專利名稱：一種顯微鏡切片的快速掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯微鏡切片的快速掃描方法，尤其適用于基于全自動(dòng)顯微鏡系統(tǒng)的切片掃描應(yīng)用。
背景技術(shù)：
使用自動(dòng)顯微鏡，在掃描獲取切片圖像的過(guò)程中可能需要掃描上千個(gè)視野才能獲得有意義的結(jié)果。如何更快速地獲取這些視野的圖像就是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的切片掃描方法是按照“弓”字形的方式遍歷掃描區(qū)域，并且在每個(gè)視野進(jìn)行較為復(fù)雜的聚焦過(guò)程才能獲取切片圖像。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，有相當(dāng)一部分的顯微鏡切片的信息主要是分布在一個(gè)圓形或者相對(duì)集中的區(qū)域。針對(duì)上述問(wèn)題，并且根據(jù)切片的特點(diǎn)，本發(fā)明人研究了一種方法，可以更快速地獲取切片圖像，完成掃描，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種顯微鏡切片的快速掃描方法，以實(shí)現(xiàn)更快速地獲取切片圖像并完成掃描。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是—種顯微鏡切片的快速掃描方法，其步驟是第一步，依據(jù)擬掃描樣本的大小設(shè)置切片的掃描區(qū)域；第二步，設(shè)置切片掃描方向(順時(shí)針或者逆時(shí)針)；第三步，全自動(dòng)顯微鏡移動(dòng)到掃描區(qū)域的中心，開(kāi)始以螺旋方式的路徑掃描；第四步，獲取掃描路徑中當(dāng)前視野的一組切片圖像；第五步，應(yīng)用圓形檢測(cè)找到下一個(gè)需要掃描的視野，轉(zhuǎn)到第四步；所述的圓形檢測(cè)方法是通過(guò)邊緣檢測(cè)算法判斷掃描路徑中的下一個(gè)視野是否需要掃描，即統(tǒng)計(jì)待掃描視野周?chē)阎目瞻滓曇皞€(gè)數(shù)，如果周?chē)目瞻滓曇斑_(dá)到三幅或超過(guò)三幅就判定待掃描視野為空白視野，但是對(duì)于轉(zhuǎn)角視野，即掃描路徑中待掃描視野的前一個(gè)視野、后一個(gè)視野以及此視野不在一條直線上的，判斷依據(jù)是周?chē)目瞻滓曇斑_(dá)到兩幅或超過(guò)兩幅就判定此待掃描視野為空白視野，空白視野不需要再進(jìn)行掃描。所述螺旋方式是按照順時(shí)針或者逆時(shí)針?lè)较驈膾呙鑵^(qū)域的中心向外掃描，掃描行進(jìn)路線是直線。在獲取掃描路徑中當(dāng)前視野的一組切片圖像時(shí)使用緩存焦面技術(shù)，所述緩存焦面技術(shù)是在移動(dòng)到一個(gè)視野之前，預(yù)先計(jì)算出該視野掃描Z軸焦面起始位置，然后從這個(gè)起始位置開(kāi)始，朝一個(gè)方向步進(jìn)掃描，同時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中記錄每步的切片圖像，當(dāng)收集到所需的切片圖像后停止移動(dòng)Z軸焦面，最后再將內(nèi)存中緩存的最清晰的焦面圖像，及其前后一定層數(shù)的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。
在獲取掃描路徑中當(dāng)前視野的一組切片圖像時(shí)使用分檔焦面搜索方法，所述分檔焦面搜索方法是指將焦面搜索方法分為三種類型粗調(diào)、中調(diào)和精調(diào)；粗調(diào)是在固定的絕對(duì)坐標(biāo)范圍內(nèi)查找清晰焦面；中調(diào)從當(dāng)前位置開(kāi)始按照較大的間隔步長(zhǎng)查找清晰焦面；精調(diào)是從當(dāng)前位置開(kāi)始按照較小的間隔步長(zhǎng)查找清晰焦面；如果檢測(cè)到切片圖像是在清晰焦面附近，就直接使用精調(diào)來(lái)自動(dòng)聚焦；如果切片圖像離清晰焦面較遠(yuǎn)就使用中調(diào)來(lái)自動(dòng)聚焦；如果在掃描路徑中出現(xiàn)連續(xù)多個(gè)視野無(wú)法找到需要的切片圖像，就使用粗調(diào)來(lái)搜索焦采用上述方案后，本發(fā)明綜合運(yùn)用了螺旋方式掃描、圓形檢測(cè)、緩存焦面技術(shù)以及分檔焦面搜索方法，按照螺旋的方式從里向外遍歷整個(gè)掃描區(qū)域，掃描過(guò)程中應(yīng)用圓形檢測(cè)，通過(guò)邊緣檢測(cè)算法判斷掃描路徑中的下一個(gè)視野是否需要掃描，同時(shí)，掃描每個(gè)需要掃描的視野時(shí)，利用分檔焦面搜索方法，針對(duì)不同情況使用不同的聚焦方法，以快速、穩(wěn)定地獲取切片焦面圖像；利用緩存焦面技術(shù)，緩存掃描過(guò)的最清晰圖像，減少反復(fù)移動(dòng)載物臺(tái)。 由此來(lái)實(shí)現(xiàn)切片圖像的快速獲取并完成掃描，本發(fā)明減少了掃描時(shí)間，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。


圖1是使用螺旋方式的切片掃描示意圖，左圖表示逆時(shí)針掃描，右圖表示順時(shí)針掃描；圖2是使用“弓”字型方式的切片掃描示意圖；圖3是圓形檢測(cè)示意圖； 圖4是三種自動(dòng)聚焦轉(zhuǎn)換關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下第一步，依據(jù)擬掃描樣本的大小設(shè)置切片的掃描區(qū)域第二步，設(shè)置切片掃描方向?yàn)槟鏁r(shí)針。第三步，全自動(dòng)顯微鏡移動(dòng)到掃描區(qū)域的中心，開(kāi)始以螺旋方式的路徑掃描；第四步，獲取掃描路徑中當(dāng)前視野的一組切片圖像；第五步，應(yīng)用圓形檢測(cè)找到下一個(gè)需要掃描的視野，轉(zhuǎn)到第四步；所述的圓形檢測(cè)方法是通過(guò)邊緣檢測(cè)算法判斷掃描路徑中的下一個(gè)視野是否需要掃描，即統(tǒng)計(jì)待掃描視野周?chē)阎目瞻滓曇皞€(gè)數(shù)，如果周?chē)目瞻滓曇斑_(dá)到三幅或超過(guò)三幅就判定待掃描視野為空白視野，但是對(duì)于轉(zhuǎn)角視野，即掃描路徑中待掃描視野的前一個(gè)視野、后一個(gè)視野以及此視野不在一條直線上的，判斷依據(jù)是周?chē)目瞻滓曇斑_(dá)到兩幅或超過(guò)兩幅就判定此待掃描視野為空白視野，空白視野不需要再進(jìn)行掃描。掃描的方式是螺旋方式遍歷掃描區(qū)域。所謂螺旋方式就是按照順時(shí)針或者逆時(shí)針?lè)较驈膾呙鑵^(qū)域的中心向外掃描，掃描行進(jìn)路線是直線，見(jiàn)圖1。這種方式相對(duì)于傳統(tǒng)的“弓”字形掃描(見(jiàn)圖2)方式有如下優(yōu)點(diǎn)一、位于掃描區(qū)域中心的位置幾乎都不是空白視野，這樣比較容易定位清晰焦面并找到切片圖像。如果用“弓”字形的掃描方式，有可能需要經(jīng)過(guò)數(shù)十個(gè)空白視野后才能找到有切片圖像的視野。二、根據(jù)具體應(yīng)用的不同，對(duì)于某些切片只要掃描幾百個(gè)甚至幾十個(gè)有效視野就能夠收集到足夠多的切片圖像。如果用螺旋形的掃描方式，由于最后才會(huì)遍歷到只含少量切片圖像的邊緣視野和不含切片圖像的空白視野，就有可能更早的結(jié)束掃描。三、對(duì)于圓形分布的切片，如果按照“弓”字形的方式，掃描區(qū)域的四個(gè)邊角也會(huì)被掃描到。實(shí)際上這些區(qū)域是空白的，根本不需要去掃描。如果按照螺旋方式掃描，這些區(qū)域就有可能做到不被掃描，從而減少掃描時(shí)間。圓形檢測(cè)的方法是，統(tǒng)計(jì)待掃描視野周?chē)阎目瞻滓曇皞€(gè)數(shù)。如果超過(guò)三幅視野是空白的(包含三幅視野)，就判定此待掃描視野為空白視野，但是對(duì)于轉(zhuǎn)角視野(掃描路徑中待掃描視野的前一個(gè)視野、后一個(gè)視野以及此視野不在一條直線上的稱為轉(zhuǎn)角視野)判斷依據(jù)是超過(guò)兩幅視野(包含兩幅視野)是空白視野就判定此待掃描視野為空白視野，空白視野不需要掃描。不同批次制作的切片，其標(biāo)本的位置可能會(huì)有一些差別，因此掃描區(qū)域的中心位置不一定正好是標(biāo)本分布的中心位置。通過(guò)圓形檢測(cè)可以盡早地發(fā)現(xiàn)標(biāo)本分布的邊緣，從而減少對(duì)邊緣之外區(qū)域的掃描，減少掃描時(shí)間。圖3描述了帶有圓形檢測(cè)的逆時(shí)針螺旋掃描過(guò)程，這幅圖位于掃描區(qū)域的左下角，圖中每個(gè)方格表示掃描路徑中的一幅視野，帶箭頭的線段表示掃描路徑。下面具體分析幾個(gè)實(shí)例。為方便描述，為視野的水平及垂直方向編號(hào)，大寫(xiě)字母為視野水平方向的位置，數(shù)字為視野垂直方向的位置。待掃描視野是E5視野，周?chē)陌朔曇胺謩e為D4、D5、D6、E4、E6、F4、F5和F6，其中D4、D5、D6、E6是沒(méi)有掃描過(guò)的視野，根據(jù)此前的掃描記錄可知，F(xiàn)4、F5是有圖像的視野， 其他兩幅E4和F6是空白視野，因此這幅視野需要掃描。待掃描視野是E6視野，周?chē)陌朔曇胺謩e為D5、D6、D7、E5、E7、F5、F6和F7，其中D5、D6、D7、E7是沒(méi)有掃描過(guò)的視野，根據(jù)此前掃描的記錄可知，F(xiàn)5是有圖像的視野，其他三幅E5、F6和F7是空白視野，因此這幅視野不需要掃描，同時(shí)把這幅視野標(biāo)記為空白視野。待掃描視野是E7視野，周?chē)陌朔曇胺謩e為D6、D7、D8、E6、E8、F6、F7和F8，其中D6、D7、D8、E8、F8是沒(méi)有掃描過(guò)的視野，根據(jù)此前的掃描記錄可知，其他三幅E6、F6和F7 是空白視野，因此這幅視野不需要掃描，同時(shí)把這幅視野標(biāo)記為空白視野。 待掃描視野是E8視野，周?chē)陌朔曇胺謩e為D7、D8、D9、E7、E9、F7、F8和F9，其中D7、D8、D9、E9、F8、F9是沒(méi)有掃描過(guò)的視野，根據(jù)此前的掃描記錄可知，其他兩幅E7和F7 是空白視野，同時(shí)這幅視野是轉(zhuǎn)角視野，因此這幅視野不需要掃描，同時(shí)把這幅視野標(biāo)記為空白視野。依此類推F8不需要掃描，G8需要掃描，綜合以上分析，當(dāng)顯微鏡掃描完E5視野后， 通過(guò)對(duì)隨后掃描路徑上的視野分析E6、E7、E8和F8都不需要掃描，掃描時(shí)顯微鏡會(huì)直接移動(dòng)到G8位置掃描。緩存焦面技術(shù)是在移動(dòng)到一個(gè)視野之前，預(yù)先計(jì)算出該視野掃描Z軸焦面起始位置。然后從這個(gè)起始位置開(kāi)始，朝一個(gè)方向步進(jìn)掃描，同時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中記錄每步的切片圖像。當(dāng)收集到所需的切片圖像后停止移動(dòng)Z軸焦面。最后再將內(nèi)存中緩存的最清晰的焦面圖像，及其前后一定層數(shù)的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。
由于顯微鏡切片有一定的厚度，因此有可能需要獲取同一個(gè)視野的多層焦面圖像才能得到所需的信息。傳統(tǒng)的方法是啟發(fā)式的搜索，這種方法首先上下移動(dòng)載物臺(tái)，找到清晰焦面的位置，然后再按照上下兩個(gè)方向去收集切片圖像。傳統(tǒng)方法一般需要移動(dòng)5 6 個(gè)焦面位置才能完成搜索。而緩存焦面的方法不需要朝上下2個(gè)方向反復(fù)移動(dòng)載物臺(tái)，只需朝一個(gè)方向掃描，確保穿過(guò)焦面即可。緩存焦面方法一般只需要3 4個(gè)焦面位置就可以完成。這樣就可以減少相當(dāng)一部分掃描時(shí)間。由于切片在顯微鏡下并不是理想的水平面，所以當(dāng)顯微鏡移動(dòng)到一個(gè)視野的時(shí)候，并不總是在最清晰的焦面上。此外，初始視野、相鄰視野、邊緣視野、空白視野等情況都需要有針對(duì)性的聚焦方法。分檔焦面搜索是指將焦面搜索方法分為三種類型粗調(diào)、中調(diào)和精調(diào)，不同的類型應(yīng)用到不同的場(chǎng)景。粗調(diào)是在固定的絕對(duì)坐標(biāo)范圍內(nèi)查找清晰焦面；中調(diào)從當(dāng)前位置開(kāi)始按照較大的間隔步長(zhǎng)查找清晰焦面；精調(diào)是從當(dāng)前位置開(kāi)始按照較小的間隔步長(zhǎng)查找清晰焦面。如果檢測(cè)到切片圖像是在清晰焦面附近，就直接使用精調(diào)來(lái)自動(dòng)聚焦。如果切片圖像離清晰焦面較遠(yuǎn)就使用中調(diào)來(lái)自動(dòng)聚焦。如果在掃描路徑中出現(xiàn)連續(xù)多個(gè)視野無(wú)法找到需要的切片圖像，就使用粗調(diào)來(lái)搜索焦面。同時(shí)，這三種焦面搜索類型可以相互轉(zhuǎn)化(見(jiàn)圖4)。
權(quán)利要求
1.一種顯微鏡切片的快速掃描方法，其特征在于步驟是 第一步，依據(jù)擬掃描樣本的大小設(shè)置切片的掃描區(qū)域； 第二步，設(shè)置切片掃描方向；第三步，全自動(dòng)顯微鏡移動(dòng)到掃描區(qū)域的中心，開(kāi)始以螺旋方式的路徑掃描； 第四步，獲取掃描路徑中當(dāng)前視野的一組切片圖像； 第五步，應(yīng)用圓形檢測(cè)找到下一個(gè)需要掃描的視野，轉(zhuǎn)到第四步； 所述的圓形檢測(cè)方法是通過(guò)邊緣檢測(cè)算法判斷掃描路徑中的下一個(gè)視野是否需要掃描，即統(tǒng)計(jì)待掃描視野周?chē)阎目瞻滓曇皞€(gè)數(shù)，如果周?chē)目瞻滓曇斑_(dá)到三幅或超過(guò)三幅就判定待掃描視野為空白視野，但是對(duì)于轉(zhuǎn)角視野，即掃描路徑中待掃描視野的前一個(gè)視野、后一個(gè)視野以及此視野不在一條直線上的，判斷依據(jù)是周?chē)目瞻滓曇斑_(dá)到兩幅或超過(guò)兩幅就判定此待掃描視野為空白視野，空白視野不需要再進(jìn)行掃描。
2.如權(quán)利要求1所述一種顯微鏡切片的快速掃描方法，其特征在于所述螺旋方式是按照順時(shí)針或者逆時(shí)針?lè)较驈膾呙鑵^(qū)域的中心向外掃描，掃描行進(jìn)路線是直線。
3.如權(quán)利要求1所述一種顯微鏡切片的快速掃描方法，其特征在于在獲取掃描路徑中當(dāng)前視野的一組切片圖像時(shí)使用緩存焦面技術(shù)，所述緩存焦面技術(shù)是在移動(dòng)到一個(gè)視野之前，預(yù)先計(jì)算出掃描Z軸焦面起始位置，然后從這個(gè)起始位置開(kāi)始，朝一個(gè)方向步進(jìn)掃描，同時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中記錄每步的切片圖像，當(dāng)收集到所需的切片圖像后停止移動(dòng)Z軸焦面，最后再將內(nèi)存中緩存的最清晰的焦面圖像，及其前后一定層數(shù)的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。
4.如權(quán)利要求1所述一種顯微鏡切片的快速掃描方法，其特征在于在獲取掃描路徑中當(dāng)前視野的一組切片圖像時(shí)使用分檔焦面搜索方法，所述分檔焦面搜索方法是指將焦面搜索方法分為三種類型粗調(diào)、中調(diào)和精調(diào)；粗調(diào)是在固定的絕對(duì)坐標(biāo)范圍內(nèi)查找清晰焦面；中調(diào)從當(dāng)前位置開(kāi)始按照較大的間隔步長(zhǎng)查找清晰焦面；精調(diào)是從當(dāng)前位置開(kāi)始按照較小的間隔步長(zhǎng)查找清晰焦面；如果檢測(cè)到切片圖像是在清晰焦面附近，就直接使用精調(diào)來(lái)自動(dòng)聚焦；如果切片圖像離清晰焦面較遠(yuǎn)就使用中調(diào)來(lái)自動(dòng)聚焦；如果在掃描路徑中出現(xiàn)連續(xù)多個(gè)視野無(wú)法找到需要的切片圖像，就使用粗調(diào)來(lái)搜索焦面。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種顯微鏡切片的快速掃描方法。第一步，依據(jù)擬掃描樣本的大小設(shè)置切片的掃描區(qū)域；第二步，設(shè)置切片掃描方向；第三步，全自動(dòng)顯微鏡移動(dòng)到掃描區(qū)域的中心，開(kāi)始以螺旋方式的路徑掃描；第四步，獲取掃描路徑中當(dāng)前視野的一組切片圖像；第五步，應(yīng)用圓形檢測(cè)找到下一個(gè)需要掃描的視野，轉(zhuǎn)到第四步。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了切片圖像的快速獲取，減少了掃描時(shí)間，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
文檔編號(hào)G01N33/483GK102262151SQ20101023126
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者賈守禮, 趙宇 申請(qǐng)人:麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司