專利名稱：切片機(jī)性能的測量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及使用切片機(jī)切割組織學(xué)組織樣本，更具體地講，涉及測量和評(píng)價(jià)組織學(xué)實(shí)驗(yàn)室切片機(jī)和切片機(jī)附件的性能的方法和裝置。
背景技術(shù)：
定義在這里使用的“切片機(jī)(microtome)”一詞表示一種設(shè)備，精確地切割樣本或組織塊，從而從塊的表面取下，或“切割(section)”很薄的一層材料?！扒衅?microtomy)”一詞用于表示切片機(jī)的功能。雖然已經(jīng)開發(fā)出各種各樣的構(gòu)造的切片機(jī)，但大多數(shù)現(xiàn)代設(shè)備都是這樣安排的，將組織塊固定在一個(gè)可垂直運(yùn)動(dòng)的臂的一端，并且與一個(gè)靜止刀片嚙合；因此，詞“垂直條痕(vertical marking)”用于表示與塊的移動(dòng)平行對(duì)準(zhǔn)的線性特征，而詞“水平條痕(horizontalmarking)”用于表示與垂直于塊的運(yùn)動(dòng)，并且平行于切片機(jī)刀片的刀刃的方向?qū)?zhǔn)的線性特征。
詞“塊表面顯微鏡(block face microscope)”用于表示一種設(shè)備，例如第4,960,330號(hào)美國專利中所描述的設(shè)備，這種設(shè)備通過記錄一個(gè)其中嵌入樣本的塊的表面來產(chǎn)生樣本的顯微圖像，而不是通過在從塊切下斷片之后從斷片記錄。詞“反射光(reflected light)”表示入射到一個(gè)表面的，以鏡面或反射鏡方式返回的，而不是被散射或是如熒光或磷光那樣被吸收并以不同的波長再發(fā)射的光。
詞“顫紋(chatter)”是指塊表面中的缺痕，有些時(shí)候是隨機(jī)排列的，但通常形成一系列“百葉窗”式的周期性的平行水平條痕，這些條痕是顯微級(jí)的。作為選擇，詞“搓板條痕(washboarding)”是指類似的重復(fù)水平條痕，它們有足以用肉眼看到的長度周期。
現(xiàn)有切片制品在當(dāng)前的實(shí)踐中，用于顯微技術(shù)的，無論光學(xué)還是電子顯微技術(shù)的有機(jī)組織樣本或其它材料的組織制備一般都是通過以下步驟進(jìn)行的，把樣本滲透和埋置到一個(gè)固體材料塊中；在切片機(jī)上從塊上切割薄斷片；將斷片放置在玻璃載片或金屬網(wǎng)格之類的固體支撐上；和在用顯微鏡檢查前給斷片著色。作為替代，可以用塊表面顯微技術(shù)給塊切割面本身成像，從而省略了對(duì)制備單個(gè)斷片的需要。
在任何一種技術(shù)中，產(chǎn)生的視覺信息的質(zhì)量受到有關(guān)切片機(jī)及其附件的功能的幾種因素的影響，這些因素包括1)切片機(jī)核心機(jī)構(gòu)的機(jī)械狀態(tài)；2)切片機(jī)刀具的狀態(tài)；3)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)切片機(jī)的場合，驅(qū)動(dòng)組件的調(diào)節(jié)性能和狀態(tài)；4)塊的構(gòu)造和組成；和5)在塊表面顯微的場合，照亮塊的光源的狀態(tài)。
在切片機(jī)機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生的塊和斷片制品切片機(jī)機(jī)構(gòu)的不適當(dāng)調(diào)節(jié)或機(jī)械損壞可能導(dǎo)致振動(dòng)、間隙游移、或其它精度損失，會(huì)降低組織斷片的質(zhì)量，并且因而可能產(chǎn)生與塊面上完全平坦表面的可檢測偏差。
如果將塊在切片機(jī)上定位的夾鉗不夠緊，或如果由于磨損使其它切片機(jī)部件松弛，將導(dǎo)致不穩(wěn)定的塊。這可能產(chǎn)生稱為“厚薄不均(thickand thinning)”的制品；即，斷片厚度可能從太厚到太薄振動(dòng)。要不然，松弛塊可能導(dǎo)致斷片中的皺紋或壓縮制品，或在極端情況下，刀片可能“劈砍(chop)”，深入到塊中并且停止切割。這種不正常功能造成深的水平條痕出現(xiàn)在塊表面。
切片機(jī)操作的速度可能對(duì)斷片質(zhì)量具有深刻的影響。在使用玻璃或金剛石刀片切割塑性斷片時(shí)尤其如此。如果塊相對(duì)于刀片的速度過大，可能產(chǎn)生顫紋，這又可能損壞玻璃或金剛石刀具的刀刃。由于切片機(jī)的核心機(jī)構(gòu)中的凸輪、齒輪、驅(qū)動(dòng)螺桿、和其它組件的磨損或缺陷而傳遞到塊的振動(dòng)也可能在斷片上產(chǎn)生顫紋或搓板條痕，這將復(fù)制到塊的表面上。
從切片機(jī)刀具產(chǎn)生的塊和斷片制品切片機(jī)刀片是組織塊切片中的制品的主要來源。刀具的不完善將導(dǎo)致組織斷片的直接損害，因而對(duì)塊表面造成損害。
切片用刀具主要是由金屬、玻璃或金剛石制造的，但已經(jīng)使用諸如藍(lán)寶石之類的其它異質(zhì)材料。一般將金屬刀具用于切割石蠟埋置和凍結(jié)的材料，而普遍將玻璃和金剛石用于切割塑性聚合物塊，包括那些為電子顯微技術(shù)制備的材料。
由于鈍化、缺口、腐蝕、外來材料的粘附、未對(duì)準(zhǔn)、以及在其制造和再磨銳過程中在刀片的刀刃上造成的裂紋，切片機(jī)刀片可能導(dǎo)致切片機(jī)性能的亞最佳。這些缺陷中的每一個(gè)都將在切割過程中在塊表面上產(chǎn)生特征條痕。
刀片鈍化可能來自正常磨損，或不適當(dāng)磨銳。在玻璃刀具制造后(通過在實(shí)驗(yàn)室中受控地?cái)嚅_平板玻璃)沒有立即使用的情況下，由于玻璃的逐漸變形可能失去刀刃的銳利，玻璃的逐漸變形就像相對(duì)于時(shí)間的極緩慢流動(dòng)的液體。鈍刀片將在斷片上造成壓縮條痕或皺紋，并且可能造成顫紋，或在石蠟之類的較軟類型的埋置介質(zhì)的情況下，可能在斷片和塊表面上都導(dǎo)致組織沾污。用鈍刀片切割的斷片本身不能形成連續(xù)的帶，在把多個(gè)斷片安裝在單一的玻璃載片上時(shí)，連續(xù)帶形是一種希望的特征。
諸如毛刺、缺口、或制造缺陷之類的刀片刀刃上的焦點(diǎn)缺陷將在塊表面上產(chǎn)生垂直線條，以及在斷片中造成相應(yīng)的劃痕。如果嚴(yán)重，這些缺陷可能導(dǎo)致斷片的撕碎。
組織斷片質(zhì)量也高度依賴于刀具相對(duì)于塊表面，特別是相對(duì)于“間隙角(clearance angle)”的定向，間隙角產(chǎn)生在最靠近塊的刀片的刀刃表面與塊表面平面之間。未對(duì)準(zhǔn)的刀片將造成各種制品，包括不規(guī)則、遺漏、或過厚或過薄切片。刀片上太小的斜度可以造成斷片在回程中刀片通過它時(shí)粘附到塊表面，而不是干凈地分離。相反，過大的刀片角度可能導(dǎo)致搓板制品。
除了這些問題之外，埋置材料，特別是石蠟，可能累積在刀刃上，在斷片和塊表面上造成垂直條痕。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)切片機(jī)中看到的制品在電機(jī)驅(qū)動(dòng)切片機(jī)的情況下，起源于電機(jī)中的振動(dòng)可以傳遞到組織塊，在切割過程中在塊表面產(chǎn)生周期性的或非周期性的線。如果使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)切片機(jī)，可能在斷片和塊表面上出現(xiàn)直水平線的規(guī)則圖形。這是這些類型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的力的非連續(xù)特性，以及可以經(jīng)過切片機(jī)架傳遞到塊的發(fā)源于電機(jī)的振動(dòng)的反映。驅(qū)動(dòng)鏈的各種組件，例如齒輪機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)帶可以導(dǎo)入進(jìn)一步的振動(dòng)。
由于塊的組成和配置產(chǎn)生的制品組成塊的材料及其形狀和定向顯著地影響斷片質(zhì)量。塊的組成是各種各樣的，其組成可以深刻地影響它們的切割特性。用標(biāo)準(zhǔn)配方生產(chǎn)的商用石蠟埋置材料包含能夠便利平滑切割因而使切割制品最小的有機(jī)聚合物。但是，如果石蠟在滲入和埋置期間過熱，那么可能得到干裂的或不完整的斷片。組織的亞最佳處理會(huì)造成斷片具有不規(guī)則孔，這些孔在塊表面上表現(xiàn)為暗區(qū)。此外，基于石蠟的材料對(duì)于濕度和溫度之類的環(huán)境條件十分敏感，組織學(xué)實(shí)驗(yàn)室中可能發(fā)生環(huán)境條件的顯著改變。過于熱的環(huán)境可以導(dǎo)致在切割期間塊表面沾污，技術(shù)人員在切割期間會(huì)偶爾地在石蠟塊的表面使用濕布或冰塊以改善斷片質(zhì)量。
塑料埋置介質(zhì)遇到一些獨(dú)特的問題。超過其“適用期(pot life)”的聚合物不能完全聚合，因而導(dǎo)致軟塊和厚薄不均切割。如果聚合物各組分的比例分配不正確，那么也可以產(chǎn)生軟塊，或相反，塊可能太脆，這經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致彌散的顫紋。介質(zhì)中的氣泡或外來材料會(huì)導(dǎo)致斷片中和塊表面上的聚焦缺陷。
當(dāng)塊面的切割表面橫斷埋置的滲透不良的組織時(shí)，樣本本身可能造成入射光的散射，因而產(chǎn)生組織的一個(gè)圖像。當(dāng)樣本硬度與埋置材料相比有很大不同時(shí)，例如當(dāng)把纖維質(zhì)組織埋置到石蠟中時(shí)，這種情況最可能發(fā)生。
塊安裝在切片機(jī)上的旋轉(zhuǎn)角度是確定斷片質(zhì)量的一個(gè)重要因素。在正常情況下，切片人員力圖獲得一個(gè)具有清晰矩形或不規(guī)則四邊形面的塊，并且將它定位在切片機(jī)上，使得塊的直的下邊界平行于刀刃。不適當(dāng)定向的塊可能顯示出顫紋，或在石蠟的情況下，切割可能產(chǎn)生卷曲的斷片條。
塊光源的不適當(dāng)調(diào)節(jié)在塊表面顯微技術(shù)中，塊的面經(jīng)常是通過外照明光學(xué)照明的，其中將相同的光路用于照亮塊，也用于收集樣品的圖像。外照明光源最常用的是汞蒸氣，氙氣，或激光類型的。最好是如此照明樣本，使得光在一個(gè)均勻場中傳送；但是，在常規(guī)使用中，在塊面的邊緣附近存在著“熱斑”和亮度的減弱。隨光源衰化，照明的亮度和圖形改變，提供了燈泡剩余壽命的測量。
組織學(xué)斷片缺陷的種類在組織斷片上或組織塊面上產(chǎn)生的缺陷具有四種1)主要由于切片機(jī)刀刃上的小的不完整造成的劃痕產(chǎn)生的幾何直垂直線；2)指示由步進(jìn)電機(jī)之類的切片機(jī)核心機(jī)構(gòu)外部源傳遞的振動(dòng)造成的深入到塊中的刀刃的瞬態(tài)偏差的幾何直水平線；3)由各種原因造成的通常是水平的幾何不規(guī)則線，例如顫紋；和4)不適當(dāng)?shù)臉悠窛B透，照明場的不規(guī)則性，或組織樣本本身的外形造成的隨機(jī)和不規(guī)則條痕，包括氣泡，碎片、不良切割塊的斑紋。
評(píng)定切片機(jī)切割質(zhì)量的當(dāng)前方法盡管切片技術(shù)已經(jīng)有150多年的歷史，但并不存在實(shí)時(shí)、定量監(jiān)視切片機(jī)操作條件的定型方法。通過在切割斷片時(shí)直接檢查它們，或在它們被安裝并且染色后通過顯微鏡用一種粗略的方法評(píng)定斷片的質(zhì)量。作為替代，可以從切片機(jī)上取下刀片，并且在使用低放大倍數(shù)的顯微鏡下檢查缺陷。
現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備不注意塊面，也不注意斷片，以提供不良質(zhì)量切片機(jī)性能的原因。在大多數(shù)情況下，這是由于形成組織學(xué)塊的半透明材料表面的不好的可視性，和由于大多數(shù)缺陷是極細(xì)微的事實(shí)。但是，一旦塊經(jīng)過“表面加工”或初始切割，它們形成很光滑的表面，并且這種特征使得能夠十分靈敏地檢查由缺陷切片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的不足?，F(xiàn)有技術(shù)方法和設(shè)備沒有在評(píng)定切片機(jī)性能中利用切割的組織學(xué)塊的這種特征。因此希望有一種能夠利用塊面提供切片機(jī)和切片機(jī)附件的操作和條件的即時(shí)評(píng)定和測量的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種監(jiān)視和評(píng)價(jià)組織學(xué)實(shí)驗(yàn)室切片機(jī)和包括刀具、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、和照明設(shè)備的切片機(jī)附件的性能和條件的方法和裝置。在切片機(jī)上機(jī)械切割了一個(gè)組織學(xué)塊以產(chǎn)生一個(gè)切割塊面之后，檢測和表征安裝在切片機(jī)上的塊的表面的圖像中的不規(guī)則性。記錄從塊表面反射的光的圖像(鏡面的或非鏡面的散射光)，并進(jìn)行圖解分析，以提取、量化、和解釋圖形化特征，包括那些指示切片機(jī)，其附件的功能，或組織塊本身中異常的特征。
本發(fā)明包括用于在切片機(jī)上切割組織學(xué)塊以取下一個(gè)斷片之后，產(chǎn)生組織學(xué)塊的表面的一個(gè)圖像或多個(gè)圖像的裝置；一個(gè)用于記錄所述圖像或多個(gè)圖像的裝置；和一種解釋所述圖像或多個(gè)圖像以便提取有關(guān)切片機(jī)及其附件的性能的信息的方法。
本發(fā)明包括一個(gè)用于以適當(dāng)?shù)姆绞秸樟翂K的表面使得能夠產(chǎn)生鏡面的或反射鏡式的反射，以及非鏡面或散射光的裝置。在優(yōu)選的操作模式中，記錄這種反射的鏡像，并且進(jìn)行分析，最好是通過被裝備用于處理圖形圖像的計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。作為選擇，可以記錄塊面的非鏡面(散射光)圖像，并進(jìn)行分析。處理表現(xiàn)在圖像中的缺陷圖形，以提取一系列偏離切片機(jī)理想操作的傳感指示。
可以對(duì)圖像進(jìn)行的計(jì)算操作包括1)通過拉普拉斯算子，索貝爾算子，或標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)學(xué)算子進(jìn)行邊緣檢測，以算術(shù)地表征任何線，包括它們確切數(shù)量、角度、和它們占據(jù)的塊面的比例面積的精確確定(如果條痕是周期性的，那么該分析應(yīng)當(dāng)檢測這種屬性，并且確定圖形的頻率和幅度)；2)利用分形分析和形狀擬合算子檢測更無定形的和隨機(jī)的缺陷；和3)利用梯度算子測量場照度的輪廓以確定最大亮度點(diǎn)的位置，和通過多項(xiàng)式擬合法產(chǎn)生一個(gè)精確說明照明路徑中任何異常的函數(shù)。


圖1示出了用于在切片機(jī)上切割塊之后產(chǎn)生一個(gè)組織塊的切割表面的圖像的通用裝置。更具體地講，圖1是本發(fā)明的從組織樣本組織學(xué)塊的切割表面產(chǎn)生圖像的部分的示意圖，示出了一個(gè)光源和一個(gè)組織塊。
圖2示出了圖1的一般示意圖的優(yōu)選配置，顯示了鏡面圖像捕獲模式。視圖顯示了照明光源，一個(gè)部分反射(半鍍銀的)鏡，和一個(gè)組織塊。
圖3是一個(gè)用于記錄來自組織塊面的鏡面反射的裝置的示意圖，示出了一個(gè)透鏡系統(tǒng)，一個(gè)帶有一個(gè)將圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光傳感表面或圖像掃描機(jī)構(gòu)的光學(xué)附件，和一個(gè)記錄設(shè)備。
圖4是說明可以執(zhí)行以解釋反射的圖像和提取有關(guān)一個(gè)切片機(jī)和它的某些附件的操作性能的信息的計(jì)算操作的流程圖。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式圖1是本發(fā)明的用于從一個(gè)組織樣本組織學(xué)塊的切割表面產(chǎn)生圖像的部分的示意圖，示出了一個(gè)光源10，和一個(gè)組織塊14，它們每個(gè)都是技術(shù)上已知的。將光源產(chǎn)生的光導(dǎo)向組織塊的切割表面16，隨后從組織塊的切割面以鏡面和/或非鏡面的方式導(dǎo)出。
圖2示出了描述如圖1中更一般地示出的，本發(fā)明的從一個(gè)組織樣本組織學(xué)塊的切割表面產(chǎn)生圖像的部分的優(yōu)選配置。圖2描述了鏡面圖像捕獲模式，示出了一個(gè)光源10，部分反射鏡12，和組織塊14，它們?nèi)渴羌夹g(shù)上已知的。在光源產(chǎn)生的光從部分反射鏡12反射到組織塊的切割表面16上，隨后從組織塊的切割面以鏡面和/或非鏡面方式反射。部分反射鏡12使得照明光學(xué)器件和成像光學(xué)器件能夠共享相同的元件。
定位一個(gè)光源10，最好是包括精確調(diào)節(jié)的汞蒸氣或氙氣燈，以將光束投射到部分反射鏡12上，部分反射鏡12被設(shè)置在適當(dāng)位置上以將入射光束反射到組織塊14的切割面16上。以適當(dāng)?shù)姆绞秸彰鲏K的表面，使得產(chǎn)生的圖像能夠完全是由于從塊表面的光的鏡面反射，而不是由于任何其它光源，例如從埋置在塊中的樣本起源的熒色物發(fā)射。
圖3是本發(fā)明的一個(gè)部分的示意圖，它是一個(gè)用于記錄來自組織塊表面的鏡面反射或從組織塊表面反射的非鏡面散射光的裝置，示出了一個(gè)透鏡系統(tǒng)18，一個(gè)帶有一個(gè)用于將鏡面反射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(最好是數(shù)字電信號(hào))的光傳感表面或圖像掃描器機(jī)構(gòu)22的光學(xué)附件20，和一個(gè)記錄設(shè)備24，它們?nèi)渴且阎夹g(shù)。
通過定位透鏡系統(tǒng)18，最好是高質(zhì)量顯微透鏡，捕獲來自樣本組織塊14的切割表面的鏡面反射或非鏡面散射光，從而使它們能夠截取塊的表面的反射圖像并且精確地將圖像聚焦在光傳感平面(一個(gè)“面陣列”)22上，最好是一個(gè)高解析度數(shù)字照相機(jī)的電荷耦合器件(CCD)成像芯片。作為選擇，可以使用線性陣列，這種陣列包括一個(gè)單一的或相對(duì)較小數(shù)量的光傳感元件的一維帶，跨越目標(biāo)進(jìn)行掃描以形成圖像，因而通過順序記錄一系列靠近間隔的、跨越圖像的平行像素線，形成一個(gè)數(shù)字圖像。在任何一個(gè)實(shí)施例中，光傳感表面都位于一個(gè)光學(xué)附件20內(nèi)，例如一個(gè)照相機(jī)體內(nèi)。然后把產(chǎn)生的數(shù)據(jù)圖像傳送到一個(gè)記錄設(shè)備24，例如磁帶或光盤，然后傳送以進(jìn)行分析，最好是用一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。
樣本組織塊14的切割表面16中的任何不規(guī)則性都將導(dǎo)致在那些位置上的光的非鏡面散射，在集合的圖像中的對(duì)應(yīng)焦點(diǎn)上產(chǎn)生暗斑。最好校準(zhǔn)光學(xué)元件，從而使光軸能夠正交地對(duì)準(zhǔn)塊表面，使得照明路徑和成像路徑能夠重疊成一個(gè)單一的光學(xué)系統(tǒng)，即，外照明光學(xué)系統(tǒng)。
圖4是說明本發(fā)明的包括執(zhí)行計(jì)算操作以解釋反射的圖像和提取有關(guān)切片機(jī)和它的某些附件的操作性能的信息的裝置的部分的流程圖。從一個(gè)完全均勻平坦圖像的任何可檢測偏離被認(rèn)為是一個(gè)從切片機(jī)及其附件的理想性能的可測量的偏離。通過一系列的分離和量化各類異常的變換處理該圖像。
第一操作涉及用于評(píng)價(jià)照明系統(tǒng)的狀態(tài)和塊表面上的大的無定形缺陷存在的整體亮度特征的檢測30。將這種信息進(jìn)一步應(yīng)用到調(diào)節(jié)圖像和產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于它可反襯線、凹點(diǎn)、和其它更明顯特征的均勻背景亮度的改正掩模32a。在應(yīng)用改正掩模之后，評(píng)定照明系統(tǒng)32b，并將任何檢測到的不規(guī)則明顯缺陷量化，以評(píng)定塊組成和刀具狀態(tài)32c-d。接下來，將照明場改正到均勻34。
接下來，執(zhí)行一個(gè)操作以確定圖像是否適當(dāng)?shù)鼐劢挂援a(chǎn)生足夠的信息36a。然后量化焦點(diǎn)的清晰度36b，和如果聚焦質(zhì)量低于標(biāo)準(zhǔn)則終止分析36c。如果圖像適當(dāng)?shù)鼐劢?，那么?yīng)用邊緣檢測例程以產(chǎn)生指示任何表面缺陷邊緣所在位置的二元映象38?？梢允褂酶鞣N不同方法來取得這種結(jié)果，包括，但是不限于，拉普拉斯，索貝爾，F(xiàn)rei，和Chen技術(shù)。利用下一個(gè)相鄰搜索進(jìn)一步處理二元映象，以檢測用形狀和長度分類的連續(xù)線40a-b。用一個(gè)曲線擬合例程解釋和分類代表塊中凹點(diǎn)和氣泡之類的缺陷的卷曲、閉合線40a。根據(jù)它們的定向，也根據(jù)它們的粗細(xì)，將直線分類到水平和垂直類型40b。分析不擬合這些范疇的直線，以在圖像記錄系統(tǒng)中產(chǎn)生有關(guān)對(duì)準(zhǔn)變化的對(duì)應(yīng)信息，和/或指示與聚焦平面度的偏差42a。然后執(zhí)行操作以量化用于刀具操作評(píng)定的垂直線的寬度和數(shù)量42b，和量化水平線的寬度、數(shù)量和周期性，以評(píng)定切片機(jī)驅(qū)動(dòng)和刀具的操作42c。然后量化這些線相對(duì)于形成圖像的像素元素的行和列的角度，作為照相機(jī)的旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)的測量42d。
盡管結(jié)合其優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是，顯然熟悉本領(lǐng)域的人員可以進(jìn)行改進(jìn)和改變，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅受附屬權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，所述裝置包括用于產(chǎn)生組織學(xué)組織樣本塊的切割表面的圖像的裝置；用于記錄產(chǎn)生的圖像的裝置；和用于解釋圖像以提取有關(guān)切片機(jī)及其組件的條件和性能的信息的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述圖像產(chǎn)生裝置包括一個(gè)光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述光源是一個(gè)激光器，汞蒸氣燈泡或一個(gè)氙氣燈泡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述產(chǎn)生圖像的裝置包括一個(gè)部分反光鏡，被定位以反射和引導(dǎo)所述光源產(chǎn)生的光的入射光束到組織學(xué)組織樣本塊的切割表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述記錄裝置包括一個(gè)顯微透鏡系統(tǒng)，以截取所述圖像產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的圖像并且將產(chǎn)生的圖像清晰地聚焦在一個(gè)光傳感表面或圖像掃描器機(jī)構(gòu)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述光傳感表面是一個(gè)數(shù)字照相機(jī)的平面二維(面陣列)或線性一維(線性陣列)電荷耦合成像芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述光傳感平面表面將所述圖像產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字電子數(shù)據(jù)圖像，并且將數(shù)據(jù)圖像傳送到一記錄設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述記錄設(shè)備是一個(gè)磁帶或光盤。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中光傳感平面表面封閉在一個(gè)照相機(jī)體中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述解釋裝置包括一個(gè)數(shù)字式計(jì)算機(jī)，執(zhí)行計(jì)算操作以解釋所述圖像產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述計(jì)算操作包括以下操作a)檢測用于評(píng)價(jià)切片機(jī)照明系統(tǒng)的狀態(tài)和組織學(xué)組織樣本塊上的大的無定形缺陷的存在的整體亮度特征；b)應(yīng)用一個(gè)調(diào)節(jié)圖像并產(chǎn)生一個(gè)反襯線、凹點(diǎn)和其它更明顯特征的均勻背景亮度的改正掩模；c)評(píng)定照明系統(tǒng)以檢測不規(guī)則明顯缺陷并且量化和評(píng)定塊組成和刀具狀態(tài)；d)把照明場改正均勻；e)確定圖像是否在適當(dāng)?shù)慕裹c(diǎn)上以產(chǎn)生足夠的信息，量化焦點(diǎn)清晰度，并且如果聚焦質(zhì)量低于標(biāo)準(zhǔn)，終止分析；f)如果圖像是適當(dāng)聚焦的，那么應(yīng)用邊緣檢測例程，以產(chǎn)生指示任何表面缺陷邊緣所在位置的二元映象；g)利用下一個(gè)相鄰搜索處理二元映象，以檢測以形狀和長度分類的連續(xù)線；解釋并且用曲線擬合例程分類代表凹點(diǎn)和氣泡之類的塊中缺陷的卷曲、閉合的線；根據(jù)直線的定向?qū)⑺鼈兎诸悶樗胶痛怪鳖愋?；分析不符合這兩種范疇的直線，以在圖像記錄系統(tǒng)中產(chǎn)生有關(guān)對(duì)準(zhǔn)變化的信息，和/或指示焦點(diǎn)平面度的偏離；h)為刀具操作評(píng)定而量化垂直線的寬度和數(shù)量；i)量化水平線的寬度、數(shù)量和周期性，以評(píng)定切片機(jī)驅(qū)動(dòng)和刀具的操作；j)量化任何旋轉(zhuǎn)偏離像素軸的線，以評(píng)定照相機(jī)的對(duì)準(zhǔn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的裝置，其中所述邊緣檢測例程是一種拉普拉斯、索貝爾、Frei、或Chen技術(shù)。
13.一種監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，所述方法包括步驟利用部分反射鏡反射和引導(dǎo)從汞蒸氣或氙氣燈泡產(chǎn)生的光的入射光束到組織樣本的切割面，產(chǎn)生切片機(jī)切割的組織學(xué)組織樣本塊的切割表面的光學(xué)圖像；截取由從所述組織學(xué)組織樣本塊的切割表面的任何鏡面反射形成的光學(xué)圖像，和引導(dǎo)所述圖像通過一個(gè)顯微透鏡系統(tǒng)到一個(gè)電荷耦合成像芯片之類的光傳感平面表面；將所述圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字電子圖像；將所述數(shù)字電子圖像記錄到一種諸如磁帶或光盤之類的適當(dāng)記錄介質(zhì)上；利用數(shù)字式計(jì)算機(jī)解釋所述數(shù)字圖像，以提取有關(guān)切片機(jī)及其組件的條件和性能的信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括利用適當(dāng)編程的數(shù)字式計(jì)算機(jī)檢測圖像的整體亮度特征，以評(píng)價(jià)切片機(jī)照明系統(tǒng)的狀態(tài)和組織學(xué)組織樣本塊表面上的大的無定形缺陷的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括利用適當(dāng)編程的數(shù)字式計(jì)算機(jī)施加一個(gè)調(diào)節(jié)圖像并且產(chǎn)生可以反襯線、凹點(diǎn)和其它更明顯特征的均勻背景亮度的改正掩模的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括利用適當(dāng)編程的數(shù)字式計(jì)算機(jī)評(píng)定照明系統(tǒng)以檢測不規(guī)則明顯缺陷并且量化和評(píng)定塊組成和刀具狀態(tài)的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括利用適當(dāng)編程的數(shù)字式計(jì)算機(jī)把照明場改正均勻的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括利用適當(dāng)編程的數(shù)字式計(jì)算機(jī)確定圖像是否在適當(dāng)?shù)慕裹c(diǎn)，以產(chǎn)生足夠的信息，焦點(diǎn)清晰度的量化，和如果聚焦質(zhì)量低于標(biāo)準(zhǔn)終止圖像分析的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括利用所述數(shù)字式計(jì)算機(jī)，如果圖像是適當(dāng)聚焦的，那么應(yīng)用拉普拉斯，索貝爾，F(xiàn)rei，或Chen技術(shù)之類的邊緣檢測操作產(chǎn)生一個(gè)指示任何表面缺陷的邊緣所在位置的二元映象的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括利用下一個(gè)相鄰搜索處理二元映象以檢測以形狀和長度分類的連續(xù)線；利用曲線擬合例程解釋和分類代表塊中的凹點(diǎn)和氣泡之類的缺陷的卷曲的閉合線；根據(jù)直線的定向?qū)⑺鼈兎诸惓伤胶痛怪鳖愋?；分析不符合這兩種范疇的直線，以在圖像記錄系統(tǒng)中產(chǎn)生有關(guān)對(duì)準(zhǔn)變化的信息和/或指示聚焦平面度偏離的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括為刀具操作評(píng)定量化垂直線的寬度和數(shù)量的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括量化水平線的寬度、數(shù)量和周期性以評(píng)定切片機(jī)驅(qū)動(dòng)和刀具的操作的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，進(jìn)一步包括量化從像素軸轉(zhuǎn)離的任何線以評(píng)定照相機(jī)對(duì)準(zhǔn)的步驟。
24.一種用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)切片機(jī)和切片機(jī)組件的條件和性能的方法，所述方法包括步驟利用一個(gè)部分反光鏡反射和引導(dǎo)從汞蒸氣或氙氣燈泡發(fā)出的光的入射光束到組織樣本的切割面上，產(chǎn)生切片機(jī)切割的組織學(xué)組織樣本塊的切割表面的光學(xué)圖像；截取由從所述組織學(xué)組織樣本塊的切割表面的任何非鏡面反射形成的光學(xué)圖像，并且引導(dǎo)所述圖像通過一個(gè)顯微透鏡系統(tǒng)到一個(gè)電荷耦合成像芯片之類的光傳感平面表面上；將所述圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字電子圖像；將所述數(shù)字電子圖像記錄在諸如磁帶或光盤之類的適當(dāng)?shù)挠涗浗橘|(zhì)上；利用數(shù)字式計(jì)算機(jī)解釋所述數(shù)字圖像以提取有關(guān)切片機(jī)及其組件的條件和性能的信息。
全文摘要
一種用于監(jiān)視和評(píng)價(jià)組織學(xué)實(shí)驗(yàn)室切片機(jī)和包括刀具、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和照明設(shè)備的切片機(jī)附件的性能和條件的方法和裝置。檢測和表征安裝在切片機(jī)上的塊的表面圖像中的不規(guī)則性,所述塊已經(jīng)用切片機(jī)進(jìn)行機(jī)械切割,以產(chǎn)生一個(gè)切割塊面。記錄從塊表面鏡面的或非鏡面的反射的光的圖像,并且進(jìn)行圖形分析,以提取、量化、和解釋圖形化特征,包括那些指示切片機(jī)及其附件的功能上的或組織塊本身中的異常特征。
文檔編號(hào)G01N1/06GK1337030SQ00802929
公開日2002年2月20日 申請日期2000年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月21日
發(fā)明者拉塞爾L·克什曼, 邁克爾E·博爾斯, 安德魯D·亨德里克森 申請人:拉塞爾L·克什曼, 邁克爾E·博爾斯, 安德魯D·亨德里克森