專利名稱：與設(shè)備無關(guān)地確定用顯微鏡成像的點的坐標(biāo)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于與設(shè)備無關(guān)地確定一用顯微鏡成像的點的坐標(biāo)的方法和系統(tǒng)，以及涉及一種用于此的校準(zhǔn)載物臺。
顯微鏡經(jīng)常被用來識別小的、用裸眼看不到的結(jié)構(gòu)，以及被用來找出這些結(jié)構(gòu)中的特定特征。在細胞學(xué)、組織學(xué)和病理學(xué)中，顯微鏡的基本任務(wù)在于詳細掃描標(biāo)本和搜尋感興趣的結(jié)構(gòu)、細胞或細胞聯(lián)合及其類似物。如果在標(biāo)本上已找到這些結(jié)構(gòu)的位置，那么由于各種原因，對這些位置進行標(biāo)記是值得追求的。例如，為了檢驗、進一步檢查或出于質(zhì)量保證的原因，被找到的結(jié)構(gòu)必須在以后的時刻由相同的或另一個用戶再次找出。為此，許多顯微鏡具有一個單元以用于測定某個點在與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)。通過機電地測定這種坐標(biāo)，可以在以后的時刻再次駛向該被找到的位置。
然而坐標(biāo)通常是與設(shè)備有關(guān)的，也就是說，只有當(dāng)顯微鏡校準(zhǔn)沒有發(fā)生變化和沒有出現(xiàn)容差時，才能正確地再現(xiàn)該設(shè)備的坐標(biāo)。但如果例如顯微鏡臺被拿掉去修理然后又被裝上，那么對于標(biāo)本上的同一位置，該顯微鏡臺會提供一個不同于原來所確定的坐標(biāo)的坐標(biāo)。不同的顯微鏡、即便是相同的類型，其坐標(biāo)系也不是(完全)相同的。
需要在任意的顯微鏡之間建立互用性，以便例如第二用戶能夠在其系統(tǒng)中再次駛向標(biāo)本上的、已被任意第一用戶測定和存儲的感興趣位置。
該任務(wù)通過本發(fā)明的用于與設(shè)備無關(guān)地確定一用顯微鏡成像的點的坐標(biāo)的方法和系統(tǒng)來解決。本發(fā)明的方法規(guī)定，首先針對至少一個參考點E1在DICOM坐標(biāo)系中的與物體有關(guān)的預(yù)定參考坐標(biāo)(X1，Y1，Z1)確定至少一個被成像的參考點E1在與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)系內(nèi)的所屬設(shè)備坐標(biāo)(x1，y1，z1)，由此求出一個用于把與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)(x，y，z)換算成DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)(X，Y，Z)的變換規(guī)則φ。然后借助于被求出的變換規(guī)則φ把成像點(P)的設(shè)備坐標(biāo)(xP，yP，zP)換算成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)(XP，YP，ZP)，以進行與設(shè)備無關(guān)的坐標(biāo)確定。
“Digital Imaging and Communications in Medicine”(DICOM-)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被研制用于醫(yī)學(xué)設(shè)備的圖像的格式化和交換，并且被集成到該設(shè)備中。DICOM還在美國、歐洲、日本被公知。DICOM委員會已經(jīng)在1999年7月2日在美國弗吉尼亞在Supplement(增刊)15中制定了在內(nèi)窺鏡檢查術(shù)、顯微術(shù)和攝影術(shù)中用于用可見光獲得的圖像的標(biāo)準(zhǔn)(Supplement 15Visible Light Image for Endoscopy，Microscopyand Photography)。利用本發(fā)明，這種僅涉及標(biāo)本的并因此與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系可以在任意的顯微鏡上實現(xiàn)。本發(fā)明方案的技術(shù)解決包括兩個步驟。首先如此地校準(zhǔn)顯微鏡坐標(biāo)系，使得求出一個用于把與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)換算成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)的變換規(guī)則。在該校準(zhǔn)步驟之后，任意成像點的坐標(biāo)可以借助于該變換規(guī)則被變換成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)。然后，即便在另外的顯微鏡上，也可以在以后時刻或由另外的用戶再次駛向后面的那個坐標(biāo)，顯然，該另外的設(shè)備必須還包括用于該DICOM坐標(biāo)系的校準(zhǔn)可能性。
對于所述的校準(zhǔn)步驟，在一個非常優(yōu)選的方案中采用一個校準(zhǔn)載物臺來預(yù)給定至少一個參考點E1的參考坐標(biāo)。該校準(zhǔn)載物臺根據(jù)DICOM標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)給定具有標(biāo)記預(yù)定參考點的校準(zhǔn)十字。
為了能最佳地考慮(x，y)平面中的所有被考慮的變換，也即平移、旋轉(zhuǎn)和縮放，在數(shù)學(xué)上在校準(zhǔn)載物臺上需要至少2.5個參考點或校準(zhǔn)十字。當(dāng)需要在z方向也進行校準(zhǔn)時，可能需要附加的點。
因為在顯微術(shù)中使用確定類型的載物臺，所以優(yōu)選地為每個載物臺類型分別制造和為本發(fā)明方法使用一個相應(yīng)的校準(zhǔn)載物臺。
為了校準(zhǔn)的目的，例如在校準(zhǔn)載物臺(校準(zhǔn)載片)上布置三個與參考點E1，E2和E3相對應(yīng)的校準(zhǔn)十字。該參考點或校準(zhǔn)點E1～E3的(X，Y，Z)坐標(biāo)是被規(guī)定的。它們涉及DICOM坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點，該坐標(biāo)原點可以位于載物臺的外角處。
用顯微鏡臺駛向校準(zhǔn)點E1～En(n＞＝1)，并且各個(x1，y1，z1)，...，(xn，yn，zn)值被記錄和存放在本地的、也即所用顯微鏡的與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)系中。對于校準(zhǔn)點E1～En，在DICOM坐標(biāo)系中的(X，Y，Z)值，以及經(jīng)測量后的本地坐標(biāo)系中的(x，y，z)值是已知的，因此通過標(biāo)準(zhǔn)方法可以計算出用于把與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)換算成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)的變換規(guī)則。
在此，針對(x，y)坐標(biāo)采用超定的仿射變換來作為變換方法。對于在一個平面內(nèi)出現(xiàn)的平移、旋轉(zhuǎn)和用縮放因子縮放的變換，當(dāng)需要考慮所有上述校準(zhǔn)可能性時，在數(shù)學(xué)上需要至少2.5個、實際中也即至少3個參考點(校準(zhǔn)十字)。
DICOM坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)原點位于載物臺的表面(無玻璃蓋)。由于在上述校準(zhǔn)中也一同納入了本地的Z坐標(biāo)，所以也可以將z值變換到DICOM坐標(biāo)系。在Z校準(zhǔn)中，基本上可以區(qū)分為兩種情況。
如果在校準(zhǔn)時需要在(X，Y)平面的方向上增加或減小所述校準(zhǔn)載物臺的表面的z值，則指示出該校準(zhǔn)載物臺沒有完全水平，而是一個在Z方向上具有傾斜度的斜平面。在該情況下，為了提高精度，還需要利用斜平面形式的措施來進行Z校準(zhǔn)，因為否則的話(X，Y)校準(zhǔn)的精度會下降。在該情況下，可以沿著斜平面的斜坡通過聚焦到載物臺的表面來測量偏差Δz，然后進行Z校準(zhǔn)，為此在數(shù)學(xué)上需要至少1.5個點。因此，為了結(jié)合(X，Y)平面中的超定的仿射變換一起進行這種Z校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)載物臺上需要至少4個點(2.5+1.5＝4)。
相反，如果確定在校準(zhǔn)載物臺上的一些被選出的參考點的z坐標(biāo)相互有偏差，但并未呈現(xiàn)為斜平面的形式，那么可以采取求平均作為簡單的變換規(guī)則，其中對所述參考的上述z坐標(biāo)求平均，并將該平均值定義為z方向上的坐標(biāo)原點。換句話說，計算出的z坐標(biāo)的平均值對應(yīng)于DICOM坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點。
另外也可以想見，結(jié)合地發(fā)生上述兩種作用。
為了應(yīng)用于本發(fā)明的方法，建議了一種校準(zhǔn)載物臺，其具有至少一個參考點，該參考點具有預(yù)定的DICOM坐標(biāo)系參考坐標(biāo)。如上文所述，在該校準(zhǔn)載物臺上設(shè)有校準(zhǔn)十字，該校準(zhǔn)十字表現(xiàn)為本發(fā)明方法的參考點。在DICOM坐標(biāo)系中，坐標(biāo)原點位于矩形校準(zhǔn)載物臺的一個外角上。尤其有利的是，該校準(zhǔn)載物臺的大小和形狀對應(yīng)于已知類型的載物臺，就象在顯微鏡中被使用的那種。
為了互用性，有必要在相應(yīng)的系統(tǒng)(顯微鏡)上進行本發(fā)明方法的校準(zhǔn)。為此采用相同的校準(zhǔn)載物臺是最適用的。
作為用于與設(shè)備無關(guān)地確定一用顯微鏡成像的點的坐標(biāo)的系統(tǒng)，其中所述的顯微鏡具有用于確定成像點P的設(shè)備坐標(biāo)(xP，yP，zP)的單元，本發(fā)明規(guī)定設(shè)有一個計算機單元，該計算機單元根據(jù)至少一個被成像的參考點E1的設(shè)備坐標(biāo)(x1，y1，z1)和所屬的在DICOM坐標(biāo)系中的與物體有關(guān)的預(yù)定參考坐標(biāo)(X1，Y1，Z1)計算出一個用于把與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)(x，y，z)換算成DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)(X，Y，Z)的變換規(guī)則φ。用于計算變換規(guī)則的該計算單元可以被集成在顯微鏡中，或者是外圍計算機的組成部分。
利用本發(fā)明的這種系統(tǒng)可以將與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)變換成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)。為此，將求出的變換規(guī)則φ應(yīng)用到任意成像點P的坐標(biāo)(xP，yP，zP)，并計算出與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系中的相應(yīng)坐標(biāo)(XP，YP，ZP)。為了使本發(fā)明的校準(zhǔn)方法和隨后的與設(shè)備無關(guān)的坐標(biāo)計算盡可能有效地自動化，借助于計算機程序來設(shè)施該方法是有意義的，該計算機程序尤其在本發(fā)明系統(tǒng)的上述計算機單元上被啟動和執(zhí)行。該計算機程序可以被存儲在如CD-ROM、EEPROM或也可以是閃存形式的數(shù)據(jù)載體上，或者可以通過各種計算機網(wǎng)(如內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng))被下載到工作存儲器中。
在運行該計算機程序時，例如在把具有DICOM坐標(biāo)系的校準(zhǔn)載物臺放到顯微鏡臺上后，(自動地)測量在與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)系中的以校準(zhǔn)十字形式敷設(shè)的參考點，并確定相應(yīng)的坐標(biāo)。在測量優(yōu)選為3個或更多個這種參考點之后，該計算機程序開始計算變換規(guī)則。然后，用顯微鏡檢查標(biāo)本，并由該計算機程序借助于該變換規(guī)則自動地把感興趣的點的設(shè)備坐標(biāo)換算成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)。
該計算機程序可以通過用戶的交互來控制上述所有的過程，或者自動地執(zhí)行程序模塊形式的該方法的某些部分。
下面借助于附圖所示的實施例來詳細講述本發(fā)明及其優(yōu)點。
圖1用簡要視圖示出了本發(fā)明的系統(tǒng)，用于與設(shè)備無關(guān)地確定需用顯微鏡成像的點的坐標(biāo)；圖2示出了本發(fā)明的校準(zhǔn)載物臺和顯微圖像，其具有被簡要地示出的用于確定設(shè)備坐標(biāo)以求出變換規(guī)則φ的單元的一部分；圖3示出了在取決于設(shè)備的坐標(biāo)系和在DICOM坐標(biāo)系中的成像點P。
圖1以非常簡略的形式示出了一個顯微鏡1，其具有物鏡7用于對由載物臺6所承載的物體結(jié)構(gòu)進行放大成像。這種物體結(jié)構(gòu)可以是細胞、細胞聯(lián)合，但也可以是象半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)那樣的技術(shù)結(jié)構(gòu)。與此相應(yīng)，顯微術(shù)的應(yīng)用從醫(yī)學(xué)領(lǐng)域(細胞學(xué)、組織學(xué)、病理學(xué))延伸到技術(shù)領(lǐng)域(例如晶片制造或納米技術(shù))。在這種應(yīng)用領(lǐng)域中，有必要在結(jié)構(gòu)中標(biāo)記奇異性或缺陷，而且在以后時刻或由其他用戶能再次找到它們。
通常在顯微鏡1或顯微攝像機11上連接一個計算機單元2，以便能進一步處理和存儲顯微圖像。為簡化的緣故，下面假定在計算機單元2的監(jiān)視器10上能夠觀察顯微圖像8，而且用于確定設(shè)備坐標(biāo)(在顯微圖像中的坐標(biāo))的單元4的至少一部分也存在于計算機單元2中。
載物臺6通常通過真空抽吸法被裝到顯微鏡臺5上，其中顯微鏡臺5通常在其空間位置方面可調(diào)。為了檢查物體結(jié)構(gòu)，可以進行總拍攝(ONESHOT)或掃描。
從顯微鏡1或從顯微攝像機11傳輸給計算機單元2的圖像數(shù)據(jù)在該實施例中被顯示在計算機單元2的監(jiān)視器10上的與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)系中，其中例如通過用鼠標(biāo)12點擊所顯示的圖像的某個點，就可以求出、顯示和存儲該點在顯微鏡系統(tǒng)中的相應(yīng)坐標(biāo)。
在當(dāng)前情況下，計算機單元2具有一個計算機程序，其根據(jù)一個或多個被成像的參考點和相對于載物臺6上的DICOM坐標(biāo)系的所屬的已知預(yù)定參考坐標(biāo)可以推導(dǎo)出一個變換規(guī)則φ，借助于該變換規(guī)則可以把與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)換算成DICOM坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(這種計算機程序的例子可以在本說明書的最后找到)。為此，有意義的是通過以下方式對系統(tǒng)進行校準(zhǔn)，即把具有DICOM坐標(biāo)系中的至少一個參考點的校準(zhǔn)載物臺3用作載物臺，以便借助于一個或多個被成像的參考點計算出所述的變換規(guī)則。
與設(shè)備無關(guān)地確定例如表示一個干擾、一個奇異性或一個缺陷的成像點的坐標(biāo)，對于可靠地再次找到該點是非常有益的。盡管在同一或相同的設(shè)備中存在容差，這也可以例如在以后在同一設(shè)備或相同結(jié)構(gòu)類型的設(shè)備處進行檢查時實現(xiàn)可靠的再次尋找，但即便在以后在另外的設(shè)備處或在遠距顯微術(shù)(遠距病理學(xué)或遠距診斷或遠距手術(shù))中進行檢查時也能這樣。
圖2示出了具有DICOM-(XY-)坐標(biāo)系的校準(zhǔn)載物臺3和具有與設(shè)備有關(guān)的(xy-)坐標(biāo)系的所屬顯微圖像8。變換規(guī)則φ在該兩個坐標(biāo)系之間建立了關(guān)聯(lián)。
在該實施例中，本發(fā)明的校準(zhǔn)載物臺3(校準(zhǔn)載片)具有6個校準(zhǔn)十字9，對應(yīng)于DICOM坐標(biāo)系X、Y、Z中的點E1至E6，其中坐標(biāo)原點位于校準(zhǔn)載物臺3的左上角。出于簡單的原因下面不考慮Z坐標(biāo)。Z校準(zhǔn)的可能性已經(jīng)在本說明書的上文給出。為了校準(zhǔn)圖1所示的系統(tǒng)，首先把校準(zhǔn)載物臺3放置到顯微鏡臺5上，并借助于顯微鏡1和計算機單元2產(chǎn)生一個顯微圖像8。在圖2的下半部示出了這種顯微圖像8，其具有與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)系x，y，其中借助于單元4可以針對被成像的校準(zhǔn)十字(E1至E6)確定相應(yīng)的設(shè)備坐標(biāo)(x1，y1)至(x6，y6)。需要指出的是，并不是所有的6個校準(zhǔn)十字9都必須被考慮用來校準(zhǔn)，而是根據(jù)所需要的精度，較少的校準(zhǔn)十字就足夠了。但如上所述，有益的是，為借助于超定的仿射變換推導(dǎo)出變換規(guī)則而采用三個校準(zhǔn)十字。
超定的仿射變換方法(參見本說明書最后的實施例)本身是已知的，因此下面不再詳細講述。也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的用于推導(dǎo)變換規(guī)則φ的其它方法。由用于確定設(shè)備坐標(biāo)的單元4確定合適數(shù)量的被成像的校準(zhǔn)十字(也即x，y坐標(biāo)系中的相應(yīng)參考點E1，E2，E3...)的坐標(biāo)。校準(zhǔn)載物臺3上的相應(yīng)校準(zhǔn)十字(參考點)在DICOM-XY-坐標(biāo)系中的坐標(biāo)是預(yù)給定的。計算機單元2，或更確切地說是在該計算機單元2上運行的相應(yīng)計算機程序，可以由此計算出用于把與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)(x，y)換算成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)(X，Y)的變換規(guī)則φ。
有意義的是，把被用于計算所屬變換規(guī)則φ-如上所述-的相應(yīng)校準(zhǔn)載物臺制成通用的載物臺型式。
現(xiàn)在利用所求出的變換規(guī)則φ可以把成像點P的設(shè)備坐標(biāo)(xp，yp)-如圖3所示-換算成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)(XP，YP)。在此，點P例如可以表示在某個細胞結(jié)構(gòu)中的奇異性或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的缺陷。點P的坐標(biāo)通過所述用于確定設(shè)備坐標(biāo)的單元4來確定，并利用已知的變換規(guī)則φ被換算成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)。為了以后的檢查或再檢查，點P的與設(shè)備無關(guān)的坐標(biāo)與用于再檢查的標(biāo)本一起被轉(zhuǎn)交。進行再檢查的系統(tǒng)顯然也必須具有DICOM坐標(biāo)系的校準(zhǔn)可能性。尤其必要的是，該系統(tǒng)根據(jù)所轉(zhuǎn)交的點P的DICOM坐標(biāo)利用逆變換規(guī)則φ-1來計算出點P的所屬與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)，以便能再次駛向顯微圖像8中的該點。
下面給出一個用C編程語言編寫的計算機程序的例子，用它可以通過超定的仿射變換方法對本地顯微鏡坐標(biāo)系和DICOM坐標(biāo)系的坐標(biāo)進行來回變換<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ /*-------------------------------------------------------*/ //calculation for overdetermined affine transformation //forward and backward calculation //coordinate systems are: //native microscope-coordinate system,slide-dependent //microscope-independent DICOM coordinate system /*------------------------------------------------*/ #include＜stdio.h＞ /**Function PROTOTYPES**/ //given:native microscope coordinates,calculate DICOM coordinates void CalculateDICOMCoordinates double x_Microscope, double y_microscope, double*pX_DICOM, double*pY_DICOM ); //given:DICOM coordinates,calculate native microscope coordinates void CalculateNativeMicroscopeCoordinates double X_DICOM, double Y_DICOM, double*px_Microscope, double*py_Microscope); //calculate coordinate transformation coefficients for forward and back transformation int CalcForwBackwTransCoefficients int NoOfGaugingPoints, double*x_MicroscopeSystem, double*y_MicroscopeSystem, double*x_DICOMSystem, double*y_DICOMSystem ); //reset transformation coefficients to default values void ResetTransformationCoefficients(void); int CalculateTransformation( double*a,double*b,double*c,double*d,double*e,double*f, int NoOfGaugingPoints, double*x_Microscope,double*y_Microscope, double*x_DICOM,double*y_DICOM ); /*static variables for coordinate transformation*/ /*forward transformation coefficients*/ double aFwd=1.0; double bFwd=1.0; double cFwd=0.0; double dFwd=1.0; double eFwd=1.0; double fFwd=0.0; /*backward transformation coefficients*/ double aBwd=1.0; double bBwd=1.0; double cBwd=0.0; double dBwd=1.0; double eBwd=1.0; double fBwd=0.0; int main(void) { //coordinates of calibration points E1 to E6 in DICOM and native microscope system double aX_DICOM□={3000.,3000.,3000.,17000.,17000.,17000.}; double aY_DICOM□={10000.,30000.,50000,10000.,30000.,50000.}; double ax_Microscope□={41000.,43000.,45000.,181000.,183000., 185000}; double ay Microscope□={129400.,309400.,489400.,126600.,306600.,486600.}; doublexMicTest,yMicTest; doubleXDICTest,YDICTest; int i; printf("\n\n"); printf("Affin Transformation From Native Microscope To DICOM Coordinate System\n"); printf ("==================================================================\n"); printf("\n\n\n"); printf("Coordinates of gauging points\n\n"); for(i=0;i＜=5;++i){ printf ("E%d:X-DICOM=%10.1fY-DICOM=%10.1fx-Mic=%10.1fy- Mic=%10.1f\n", i+1,aXDICOM[i],aY_DICOM[i],axjvlicroscope[i],ay_Microscope[i]);printf("\n\n"); if(0==CalcForwBackwTransCoefficients(6, ax_Microscope,ay_Microscope,aX_DICOM,aY_DICOM)){printf ("computation failed\n"); return 0; } printf("forward calculation coefficients\n"); printf("--------------------------\n"); printf("X-DICOM=%.4f*x-Mic+%.4f*y-Mic+%.4f\n",aFwd.bFwd.cFwd);printf ("Y-DICOM=%.4f*x-Mic+%.4f*y-Mic+%.4f\n\n\n",dFwd,eFwd,fFwd); printf("backward calculation coefficients\n"); printf("-------------------\n\n"); printf("x-Mic=%.4f*X-DICOM+%.4f*Y-DICOM+%.4f\n",aBwd.bBwd.cBwd); printf("y-Mic=%.4f*X-DICOM+%.4f*Y-DICOM+%.4f\n\n\n",dBwd.eBwd.fBwd); printf("Tests of calculation\n"); printf("...............\n\n"); printf("Test1 using microscope coordinates of gauging point E4 as input\n"); printf("\n\n"); xMicTest=181000.; yMicTest=126600.; printf("***input***:xMicroscope=%10.1f y Microscope=%10.1f\n",xMicTest,yMicTest); CalculateDICOMCoordinates(181000.,126600.,&XDICTest,&YDICTest); printf("***result***:x DICOM=%10.1f y DICOM=%10.1f\n\n",XDICTestYDICTest); printf("End of test1\n\n"); printf("Test2 applying forward and backward transformation to test point\n"); printf("\n\n"); xMicTest=100000.; yMicTest=250000.; printf("***input ***:x Microscope=%10.1f y Microscope=%10.1f\n",xMicTest,yMicTest); printf("forward transform\n"); CalculateDICOMCoordinates(xMicTest,yMicTest,&XDICTest,&YDICTest); printf("*"result***:x DICOM=%10.1f y DICOM=%10.1f\n",XDICTest,YDICTest); printf("backward transform\n"); xMicTest=0.; yMicTest=0.;CalculateNativeMicroscopeCoordinates(XDICTest,YDICTest,&xMicTest,&yMicTest);printf("***result"*:x Microscope=%10.1f y Microscope=%10.1f\n",xMicTest, yMicTest);printf("End of test2\n\n");return0;}/*----------------------------------------------*/ //forward transformation:calculate DICOM coordinates from //native microscope coordinates/*----------------------------------------------*/ void CalculateDICOMCoordinates( //input:x,y coordinates in the microscope system double x_Microscope, double y_Microscope, //output:X.Y coordinates in the DICOM System double*pX_DICOM, double*pY_DICOM ) { *pX_DICOM=aFwd*x_Microscope+bFwd*y^Microscope+cFwd; *pY_DICOM=dFwd*x_Microscope+eFwd*yMicroscope+fFwd; /*---------------------------------------------*/ //back transformation:calculate native microscope-coordinates from DICOM //coordinates /*---------------------------------------------*/void CalculateNativeMicroscopeCoordinates( //input:X.Y coordinates in the DICOM System double X_DICOM, double Y_DICOM, //output:x,y coordinates in the microscope system double*px_Microscope, double*py_Microscope ) { *px_Microscope=aBwd*X_DICOM+bBwd*Y_DICOM+cBwd; *py_Microscope=dBwd*X_DICOM+eBwd*Y_DICOM+fBwd; }/*===================================================*/ int CalcForwBackwTransCoefficients int NoOfGaugingPoints,double*x_MicroscopeSystem, double*y_MicroscopeSystem, double′x_DICOMSystem, double*y_DICOMSystem /*===================================================*/ if(NoOfGaugingPoints＜3)return 0; if(0==CalculateTransformation(&aBwd,&bBwd,&cBwd,&dBwd,&eBwd,&fBwd, NoOfGaugingPoints,x_MicroscopeSystem,y_MicroscopeSystem,x_DICOMSystem, y_DICOMSystem)) return 0; if(0==CalculateTransformation(&aFwd,&bFwd,&cFwd,&dFwd,&eFwd,&fFwd, NoOfGaugingPoints,x_DICOMSystem,y_DICOMSystem,x_MicroscopeSystem, y_MicroscopeSystem)) return 0; return 1;} /*===================================================*/ void ResetTransformationCoefficients(void) /*===================================================*/ /*reset coefficients*/ aFwd=1.0; bFwd=1.0; cFwd=0.0; dFwd=1.0; eFwd=1.0; fFwd=0.0; aBwd=1.0; bBwd=1.0; cBwd=0.0; dBwd=1.0; eBwd=1.0; fBwd=0.0; } /*===================================================*/ Int CalculateTransformation(double*a,double*b,double*c, double*d,double*e,double*f, int NoOfGaugingPoints, double*x_Microscope,double*y_Microscope, double*x_DICOM,double*y_DICOM ) /*===================================================*/ { int i;double*xDIC,*yDIC,*xMic,*yMic;double r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7,r8;double r9,r10,r11,r12,r13,r14,r15; r1=r2=r3=r4=r5=r6=r7=r8=r13=r14=r15=0.0; xDIC=x_DICOM;yDIC= y_DICOM;xMic=x_Microscope; yMic=y_Microscope; for(i=0;i＜NoOfGaugingPoints;i++) { r1+=*xDIC; r2+=*yDIC; r3+=*xDIC**xDIC;r4+= *yDIC**yDIC;r5+=*xMic; r6+=*xDIC**yDIC;r7+= *xMic**yDIC;r8+=*xDIC* *xMic++; r13+=*yMic; r14+=*y DIC++**yMic; r15+=*xDIC++**yMic++; } /*accounting of coefficients a,b,c*/ for(i=1;i＜=2;i++){ r9=r3*r4*NoOfGaugingPoints+2*r1*r2*r6-r1*r1*r4-r2*r2*r3\ -r6*r6′NoOfGaugingPoints; /*transformation is singular*/ if(r9==0.0) return0; if(i==2) { /*accounting of coefficients d,e,f*/ r5=r13; r7=r14; r8=r15; } r10=r8*r4*NoOfGaugingPoints+r6*r2*r5+r1*r7*r2-\ r1*r4*r5-r8*r2*r2-r6*r7*NoOf-GaugingPoints; r11=r3*r7*NoOfGaugingPoints+r8*r2*r1+r1*r6*r5-r1*r1*r7-r3*r2\ *r5-r8*r6*NoOfGaugingPoints;r12 =r3*r4*r5+r6*r7*r1+r8*r6*r2\ -r8*r4*r1-r5*r6*r6-r3*r7*r2; r10=r10/r9; r11=r11/r9; r12/=r9; if(i==1) { *a=r10;*b=r11;*c=r12; }else {*d=r10;*e=r11;*f=r12; } } return 1; } /*====================End(end of file)=====================*/]]></pre>以下的文本展示了當(dāng)預(yù)給定6個校準(zhǔn)點E1-E6并然后執(zhí)行兩次測試時由上述程序所生成的打印。第一測試(Test1)針對校準(zhǔn)點E4進行到DICOM坐標(biāo)系的去向變換，而第二測試(Test2)執(zhí)行預(yù)定測試點(P)的來回變換<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ Affine Transformation From Native Microscope To DICOM Coordinate System =========================================================================== Coordinates of gauging points E1:X-DICOM=3000.0Y-DICOM=10000.0x-Mic=41000.0 y-Mic=129400.0 E2:X-DICOM=3000.0Y-DICOM=30000.0x-Mic=43000.0 y-Mic=309400.0 E3:X-DICOM^3000.0Y-DICOM=50000.0x-Mic=45000.0 y-Mic=489400.0 E4:X-DICOM=17000.0Y-DICOM=10000.0x-Mic= 181000.0 y-Mic=126600.0 E5:X-DICOM=17000.0Y-DICOM=30000.0x-Mic= 183000.0 y-Mic=306600.0 E6:X-DICOM=17000.0Y-DICOM=50000.0x-Mic= 185000.0 y-Mic=486600.0 forward calculation coefficients ------------------------------- X-DICOM=0.1000*x-Mic+-0.0011*y-Mic+-955.3433 Y-DICOM=0.0022*x-Mic+0.1111*y-Mic+-4465.6743 backward calculation coefficients -------------------------------- x-Mic=10.0000*X-DiCOM+0.1000*Y-DICOM+10000.0000 y-Mic=-0.2000*X-DICOM+9.0000*Y-DICOM+40000.0000 Tests of calculation --------------------Test1 using microscope coordinates of gauging point E4 as input ***input***:xMicroscope=181000.0 y Microscope=1 26600.0*** result***:x DICOM=17000.0 y DICOM=10000.0 End of test1 Test2 applying forward and backward transformation to test point ***input***:x Microscope=100000.0 y Microscope=250000.0 forward transform ***result***:x DICOM=8764.7 y DICOM=23528.1 backward transform ***result***:x Microscope=100000.0 y Microscope=250000.0 End of test2]]></pre>為了更易于理解，以上由程序產(chǎn)生的文本的打印在下文再次用德語(盡可能地)再現(xiàn)<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ Affine Transformation vom nativen Mikroskop-zum DICOM Koordinatensystem Koordinaten der Eichpunkte E1:X-DICOM=3000.0 Y-DICOM= 10000.0 x-Mic= 41000.0 y-Mic=129400.0 E2:X-DICOM=3000.0 Y-DICOM= 30000.0 x-Mic= 43000.0 y-Mic=309400.0 E3:X-DICOM=3000.0 Y-DICOM= 50000.0 x-Mic= 45000.0 y-Mic=489400.0 E4:X-DICOM=17000.0 Y-DICOM= 10000.0 x-Mic= 181000.0 y-Mic=126600.0 E5:X-DICOM=17000.0 Y-DICOM= 30000.0 x-Mic= 183000.0 y-Mic=306600.0 E6:X-DICOM=17000.0 Y-DICOM= 50000.0 x-Mic= 185000.0 y-Mic=486600.0 Berechnungskoeffizienten für Hintransformation X-DICOM=0.1000*x-Mic+-0.0011*y-Mic+-955.3433Y-DICOM=0.0022*x-Mic+0.1111*y-Mic+-4465.6743 Berechnungskoeffizienten für Rücktransformation x-Mic=10.0000*X-DICOM+0.1000*Y-DICOM+10000.0000 y-Mic=-0.2000*X-DICOM+9.0000*Y-DICOM+40000.0000 Berechnungstests Test1 unter Verwendung der Mikroskopkoordinaten des Eichpunktes E4 als Eingabe ***Eingabe ***:x Microscope=181000.0 y Microscope=126600.0 ***Ergebnis ***:x DICOM=17000.0 y DICOM=10000.0 Ende des Test1 Test2 mit Hin-und Rücktransformation des Testpunktes ***Eingabe***:xMicroscope=100000.0 y Microscope=250000.0 Hintransformation ***Ergebnis***:x DICOM=8764.7 y DICOM=23528.1 Rücktransformtion ***Ergebnis***:x Microscope=100000.0 y Microscope=250000.0 Ende des Test2]]></pre>
附圖標(biāo)記清單1 顯微鏡2 計算機單元3 校準(zhǔn)載物臺4 用于確定設(shè)備坐標(biāo)的單元5 顯微鏡臺6 載物臺7 物鏡8 顯微圖像9 載物臺上的校準(zhǔn)十字、校準(zhǔn)點10 監(jiān)視器11 攝像機12 (計算機-)鼠標(biāo)P 成像點φ 變換規(guī)則X，Y，Z 在DICOM坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，參考坐標(biāo)x，y，z 在顯微鏡系統(tǒng)中的坐標(biāo)，設(shè)備坐標(biāo)E1，…，E6校準(zhǔn)十字，校準(zhǔn)點，參考點
權(quán)利要求
1.用于與設(shè)備無關(guān)地確定一用顯微鏡成像的點(P)的坐標(biāo)的方法，其中首先針對至少一個參考點(E1)在DICOM坐標(biāo)系中的與物體有關(guān)的預(yù)定參考坐標(biāo)(X1，Y1，Z1)確定至少一個被成像的參考點(E1)在與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)系內(nèi)的所屬設(shè)備坐標(biāo)(x1，y1，z1)，由此求出一個用于把與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)(x，y，z)換算成DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)(X，Y，Z)的變換規(guī)則(φ)，以及然后借助于被求出的變換規(guī)則(φ)把成像點(P)的設(shè)備坐標(biāo)(xP，yP，zP)換算成與設(shè)備無關(guān)的DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)(XP，YP，ZP)，以進行與設(shè)備無關(guān)的坐標(biāo)確定。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于采用一個校準(zhǔn)載物臺來預(yù)給定一個或多個參考點(E1)的參考坐標(biāo)(X1，Y1，Z1)。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征在于為確定類型的載物臺分別制造和/或使用一個校準(zhǔn)載物臺。
4.權(quán)利要求1-3之一的方法，其特征在于尤其針對(x，y)坐標(biāo)采用超定的仿射變換來求取所述的變換規(guī)則。
5.權(quán)利要求1-4之一的方法，其特征在于尤其針對z坐標(biāo)采用求平均和/或斜平面形式的措施來求取所述的變換規(guī)則。
6.應(yīng)用于權(quán)利要求1-5之一的方法的校準(zhǔn)載物臺，其具有至少一個參考點(E1)，該參考點具有預(yù)定的DICOM坐標(biāo)系參考坐標(biāo)(X1，Y1，Z1)。
7.權(quán)利要求6的校準(zhǔn)載物臺，其大小和形狀對應(yīng)于已知類型的載物臺。
8.權(quán)利要求6-7之一的校準(zhǔn)載物臺的用途，其被應(yīng)用于權(quán)利要求1-5之一所述的方法。
9.用于與設(shè)備無關(guān)地確定一用顯微鏡成像的點(P)的坐標(biāo)的系統(tǒng)，其中所述的顯微鏡具有用于確定成像點(P)的設(shè)備坐標(biāo)(xP，yP，zP)的單元(4)，并且設(shè)有一個計算機單元，該計算機單元根據(jù)至少一個被成像的參考點(E1)的設(shè)備坐標(biāo)(x1，y1，z1)和所屬的在DICOM坐標(biāo)系中的與物體有關(guān)的預(yù)定參考坐標(biāo)(X1，Y1，Z1)計算出一個用于把與設(shè)備有關(guān)的坐標(biāo)(x，y，z)換算成DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)(X，Y，Z)的變換規(guī)則(φ)。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述的計算機單元被構(gòu)成使得借助于被求出的變換規(guī)則(φ)從成像點(P)的設(shè)備坐標(biāo)(xP，yP，zP)求出與設(shè)備無關(guān)的相應(yīng)DICOM坐標(biāo)系坐標(biāo)(XP，YP，ZP)。
11.具有程序編碼工具的計算機程序，當(dāng)該計算機程序在計算機或相應(yīng)的計算機單元上、尤其是在權(quán)利要求9所述系統(tǒng)的計算機單元上被執(zhí)行時，用于執(zhí)行權(quán)利要求1-5中至少一項所述的方法。
12.具有程序編碼工具的計算機程序產(chǎn)品，其被存儲在計算機可讀的數(shù)據(jù)載體上，當(dāng)該計算機程序產(chǎn)品在計算機或相應(yīng)的計算機單元上、尤其是在權(quán)利要求9所述系統(tǒng)的計算機單元上被執(zhí)行時，用于執(zhí)行權(quán)利要求1-5中至少一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于與設(shè)備無關(guān)地確定一用顯微鏡成像的點(P)的坐標(biāo)的方法和系統(tǒng)，其中首先針對至少一個參考點(E
文檔編號G02B21/36GK1836185SQ200480022950
公開日2006年9月20日 申請日期2004年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者B·施托克 申請人:萊卡微系統(tǒng)Cms有限責(zé)任公司