专利名称：一种显微镜切片的快速扫描方法
技术领域：
本发明涉及一种显微镜切片的快速扫描方法，尤其适用于基于全自动显微镜系统的切片扫描应用。
背景技术：
使用自动显微镜，在扫描获取切片图像的过程中可能需要扫描上千个视野才能获得有意义的结果。如何更快速地获取这些视野的图像就是一个需要解决的问题。传统的切片扫描方法是按照“弓”字形的方式遍历扫描区域，并且在每个视野进行较为复杂的聚焦过程才能获取切片图像。在实际应用中发现，有相当一部分的显微镜切片的信息主要是分布在一个圆形或者相对集中的区域。针对上述问题，并且根据切片的特点，本发明人研究了一种方法，可以更快速地获取切片图像，完成扫描，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种显微镜切片的快速扫描方法，以实现更快速地获取切片图像并完成扫描。为了达成上述目的，本发明的解决方案是—种显微镜切片的快速扫描方法，其步骤是第一步，依据拟扫描样本的大小设置切片的扫描区域；第二步，设置切片扫描方向(顺时针或者逆时针)；第三步，全自动显微镜移动到扫描区域的中心，开始以螺旋方式的路径扫描；第四步，获取扫描路径中当前视野的一组切片图像；第五步，应用圆形检测找到下一个需要扫描的视野，转到第四步；所述的圆形检测方法是通过边缘检测算法判断扫描路径中的下一个视野是否需要扫描，即统计待扫描视野周围已知的空白视野个数，如果周围的空白视野达到三幅或超过三幅就判定待扫描视野为空白视野，但是对于转角视野，即扫描路径中待扫描视野的前一个视野、后一个视野以及此视野不在一条直线上的，判断依据是周围的空白视野达到两幅或超过两幅就判定此待扫描视野为空白视野，空白视野不需要再进行扫描。所述螺旋方式是按照顺时针或者逆时针方向从扫描区域的中心向外扫描，扫描行进路线是直线。在获取扫描路径中当前视野的一组切片图像时使用缓存焦面技术，所述缓存焦面技术是在移动到一个视野之前，预先计算出该视野扫描Z轴焦面起始位置，然后从这个起始位置开始，朝一个方向步进扫描，同时在计算机内存中记录每步的切片图像，当收集到所需的切片图像后停止移动Z轴焦面，最后再将内存中缓存的最清晰的焦面图像，及其前后一定层数的图像进行存储。
在获取扫描路径中当前视野的一组切片图像时使用分档焦面搜索方法，所述分档焦面搜索方法是指将焦面搜索方法分为三种类型粗调、中调和精调；粗调是在固定的绝对坐标范围内查找清晰焦面；中调从当前位置开始按照较大的间隔步长查找清晰焦面；精调是从当前位置开始按照较小的间隔步长查找清晰焦面；如果检测到切片图像是在清晰焦面附近，就直接使用精调来自动聚焦；如果切片图像离清晰焦面较远就使用中调来自动聚焦；如果在扫描路径中出现连续多个视野无法找到需要的切片图像，就使用粗调来搜索焦采用上述方案后，本发明综合运用了螺旋方式扫描、圆形检测、缓存焦面技术以及分档焦面搜索方法，按照螺旋的方式从里向外遍历整个扫描区域，扫描过程中应用圆形检测，通过边缘检测算法判断扫描路径中的下一个视野是否需要扫描，同时，扫描每个需要扫描的视野时，利用分档焦面搜索方法，针对不同情况使用不同的聚焦方法，以快速、稳定地获取切片焦面图像；利用缓存焦面技术，缓存扫描过的最清晰图像，减少反复移动载物台。 由此来实现切片图像的快速获取并完成扫描，本发明减少了扫描时间，提高了系统的运行效率。
图1是使用螺旋方式的切片扫描示意图，左图表示逆时针扫描，右图表示顺时针扫描；图2是使用“弓”字型方式的切片扫描示意图；图3是圆形检测示意图； 图4是三种自动聚焦转换关系图。
具体实施例方式本发明的具体实施步骤如下第一步，依据拟扫描样本的大小设置切片的扫描区域第二步，设置切片扫描方向为逆时针。第三步，全自动显微镜移动到扫描区域的中心，开始以螺旋方式的路径扫描；第四步，获取扫描路径中当前视野的一组切片图像；第五步，应用圆形检测找到下一个需要扫描的视野，转到第四步；所述的圆形检测方法是通过边缘检测算法判断扫描路径中的下一个视野是否需要扫描，即统计待扫描视野周围已知的空白视野个数，如果周围的空白视野达到三幅或超过三幅就判定待扫描视野为空白视野，但是对于转角视野，即扫描路径中待扫描视野的前一个视野、后一个视野以及此视野不在一条直线上的，判断依据是周围的空白视野达到两幅或超过两幅就判定此待扫描视野为空白视野，空白视野不需要再进行扫描。扫描的方式是螺旋方式遍历扫描区域。所谓螺旋方式就是按照顺时针或者逆时针方向从扫描区域的中心向外扫描，扫描行进路线是直线，见图1。这种方式相对于传统的“弓”字形扫描(见图2)方式有如下优点一、位于扫描区域中心的位置几乎都不是空白视野，这样比较容易定位清晰焦面并找到切片图像。如果用“弓”字形的扫描方式，有可能需要经过数十个空白视野后才能找到有切片图像的视野。二、根据具体应用的不同，对于某些切片只要扫描几百个甚至几十个有效视野就能够收集到足够多的切片图像。如果用螺旋形的扫描方式，由于最后才会遍历到只含少量切片图像的边缘视野和不含切片图像的空白视野，就有可能更早的结束扫描。三、对于圆形分布的切片，如果按照“弓”字形的方式，扫描区域的四个边角也会被扫描到。实际上这些区域是空白的，根本不需要去扫描。如果按照螺旋方式扫描，这些区域就有可能做到不被扫描，从而减少扫描时间。圆形检测的方法是，统计待扫描视野周围已知的空白视野个数。如果超过三幅视野是空白的(包含三幅视野)，就判定此待扫描视野为空白视野，但是对于转角视野(扫描路径中待扫描视野的前一个视野、后一个视野以及此视野不在一条直线上的称为转角视野)判断依据是超过两幅视野(包含两幅视野)是空白视野就判定此待扫描视野为空白视野，空白视野不需要扫描。不同批次制作的切片，其标本的位置可能会有一些差别，因此扫描区域的中心位置不一定正好是标本分布的中心位置。通过圆形检测可以尽早地发现标本分布的边缘，从而减少对边缘之外区域的扫描，减少扫描时间。图3描述了带有圆形检测的逆时针螺旋扫描过程，这幅图位于扫描区域的左下角，图中每个方格表示扫描路径中的一幅视野，带箭头的线段表示扫描路径。下面具体分析几个实例。为方便描述，为视野的水平及垂直方向编号，大写字母为视野水平方向的位置，数字为视野垂直方向的位置。待扫描视野是E5视野，周围的八幅视野分别为D4、D5、D6、E4、E6、F4、F5和F6，其中D4、D5、D6、E6是没有扫描过的视野，根据此前的扫描记录可知，F4、F5是有图像的视野， 其他两幅E4和F6是空白视野，因此这幅视野需要扫描。待扫描视野是E6视野，周围的八幅视野分别为D5、D6、D7、E5、E7、F5、F6和F7，其中D5、D6、D7、E7是没有扫描过的视野，根据此前扫描的记录可知，F5是有图像的视野，其他三幅E5、F6和F7是空白视野，因此这幅视野不需要扫描，同时把这幅视野标记为空白视野。待扫描视野是E7视野，周围的八幅视野分别为D6、D7、D8、E6、E8、F6、F7和F8，其中D6、D7、D8、E8、F8是没有扫描过的视野，根据此前的扫描记录可知，其他三幅E6、F6和F7 是空白视野，因此这幅视野不需要扫描，同时把这幅视野标记为空白视野。 待扫描视野是E8视野，周围的八幅视野分别为D7、D8、D9、E7、E9、F7、F8和F9，其中D7、D8、D9、E9、F8、F9是没有扫描过的视野，根据此前的扫描记录可知，其他两幅E7和F7 是空白视野，同时这幅视野是转角视野，因此这幅视野不需要扫描，同时把这幅视野标记为空白视野。依此类推F8不需要扫描，G8需要扫描，综合以上分析，当显微镜扫描完E5视野后， 通过对随后扫描路径上的视野分析E6、E7、E8和F8都不需要扫描，扫描时显微镜会直接移动到G8位置扫描。缓存焦面技术是在移动到一个视野之前，预先计算出该视野扫描Z轴焦面起始位置。然后从这个起始位置开始，朝一个方向步进扫描，同时在计算机内存中记录每步的切片图像。当收集到所需的切片图像后停止移动Z轴焦面。最后再将内存中缓存的最清晰的焦面图像，及其前后一定层数的图像进行存储。
由于显微镜切片有一定的厚度，因此有可能需要获取同一个视野的多层焦面图像才能得到所需的信息。传统的方法是启发式的搜索，这种方法首先上下移动载物台，找到清晰焦面的位置，然后再按照上下两个方向去收集切片图像。传统方法一般需要移动5 6 个焦面位置才能完成搜索。而缓存焦面的方法不需要朝上下2个方向反复移动载物台，只需朝一个方向扫描，确保穿过焦面即可。缓存焦面方法一般只需要3 4个焦面位置就可以完成。这样就可以减少相当一部分扫描时间。由于切片在显微镜下并不是理想的水平面，所以当显微镜移动到一个视野的时候，并不总是在最清晰的焦面上。此外，初始视野、相邻视野、边缘视野、空白视野等情况都需要有针对性的聚焦方法。分档焦面搜索是指将焦面搜索方法分为三种类型粗调、中调和精调，不同的类型应用到不同的场景。粗调是在固定的绝对坐标范围内查找清晰焦面；中调从当前位置开始按照较大的间隔步长查找清晰焦面；精调是从当前位置开始按照较小的间隔步长查找清晰焦面。如果检测到切片图像是在清晰焦面附近，就直接使用精调来自动聚焦。如果切片图像离清晰焦面较远就使用中调来自动聚焦。如果在扫描路径中出现连续多个视野无法找到需要的切片图像，就使用粗调来搜索焦面。同时，这三种焦面搜索类型可以相互转化(见图4)。
权利要求
1.一种显微镜切片的快速扫描方法，其特征在于步骤是 第一步，依据拟扫描样本的大小设置切片的扫描区域； 第二步，设置切片扫描方向；第三步，全自动显微镜移动到扫描区域的中心，开始以螺旋方式的路径扫描； 第四步，获取扫描路径中当前视野的一组切片图像； 第五步，应用圆形检测找到下一个需要扫描的视野，转到第四步； 所述的圆形检测方法是通过边缘检测算法判断扫描路径中的下一个视野是否需要扫描，即统计待扫描视野周围已知的空白视野个数，如果周围的空白视野达到三幅或超过三幅就判定待扫描视野为空白视野，但是对于转角视野，即扫描路径中待扫描视野的前一个视野、后一个视野以及此视野不在一条直线上的，判断依据是周围的空白视野达到两幅或超过两幅就判定此待扫描视野为空白视野，空白视野不需要再进行扫描。
2.如权利要求1所述一种显微镜切片的快速扫描方法，其特征在于所述螺旋方式是按照顺时针或者逆时针方向从扫描区域的中心向外扫描，扫描行进路线是直线。
3.如权利要求1所述一种显微镜切片的快速扫描方法，其特征在于在获取扫描路径中当前视野的一组切片图像时使用缓存焦面技术，所述缓存焦面技术是在移动到一个视野之前，预先计算出扫描Z轴焦面起始位置，然后从这个起始位置开始，朝一个方向步进扫描，同时在计算机内存中记录每步的切片图像，当收集到所需的切片图像后停止移动Z轴焦面，最后再将内存中缓存的最清晰的焦面图像，及其前后一定层数的图像进行存储。
4.如权利要求1所述一种显微镜切片的快速扫描方法，其特征在于在获取扫描路径中当前视野的一组切片图像时使用分档焦面搜索方法，所述分档焦面搜索方法是指将焦面搜索方法分为三种类型粗调、中调和精调；粗调是在固定的绝对坐标范围内查找清晰焦面；中调从当前位置开始按照较大的间隔步长查找清晰焦面；精调是从当前位置开始按照较小的间隔步长查找清晰焦面；如果检测到切片图像是在清晰焦面附近，就直接使用精调来自动聚焦；如果切片图像离清晰焦面较远就使用中调来自动聚焦；如果在扫描路径中出现连续多个视野无法找到需要的切片图像，就使用粗调来搜索焦面。
全文摘要
本发明公开一种显微镜切片的快速扫描方法。第一步，依据拟扫描样本的大小设置切片的扫描区域；第二步，设置切片扫描方向；第三步，全自动显微镜移动到扫描区域的中心，开始以螺旋方式的路径扫描；第四步，获取扫描路径中当前视野的一组切片图像；第五步，应用圆形检测找到下一个需要扫描的视野，转到第四步。本发明实现了切片图像的快速获取，减少了扫描时间，提高了系统的运行效率。
文档编号G01N33/483GK102262151SQ20101023126
公开日2011年11月30日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年5月27日
发明者贾守礼, 赵宇 申请人:麦克奥迪实业集团有限公司