CN115047005B - 一种高通量数字切片扫描装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种高通量数字切片扫描装置及方法，包括片仓、进出片模组、扫描机械运动系统、显微光学部分和控制系统；进出片模组包括A轴运动模组、B轴运动模组、C轴运动模组和爪夹组件，爪夹组件与B轴运动模组滑动连接，B轴运动模组与A轴运动模组滑动连接，A轴运动模组与C轴运动模组滑动连接；扫描机械运动系统包括滑台台面、X轴运动模组、Y轴运动模组和Z轴运动模组；滑台台面与Z轴运动模组滑动连接，Y轴运动模组与X轴运动模组滑动连接，Z轴运动模组与Y轴运动模组滑动连接；进出片模组、扫描机械运动系统、显微光学部分均与控制系统连接。能够实现抓取放回和扫描的协同工作，提高了控制精度和切片扫描的效率。

Description

一种高通量数字切片扫描装置及方法
技术领域
本发明涉及切片扫描技术领域，尤其涉及一种高通量数字切片扫描装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
数字切片扫描仪是将病理组织切片数字化的设备，可以替代传统显微镜对组织切片进行观察。数字切片扫描仪一般有机械运动系统、控制系统、显微成像系统及计算机数字化系统组成；计算机数字化系统首先采集预览图，根据预览图与机械运动系统的对应关系，产生运动控制指令；然后将指令发给控制系统，控制系统控制机械运动系统运动；显微成像系统将组织放大成像，图像传输到计算机数字系统进行配准、拼接等处理，最终形成全信息数字化切片。
随着全信息数字化切片的应用范围扩大及普及程度的提高，原来单通量和少通量的数字切片扫描仪已经不能满足实际需求，需要高通量的数字切片扫描仪来完成相应工作。
高通量数字切片扫描仪需要有片仓、切片抓取和放回装置、扫描装置等。对于高通量的扫描仪要实现抓取、放回及扫描的高效、协同工作，对机械控制运动和扫描运动的控制精度和稳定性要求较高。为了稳定性和进度，很多扫描仪在扫描部分采用磁轴电机，在抓取、放回部分采用编码器，这样增加了控制的难度。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种高通量数字切片扫描装置及方法，能检查片仓中是否存在片盒及切片，并能将使抓取放回和扫描协同工作，提高了控制精度和切片扫描的效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，提出了一种高通量数字切片扫描装置，包括片仓、进出片模组、扫描机械运动系统、显微光学部分和控制系统；片仓上设置多个容纳片盒的空间；进出片模组包括A轴运动模组、B轴运动模组、C轴运动模组和爪夹组件，爪夹组件与B轴运动模组滑动连接，滑动方向为竖直方向，B轴运动模组与A轴运动模组滑动连接，滑动方向为第一水平方向，A轴运动模组与C轴运动模组滑动连接，滑动方向为第二水平方向；扫描机械运动系统包括滑台台面、X轴运动模组、Y轴运动模组和Z轴运动模组；滑台台面与Z轴运动模组滑动连接，滑动方向为Z轴方向，Y轴运动模组与X轴运动模组滑动连接，滑动方向为X轴方向，Z轴运动模组与Y轴运动模组滑动连接，滑动方向为Y轴方向；显微光学部分包括扫描相机和预览相机；A轴运动模组、B轴运动模组、C轴运动模组、爪夹组件、X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组、扫描相机和预览相机均与控制系统连接。
第二方面，提出了一种高通量数字切片扫描装置的扫描方法，包括：
控制各运动模组归位至初始位置；
控制扫描机械运动系统运动，将滑台台面运动至进出片位置；
控制进出片模组运动，将片仓中的切片运送至扫描机械运动系统的滑台台面上；
控制扫描机械运动系统运动，将滑台台面上的切片运送至预览相机处进行预览获得切片预览图；
根据切片预览图确定聚焦视野列表，根据聚焦视野列表驱动X、Y、Z轴运动模组运动，确定扫描视野并使滑台上的切片能够在扫描相机的扫描视野中聚焦，在扫描视野下通过扫描相机对切片进行扫描，获得全信息数字切片图。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明能检查片仓中是否存在片盒及切片，并能将使抓取放回和扫描协同工作，提高了控制精度和切片扫描的效率。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为实施例1公开装置的第一斜视结构图；
图2为实施例1公开装置的第二斜视结构图；
图3为实施例1公开装置的主视图；
图4为实施例1公开装置的左视图；
图5为实施例1公开装置的片仓结构图；
图6为实施例1公开装置的进出片模组结构图；
图7为实施例1公开装置的爪夹结构图；
图8为实施例1公开装置的扫描系统结构图；
图9为实施例1公开装置的扫描运动系统结构图；
图10为实施例1公开装置的Z轴聚焦机械结构图；
图11为实施例1公开装置的显微光学结构图；
图12为实施例1公开装置的电路控制板仓结构图；
图13为实施例1公开装置的自动扫描流程图；
图14为实施例1公开装置的各轴电机归零流程图；
图15为实施例1公开装置从片仓中自动抓取切片流程图；
图16为实施例1公开装置对聚焦视野聚焦的流程图；
图17为实施例1公开装置扫描一张切片的流程图；
图18为实施例1获取的切片预览图；
图19为实施例1获取的切片的所有扫描视野；
图20为实施例1获得的切片的聚焦视野列表；
图21为实施例1扫描完成后的全信息数字切片图。
其中：1、片仓，2、进出片模组，3、扫描机械运动系统，4、显微光学部分，5、控制系统，1-1、片盒，1-2、接近开关，2-1、A轴运动模组，2-2、A轴零点对射开关，2-3、B轴运动模组，2-4、B轴零点对射开关，2-5、C轴运动模组，2-6、C轴零点对射开关，2-7、第一爪夹，2-8、第一爪夹控制电机，2-9、第一爪夹零点对射开关，2-10、第二爪夹，2-11、第二爪夹控制电机，2-12、第二爪夹零点对射开关，2-13、第一激光传感器，3-1、第二激光传感器，3-2、预览相机，3-3、预览光源，3-4、标签光源，3-5、X轴电机，3-6、X轴零点对射开关，3-7、Y轴电机，3-8、Y轴零点对射开关，3-9、Z轴电机，3-10、Z轴零点对射开关，4-1、明场光源，4-2、反射镜，4-3、聚光镜，4-4物镜，4-5、结像镜，4-6、管径及接口，4-7、扫描相机。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
实施例1
在该实施例中，公开了一种高通量数字切片扫描装置，如图1-图12所示，包括：片仓1、进出片模组2、扫描机械运动系统3、显微光学部分4和控制系统5。
片仓1上设置多个容纳片盒的空间，片盒1-1放置于该空间内。在具体实施时，片仓1中可以容纳9组片盒1-1，每个片盒1-1能装载20个切片。
在片仓1上还设置了接近开关1-2，通过接近开关1-2检测片仓1中的片盒1-1是否存在。
进出片模组2包括A轴运动模组2-1、B轴运动模组2-3、C轴运动模组2-5和爪夹组件，爪夹组件与B轴运动模组2-3滑动连接，滑动方向为沿竖直方向，B轴运动模组2-3与A轴运动模组2-1滑动连接，滑动方向为沿第一水平方向，A轴运动模组2-1与C轴运动模组2-5滑动连接，滑动方向为沿第二水平方向，第一水平方向与第二水平方向在水平面内垂直，竖直方向与第一水平方向、第二水平方向均垂直。
在具体实施时，C轴运动模组2-5包括C轴底座，在C轴底座上设置C轴导轨，在C轴导轨上设置能沿C轴导轨移动的C滑块，C滑块与C轴丝杆螺纹连接，C轴丝杆与C轴电机的输出轴连接，当C轴电机的输出轴旋转时，C轴丝杆旋转带动C滑块沿C轴导轨移动，A轴运动模组2-1与C滑块连接，通过C滑块移动，带动A轴运动模组沿第二水平方向移动。
为保证A轴运动模组2-1的平衡，C轴运动模组2-5数量为两个，两个C轴运动模组2-5分别位于A轴运动模组2-1的两端。
A轴运动模组2-1包括A轴底座，A轴底座与C滑块连接，在A轴底座上设置A轴导轨，在A轴导轨上设置能沿A轴导轨移动的A滑块，A滑块与A轴丝杆螺纹连接，A轴丝杆与A轴电机的输出轴连接，当A轴电机的输出轴旋转时，A轴丝杆旋转带动A滑块沿A轴导轨移动，将B轴运动模组2-3与A滑块连接，通过A滑块移动，带动B轴运动模组沿第一水平方向移动。
B轴运动模组2-3包括B轴底座，B轴底座与A滑块连接，在B轴底座上设置B轴导轨，在B轴导轨上设置能沿B轴导轨移动的B滑块，B滑块与B轴丝杆螺纹连接，B轴丝杆与B轴电机的输出轴连接，当B轴电机的输出轴旋转时，B轴丝杆旋转带动B滑块沿B轴导轨移动，爪夹组件与B滑块连接，当B滑块移动时，带动爪夹组件沿竖直方向移动。
此外，为了对A轴运动模组2-1、B轴运动模组2-3和C轴运动模组2-5的运动起始位置进行定位，分别设置了A轴零点对射开关2-2、B轴零点对射开关2-4和C轴零点对射开关2-6。
在具体实施时，可以将A轴零点对射开关2-2设置在B轴运动模组2-3的B轴底座上，将B轴零点对射开关2-4设置在A轴运动模组2-1的A轴底座上，将C轴零点对射开关2-6设置在C轴运动模组2-5的C轴底座上。
爪夹组件包括第一爪夹2-7、第二爪夹2-10和第一激光传感器2-13。
第一爪夹2-7能够在第一爪夹控制电机2-8的带动下张开闭合，并设置第一爪夹零点对射开关2-9，对第一爪夹2-7的运动起始位置进行定位，该运动起始位置为第一爪夹控制电机2-8的零点位置。
第二爪夹2-10能够在第二爪夹控制电机2-11的带动下张开闭合，并设置第二爪夹零点对射开关2-12，对第二爪夹2-10的运动起始位置进行定位，该运动起始位置为第二爪夹控制电机2-11的零点位置。
在具体实施时，第一爪夹2-7包括两个爪夹主体和G轴运动模组，G轴运动模组包括G轴底座，在G轴底座上设置G轴导轨，在G轴导轨上设置能沿G轴导轨移动的G滑块，G滑块与G轴丝杆螺纹连接，G轴丝杆与第一爪夹控制电机2-8的输出轴连接，当第一爪夹控制电机2-8的输出轴旋转时，G轴丝杆旋转带动G滑块沿G轴导轨移动，其中一个爪夹主体固定于G滑块上，另一个爪夹主体固定于G轴底座上，通过G滑块移动带动一个爪夹主体相对于另一个爪夹主体的移动，从而实现第一爪夹2-7的张开闭合。
第二爪夹2-10包括两个爪夹主体和H轴运动模组，H轴运动模组包括H轴底座，在H轴底座上设置H轴导轨，在H轴导轨上设置能沿H轴导轨移动的H滑块，H滑块与H轴丝杆螺纹连接，H轴丝杆与第二爪夹控制电机2-11的输出轴连接，当第二爪夹控制电机2-11的输出轴旋转时，H轴丝杆旋转带动H滑块沿H轴导轨移动，其中一个爪夹主体固定于H滑块上，另一个爪夹主体固定于H轴底座上，通过H滑块移动带动一个爪夹主体相对于另一个爪夹主体的移动，从而实现第二爪夹2-10的张开闭合。
第一激光传感器2-13用于检测片盒1-1中是否存在切片。
扫描系统包括扫描机械运动系统3和显微光学部分4。
扫描机械运动系统3包括滑台台面、X轴运动模组、Y轴运动模组和Z轴运动模组；滑台台面与Z轴运动模组滑动连接，滑动方向为沿Z轴方向，Y轴运动模组与X轴运动模组滑动连接，滑动方向为沿X轴方向，Z轴运动模组与Y轴运动模组滑动连接，滑动方向为沿Y轴方向。
在具体实施时，X轴运动模组包括X轴底座，在X轴底座上设置X轴导轨，在X轴导轨上设置能沿X轴导轨移动的X滑块，X滑块与X轴丝杆螺纹连接，X轴丝杆与X轴电机3-5的输出轴连接，当X轴电机3-5的输出轴旋转时，X轴丝杆旋转带动X滑块沿X轴导轨移动，Y轴运动模组与X滑块连接，通过X滑块移动，带动Y轴运动模组沿X轴方向移动。
Y轴运动模组包括Y轴底座，Y轴底座与X滑块连接，在Y轴底座上设置Y轴导轨，在Y轴导轨上设置能沿Y轴导轨移动的Y滑块，Y滑块与Y轴丝杆螺纹连接，Y轴丝杆与Y轴电机3-7的输出轴连接，当Y轴电机3-7的输出轴旋转时，Y轴丝杆旋转带动Y滑块沿Y轴导轨移动，Z轴运动模组与Y滑块连接，通过Y滑块移动，带动Z轴运动模组沿Y轴方向移动。
Z轴运动模组包括Z轴底座，Z轴底座与Y滑块连接，在Z轴底座上设置Z轴导轨，在Z轴导轨上设置能沿Z轴导轨移动的Z滑块，Z滑块与Z轴丝杆螺纹连接，Z轴丝杆与Z轴电机3-9的输出轴连接，当Z轴电机3-9的输出轴旋转时，Z轴丝杆旋转带动Z滑块沿Z轴导轨移动，滑台台面与Z滑块连接，通过Z滑块移动，带动滑台台面沿Z轴方向移动。
此外，为了对X轴运动模组、Y轴运动模组和Z轴运动模组的运动起始位置进行定位，分别设置了X轴零点对射开关3-6、Y轴零点对射开关3-8和Z轴零点对射开关3-10。
在具体实施时，可以将X轴零点对射开关3-6设置在X轴运动模组的X轴底座上，将Y轴零点对射开关3-8设置在Y轴底座上，将Z轴零点对射开关3-10设置在Z轴底座上。
X轴运动模组、Y轴运动模组和Z轴运动模组的运动起始位置分别为X轴电机、Y轴电机和Z轴电机的零点位置。
将切片放置于滑台台面上，由扫描系统进行扫描。
此外，还设置了用于检测滑台台面上切片是否放置到位的第二激光传感器3-1。
显微光学部分4包括扫描相机4-7、结像镜4-5、物镜4-4、聚光镜4-3、反射镜4-2和明场光源4-1，扫描相机4-7、结像镜4-5、物镜4-4和聚光镜4-3依次连接，明场光源4-1为扫描相机4-7扫描切片时提供光线照射，该光线照射在滑台台面上的切片后，经反射镜4-2的反射，后由聚光镜4-3进行平行光聚焦，产生高亮度的平行光，该平行光依次通过物镜4-4、结像镜4-5和扫描相机4-7，通过物镜4-4对切片上的标本进行放大，通过结像镜4-5将物镜4-4处理后的光线进行平行处理，使光线更加均匀，有效调控可见光的波长焦点，通过扫描相机4-7采集物镜4-4放大的标本的图像，获得数字化切片，反射镜4-2优选为45度镜。
扫描相机4-7通过管径及接口4-6与结像镜4-5连接，对图像进行缩放、矫正和补偿。
此外，还设置了预览相机3-2，在扫描相机对切片进行扫描前，通过预览相机3-2对切片上的组织区域和标签区域进行预览，形成切片的预览导航图。
为了保证预览导航图的清晰，还设置了预览光源3-3和标签光源3-4，通过预览光源3-3为预览相机3-2对切片的组织区域进行预览时，提供光源，通过标签光源为预览相机3-2对切片的标签区域进行预览时，提供光源。
控制系统5与A轴运动模组2-1、A轴零点对射开关2-2、B轴运动模组2-3、B轴零点对射开关2-4、C轴运动模组2-5、2-6、C轴对射开关2-6、第一爪夹控制电机2-8、第一爪夹零点对射开关2-9、第二爪夹控制电机2-11、第二爪夹零点对射开关2-12、第一激光传感器2-13、第二激光传感器3-1、预览相机3-2、X轴电机3-5、X轴零点对射开关3-6、Y轴电机3-7、Y轴零点对射开关3-8、Z轴电机3-9、Z轴零点对射开关3-10、扫描相机4-7连接。
控制系统5包括控制器和全自动扫描系统，其中，控制器用于控制各电机运动，并记录各电机归零以后所在的绝对步数；控制各电机归零时，相对应的零点对射开关的状态；将各运动模组恢复至初始位置时，将相对应的电机的绝对步数设置为0；在聚焦过程中移动X、Y、Z轴运动模组并发送相机触发信号；在扫描过程移动X、Y、Z轴运动模组并发送相机触发信号；读取各零点对射开关、激光传感器的状态。
全自动扫描系统用于控制各运动模组归位至初始位置，控制扫描机械运动系统运动将滑台台面运动至进出片位置，控制进出片模组运动将片仓中的切片运送至扫描机械运动系统的滑台台面，控制扫描机械运动系统运动将滑台台面上的切片运送至预览相机3-2处进行预览，获得切片预览图，根据切片预览图确定聚焦视野列表，根据聚焦视野列表驱动X、Y、Z轴运动模组运动，确定扫描视野并使滑台上的切片能够在扫描相机的扫描视野中聚焦，在扫描视野下通过扫描相机对切片进行扫描，获得全信息数字切片图，如图13-图21所示，具体为：
S1：控制各运动模组归位至初始位置。
为了保证设备不被撞，限定各运动模组的归位顺序为：C轴运动模组、A轴运动模组、B轴运动模组、G轴运动模组、H轴运动模组、Z轴运动模组、X轴运动模组和Y轴运动模组。
每个运动模组的归位步骤相同，包括：
步骤1.1当前选中的运动模组，如果开始时对应的零点对射开关被遮挡，转到步骤1.2；如果开始时对应的零点对射开关未被遮挡，转到步骤1.3
步骤1.2 将该运动模组的电机顺时针旋转，并同时判断该运动模组对应的零点对射开关状态，直到该零点对射开关未被遮挡为止；然后转到步骤1.4；
步骤1.3 将该运动模组的电机逆时针旋转，并同时判断该运动模组对应的零点对射开关状态，直到该零点对射开关被遮挡为止；转到步骤1.2；
步骤1.4 将该运动模组的电机逆时针旋转，并同时判断该运动模组对应的零点对射开关状态，直到该零点对射开关被遮挡为止；电机归位成功；转到步骤1.5；
步骤1.5 所有电机是否归零，如果全部归零，转至S2；否则选择下一个电机，转到步骤1.1。
S2：控制扫描机械运动系统运动将滑台台面运动至进出片位置。
通过控制X轴运动模组、Y轴运动模组运动，从而将滑台台面移动至进出片位置处。
在具体实施时，滑台台面的进出片位置为（20000，109000）。
S3：控制进出片模组运动将片仓中的切片运送至扫描机械运动系统的滑台台面。包括：
查询切片盒和切片的编号，及切片对应的B轴运动模组的位置，将切片盒、切片编号及对应的B轴运动模组的位置存入列表框（listExistedBox）中，对第一爪夹中是否存在切片进行判断，当判断不存在切片时，对切片i进行抓取，此时，通过切片i的编号计算切片所在的切片盒，进而确定将切片i取出和放回的位置，控制A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组运动至取出位置，控制第一爪夹对切片i进行抓取；判断扫描机械运动系统的滑台台面上是否存在切片，当不存在切片时，控制A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组运动至第一爪夹到达扫描进片位置处，控制第一爪夹将切片放置滑台台面上，如果滑台台面上存在切片，控制扫描机械运动系统运动，至滑台台面处理出片位置，控制A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组运动至第二爪夹能够将切片从滑台台面上取出位置处，通过第二爪夹对滑台台面上切片进行抓取，控制第一爪夹将切片放置滑台台面上。
具体为：
步骤3.1查询存在的切片盒；计算机扫描系统向控制器发送查询切片盒是否存在的指令；等待控制器返回存在的切片盒的编号，存入listExistedBox，转到步骤3.2；其中，切片盒编号规定为从左到右、从上到下依次编排为：1-9号。
在具体实施时，存在的切片盒的编号为2、3，将2、3存入listExistedBox（2,3）中。
步骤3.2：根据预先设置的切片盒查询切片位置，进行每盒切片的查询，每盒20个，依次编号为1-180，并将所有的存在的切片编号、B轴运动模组的位置positionLaserB，存入列表名单（listExistedSlide）中；转到步骤3.3，其中，每个切片盒中所有的切片对应的A、C轴运动模组位置都一致。
在具体实施时，listExistedSlide存储有编号21，B轴：10350；编号22,B轴：11420；编号45，B轴：14620；编号46，B轴：15690。
步骤3.3：抓取切片进行自动扫描。
在具体实施时，通过scanSlide存储扫描装置中存在的切片编号，通过claw1存储第一爪夹夹取的切片编号，通过claw2存储第二爪夹夹取的切片编号，当scanSlide=-1,claw1=-1,claw2=-1代表扫描装置中、第一爪夹、第二爪夹中没有切片。
步骤3.4根据listExistedSlide中的第i个切片的切片编号S，确定S切片所在的切片盒B=S/20+1；得到切片盒B所在的A、C轴运动模组的位置positionA、positionC，并确定将S切片从切片盒B取出和放回的A、B、C轴运动模组的位置，转到步骤3.5。
其中切片取出时的位置为：
outputA=positionA,outputB=positionLaserB-positionClaw1，outputC=positionC；
outputA为取出时A轴运动模组所在位置，outputB为取出时B轴运动模组所在位置，outputC为取出时C轴运动模组所在位置，positionClaw1为第一爪夹与第一激光传感器之间的距离。
切片放回时的位置为：
inputA=positionA, inputB=positionLaserB-positionClaw2；inputC=positionC。
其中，inputA为放回时A轴运动模组所在位置，inputB为放回时B轴运动模组所在位置，inputC为放回时C轴运动模组所在位置，positionClaw2为第二爪夹与第一激光传感器之间的距离。
在具体实施时，positionA=68550、positionC=33350，outputA=position A =68550，outputB=positionLaserB-positionClaw1=10350-2480=7870，outputC=positionC=33350；inputA=positionA=68550，inputB=positionLaserB-positionClaw2=10350-4850=5500，inputC=positionC=33350。
步骤3.5将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至出片位置outputA、outputB、outputC处，将切片S切片盒中夹出，此时claw1=S，转到步骤3.6；
在具体实施时，S=21，outputA=68550、outputB=7870、outputC=33350从切片盒中夹出claw1=21。
步骤3.6 循环延时判断，扫描装置是否在进出片位置；扫描装置到达扫描装置进出片位置后，判断scanSlide是否为-1；如果为-1，转到步骤3.7；如果不为-1，为编号M，则转到步骤3.8；
步骤3.7将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至scanInputA、scanInputB、scanInputC处，利用夹爪1将切片放入到扫描机械运动系统的滑台台面中，此时，scanSlide=S,claw1=-1；转到步骤4.1和步骤3.9。
在具体实施时，将切片21根据位置scanInputA= 7000、scanInputB= 88350、scanInputC= 31300利用第一夹爪将切片放入到扫描机械运动系统的滑台台面中，scanSlide=21,claw1=-1；转到步骤4.1和步骤3.9；
步骤3.8将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至scanOutputA、scanOutputB、scanOutputC位置处，利用第二夹爪将切片M从滑台台面中夹出，此时，scanSlide=-1,claw2=M，转到步骤3.7；
步骤3.9 如果claw2不等于-1，将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至inputA、inputB、inputC位置处，将第二夹爪中切片放入到切片盒中，此时，claw2=-1，转到3.10；如果claw2等于-1，直接转到3.10；
步骤3.10 i++；如果i大于listExistedSlide中存储的切片编号的数量，转到3.11；否则转到3.4；
步骤3.11当最后一张切片放入扫描机械运动系统中，并扫描完成后，将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至scanOutputA、scanOutputB、scanOutputC位置处，用第二爪夹将切片从滑台台面中夹出，并将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至最后一张切片的inputA、inputB、inputC位置处，放入到切片盒中，claw2=-1；转到步骤5.5；
在具体实施时，由步骤3.10转至步骤3.4后，步骤3.4得到listExistedSlide中的第2个切片，根据切片编号S=22，得到S所在的切片切片盒B=22/20+1=2；得到切片盒B所在的A、C轴运动模组的位置positionA=68550、positionC=33350，产生切片S从切片盒取出和放回的A、B、C轴运动模组的位置：outputA=positionA=68550,outputB=positionLaserB-positionClaw1=11420-2480=8940，positionClaw1=2480，outputC=positionC=33350；inputA=positionA=68550，inputB=positionLaserB-positionClaw2=11420-4850=6570，positionClaw2=4850，inputC=positionC=33350；转到步骤3.5；
步骤3.5将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至outputA=68550、outputB=8940、outputC=33350，将切片22从切片盒中夹出，此时claw1=22；转到步骤3.6；
步骤3.6 每次延时500毫秒，循环延时判断，滑台台面是否在进出片位置；滑台台面到达进出片位置后，如果scanSlide=21；则转到步骤3.7；
步骤3.7将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至scanOutputA=7000、scanOutputB =81500、scanOutputC =31600，利用第二夹爪从将切片21滑台台面中夹出，claw2=21，转到步骤3.8；
步骤3.8将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至scanInputA=7000、scanInputB= 88350、scanInputC= 31300，将切片22放入到滑台台面中，scanSlide=22,claw1=-1；转到步骤4.1和步骤3.9；
步骤3.9 如果claw2=21，将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至inputA=68550、inputB=5500、inputC=33350将切片21放入到切片盒中，claw2=-1，转到3.10；
步骤3.10 i++=3；如果i小于listExistedSlide的数量，转到步骤3.4；循环整个过程，将切片45扫描完成，放入切片46进行扫描；转到步骤3.11.
步骤3.11 等待最后一张切片完成，将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至scanOutputA=7000、scanOutputB =81500、scanOutputC =31600利用第二夹爪将切片46从滑台台面上夹出，将A轴运动模组、B轴运动模组和C轴运动模组分别运动至inputA= 86200、inputB=15690-4850=10840、inputC= 33350，将切片放入到切片盒中，claw2=-1；转到步骤5.5。
S4：控制扫描机械运动系统运动将滑台台面上的切片运送至预览相机3-2处进行预览，获得切片预览图和标签图。包括：
步骤4.1 打开预览光源；由于预览相机拍摄画面有限，需要三幅图合成一张预览图，控制X、Y轴运动模组运动使滑台台面移动到产生第一幅预览图的位置，控制预览相机拍照产生第一幅预览图；再控制X、Y轴运动模组运动使滑台台面移动到产生第二幅预览图的位置，拍照产生第二幅预览图；再控制X、Y轴运动模组运动使滑台台面移动到产生第三幅预览图的位置，拍照产生第三幅预览图；将第一幅预览图、第二幅预览图和第三幅预览图合并产生切片预览图，如图18所示；转到步骤4.2；
步骤4.2 打开标签光源；控制X、Y轴运动模组运动使滑台台面移动到产生标签的位置，通过预览相机拍照产生标签图；转到S5。
S5：根据切片预览图确定扫描的样本区域，进而确定扫描视野及扫描视野中的聚焦视野列表，根据聚焦视野列表驱动X、Y、Z轴运动模组运动，确定扫描视野，并使滑台台面上的切片能够在扫描相机的扫描视野中聚焦，在扫描视野下通过扫描相机对切片进行扫描，获得全信息数字切片图。
具体为：
步骤5.1：根据切片预览图和扫描相机的扫描区域，对应得到扫描相机的扫描视野listView，如图19所示；从扫描视野中得到聚焦视野列表listFocus，如图20所示；转到步骤5.2；
步骤5.2：根据聚焦视野列表驱动X、Y、Z轴运动模组运动使滑台台面上的切片能够在扫描相机的扫描视野中聚焦，并确定扫描视野，聚焦时，先粗聚焦再细聚焦，具体包括：
转到5.2.1；设定聚焦范围、粗聚焦间隔和细聚焦间隔。
聚焦范围为Z轴运动模组的移动范围，将聚焦范围[ZMin,ZMax]发送给控制器，将粗聚焦间隔RudeFocusInterval发送给控制器，将细聚焦间隔SmoothFocusInterval发送给控制器；转到步骤5.2.1；
在具体实施时，[ZMin,ZMax]= [2800,4800]，RudeFocusInterval=50，SmoothFocusInterval=2。
步骤5.2.1根据listFocus中第m个聚焦视野FocusView，控制X、Y轴运动模组移动滑台台面到FocusView处；发送粗聚焦触发指令；转到步骤5.2.2；
在具体实施时，FocusView为（21737,26280）。
步骤5.2.2 控制器控制Z轴运动模组从ZMin开始，按照粗聚焦间隔RudeFocusInterval来移动，到ZMax为止，每移动一个间隔发送一个相机采图的外触发指令，获得相机图片，转至步骤5.2.3；
在具体实施时，控制Z轴运动模组从2800位置开始，按照粗聚焦间隔RudeFocusInterval来移动，到4800位置为止。
步骤5.2.3判断相机图片的清晰度，并记录相机图片所在的Z轴运动模组的位置；找出此组中清晰度最大时，Z轴运动模组所在的位置RudeFocusStep，完成粗聚焦；转到步骤5.2.4；
在具体实施时，清晰度最大相机图片对应的Z轴运动模组所在的位置RudeFocusStep=3600。
步骤5.2.4 将Z轴运动模组的移动范围设置为：RudeFocusStep-RudeFocusInterval到RudeFocusStep+RudeFocusInterval，控制Z轴运动模组在设置的移动范围内移动，每移动一个细聚焦间隔，通过扫描相机获取一张扫描图像；转到步骤5.2.5；
在具体实施时，Z轴运动模组的移动范围为（3550,3650）。
步骤5.2.5 对步骤5.2.4获得的扫描图片的清晰度进行判断，并记录扫描图片所在的Z轴运动模组位置；找出此组中图片清晰度最大时，Z轴运动模组所在的位置SmoothFocusStep；聚焦视野FocusView的聚焦值为SmoothFocusStep，完成细聚焦，转到步骤5.2.6；
在具体实施时，清晰度最大的图片对应的Z轴运动模组所在的位置SmoothFocusStep=3584；FocusView的聚焦值为SmoothFocusStep=3584。
步骤5.2.6 m++；如果m大于聚焦视野列表listFocus的数量，转到步骤5.2.7；否则，转到步骤5.2.1；
步骤5.2.7 将聚焦视野列表listFocus中的视野聚焦中按照距离最近扩散到扫描视野listView中，确定扫描视野；转到步骤5.3.1；
步骤5.3：在扫描视野下通过扫描相机对切片进行扫描，获得全信息数字切片图，具体为：扫描相机对切片在每一个视野坐标下进行扫描，获得多个视野坐标扫描图片，将视野坐标扫描图片进行拼接获得全信息数字切片图。包括：
步骤5.3.1：从listView中第n列的所有视野坐标，控制X轴、Y轴、Z轴运动模组移动，使得滑台台面上切片到达第n列的视野坐标处，控制扫描相机对切片进行扫描，获得视野坐标扫描图片；转到步骤5.3.2；
步骤5.3.2对图像进行配准、拼接、分割成瓦片图、保存到文件等操作；处理完一列后，转到步骤5.3.3；
步骤5.3.3 n++；n大于listView中扫描区域列的数量，转到步骤5.4；否则转到步骤5.3.1。
在具体实施时，步骤5.3.1：从listView中第1列的所有视野坐标，控制X轴、Y轴、Z轴运动模组移动，使得滑台台面上切片到达第1列的视野坐标处，控制扫描相机对切片进行扫描，获得视野坐标扫描图片；转到步骤5.3.2；
步骤5.3.2对图像进行配准、拼接、分割成瓦片图、保存到文件等操作；处理完一列后，转到步骤5.3.3；
步骤5.3.3 n++；当n小于listView中扫描区域列的数量，转到转到步骤5.3.1，按照上述过程把其余的列，总共30列电机坐标发送给控制器，当n大于listView中扫描区域列的数量时，转到步骤5.4。
步骤5.4：控制X、Y轴运动模组运动，使滑台台面运动到进出片位置；转到步骤3.7；
步骤5.5：整个扫描过程结束，获得如图21所示的全信息数字切片图。
本实施例公开的一种高通量数字切片扫描装置能检查片仓中是否存在片盒及切片，并能将使抓取放回和扫描协同工作，提高了控制精度和切片扫描的效率。
实施例2
在该实施例中，公开了实施例1公开的一种高通量数字切片扫描装置的扫描方法，包括：
控制各运动模组归位至初始位置；
控制扫描机械运动系统运动，将滑台台面运动至进出片位置；
控制进出片模组运动，将片仓中的切片运送至扫描机械运动系统的滑台台面上；
控制扫描机械运动系统运动，将滑台台面上的切片运送至预览相机处进行预览获得切片预览图；
根据切片预览图确定聚焦视野列表，根据聚焦视野列表驱动X、Y、Z轴运动模组运动，确定扫描视野并使滑台上的切片能够在扫描相机的扫描视野中聚焦，在扫描视野下通过扫描相机对切片进行扫描，获得全信息数字切片图。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高通量数字切片扫描装置，其特征在于，包括片仓、进出片模组、扫描机械运动系统、显微光学部分和控制系统；片仓上设置多个容纳片盒的空间；进出片模组包括A轴运动模组、B轴运动模组、C轴运动模组和爪夹组件，爪夹组件与B轴运动模组滑动连接，滑动方向为竖直方向，B轴运动模组与A轴运动模组滑动连接，滑动方向为第一水平方向，A轴运动模组与C轴运动模组滑动连接，滑动方向为第二水平方向；扫描机械运动系统包括滑台台面、X轴运动模组、Y轴运动模组和Z轴运动模组；滑台台面与Z轴运动模组滑动连接，滑动方向为Z轴方向，Y轴运动模组与X轴运动模组滑动连接，滑动方向为X轴方向，Z轴运动模组与Y轴运动模组滑动连接，滑动方向为Y轴方向；显微光学部分包括扫描相机和预览相机；A轴运动模组、B轴运动模组、C轴运动模组、爪夹组件、X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组、扫描相机和预览相机均与控制系统连接；爪夹组件包括第一爪夹和第二爪夹，第一爪夹用于将切片从片仓取出后放入到滑台台面上，第二爪夹用于将滑台台面上的切片夹出，当将片仓中的切片运至滑台台面时，通过第一爪夹将切片从片仓中取出，如果滑台台面上存在切片，则控制扫描机械运动系统运动，至滑台台面进出片位置处，通过第二爪夹对滑台台面上切片进行抓取，控制第一爪夹将切片放置滑台台面上；控制系统控制扫描机械运动系统运动，将滑台台面上的切片运送至预览相机处进行预览，获得切片预览图，根据切片预览图确定聚焦视野列表，根据聚焦视野列表驱动X、Y、Z轴运动模组运动，确定扫描视野并使滑台上的切片能够在扫描相机的扫描视野中聚焦，在扫描视野下通过扫描相机对切片进行扫描，获得全信息数字切片图，聚焦时，先粗聚焦再细聚焦，具体的：设定聚焦范围[ZMin,ZMax]、粗聚焦间隔RudeFocusInterval和细聚焦间隔；根据聚焦视野列表中第m个聚焦视野FocusView，控制X、Y轴运动模组移动滑台台面到FocusView处；控制器控制Z轴运动模组从ZMin开始，按照粗聚焦间隔来移动，到ZMax为止，每移动一个间隔发送一个相机采图的外触发指令，获得相机图片；判断相机图片的清晰度，并记录相机图片所在的Z轴运动模组的位置；找出此组中清晰度最大时，Z轴运动模组所在的位置RudeFocusStep，完成粗聚焦；将Z轴运动模组的移动范围设置为：RudeFocusStep-RudeFocusInterval到RudeFocusStep+RudeFocusInterval，控制Z轴运动模组在设置的移动范围内移动，每移动一个细聚焦间隔，通过扫描相机获取一张扫描图像；对获得的扫描图像的清晰度进行判断，并记录扫描图像所在的Z轴运动模组位置；找出此组中图像清晰度最大时，Z轴运动模组所在的位置SmoothFocusStep，完成细聚焦。
2.如权利要求1所述的一种高通量数字切片扫描装置，其特征在于，第一水平方向和第二水平方向在水平面上垂直。
3.如权利要求1所述的一种高通量数字切片扫描装置，其特征在于，片仓上还设置了接近开关。
4.如权利要求1所述的一种高通量数字切片扫描装置，其特征在于，还设置了A轴零点对射开关、B轴零点对射开关、C轴零点对射开关、X轴零点对射开关、Y轴零点对射开关和Z轴零点对射开关，分别用于对A轴运动模组、B轴运动模组、C轴运动模组、X轴运动模组、Y轴运动模组和Z轴运动模组的运动起始位置进行定位。
5.如权利要求1所述的一种高通量数字切片扫描装置，其特征在于，还设置了第一激光传感器和第二激光传感器，第一激光传感器用于对片盒中是否存在切片进行检测，第二激光传感器用于检测滑台台面上切片是否放置到位。
6.如权利要求1所述的一种高通量数字切片扫描装置，其特征在于，爪夹组件包括第一爪夹和第二爪夹，第一爪夹和第二爪夹均能张开闭合。
7.如权利要求1所述的一种高通量数字切片扫描装置，其特征在于，显微光学部分包括预览相机、扫描相机、结像镜、物镜、聚光镜、反射镜和明场光源，扫描相机、结像镜、物镜和聚光镜依次连接，明场光源的光线能够照射在切片上，光线照射在切片后，能够经反射镜反射至聚光镜中。
8.如权利要求1所述的一种高通量数字切片扫描装置，其特征在于，显微光学部分还预览光源和标签光源。
9.如权利要求1所述的一种高通量数字切片扫描装置，其特征在于，控制系统用于控制各运动模组归位至初始位置。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种高通量数字切片扫描装置的扫描方法，其特征在于，包括：
控制各运动模组归位至初始位置；
控制扫描机械运动系统运动，将滑台台面运动至进出片位置；
控制进出片模组运动，将片仓中的切片运送至扫描机械运动系统的滑台台面上；
控制扫描机械运动系统运动，将滑台台面上的切片运送至预览相机处进行预览获得切片预览图；
根据切片预览图确定聚焦视野列表，根据聚焦视野列表驱动X、Y、Z轴运动模组运动，确定扫描视野并使滑台上的切片能够在扫描相机的扫描视野中聚焦，在扫描视野下通过扫描相机对切片进行扫描，获得全信息数字切片图。
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