病理切片掃描3d成像與融合裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字病理學(xué)中的數(shù)字化切片領(lǐng)域，尤其涉及一種病理切片掃描3D成像與融合裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]病理切片是病理標(biāo)本的一種。制作時(shí)將部分有病變的組織或臟器經(jīng)過(guò)各種化學(xué)品和埋藏法的處理，使之固定硬化，在切片機(jī)上切成薄片，粘附在玻片上，染以各種顏色，供在顯微鏡下檢查，以觀察病理變化，作出病理診斷，為臨床診斷和治療提供幫助。
[0003]隨著信息技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字病理學(xué)成為了病理學(xué)現(xiàn)在與今后發(fā)展的方向。在數(shù)字病理學(xué)中，將切片數(shù)字化是最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的一步。數(shù)字化切片是將病例切片通過(guò)數(shù)字切片掃描系統(tǒng)進(jìn)行全視野高分辨掃描，通過(guò)計(jì)算機(jī)無(wú)縫拼接處理，高保真地將切片真實(shí)重現(xiàn)。數(shù)字化切片可使得病例資源數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)可視化數(shù)據(jù)的永久存儲(chǔ)和不受時(shí)空限制的同步瀏覽，將在病理臨床診斷、病理學(xué)科研與教學(xué)等領(lǐng)域中創(chuàng)造更深遠(yuǎn)的影響，并對(duì)整個(gè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都將發(fā)揮巨大的作用。
[0004]目前，使用病理切片掃描裝置使切片數(shù)字化已成為現(xiàn)有技術(shù)。病理切片掃描裝置是把病理切片數(shù)字化的一種工具，其替代了傳統(tǒng)顯微鏡，具有信息化的優(yōu)勢(shì)，但是，現(xiàn)有病理切片掃描裝置都不具有3D效果，并導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)如顯微鏡一樣可以在同一個(gè)位置上下調(diào)點(diǎn)焦距來(lái)觀察不同的細(xì)胞組織變化，從而無(wú)法滿足在一個(gè)焦平面中掃描出所有清晰的圖像細(xì)節(jié)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種病理切片掃描3D成像與融合裝置及方法。本發(fā)明旨在可以有效地通過(guò)該新型病理切片掃描裝置來(lái)模擬出類(lèi)似顯微鏡的操作效果，從而更方便、簡(jiǎn)潔、直觀地觀看3D效果。并且該裝置還可以通過(guò)融合功能將不同焦平面上的清晰組織圖像全部融合到同一張圖像上，從而最終實(shí)現(xiàn)能夠完整并清晰地查看到切片上所有的細(xì)胞及組織的圖像。
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了一種病理切片掃描3D成像與融合裝置，其特征在于，包括:數(shù)碼相機(jī)1，用于采集切片圖像；成像鏡2，其連接于數(shù)碼相機(jī)下方，用于光路的成像；物鏡3，其連接于成像鏡下方，包括一個(gè)調(diào)焦旋鈕，一個(gè)Z軸電機(jī)，一個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)控制器，其可沿Z軸方向上下移動(dòng)，用于放大圖像，并用于數(shù)碼相機(jī)對(duì)焦；裝載平臺(tái)4，其位于物鏡下方，用于裝載和移除切片；掃描平臺(tái)5，其安裝于裝載平臺(tái)的底部，包括一個(gè)X軸電機(jī)和一個(gè)Y軸電機(jī)，以及一個(gè)水平運(yùn)動(dòng)控制器，其可沿X、Y軸方向移動(dòng)，用于水平移動(dòng)切片；聚光鏡6，其位于掃描平臺(tái)下方，用于把光聚集在一起；光源7，其位于聚光鏡下方，用于調(diào)節(jié)亮度；計(jì)算機(jī)8，電氣相連于所述數(shù)碼相機(jī)1、物鏡3、掃描平臺(tái)5和光源7 ;用于控制數(shù)碼相機(jī)I并處理圖像數(shù)據(jù)；用于控制物鏡3的垂直運(yùn)動(dòng)控制器，以驅(qū)動(dòng)控制物鏡3 ;用于控制掃描平臺(tái)5的水平運(yùn)動(dòng)控制器，以驅(qū)動(dòng)掃描平臺(tái)5 ;用于控制光源7，以調(diào)節(jié)亮度。
[0007]優(yōu)選地，所述病理切片掃描3D成像與融合裝置中的所述物鏡3，還包括一個(gè)低倍率物鏡和一個(gè)高倍率物鏡。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)選地，所述物鏡3沿Z軸方向重復(fù)定位精度均小于或等于I μπι。再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述掃描平臺(tái)5沿X軸、Y軸方向重復(fù)定位精度均小于或等于I μπι。
[0008]更進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述病理切片掃描3D成像與融合裝置中，所述數(shù)碼相機(jī)I為高速面陣數(shù)碼相機(jī)，通過(guò)USB3.0連接線與計(jì)算機(jī)8連接。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)選地，所述高速面陣數(shù)碼相機(jī)的幀頻多100幀/秒。
[0009]更進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述病理切片掃描3D成像與融合裝置中，所述成像鏡2為三目成像鏡，其包括兩個(gè)用于人眼觀察的觀察目鏡和一個(gè)用于掃描的掃描目鏡。
[0010]更進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述病理切片掃描3D成像與融合裝置中，所述數(shù)碼相機(jī)I與成像鏡2的連接為可拆卸連接。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)選地，所述數(shù)碼相機(jī)I與成像鏡2的連接為卡槽連接或螺紋連接。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)選地，所述數(shù)碼相機(jī)1、成像鏡2、物鏡3、裝載平臺(tái)4、掃描平臺(tái)5、聚光鏡6和光源7，從上到下依次安裝于同一垂直軸線上。
[0011]第二方面，本發(fā)明還提供了一種病理切片掃描3D成像與融合方法，該方法使用了上述病理切片掃描3D成像與融合裝置，該裝置包括:數(shù)碼相機(jī)1，用于采集切片圖像；成像鏡2，其連接于數(shù)碼相機(jī)下方，用于光路的成像；物鏡3，其連接于成像鏡下方，包括一個(gè)調(diào)焦旋鈕，一個(gè)Z軸電機(jī)，一個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)控制器，其可沿Z軸方向上下移動(dòng)，用于放大圖像，并用于數(shù)碼相機(jī)對(duì)焦；裝載平臺(tái)4，其位于物鏡下方，用于裝載和移除切片；掃描平臺(tái)5，其安裝于裝載平臺(tái)的底部，包括一個(gè)X軸電機(jī)和一個(gè)Y軸電機(jī)，以及一個(gè)水平運(yùn)動(dòng)控制器，其可沿Χ、Υ軸方向移動(dòng)，用于水平移動(dòng)切片；聚光鏡6，其位于掃描平臺(tái)下方，用于把光聚集在一起；光源7，其位于聚光鏡下方，用于調(diào)節(jié)亮度；計(jì)算機(jī)8，電氣相連于所述數(shù)碼相機(jī)1、物鏡
3、掃描平臺(tái)5和光源7 ;用于控制數(shù)碼相機(jī)I并處理圖像數(shù)據(jù)；用于控制物鏡3的垂直運(yùn)動(dòng)控制器，以驅(qū)動(dòng)控制物鏡3 ;用于控制掃描平臺(tái)5的水平運(yùn)動(dòng)控制器，以驅(qū)動(dòng)掃描平臺(tái)5 ;用于控制光源7，以調(diào)節(jié)亮度。
[0012]所述方法包括步驟:
[0013]①將載有切片的載玻片放置于裝載平臺(tái)4上，并固定；
[0014]②使用所述裝置對(duì)圖像的若干個(gè)焦點(diǎn)進(jìn)行對(duì)焦，計(jì)算出各個(gè)焦點(diǎn)的Z軸最佳焦距，尋找到圖像最清晰的位置；
[0015]③通過(guò)Z軸實(shí)測(cè)焦距，計(jì)算機(jī)8采用一系列圖像平面擬合方法計(jì)算出一個(gè)虛擬平面，即焦平面O層，并確定掃描起始點(diǎn)；
[0016]④通過(guò)計(jì)算機(jī)8控制物鏡3和掃描平臺(tái)5移動(dòng)，從而移動(dòng)所述焦平面O層，得軌跡Α’，數(shù)碼相機(jī)I實(shí)時(shí)抓取運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的圖像，并把該圖像實(shí)時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8實(shí)時(shí)處理傳輸過(guò)來(lái)的該圖像，直至軌跡Α’掃描結(jié)束；
[0017]⑤將焦平面O層沿Y軸再次移動(dòng)到所述掃描起始點(diǎn)，并把焦平面O層的Z軸軌跡向下移動(dòng)一定距離α，并相應(yīng)改變Z軸的焦距值，然后按照步驟④再掃描一次；并且:
[0018]⑥重復(fù)步驟④至⑤，將焦平面O層的Z軸軌跡不斷地向上移動(dòng)或者向下移動(dòng)一定距離α，直至所有層掃描結(jié)束，從而得到O層-η層的所有圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)該O層-η層的所有圖像數(shù)據(jù)可以描繪出A軌跡上的3D圖像。
[0019]⑦重復(fù)步驟③至⑥，依次描繪出B軌跡、C軌跡、D軌跡……從而得到所有軌跡上的3D圖像。
[0020]⑧利用上述所有軌跡上的所有層圖像，使用計(jì)算機(jī)8計(jì)算出3D數(shù)據(jù)并且通過(guò)融合算法，取出每層最清晰的內(nèi)容，最后合成一個(gè)融合層。
[0021 ] 優(yōu)選地，在所述病理切片掃描3D成像與融合方法中，所述步驟②中的對(duì)焦為自動(dòng)對(duì)焦或手動(dòng)對(duì)焦。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述病理切片掃描3D成像與融合方法中，所述裝置中的物鏡3還包括一個(gè)低倍率物鏡和一個(gè)高倍率物鏡。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選的所述步驟②為:首先，采用低倍率物鏡掃描切片，通過(guò)數(shù)碼相機(jī)I將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8顯示得到切片初步全景圖，并在該全景圖上選定待測(cè)區(qū)域；然后，轉(zhuǎn)換為高倍率物鏡，在該待測(cè)區(qū)域的圖像中，使用所述裝置對(duì)圖像的若干個(gè)焦點(diǎn)進(jìn)行對(duì)焦，計(jì)算出各個(gè)焦點(diǎn)的Z軸最佳焦距，尋找到圖像最清晰的位置。
[0023]更進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述病理切片掃描3D成像與融合方法中，所述距離α < I ]im0
[0024]更進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述病理