RU2785199C1 - Способ сканирования цервикального препарата, подготовленного методом жидкостной цитологии - Google Patents
Способ сканирования цервикального препарата, подготовленного методом жидкостной цитологии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785199C1 RU2785199C1 RU2022104421A RU2022104421A RU2785199C1 RU 2785199 C1 RU2785199 C1 RU 2785199C1 RU 2022104421 A RU2022104421 A RU 2022104421A RU 2022104421 A RU2022104421 A RU 2022104421A RU 2785199 C1 RU2785199 C1 RU 2785199C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scanning
- view
- field
- queue
- smear
- Prior art date
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009595 pap smear Methods 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000004301 light adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к способам сканирования биологических препаратов. Технический результат заключается в повышении точности и скорости сканирования цервикального препарата, подготовленного методом жидкостной цитологии, за счет динамического изменения необходимого диапазона фокусировки в зависимости от толщины мазка. Способ включает цифровое сканирование мазка препарата с использованием микроскопа, оборудованного объективом и сканирующей камерой, причем предварительно задают начальные минимальные и максимальные величины глубины сканирования мазка и начальные минимальные и максимальные значения среднеквадратичного отклонения интенсивности текущего изображения от предыдущего, задают область сканирования и осуществляют фокусировку в трех опорных точках, равноудаленных от центра области сканирования, определив координаты указанных точек по осям X, Y, Z, строят усредненную плоскость , делят область сканирования на размер поля зрения объектива камеры, получив количество полей зрения, и формируют очередь полей. Столик с мазком перемещают на 2-е по очереди поле зрения на плоскости и сохраняют текущее изображение F0, далее вычисляют диапазон фокусировки для 1-го по очереди поля зрения. Затем столик перемещают в вычисленную позицию на оси Z в 1-м поле зрения и сохраняют текущее изображение Fj, после чего его перемещают вдоль вычисленного диапазона по оси Z, сохраняя наиболее четкие изображения, вычиcляют среднеквадратичное отклонение между изображениями F0 и Fj и строят график зависимости диапазона фокусировки от среднеквадратичного отклонения , после чего столик перемещают по вычисленному диапазону, сохраняя наиболее четкие изображения для формирования цифрового изображения. Указанный цикл повторяют при обработке оставшихся полей зрения в очереди. Очередь полей начинают с левого верхнего угла заданной области сканирования, затем - слева направо в нечетном ряду и справа налево - в четном. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Изобретение относится к областям медицины и вычислительной техники, а именно к способам сканирования биологических препаратов, и предназначено для автоматической фокусировки при работе с препаратами, имеющими неоднородную толщину, а также при смене препаратов при потоковом сканировании, а именно - для анализа цервикальных мазков, подготовленных методом жидкостной цитологии.
Цервикальные препараты, подготовленные методом жидкостной цитологии, в отличие от гистологических, имеют большую толщину, и для оценки микроскопического препарата требуется оценивать каждое поле зрения в нескольких плоскостях оси Z. Для этого устройства для оцифровки микроскопических мазков делают изображения на различных глубинах препаратов. Проблема заключается в том, что толщина препарата в конкретной точке неизвестна, поэтому приходится выставлять заранее большой диапазон фокуса и изменять его от препарата к препарату. Такой подход позволяет получить цифровое изображение большой резкости, но отличается большими временными затратами на подготовку и непосредственное сканирование препарата.
Известен способ оцифровки мазка препарата, при котором сканируют несколько уровней глубины препарата с последующим сохранением изображений и последующей возможностью просматривать все слои (US7248282, опубл.24.07.2007). Недостатком данного способа является необходимость делать несколько снимков на оси Z каждого поля зрения и определять степень резкости каждого полученного изображения, что приводит к необходимости делать дополнительные снимки на оси Z в данном поле зрения. Известный способ приводит к большим временным затратам, так как, применительно к микроскопическим препаратам поля зрений могут исчисляться сотнями и тысячами.
Наиболее близким по технической сущности является способ точечной фокусировки (US7518652, опубл. 14.04.2009), согласно которому система располагает предметный стол в положение для измерения, передвигает объектив через заранее определенную серию значений высот мазка препарата и получает изображения на каждом значении высоты. Затем определяют значения высоты по оси Z, в которой получено наиболее контрастное изображение. Значение высоты, на которой было получено максимально контрастное изображение, устанавливают в качестве оптимальной фокусной. По полученным значениям строят плоскости, объединяемые в карту высот, в соответствии с которой осуществляют движение объектива во время сканирования микроскопического образца.
Недостатком этого способа является необходимость предварительного создания подробной карты высот и осуществление сканирования в соответствии с ней, что требует значительных временных затрат, особенно при необходимости сканирования большого количества микроскопических препаратов, имеющих неоднородную толщину, в том числе цервикального препарата, подготовленного методом жидкостной цитологии.
Техническая задача – получение сфокусированного изображения на всей области сканирования при работе с цервикальными препаратами, имеющими неоднородную толщину, а также при смене препаратов при потоковом сканировании.
Технический результат заключается в повышении точности и скорости сканирования цервикального препарата, подготовленного методом жидкостной цитологии, за счет динамического изменения необходимого диапазона фокусировки в зависимости от толщины мазка.
Технический результат достигается в результате того, что способ анализа цервикального препарата, подготовленного методом жидкостной цитологии, включает цифровое сканирование мазка препарата с использованием микроскопа, оборудованного объективом и сканирующей камерой для записи изображений.
В отличии от прототипа предварительно задают начальные минимальные и максимальные величины глубины сканирования мазка, а также начальные минимальные и максимальные значения среднеквадратичного отклонения σ интенсивности текущего изображения от предыдущего, задают область сканирования и осуществляют фокусировку в трех опорных точках, равноудаленных от центра области сканирования, определив координаты указанных точек по осям X, Y, Z, строят усредненную плоскость , далее делят область сканирования на размер поля зрения объектива камеры, получив количество полей зрения, и формируют очередь полей, столик с мазком перемещают на 2-е по очереди поле зрения на плоскости и сохраняют текущее изображение F0, далее вычисляют диапазон фокусировки для 1-го по очереди поля зрения, затем столик с мазком перемещают в вычисленную позицию на оси Z в 1-м поле зрения и сохраняют текущее изображение Fj, после чего столик с мазком перемещают вдоль вычисленного диапазона по оси Z, сохраняя наиболее четкие изображения, далее вычиcляют среднеквадратичное отклонение σ между изображениями F0 и Fj и строят график зависимости диапазона фокусировки от среднеквадратичного отклонения σ, после чего столик с мазком перемещают по вычисленному диапазону, сохраняя наиболее четкие изображения для формирования цифрового изображения препарата методом расширенного фокуса, при этом указанный цикл повторяют при обработке оставшихся полей зрения в очереди.
При этом для удобства и сокращения времени очередь полей начинают с левого верхнего угла заданной области сканирования, затем - слева направо в нечетном ряду и справа налево - в четном, т.е. «меандрообразно»,
Повышение скорости сканирования достигается за счет того, что ЭВМ управляет цифровой камерой и предметным столиком микроскопа и выполняет заданный алгоритм действий ,согласно которому предварительно строит усредненную плоскость , затем в реальном времени определяет диапазон фокусировки, необходимый для каждого отдельного поля зрения путем сравнения значений среднеквадратичного отклонения σ текущего кадра от предыдущего, и определяет необходимое расстояние по оси Z, в пределах которого необходимо сканировать препарат. Отсутствие необходимости предварительного построения подробной карты высот для каждого препарата, а также сокращение пути на оси Z, в зависимости от толщины препарата, которое необходимо «проехать» предметному столу, позволяет значительно уменьшить время. необходимое для сканирование цервикального препарата.
Заявляемый способ с автоматической адаптацией под толщину препарата не ограничивает толщину мазков препарата, т.к. он позволяет «подстраиваться» под любую его величину, а наличие заданного максимального значения глубины сканирования позволяет успешно работать с любыми препаратами.
Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение микроскопа, где
1-моторизированный предметный столик;
2-светлопольный микроскоп;
3-объектив;
4-цифровая сканирующая камера.
На фиг. 2 показан маршрут движения предметного столика микроскопа.
Фиг. 3 - график зависимости глубины препарата от среднеквадратичного отклонения интенсивности текущего изображения от предыдущего изображения.
На фиг. 4 представлены сфокусированные изображения трех опорных точек:
а) 1-я точка; б) 2-я точка; в) 3-я точка.
На фиг.7 показаны оцифрованные изображения толстого цервикального мазка (а), среднего (б) и тонкого (в).
Процесс сканирования цервикальных мазков, подготовленных методом жидкостной цитологии, с автоматической адаптации под толщину препарата осуществляется следующим образом.
Перед началом сканирования предметное стекло с цервикальным мазком устанавливают на моторизированный предметный столик 1 светлопольного микроскопа 2, оборудованного объективом 3 и цифровой камерой 4 для записи изображений микроскопических препаратов. В качестве предметного стола может использоваться любой моторизированный предметный стол, обладающий возможностью перемещаться по осям X, Y и Z. В качестве светлопольного микроскопа можно использоваться любой коммерчески доступный микроскоп, оборудованный осветителем, конденсором с диафрагмой, объективом и цифровой камерой. Примером коммерчески доступного решения является микроскоп Carl Zeiss Axioscope 5 оснащенный объективом Plan-Apochromat 20x/0.8 и цифровой камерой Lumenera LT345, подключенный к персональному компьютеру с установленным программным обеспечением, которое может выполнять нижеприведенную последовательность, например, программное обеспечение семейства Vision от компании West Medica.
В качестве начальных значений задают минимальное и максимальное значение глубины сканирования препарата:
Данный диапазон значений обусловлен практикой подготовки цервикальных препаратов ведущими на рынке компаниями – Bd (www.bd.com) и Hologic (www.hologic.com).
Задают также минимальное и максимальное среднеквадратичные отклонения σ интенсивности текущего изображения от предыдущего изображения сканируемого поля зрения:
Данные были получены эмпирическим путем и позволяют получать удовлетворительные данные для определения толщины препарата и определения диапазона по оси Z при использовании данного способа.
После чего запускают сканер и начинают сканирование мазков препарата.
При этом производят фокусировку в трех равноудаленных от центра области сканирования опорных точках. Координаты опорных точек - .
На основе координат опорных точек строят усредненную плоскость , для которой позиция по в трех равноудаленных от центра точках, максимально приближена к позиции сфокусированного изображения. В этом случае ожидаемое значение позиции по для -го кадра будет точкой на усредненной плоскости , зависимой от значений
Формируют очередь полей зрения таким образом, чтобы все поля зрения покрывали область сканирования по координатам и находились на усредненной плоскости по координате .
Столик перемещают на второе в очереди поле зрения в позицию на усредненной плоскости и сохраняют текущее изображение .
Столик перемещают на первое в очереди поле зрения в позицию по Z, равную наибольшей координате диапазона фокусировки - . ,сохраняют текущее изображение .
Столик «проезжает» по координате весь отрезок , сохраняя изображения для последующего формирования цифрового препарата методом расширенного фокуса.
Полученные изображения «сшивают» в один кадр, используя наиболее резкие пиксели изображений. Резкость определяется методом сумм квадратов разностей значений соседних пикселей изображения.
Вычисляют значения интенсивности потоков пикселей изображений . Каждый пиксель в компьютерном представлении является просто числом. Числовое значение пикселя представляет его интенсивность. В цветном изображении каждый поток пикселя (красный, зеленый и синий) может изменяться в диапазоне от нуля до 255. Ноль представляет черный цвет, значение 255 представляет максимально насыщенный цвет. После анализа изображения (кадра) получают шесть выборок со значениями всех трех потоков каждого пикселя по двум изображениям (кадрам). ,, и ,, . ,где - количество пикселей на кадре.
Вычисляют среднеквадратичное отклонение изображения текущего поля зрения. Среднеквадратическое отклонение — статистическая характеристика распределения случайной величины, показывающая среднюю степень разброса значений величины относительно математического ожидания.
Для реализации алгоритма оценки диапазона фокусировки в качестве математического ожидания берут значения предыдущего кадра. После анализа кадра получают три выборки со значениями всех трех потоков каждого пикселя по текущему кадру и три выборки со значениями ожидаемых значений потоков каждого пикселя по предыдущему кадру. Следует сравнивать только потоки одного цвета. Тогда формула для среднеквадратического отклонения текущего кадра будет следующей:
Определяют соответствие значения глубины сканирования и вычисленного среднеквадратичного отклонения.
Для определения глубины -го кадра - , строят линейную зависимость значений глубины препарата от среднеквадратического отклонения кадра (фиг.3). Если значение среднеквадратического отклоненияменьше минимального или больше максимального заданного значения, то программа автоматически выбирает минимальное или максимальное значение глубины фокусировки соответственно.
Вычисляют необходимый диапазон фокусировки для следующего поля зрения. Диапазон фокусировки- это отрезок со значениями в микрометрах , который проходит столик по оси и формирует набор кадров - полей зрения в плоскостях, необходимых для формирования фокальной плоскости. Для его определения берут глубину препарата в текущем положении и ожидаемое значение по оси для сфокусированного изображения , последнее берется как середина отрезка. Диапазон фокусировки для поля зрения под номером выражается следующим образом:
Столик перемещают к следующему по очереди полю зрения в позицию по оси , равную одной из координат вычисленного диапазона:
Столик «проезжает» его, а наиболее четкие кадры сохраняют.
Если поле зрение под номеромне последнее в очереди, то сканирование продолжают, пока не будет отсканирована вся область сканирования.
После этого оцифрованный препарат окончательно сформирован. По завершению сканирования цервикального мазка результаты сканирования сохраняют в базу данных ЭВМ (не показан), они доступны для просмотра в программном обеспечении и последующего анализа на наличие патологии.
В результате сканирования цервикальных мазков, заявляемым способом получен отсканированный цифровой препарат со сфокусированным изображением на всей области сканирования, что позволит повысить точность анализа мазков и не пропустить патологию.
Пример реализации способа.
Стекло с цервикальным мазком было установлено на предметный столик микроскопа.
Были заданы начальные значения глубины сканирования цервикального мазка: минимальное – 10 мкм, максимальное – 30 мкм, а также начальные значения среднеквадратичного отклонения σ,: минимальное - 10, максимальное – 50. Затем была задана область сканирования мазка. Была произведена фокусировка в трех равноудаленных точках от области сканирования мазка и получены сфокусированные изображения (фиг.4,а,б,в). Затем была построена усреднённая плоскость и сформирована последовательность полей зрения от 1 до (фиг.2). Предметный столик перемещали во второе поле зрения в точку на плоскости . Сохраняли текущее изображение – F 0 (фиг. 5). Затем рассчитывали диапазон фокусировки для первого поля зрения по формуле:
Δj=[υ(xj,yj )-30 мкм;υ(xj,yj )+30 мкм]
Предметный столик перемещали в первое поле зрения на высчитанную позицию по оси Z . Сохраняли текущее изображение (фиг. 6).
Столик «проезжал» весь диапазон Δj,, а сканер сохранял наиболее четкие пиксели изображения для формирования изображения методом расширенного фокуса. Затем рассчитывали среднеквадратичное отклонение между изображениями F 0 и F j . Было получено среднеквадратичное отклонение =30. Производили соответствие значения глубины сканирования от вычисленного среднеквадратичного отклонения (фиг. 3). Получили диапазон фокусировки, равный 20 мкм. Столик перемещали на второе поле зрения (фиг.2), он «проезжал» по вычисленному диапазону, при этом сохраняли наиболее четкие пиксели для формирования изображения методом расширенного фокуса. Цикл продолжали до тех пор, пока не были обработаны все оставшиеся поля зрения в очереди.
Весь процесс сканирования зависел от толщины мазка препарата, он длился от 3-х до 12-ти минут. Полученные изображения представлены на фиг.7.
Claims (2)
1. Способ сканирования цервикального препарата, подготовленного методом жидкостной цитологии, включающий цифровое сканирование мазка препарата с использованием микроскопа, оборудованного объективом и сканирующей камерой для записи изображений, отличающийся тем, что предварительно задают начальные минимальные и максимальные величины глубины сканирования мазка, а также начальные минимальные и максимальные значения среднеквадратичного отклонения интенсивности текущего изображения от предыдущего, задают область сканирования и осуществляют фокусировку в трех опорных точках, равноудаленных от центра области сканирования, определив координаты указанных точек по осям X, Y, Z, строят усредненную плоскость , далее делят область сканирования на размер поля зрения объектива камеры, получив количество полей зрения, и формируют очередь полей, столик с мазком перемещают на 2-е по очереди поле зрения на плоскости и сохраняют текущее изображение F0, далее вычисляют диапазон фокусировки для 1-го по очереди поля зрения, затем столик с мазком перемещают в вычисленную позицию на оси Z в 1-м поле зрения и сохраняют текущее изображение Fj, после чего столик с мазком перемещают вдоль вычисленного диапазона по оси Z, сохраняя наиболее четкие изображения, далее вычиcляют среднеквадратичное отклонение между изображениями F0 и Fj и строят график зависимости диапазона фокусировки от среднеквадратичного отклонения , после чего столик с мазком перемещают по вычисленному диапазону, сохраняя наиболее четкие изображения для формирования цифрового изображения препарата методом расширенного фокуса, при этом указанный цикл повторяют при обработке оставшихся полей зрения в очереди.
2. Способ сканирования цервикального препарата, подготовленного методом жидкостной цитологии по п.1, отличающийся тем, что очередь полей зрения начинают с левого верхнего угла заданной области сканирования, затем - слева направо в нечетном ряду и справа налево - в четном, т.е. «меандрообразно».
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2785199C1 true RU2785199C1 (ru) | 2022-12-05 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117949614A (zh) * | 2024-03-27 | 2024-04-30 | 广东石油化工学院 | 一种基于动态因子的危险品液压性能变化预测方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8760756B2 (en) * | 2008-10-14 | 2014-06-24 | Burnham Institute For Medical Research | Automated scanning cytometry using chromatic aberration for multiplanar image acquisition |
CN108982500A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-12-11 | 怀光智能科技(武汉)有限公司 | 一种宫颈液基细胞学智能辅助阅片方法和系统 |
CN109612992A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-04-12 | 深圳辉煌耀强科技有限公司 | 一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法及其系统 |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8760756B2 (en) * | 2008-10-14 | 2014-06-24 | Burnham Institute For Medical Research | Automated scanning cytometry using chromatic aberration for multiplanar image acquisition |
CN108982500A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-12-11 | 怀光智能科技(武汉)有限公司 | 一种宫颈液基细胞学智能辅助阅片方法和系统 |
CN109612992A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-04-12 | 深圳辉煌耀强科技有限公司 | 一种宫颈脱落细胞涂片的快速扫描方法及其系统 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117949614A (zh) * | 2024-03-27 | 2024-04-30 | 广东石油化工学院 | 一种基于动态因子的危险品液压性能变化预测方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6816606B2 (en) | Method for maintaining high-quality focus during high-throughput, microscopic digital montage imaging | |
US7248282B2 (en) | Microscopy imaging system and method | |
US10462351B2 (en) | Fast auto-focus in imaging | |
JP6576921B2 (ja) | マルチスペクトル撮像のための自動焦点方法およびシステム | |
CA2220388C (en) | Method and apparatus for assessing slide and specimen preparation quality | |
CA2826372C (en) | Fast auto-focus in microscopic imaging | |
TWI478101B (zh) | 評估影像聚焦品質的方法 | |
US10444486B2 (en) | Systems and methods for detection of blank fields in digital microscopes | |
US20070031056A1 (en) | System for and method of focusing in automated microscope systems | |
US20100060729A1 (en) | System for creating microscopic digital montage images | |
US20120212599A1 (en) | Imaging apparatus and imaging method | |
US20220276463A1 (en) | Digital imaging system and method | |
CN111105346A (zh) | 基于峰值搜索和灰度模版配准的全扫描显微图像拼接方法 | |
CN109001902A (zh) | 基于图像融合的显微镜聚焦方法 | |
CN111932542A (zh) | 一种基于多焦距的图像识别方法及装置、存储介质 | |
CN110400281A (zh) | 一种数字切片扫描仪中图像增强方法 | |
RU2785199C1 (ru) | Способ сканирования цервикального препарата, подготовленного методом жидкостной цитологии | |
JP2010216920A (ja) | 細胞画像解析装置 | |
CN112070887A (zh) | 一种基于深度学习的全切片数字成像景深扩展法 | |
JP2023529083A (ja) | 走査有効性を解析する方法 | |
RU2794050C1 (ru) | Способ автофокусировки при оцифровке микроскопического препарата | |
JP2022121167A (ja) | 画像処理装置、画像処理装置の制御方法およびプログラム | |
CN112053304A (zh) | 一种全切片数字成像单次拍照快速准焦复原方法 | |
RU2793054C1 (ru) | Способ оцифровки биологического препарата костного мозга с использованием нейронных сетей | |
CN112903675A (zh) | 样本分析仪和样本分析仪的细胞图像处理方法 |