304即切割端面在世界坐标系XYZ中的坐标位置，判断病理组织101的最大截面是否位于切割端面的外侧。
若位于外侧，则控制单元控制驱动活动顶块305移动，将蜡块1向外侧顶出，直至病理组织101的最大截面与切割端面齐平。
若病理组织101的最大截面与切割端面齐平或病理组织101的最大截面位于切割端面的外侧，则控制单元控制切割单元5作业，使刀片501往复上下移动，对蜡块1进行切割，此时的切割速度快，切割力量大。刀片501每完成一个上下移动周期后，控制单元控制切割单元5使刀片501进行水平移动，使刀片501逐步切割至病理组织101的最大截面位置处。
当刀片501切割至病理组织101的最大截面位置处时，控制单元控制切割单元5使刀片501上下移动的速度减慢，降低切割力量。
此时的监控摄像4始终拍摄蜡块1在被切割时的图像，并传输给控制单元。
当控制单元从图像中发现蜡块1的内部出现裂缝，或病变组织101的各类型组织之间存在间隙，或难切割组织位于病变组织中的下侧时，控制单元判定蜡块1为不合格的蜡块1，并作出相应的解决办法。
具体实施例二：与具体实施例一不同的是，切割单元5包括刀片501和切割电机502。切割电机502的输出端与刀片501连接，切割电机502的输出端可进行竖直上下移动，以使刀片501可切割位于切割端面外侧的部分蜡块1。活动顶块305在刀片501完成一个上下移动周期后，向外侧移动设定距离，设定距离由控制单元设定。有效减少电气部件的设置，减少成本。
具体实施例三：在具体实施例一或二的基础上，夹持单元3还包括毛笔和蜡笔。
毛笔由毛笔电机驱动，毛笔电机受控制单元控制。
蜡笔由蜡笔电机驱动，蜡笔电机受控制单元控制。
在粗切时，刀片501每完成一次上下移动周期后，控制单元控制毛笔电机作业，使毛笔扫过蜡块1的被切割面，使粗切后产生的石蜡毛刺被扫落。
在细切时，刀片501每完成一次上下移动周期后，控制单元控制蜡笔电机作业，使蜡笔托起被切割下来的薄片，并放入水池中，等待下一步的染色工序。
有效减少了人工作业，降低由于人工托起薄片的力量不均，造成薄片破裂的问题发生。

Claims (10)

1.一种病理硬组织切片系统，用于对包埋有病理组织(101)的蜡块(1)进行切片，其特征在于：包括定距单元(2)、夹持单元(3)、监控摄像(4)、切割单元(5)和控制单元；
定距单元(2)通过视觉元件对蜡块(1)进行距离信息收集，以确定病理组织(101)的最大截面位置；
夹持单元(3)用于夹持并紧固蜡块(1)，夹持单元(3)可控制蜡块(1)的夹持长度，以使病理组织(101)的最大截面所在平面处于夹持单元(3)的切割端面的外侧；
切割单元(5)包括刀片(501)，刀片(501)的尖端始终位于切割端面外侧，刀片(501)可垂直和水平移动，以使刀片(501)可逐次将位于切割端面外侧的部分蜡块(1)切割；
监控摄像(4)的摄像方向对准夹持单元(3)上的蜡块(1)，监控摄像(4)收集蜡块(1)的结构信息；
定距单元(2)、夹持单元(3)、监控摄像(4)和切割单元(5)均受控制单元的控制；控制单元处理分析距离信息和结构信息，并根据距离信息和结构信息反馈控制夹持单元(3)的夹持长度和切割单元(5)的切割速度。
2.根据权利要求1所述的一种病理硬组织切片系统，其特征在于：蜡块(1)为透光的长方体或正方体；蜡块(1)包括互为对称面的左面(111)和右面(112)、互为对称面的前面(121)和后面(122)、互为对称面的上面(131)和下面(132)。
3.根据权利要求2所述的一种病理硬组织切片系统，其特征在于：定距单元(2)包括上摄像头(201)、侧摄像头(202)和底座(203)；上摄像头(201)和侧摄像头(202)均固定安装在底座(203)上；上摄像头(201)用于拍摄蜡块(1)的上面(131)，以获取病理组织(101)在上面(131)的投影；侧摄像头(202)用于拍摄蜡块(1)的右面(112)，以获取病理组织(101)在右面(112)的投影。
4.根据权利要求3所述的一种病理硬组织切片系统，其特征在于：距离信息的权重项包括：病理组织(101)的外缘与左面(111)的最小距离d1，病理组织(101)的外缘与右面(112)的最小距离d2，病理组织(101)的外缘与上面(131)的最小距离d3，病理组织(101)的外缘与下面(132)的最小距离d4；控制单元获取病理组织(101)在上面(131)的投影和病理组织(101)在右面(112)的投影，控制单元计算病理组织(101)不同截面上病理组织(101)外缘的d1、d2、d3和d4的和值，截面均为与前面(121)和后面(122)平行的平面；控制单元将和值最小的病理组织(101)截面视为病理组织(101)的最大截面。
5.根据权利要求4所述的一种病理硬组织切片系统，其特征在于：控制单元以后面(122)的中点为原点建立坐标系；控制单元计算病理组织(101)的最大截面相对后面(122)的距离，视为病理组织(101)的最大截面的位置。
6.根据权利要求1所述的一种病理硬组织切片系统，其特征在于：夹持单元(3)包括基座(301)、左压块(302)、右压块(303)、托板(304)和活动顶块(305)；左压块(302)和右压块(303)滑动连接于基座(301)前端上侧；托板(304)固定连接于基座(301)前端下侧；蜡块(1)可置于托板(304)上侧，左压块(302)和右压块(303)向下滑动后可压紧并定位蜡块(1)；活动顶块(305)嵌于基座(301)前端面内，活动顶块(305)与基座(301)滑动连接；活动顶块(305)在初始状态下，活动顶块(305)的前端与基座(301)的前端吻合；活动顶块(305)滑动后，活动顶块(305)的前端位于基座(301)的前端的外侧。
7.根据权利要求6所述的一种病理硬组织切片系统，其特征在于：托板(304)的前端为切割端面；蜡块(1)的前端始终位于切割端面外侧。
8.根据权利要求7所述的一种病理硬组织切片系统，其特征在于：切割单元(5)还包括切割电机(502)和移动电机(503)；切割电机(502)的输出端与刀片(501)连接，切割电机(502)的输出端可进行竖直上下移动，以使刀片(501)可切割位于切割端面外侧的部分蜡块(1)；移动电机(503)的输出端与切割电机(502)连接，移动电机(503)的输出端可进行水平移动，移动方向与蜡块(1)的深度方向一致，以使刀片(501)可控制切割蜡块(1)的厚度。
9.根据权利要求7所述的一种病理硬组织切片系统，其特征在于：切割单元(5)还包括切割电机(502)；切割电机(502)的输出端与刀片(501)连接，切割电机(502)的输出端可进行竖直上下移动，以使刀片(501)可切割位于切割端面外侧的部分蜡块(1)；活动顶块(305)在刀片(501)完成一个上下移动周期后，向外侧移动设定距离，设定距离由控制单元设定。
10.根据权利要求1所述的一种病理硬组织切片系统，其特征在于：监控摄像(4)收集的结构信息包括：蜡块(1)的空洞率、病变组织(101)的各类型组织的连续性、病变组织(101)中的各类型组织的层次顺序中的至少一项。
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