CN114967100B - 一种染色体核型分析显微拍摄装置及其参数矫正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种染色体核型分析显微拍摄装置及其参数矫正方法，所述染色体核型分析显微拍摄装置包括显微镜和电机，所述物镜上设置相机，通过所述电机实现所述物镜与待分析玻片之间的相对运动；该方法自动判断既有的标定参数是否有效，并自动通过“显微拍摄+图像智能评测”的方法获取适合于当前机械状态的标定参数，并将新的标定参数更新应用于后续的工作流程中，以保障设备的持久有效运行，可以大幅减少供货厂家的例行维护频次，有效降低企业运行成本。

Description

一种染色体核型分析显微拍摄装置及其参数矫正方法

技术领域

本发明涉及显微影像自动矫正技术领域，具体涉及一种染色体核型分析显微拍摄装置及其参数矫正方法。

背景技术

染色体核型分析显微拍摄装置在客户侧首次部署时，会由供货厂家对显微拍摄所依赖的载物台进行运动参数的标定，显微拍摄系统基于此标定参数完成自动化的玻片拍摄工作。但是在实际场景中，机器经过长时间的运行、或者受外部环境震动等因素影响后，机械结构会发生不确定的相对位移，载物台可能下沉或倾斜，此时机器再继续使用首次部署时的标定参数，将无法拍摄到清晰的图像，进而导致整个玻片扫描拍摄工作无法正常进行，最终产生机器故障。

已有的相关实现方案：（1）供货厂家定期派人例行维护，通过人工对设备周期性的进行重新校准，这样的方式频次高，解决问题不彻底；（2）因为发生因素的不确定性，例行维护无法完全避免问题的发生，一旦机器无法正常运转，客户会反馈情况到供货厂家，由厂家上门进行维修、重新校准标定，然后让机器重新正常运转起来。这些方案的缺点：（1）从客户侧的角度：诊断器械一旦无法正常工作，客户的工作进度将受到影响，尤其是医疗相关场景，影响会不可控；（2）从供货厂家的角度：频繁周期性的例行维护，将大幅度的增加企业运行成本；客户投诉到供货厂家，影响厂家的市场口碑，最终不利于销售工作的开展，严重者，会影响到企业的生存。

因此对于设备的校准十分依赖技术工人的问题，急需探索一些行之有效的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种染色体核型分析显微拍摄装置及其参数矫正方法。

为实现上述目的，本发明提供一种染色体核型分析显微拍摄装置，其包括均电性连接于分析控制中心的显微镜和电机，所述分析控制中心用于数据接收、处理，所述显微镜设置载物台和物镜，所述物镜上设置相机，待分析玻片设置在所述载物台上，所述电机与所述载物台连接且所述电机与所述待分析玻片之间无竖直方向上的相对位移，所述待分析玻片的最高点与最低点的竖直方向的偏移量在0.75毫米以内，通过所述电机控制所述物镜与所述待分析玻片之间的相对运动。

优选的，所述物镜，设置至少1个。

本发明还提供一种染色体核型分析显微拍摄装置的参数矫正方法，其包括以下步骤，

S1判断既有标定参数是否有效：将所述待分析玻片划分为若干个拍摄区域，放置在所述载物台上并对焦，利用所述显微镜拍摄得到对应的若干个图像，所述分析控制中心接收上述图像，并将对焦后所述载物台的竖直坐标记录为既有标定参数，所述分析控制中心以图像梯度均值为清晰度计算每个图像清晰度，按清晰度由高到低的顺序依次对上述图像进行目标物识别；

若在任一图像中识别出目标物，则判定既有标定参数有效，则进行步骤S2既有标定参数的有效性修正；若均不能识别出目标物，则判定既有标定参数已失效，则进行步骤S3获取新标定参数；

S2既有标定参数的有效性修正：选择步骤S1中确定的有效既有标定参数，以对应的所述载物台的竖直坐标上下各加0.1毫米的区间作为对焦范围再次对焦，并拍摄图像计算清晰度，再次选取最清晰的图像对应的所述载物台竖直坐标作为修正后的新的标定参数，实现既有标定参数的有效修正；

S3获取新标定参数：将所述载物台调节至最低或最高位置，在既有标定参数条件下，将所述物镜对准所述待分析玻片任一拍摄区域，通过所述电机调整所述载物台的竖直坐标，进行连续显微拍摄获取该拍摄区域的拍摄图像；所述分析控制中心计算每个拍摄图像清晰度，并用所述载物台的竖直坐标和清晰度拟合得到二次函数，所述二次函数表示如下：

fv = a × |x - x0|² + b

其中，fv代表清晰度，x表示载物台的竖直坐标，x0表示载物台在调节至最低或最高位置的竖直坐标，a、b表示二次函数的系数；

以二次函数的极值为清晰度波峰，选取所有拍摄区域清晰度波峰处拍摄图像进行目标物识别，若识别出目标物，则记录下所有对应的所述载物台的竖直坐标，将竖直坐标的最大值、最小值之间的范围作为新标定参数。

优选的，步骤S3中，所述的进行连续显微拍摄获取该拍摄区域的拍摄图像，其为以7.5毫秒一次的频率拍摄图像，所述载物台的移动速度为0.5毫米/秒。

优选的，若所有所述拍摄区域均未识别出目标物，则可判断当前待分析玻片是空白玻片。

优选的，所述将所述待分析玻片划分为若干个待拍摄区域，其为以所述待分析玻片的中心点为坐标原点进行均匀划分。

优选的，所述待拍摄区域的数量设置2-50个。

本发明的有益效果如下：

（1）使用本发明，即使诊断机器由于长时间运行或者受外部环境震动等影响，设备的结构或部件之间发生了相对位移，如载物台下沉或倾斜等，只要设备没有发生运动卡死的情况，就可以通过“显微拍摄+图像智能评测”的方法自动校正装置的标定参数，使得设备继续保持正常运行，并保证检测结果的准确性。

（2）本发明提升了染色体核型分析显微拍摄诊断器械运行的持久性，大幅减少供货厂家的例行维护频次，避免影响到客户的正常工作开展，有效降低双方企业运行成本，提升社会价值。当前本发明已经应用于MetaSight(®)全自动细胞显微图像扫描系统，经实际验证，效果符合预期。

（3）本发明在改进后，显微拍摄诊断器械的目标物识别的准确性得到了提升，扫描2000张玻片，目标物漏扫率由3%下降到0.45%。

附图说明

图1为本发明所述显微拍摄标定参数自动矫正的装置的染色体核型分析显微拍摄装置示意图；

图2为本发明实施例2所述显微拍摄标定参数自动矫正的装置的逻辑框架图。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本申请作进一步说明。

实施例1：

本发明提供了一种染色体核型分析显微拍摄装置及其参数矫正方法，其中，染色体核型分析显微拍摄装置作为染色体诊断器械，其包括均电性连接于分析控制中心100的显微镜200和电机300，分析控制中心100用于显微拍摄诊断器械的图像接收、清晰度分析和电机300竖向坐标的数据接收、处理，如MetaSight(®)全自动细胞显微图像扫描系统，显微镜200设置载物台201和物镜202，待分析玻片设置在载物台201上，物镜202上设置相机实现对待分析玻片的拍摄，电机300与载物台201连接且电机300与待分析玻片之间无竖直方向上的相对位移，电机300控制载物台201的竖向移动实现调节物镜202与待分析玻片之间的相对位移，检测时待分析玻片的竖直方向最高点与最低点的的偏移量控制在0.75毫米以内；优选的，电机300选择步进电机，待分析玻片的规格为75mm×25mm×1.1mm。

该染色体核型分析显微拍摄装置的参数矫正方法包括以下步骤，

S1判断既有标定参数是否有效 ：将待分析玻片划分为若干个拍摄区域，将待分析玻片放置在载物台201上并对焦，利用显微镜200拍摄得到对应的若干个图像，分析控制中心100接收上述图像，并将对焦后载物台201的竖直坐标记录为既有标定参数，分析控制中心100以图像梯度均值为清晰度计算每个图像清晰度，按清晰度由高到低的顺序依次对上述图像进行目标物识别；

若在任一图像中识别出目标物，则判定既有标定参数有效，则进行步骤S2既有标定参数的有效性修正；若均不能识别出目标物，则判定既有标定参数已失效，则进行步骤S3获取新标定参数；

本步骤中，目标物为染色体，采用深度学习方法YOLOV5进行识别。优选的，将待分析玻片划分为若干个待拍摄区域，其为取待分析玻片的中心点为坐标原点进行均匀划分，各个待拍摄区域大小相同。

S2既有标定参数的有效性修正：由于图像清晰度跟图像上的目标物的数量有关，无法确定目标物识别时可接受的清晰度范围区间，且目标物在待分析玻片上分布具有偶然性，因此为了进一步控制含有目标物的图像的清晰度水平，选择步骤S1中确定的有效既有标定参数，以对应的载物台201的竖直坐标上下各加0.1毫米的区间作为对焦范围再次对焦，并拍摄图像，再次选取最清晰的图像对应的竖直坐标作为修正后的新的标定参数，实现既有标定参数的有效修正；

S3获取新标定参数：将载物台201调节至最低或最高位置，在既有标定参数条件下，将物镜202对准待分析玻片任一拍摄区域，通过电机300调整载物台201的竖直坐标，从而改变物镜202与该拍摄区域之间的垂直距离，但要保证垂直距离的最小值大于物镜202与待拍摄区域的安全距离。优选的，电机300通过定向匀速的逐渐减小或逐渐增大调节该垂直距离，每次移动的单位距离设定为0.5毫米，进行连续显微拍摄获取该拍摄区域的拍摄图像；以MetaSight(®)为例，载物台201由最低点竖直向上移动，速度移动0.5毫米/秒，相机以7.5毫秒拍一次的频率拍摄图片，平均载物台201移动3.75微米即拍摄一张图片。

分析控制中心100计算每个拍摄图像清晰度，并用载物台201的竖直坐标和清晰度拟合得到二次函数，获取该拍摄区域的不同垂直距离条件下的清晰度曲线，二次函数表示如下：

fv = a × |x - x0|² + b

其中fv代表清晰度，x表示载物台201的竖直坐标，x0表示载物台201在调节至最低或最高位置的竖直坐标，a、b表示二次函数的系数；

以二次函数的极值为清晰度波峰，选取所有拍摄区域清晰度波峰处拍摄图像进行目标物识别，若识别出目标物，则记录下所有对应的载物台201的竖直坐标，将该竖直坐标的最大值、最小值之间的范围作为新标定参数的范围；若未识别出目标物，则切换另一个拍摄区域重新获取新标定参数；若所有拍摄区域均未识别出目标物，则可判断当前待分析玻片是空白玻片，需要更换待分析玻片。

实施例2：

以下为实际应用案例，方案的逻辑线路图如图2所示：

首先，将玻片上划分为4行6列、共24个的待拍摄区域，对该玻片这24个区域的中心点进行对焦，以既有的标定参数为基准拍摄，将拍摄到的图像进行清晰度评测，选取最清晰的那张图片，并进行目标物识别。

如果在此拍摄点图像中能找到目标物（此处以染色体为例），则当前标定参数是有效的，此时以竖直坐标上下各加0.1毫米的区间作为对焦范围再次对焦，并拍摄图像，再次选取最清晰的图像对应的竖直坐标作为修正后的新的标定参数，实现既有标定参数的有效修正。

如果在此拍摄点图像中找不到目标物，则自动切换到下一拍摄区域，并完成与前一区域相同的动作，如果拍摄到最后一个区域仍然找不到目标物，则判断为当前标定参数失效，此时需进入自动获取新标定参数的流程，进而完成标定参数的矫正。

在此自动获取新标定参数的流程中，仍然将玻片上划分为4行6列、共24个的待拍摄区域为例；

水平移动载物台201，将端点处第一个区域对准物镜，然后将载物台201下移到下限位，此时平台距离物镜的距离处于极限远状态，通过垂直方向的电机，让平台向物镜方向慢速移动，并连续进行显微拍摄，在此期间，玻片的上表面会最先被聚焦拍摄到。对于上述拍摄期间所有的图像，按顺序进行排列，并进行清晰度评测，根据波峰判断逻辑得到第一个清晰度波峰，对此波峰对应的图像进行目标物识别。

如果找不到目标物或完成第一个清晰度波峰判断步骤，则自动切换到下一拍摄区域，并完成与前一区域相同的动作，直到找到目标物为止，如果全部区域都找不到目标物，则可判断当前玻片是空白玻片，直接切换到下一张玻片进行拍摄即可。如果能找到目标物，则此图像对应的平台坐标即为新的标定参数，后续器械的运动流程皆以新的标定参数为准即可。

本发明是使用分析控制中心100、电机300和显微镜200构建的自动化装置，能够自动判断既有标定参数是否有效，并根据偏差情况进行修正，同时在既有标定参数失效后，通过“显微拍摄+图像智能评测”的方法自动获取适合于当前设备条件的新标定参数，并将新标定参数更新应用于后续的工作流程中，以保障设备的持久有效运行。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种染色体核型分析显微拍摄装置的参数矫正方法，其特征在于：包括均电性连接于分析控制中心的显微镜和电机，所述分析控制中心用于数据接收、处理，所述显微镜设置载物台和物镜，所述物镜上设置相机，待分析玻片设置在所述载物台上，所述电机与所述载物台连接且所述电机与所述待分析玻片之间无竖直方向上的相对位移，所述待分析玻片的最高点与最低点的竖直方向的偏移量在0.75毫米以内，通过所述电机控制所述物镜与所述待分析玻片之间的相对运动；

所述的染色体核型分析显微拍摄装置的参数矫正方法，其包括以下步骤，

S1判断既有标定参数是否有效：将所述待分析玻片划分为若干个拍摄区域，放置在所述载物台上并对焦，利用所述显微镜拍摄得到对应的若干个图像，所述分析控制中心接收上述图像，并将对焦后所述载物台的竖直坐标记录为既有标定参数，所述分析控制中心以图像梯度均值为清晰度计算每个图像清晰度，按清晰度由高到低的顺序依次对上述图像进行目标物识别；

若在任一图像中识别出目标物，则判定既有标定参数有效，则进行步骤S2既有标定参数的有效性修正；若均不能识别出目标物，则判定既有标定参数已失效，则进行步骤S3获取新标定参数；

S2既有标定参数的有效性修正：选择步骤S1中确定的有效既有标定参数，以对应的所述载物台的竖直坐标上下各加0.1毫米的区间作为对焦范围再次对焦，并拍摄图像计算清晰度，再次选取最清晰的图像对应的所述载物台竖直坐标作为修正后的新的标定参数，实现既有标定参数的有效修正；

S3获取新标定参数：将所述载物台调节至最低或最高位置，在既有标定参数条件下，将所述物镜对准所述待分析玻片任一拍摄区域，通过所述电机调整所述载物台的竖直坐标，进行连续显微拍摄获取该拍摄区域的拍摄图像；所述分析控制中心计算每个拍摄图像清晰度，并用所述载物台的竖直坐标和清晰度拟合得到二次函数，所述二次函数表示如下：

fv = a × |x - x0|² + b

其中，fv代表清晰度，x表示载物台的竖直坐标，x0表示载物台在调节至最低或最高位置的竖直坐标，a、b表示二次函数的系数；

以二次函数的极值为清晰度波峰，选取所有拍摄区域清晰度波峰处拍摄图像进行目标物识别，若识别出目标物，则记录下所有对应的所述载物台的竖直坐标，将竖直坐标的最大值、最小值之间的范围作为新标定参数。

2.根据权利要求1所述的染色体核型分析显微拍摄装置的参数矫正方法，其特征在于：所述物镜，设置至少1个。

3.根据权利要求1所述的染色体核型分析显微拍摄装置的参数矫正方法，其特征在于：步骤S3中，所述的进行连续显微拍摄获取该拍摄区域的拍摄图像，其为以7.5毫秒一次的频率拍摄图像，所述载物台的移动速度为0.5毫米/秒。

4.根据权利要求1所述的染色体核型分析显微拍摄装置的参数矫正方法，其特征在于：若所有所述拍摄区域均未识别出目标物，则可判断当前待分析玻片是空白玻片。

5.根据权利要求1所述的染色体核型分析显微拍摄装置的参数矫正方法，其特征在于：所述将所述待分析玻片划分为若干个待拍摄区域，其为以所述待分析玻片的中心点为坐标原点进行均匀划分。

6.根据权利要求5所述的染色体核型分析显微拍摄装置的参数矫正方法，其特征在于：所述待拍摄区域的数量设置2-50个。

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