CN200952996Y - 自适应切片扫描系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自适应切片扫描系统，包含有机架，成像系统，信息提取装置，X轴传动组合，Y轴传动组合，Z轴传动组合，切片盒传动组合，其特征在于：所述的Y轴传动组合置于机架(3)上，X轴传动组合在Y轴传动组合的上方，Z轴传动组合在X轴传动组合上方，成像系统置于机架(3)的中后部，左右分别放置，信息提取系统和切片盒传动组合。通过以上设置，可以实现各种切片的全自动高精度扫描管理，用户只需要人工将需要扫描的切片放置到切片架上，就可以全自动地实现切片的取出、定位、ID识别、对焦、扫描、存储等一系列功能，极大地提高了切片处理的效率。

Description

自适应切片扫描系统

一.技术领域

本实用新型涉及到对样本或切片进行微观自动扫描和检测等领域，具体地说，本实用新型涉及到应用于生物，遗传，药检，商检，病理等领域的自动扫描和检测设备和仪器：具有自动样本或切片的传送和定位，对样本或切片进行自适应扫描和检测，尤其是一种自适应切片扫描系统。

二.背景技术

传统的基于切片的检测，研究，诊断等活动基本上都是通过将切片放在显微镜的载物台上，通过人为的干预去选择不同的放大倍数，去寻找和搜索目标等。这样做需要用户具有较高的操作水平和实际相关知识，并且一次只能观察到一个局部的区域。

随着计算机技术的发展，在显微镜上安装一台数字相机，将从相机上采集的图像接到图像显示设备上，并且可以将单幅图像进行文件存贮，这在一定程度上解决了传统显微镜的一些困难，但是随着需求的日益变化，这种方式的低效率问题已经成为制约相关领域技术发展的瓶颈。

三.实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自适应切片扫描系统，它成功地解决以下技术问题：

1、对扫描/检测目标进行自动搜索

2、对扫描/检测目标的焦平面变化进行高速自适应跟踪

3、对切片实现各种放大倍数的图像复原

4、对各种焦平面的图像进行自动融合和拼接

5、无间断批处理大量切片

6、对扫描/检测目标的颜色/灰度变化进行光源的自适应调节

7、切片ID信息读取和自动管理

8、根据切片信息进行自动颜色校正和白平衡调节

本实用新型的技术方案是：

一种自适应切片扫描系统，包含有机架3，成像系统2，信息提取装置，X轴传动组合，Y轴传动组合，Z轴传动组合，切片盒传动组合。其特征在于：所述的Y轴传动组合置于机架3上，X轴传动组合在Y轴传动组合的上方，Z轴传动组合在X轴传动组合上方，成像系统置于机架3的中后部，左右分别放置，信息提取系统和切片盒传动组合。

所述的Y轴传动组合为两个，且通过导轨平台10左右连接在机架3上，其中至少一个传动组合由导轨9及丝杠12组成，丝杠12置于导轨9内，Y轴传动组合由高精度电机驱动。

所述的X轴传动组合由导轨11及丝杠14组成，丝杠14置于导轨11内，其与Y轴传动组合传动连接，X轴传动组合由高精度电机驱动。

所述的Z轴传动组合由切片托架5，托架丝杠15和升降丝杠13组成，托架丝杠15上连有轴承套17，其由轴承支架7固定，升降丝杠13与X轴传动组合传动相连，Z轴传动组合由高精度电机驱动。

所述的Z轴传动组合一侧还连有传动装置以及与用于传动控制的装置CB。

所述的切片托架上装有真空吸管16。

所述的切片盒传动组合由切片盒支架20固定在机架3上，切片盒支架20连接切片盒导轨23，切片盒4通过切片盒滑块在切片盒导轨23上上下滑动，切片盒传动组合由电机驱动。

所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：X轴传动组合和Y轴传动组合可以互换。

所述的成像系统由物镜镜头2A，显微镜2B组成，其上还装有高精度数字相机80，或模拟相机。

所述的信息提取装置为数字相机81或模拟相机，其上还装有背光照明装置41。

所述的一种自适应切片扫描系统还包括外壳1，用于系统控制的电脑93，用于实时显示的显示设备92，用于电机控制的驱动设备94，用于形成真空的空气泵95以及用于自动调节光源的控制设备96。

本实用新型的有益效果是可以实现各种切片的全自动高精度扫描管理。用户只需要人工将需要扫描的切片放置到切片架上，就可以全自动地实现切片的取出、定位、ID识别、对焦、扫描、存储等一系列功能，极大地提高了切片处理的效率。

四.附图说明

图1为本实用新型系统的三维立体视图。

图2-4为本实用新型系统实用新型的工作流程图。

图5为本实用新型系统实用新型的俯视图。

图6为本实用新型系统实用新型的正视图。

图7为本实用新型系统实用新型的俯视切面图。

图8为本实用新型系统实用新型的配套设备。

1-外壳；2-成像系统；3-机架；4-切片盒；5-切片托架；6-切片盒切换传动组合；7-轴承支架；8-Y轴丝杠(右端)；9-Y轴导轨；10-Y轴导轨平台；17-轴承套；11-X轴导轨；12-Y轴丝杠(左端)；13-升降丝杠；14-X轴丝杠；15-托架丝杠；16-真空气管；20-切片盒支架；21-切片盒滑块；23-切片盒导轨；2A-物镜镜头；2B-显微镜头；L-传动装置；T、CB-传动控制；41-背光照明装置；80-高精度数字相机；81-数字相机；85-驱动电机；90-切片；92-电脑显示设备；93-电脑主机；94-电机驱动设备；95-空气压缩泵；96-光源控制设备

五.具体实施方案

本实用新型采用的装置用于存放切片的切片架是两组可转动的切片架，计算机控制系统为HP的双核高性能图像处理服务系统，操作系统为Windows XPProfessional版。

下面转向本实用新型的系统描述。图5-7为本系统实用新型的二维平面图。其主要设备如下：

●用于切片(X)方向移动的高精度电机，导轨和丝杠组合

●用于切片(Y)方向移动的高精度进电机，导轨和丝杠组合

●用于切片(Z)方向移动的高精度电机，和丝杠组合

●用于切片盒上下移动的电机，导轨和丝杠组合

●用于切片盒切换的电机及传动组合

●用于目标搜索的数字相机和光源

●用于扫描和检测的数字相机和光源

●用于扫描和检测的各种放大倍数的物镜

●用于装载多张切片的切片盒及支柱

●用于承载系统的机械平台

●用于系统控制的电脑

●用于实时显示的显示设备

●用于电机控制的驱动设备

●用于形成真空的空气泵

●用于自动调节光源的控制设备等

下面转向图2，对本实用新型工作流程做一个简单描述。并且参照图5-7对照标号了解该系统对应的元件名称。

准备切片(201)

在本实用新型系统工作之前，用户需要自己手动将需要扫描的切片放置到切片盒4上。切片盒可以取出，以方便用户放置切片。本系统支持的切片类型为标准切片HE，Immunity，ISH，Frozen。

为达到无间断连续扫描的目的，在系统正在扫描的过程中，用户也可以随时将当前切片盒背后的另外一组切片盒取出来放置切片。当系统扫描完成一组切片盒上的所有切片后，根据设定可以由切片盒切换传动组合6自动切换到另外一组切片盒上继续扫描。

自动扫描(202)

如果系统设定为全自动扫描，用户准备好所有待扫描切片后，就可以进行全自动扫描了，无需用户做任何干预。

为了让相关领域研究人员更好地了解切片全自动扫描的过程，下面转向图3，对本实用新型实例的全自动扫描流程做一个简单的描述。

切片取出(210)

根据当前扫描的切片编号，切片盒4在电机控制下向下移动一定距离，切片托架5在高精度电机控制下移动到切片盒对应的切片下方，然后打开空气压缩泵95，切片托架上方的缝隙中的空气被真空吸管16吸走，产生的气压差将切片牢牢地吸附在切片托架5上。然后切片托架5在电机控制下退出切片盒4。至此，切片被顺利取出。

切片信息提取(211)

切片被取出后，直接放置到相机81正下方的位置进行拍照，以提取宏观特征。通过特定的图像分析算法对相机81拍摄的图像进行分析可以反馈给光源控制系统96来调整背光强度，以便选取最好的光源来进行拍摄，从而可以得到可能的最好质量的图像。特定的算法可以计算出切片上可能存在目标的区域并加以标注。同时，还可以对切片上的一些信息，如文字、一维条码、二维条码等进行识别，并保存在系统对应的数据库中以供查询。

白平衡调节(212)

通过步骤211的分析，系统可以准确地计算出需要扫描的区域。为了使得最后拍摄的高精度图像的颜色比较真实，需要进行白平衡调节。在高精度电机的控制下，切片托架5首先移动到物镜2A的正下方，此时，系统采集相机80拍摄的高精度图像。通过特定的图像处理算法可以对拍摄的图像进行分析，进一步可以控制相机调节自身参数和照明，从而达到自动调节白平衡的目的。

自动对焦(213)

调节完白平衡后，系统根据步骤211的计算，在高精度电机的控制下，将切片托架5移到物镜2A下方某个位置，使得相机80可以拍摄到含有目标的区域。特定的图像处理算法通过拍摄的图像可以计算出系统对焦的程度，在高精度电机的控制下，切片托架5可以在垂直方向上上下移动，从而可以找到对象最佳的焦平面位置。

切片扫描(214)

系统根据步骤211的计算，可以精确定位所有包含目标的区域，从而进一步在高精度电机的控制下按照一定的顺序将切片精确定位到对应的位置，通过高精度相机80拍摄图像。

在切片扫描过程中，为达到非常高的扫描精度，还需要做一些工作。下面转向4，来看一下扫描过程中的流程。

颜色补偿(220)

在切片扫描的过程中，系统随时统计每幅扫描图片的目标信息和背景信息，并根据统计结果对光源和算法参数进行调整，从而可以达到最好的扫描效果。这样，即使因为某种原因，造成切片染色不均，也可以达到较好的扫描效果。

位置补偿(221)

用户一般希望扫描的图像是连续的，无缝的。但实际上在精度很高时，例如选择40倍的物镜时，连续两幅图像之间的距离不到1毫米，如果想精确到1个象素的距离，几乎是不可能完成的事情。因此在本系统实际应用时，两幅连续扫描的图像之间存在一定的重合面积，从而使得切片上的目标可以全部扫描出来。

图像融合(222)

实际上切片是有厚度的，即使是同一张切片，不同的地方需要对焦的平面也不一致。由于本系统具有自动对焦的功能，在垂直于焦平面的方向上可以移动，从而可以找到任何一幅图不同的焦平面。图像融合就是通过特定的算法将这些不同焦平面上的图像融合到一个平面上，这样就可以在一张图上看到不同焦平面上的清晰的图像。

图像拼接(223)

由步骤221可知，由于连续扫描的两幅图像存在部分重合面积，因此图像保存的时候需要进行图像拼接，精确地计算出两幅图像的重叠区域，并保存拼接后的图像数据。这样，在扫描完成浏览图像时就可以进行实时浏览了。

目标跟踪(224)

一般来说，连续两幅图像的焦平面位置差异不大，因此可以搜索很小的距离就可以找到最好的焦平面了。但如果跳过一大断空白区域后，可能焦平面的位置已经与上次对焦的位置相差很远，这时候就需要采用分级对焦的算法进行快速对焦，以尽快找到最好的焦平面位置。

由以上方案，整个扫描过程就可以全自动高精度地完成了。

Claims (11)

1.一种自适应切片扫描系统，包含有机架(3)，成像系统(2)，信息提取装置，X轴传动组合，Y轴传动组合，Z轴传动组合，切片盒传动组合，其特征在于：所述的Y轴传动组合置于机架(3)上，X轴传动组合在Y轴传动组合的上方，Z轴传动组合在X轴传动组合上方，成像系统置于机架(3)的中后部，左右分别放置，信息提取系统和切片盒传动组合。

2.根据权利要求1所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：所述的Y轴传动组合为两个，且通过导轨平台(10)左右连接在机架(3)上，其中至少一个传动组合由导轨(9)及丝杠(12)组成，丝杠(12)置于导轨(9)内，Y轴传动组合由高精度电机驱动。

3.根据权利要求2所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：所述的X轴传动组合由导轨(11)及丝杠(14)组成，丝杠(14)置于导轨(11)内，其与Y轴传动组合传动连接，X轴传动组合由高精度电机驱动。

4.根据权利要求3所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：所述的Z轴传动组合由切片托架(5)，托架丝杠(15)和升降丝杠(13)组成，托架丝杠(15)上连有轴承套(17)，其由轴承支架(7)固定，升降丝杠(13)与X轴传动组合传动相连，Z轴传动组合由高精度电机驱动。

5.根据权利要求4所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：所述的Z轴传动组合一侧还连有传动装置以及与用于传动控制的装置(CB)。

6.根据权利要求5所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：所述的切片托架上装有真空气管(16)。

7.根据权利要求1所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：所述的切片盒传动组合由切片盒支架(20)固定在机架(3)上，切片盒支架(20)连接切片盒导轨(23)，切片盒(4)通过切片盒滑块在切片盒导轨(23)上上下滑动，切片盒传动组合由电机驱动。

8.根据权利要求1所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：X轴传动组合和Y轴传动组合可以互换。

9.根据权利要求1所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：所述的成像系统由物镜镜头(2A)，显微镜头(2B)组成，其上还装有高精度数字相机(80)，或模拟相机。

10.根据权利要求1所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：所述的信息提取装置为数字相机(81)或模拟相机，其上还装有背光照明装置(41)。

11.根据权利要求6-9任一所述的自适应切片扫描系统，其特征在于：还包括外壳(1)，用于系统控制的电脑(93)，用于实时显示的显示设备(92)，用于电机控制的驱动设备(94)，用于形成真空的空气泵(95)以及用于自动调节光源的控制设备(96)。

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