本發(fā)明涉及掃描儀領域，特別是指一種病理切片掃描儀的導航校準方法、裝置和電子設備。

背景技術：

1、病理診斷貫穿在臨床疾病的早期篩查、確診、治療以及預后評估過程中，是確定疾病的“金標準”，尤其在腫瘤診斷中，病理診斷結果至關重要。傳統病理診斷是由醫(yī)生借助顯微鏡觀察病理切片上的細胞或組織，憑借已有的經驗，進行診斷決策。這種診斷模式不僅對醫(yī)生閱片經驗要求高、信息本身的傳承和解讀很困難，而且費時費力。本世紀初，信息技術滲透到常規(guī)病理檢查實踐之中，產生了最初的遠程顯微鏡以及虛擬切片(virtual?slide,vs)技術，為病理圖像交流提供了便利。經過多年發(fā)展，切片數字化(slidedigitalization)得以實現，數字病理(digital?pathology)時代就此開啟。數字化切片不僅運用于遠程病理(telepathology)診斷，也開始逐步改變病理診斷的工作模式。

2、數字病理的第一步，便是通過病理切片掃描儀掃描實體玻璃切片，以采集切片各區(qū)域的數字圖像，再應用算法將這些圖像進行處理和無縫拼接，以獲得對應的全切片圖像(whole?slide?image,wsi)，也稱為數字切片(digital?slide,ds)。目前，國內外已有不少的切片掃描儀生產廠家，包括：德國蔡司(zeiss)公司、德國徠卡(leica)公司、匈牙利3dhistech公司、荷蘭飛利浦(philips)公司、日本濱松(hamamatsu)公司以及中國的麥克奧迪、江豐、生強等等。

3、現代掃描儀都是以一種“所見即所得”的方式來對切片進行瀏覽和掃描。所謂“所見”是指掃描儀通過某種方式獲取待掃描切片的宏觀圖像(也稱預覽圖)，然后用戶在此圖上進行視野點選或區(qū)域圈選；“所得”即是指在用戶點選或圈選后掃描儀載物臺移動到相應位置進行瀏覽或進行區(qū)域掃描，使得鏡下呈現出用戶點選的視野圖像或掃描出來的區(qū)域即為用戶圈選的區(qū)域。而要實現上述“所見即所得”操作的關鍵即是“導航校準”，它是掃描儀系統的重要模塊，旨在指導掃描儀如何取得切片的宏觀圖像，并建立載物臺與切片宏觀圖之間的變換關系：

4、

5、其中，(xm,ym)和(xs,ys)分別表示宏觀圖上的位置點(不妨稱之為像方點或像方位置，下同)和載物臺上的位置點(即，使像方點所對應的內容呈現于鏡下時的載物臺xy軸坐標，不妨稱之為物方點或物方位置，下同),式(1)為從宏觀圖到載物臺(像方到物方)的變換，式(2)為載物臺到宏觀圖(物方到像方)的變換，它們都為仿射變換。

6、傳統的導航校準是以掃描的方式來實現的，其基本步驟為：

7、1)把一張全組織切片移動至載物臺的某個位置拍攝宏觀圖像，如圖1(c)；

8、2)把該全組織切片置于鏡下，采用低倍物鏡(比如2x或4x)進行全范圍掃描，得到一張數字切片，如圖1(a)；

9、3)把數字切片進行縮小，獲得更低分辨率的數字切片，如圖1(b)；

10、4)在低分辨率的數字切片和宏觀圖之間進行圖像匹配，找到同名點對后擬合出變換(1)和(2)。

11、上述基于掃描的導航校準方法，因為要進行全范圍掃描，導致速度慢；其次，如果用于校準的切片對比度不高，有可能導致上述第4)步匹配失敗，從而導致整個導航校準失敗，即導航校準不夠穩(wěn)定。另外，在非明場掃描儀中，傳統的基于掃描的導航方法更容易因為掃描所得低倍全景圖缺少特征點而導致匹配失敗，從而導致整個導航校準失敗。

技術實現思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服現有技術中的上述缺陷，提出一種病理切片掃描儀的導航校準方法、裝置和電子設備，無需進行全范圍掃描，快速穩(wěn)定。

2、本發(fā)明采用如下技術方案：

3、一種病理切片掃描儀的導航校準方法，基于具有宏觀相機的顯微成像系統實現，預先設置校準片，所述校準片上至少設置間隔分布的第一圖形區(qū)域和第二圖形區(qū)域，具體校準方法包括如下：

4、移動載物臺并用宏觀相機拍攝若干宏觀圖像，通過識別若干所述宏觀圖像上的第一圖形區(qū)域坐標和所述第二圖形區(qū)域坐標來確定所述校準片的拍攝位置；

5、根據確定所述拍攝位置的所述第一圖形區(qū)域的坐標和所述第二圖形區(qū)域的坐標來計算宏觀圖像的像素空間分辨率；

6、根據所述宏觀圖像的像素空間分辨率和識別的所述第一圖形區(qū)域的坐標計算出所述校準片處于拍攝位置時，在拍攝的宏觀圖像上的矩形區(qū)域坐標以剪裁得到所述校準片的宏觀圖；

7、將所述宏觀圖上的某個位置點的像方位置以及所述校準片上對應位置點的物方位置帶入仿射變換關系式，從而確定所述載物臺和所述宏觀圖之間的映射關系實現導航校準。

8、移動載物臺并用所述宏觀相機拍攝若干宏觀圖像，通過若干所述宏觀圖像確定所述校準片的拍攝位置；具體包括如下：

9、所述載物臺的宏觀圖成像區(qū)未放置所述校準片，沿y軸方向移動所述載物臺并拍攝若干第一宏觀圖像，通過判斷所述第一宏觀圖像是否出現完整的所述宏觀成像區(qū)來確定所述校準片的拍攝位置的y軸方向的坐標ys，并得到所述宏觀成像區(qū)所在的矩形坐標rn；

10、在所述載物臺的宏觀成像區(qū)放置所述校準片，沿x軸方向移動所述載物臺并拍攝若干第二宏觀圖像，判斷所述第二宏觀圖像中是否出現所述第一圖形區(qū)域，以及根據識別的所述第一圖形區(qū)域與所述宏觀成像區(qū)所在的矩形坐標rn的位置關系來確定所述校準片的拍攝位置的x軸方向的坐標xs。

11、在所述載物臺的宏觀圖成像區(qū)未放置校準片時，從某個y軸的初始位置開始，沿y軸方向以設定的固定步長移動所述載物臺，每移動一個位置即以所述宏觀相機拍攝所述第一宏觀圖像，直至拍攝的所述第一宏觀圖像中出現完整的所述宏觀成像區(qū)，將此時的所述宏觀成像區(qū)的y軸位置作為所述校準片的拍攝位置的y軸方向的坐標ys；識別得到所述宏觀成像區(qū)的所在的矩形坐標rn＝{(xn,yn)；w,h}，其中(xn,yn)為矩形的中心位置，w和h分別表示矩形的寬和高，以像素為單位。

12、在所述載物臺的宏觀成像區(qū)放置所述校準片，從某個x軸的初始位置開始，沿x軸方向以設定的固定步長移動所述載物臺，每移動一個位置即以所述宏觀相機拍攝所述第二宏觀圖像，直至拍攝的所述第二宏觀圖像中出現所述第一圖形區(qū)域的中心區(qū)域，得到所述中心區(qū)域的中心坐標e(xe,ye)，并且判斷所述中心坐標與所述宏觀成像區(qū)的所在的所述矩形的中心在y軸方向的坐標差的絕對值是否不超過設定閾值，若不超過，則將此時的x軸位置作為所述校準片的拍攝位置的x軸方向的坐標xs。

13、所述校準片上還設置有與所述第一圖形區(qū)域外形相同且間隔設置的第二圖形區(qū)域，所述第二圖形區(qū)域的物方位置和所述第一圖形區(qū)域的物方位置在y軸的坐標相同，且二者之間的距離為l；還包括從確定所述坐標xs的所述第二宏觀圖像中識別出與所述第一圖形區(qū)域外形相同且中心坐標在y軸上最接近的圖形即為所述第二圖形區(qū)域，得到的所述第二圖形區(qū)域中心坐標為f(xf,yf)；根據所述第一圖形區(qū)域的中心坐標和所述第二圖形區(qū)域的中心坐標以及距離l計算宏觀圖像的像素空間分辨率sn：

14、

15、預先設置所述校準片中的第一圖形區(qū)域的中心與所述校準片的四條邊的距離信息；根據所述像素空間分辨率sn、識別的所述第一圖形區(qū)域的中心坐標以及所述距離信息計算所述校準片處于所述拍攝位置時，在拍攝的宏觀圖像中的矩形區(qū)域坐標rc＝[xs,xe,ys,ye]：

16、xs＝xe-(ws-de)/sn

17、xe＝xe+(ws-de)/sn

18、ys＝ye-hs/(2sn)

19、ye＝ye+hs/(2sn)

20、其中xs、xe分別表示所述矩形區(qū)域在拍攝的宏觀圖像中的起始和終止橫坐標，ys、ye分別表示該矩形在所拍攝宏觀圖像中的起始和終止縱坐標，ws和hs分別是所述校準片的寬度和高度，de為第一圖形區(qū)域的中心坐標與所述校準片的某一邊的距離。

21、預先分別在所述第一圖形區(qū)域和所述第二圖形區(qū)域的中心設置有形狀相同且尺寸不同的第一中心圖和第二中心圖；將所述第二中心圖的中心點作為成所述宏觀圖上的某個位置點的像方位置，將所述校準片上的第二圖形區(qū)域的第二中心圖的中心點作為成所述校準片上對應位置點的物方位置，所述物方位置確定方法如下：

22、移動所述載物臺使得所述校準片位于所述顯微成像系統的物鏡光軸下；

23、沿y軸方向以預設的步長移動所述載物臺，每移動到一個位置，以掃描相機進行拍攝，并對拍攝的掃描圖像進行識別，直到識別到所述第二中心圖且其尺寸滿足設定要求，將此時的x軸和y軸位置作為所述校準片上的所述第二圖形區(qū)域的中心點的物方位置并進行優(yōu)化得到最終的所述物方位置。

24、對所述第二圖形區(qū)域的所述物方位置進行優(yōu)化，具體包括：

25、根據當前所述掃描相機的視野圖像的空間分辨率sm和確定的所述第二圖形區(qū)域的物方位置的所述掃描圖像上識別的所述第二中心圖的中心坐標(x0，y0)對所述物方位置進行優(yōu)化得到優(yōu)化后的所述第二圖形區(qū)域的物方位置(xf＇，yf＇)：

26、

27、其中，(xf1，yf1)為優(yōu)化前的所述第二圖形區(qū)域的物方位置，w和h分別為所述宏觀圖的寬度和高度。

28、將所述第二圖形區(qū)域的物方位置與所述宏觀圖中的所述第二圖形區(qū)域對應的像方位置帶入仿射變換關系式中求得平移向量和比例向量，并得到最終的所述載物臺和所述宏觀圖之間的映射關系。

29、將優(yōu)化后的所述第二圖形區(qū)域的物方位置(xf＇，yf＇)與所述宏觀圖中的所述第二圖形區(qū)域的所述第二中心圖的中心坐標(xf，yf)帶入仿射變換關系式中求得平移向量(r1，r2)t和比例向量(t1，t2)t：

30、r1＝xf＇-sn×xf

31、r2＝yf＇-sn×yf

32、t1＝xf-xf＇/sn

33、t2＝yf-yf＇/sn

34、其中，sn為宏觀圖像的所述像素空間分辨率。

35、最終的所述載物臺和所述宏觀圖之間的映射關系如下：

36、

37、其中，(xm,ym)和(xs,ys)分別表示宏觀圖上的位置點和所述載物臺上的位置點，(r1，r2)t為平移向量，(t1，t2)t為比例向量。

38、一種電子設備，其特征在于，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時，以實現所述的病理切片掃描儀的導航校準方法。

39、一種病理切片掃描儀的導航校準裝置，包括：

40、校準片，至少設置有間隔分布的第一圖形區(qū)域和第二圖形區(qū)域；

41、拍攝位置確定模塊，通過識別經所述宏觀相機拍攝的若干所述宏觀圖像上的第一圖形區(qū)域坐標和所述第二圖形區(qū)域坐標來確定所述校準片的拍攝位置；

42、分辨率計算模塊，根據確定的所述拍攝位置的所述第一圖形區(qū)域的坐標和所述第二圖形區(qū)域的坐標來計算宏觀圖像的像素空間分辨率；

43、宏觀圖剪裁模塊，根據所述宏觀圖像的像素空間分辨率sn和識別的所述第一圖形區(qū)域的坐標計算出所述校準片處于拍攝位置時，在拍攝的宏觀圖像上的矩形區(qū)域坐標以剪裁得到所述校準片的宏觀圖；

44、映射關系確定模塊，將所述宏觀圖上的某個位置點的像方位置以及所述校準片上對應位置點的物方位置帶入仿射變換關系式，從而確定所述載物臺和所述宏觀圖之間的映射關系。

45、由上述對本發(fā)明的描述可知，與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

46、1、本發(fā)明中，利用具有宏觀相機的顯微成像和校準片，通過尋找載物臺上最佳的校準片的拍攝位置，以及在拍攝的宏觀圖像中裁剪出與實際校準片相對應的宏觀圖，再建立宏觀圖的與載物臺之間的映射，從而實現快速穩(wěn)定的導航校準。

47、2、本發(fā)明中采用的特殊的校準片，其上具有位置固定且易識別的特征區(qū)域，便于快速建立宏觀圖和載物臺之間的映射，提高導航校準速度和精度。

48、3、本發(fā)明的方案除了應用于明場掃描儀外，還適用于任何其他成像模式下的掃描儀，比如熒光掃描、偏光掃描、暗場掃描儀等等。