一种便携式病理玻片扫描仪及系统的制作方法

本发明涉及生物医学仪器技术领域，具体涉及一种便携式病理玻片扫描仪及系统。

背景技术：

病理学检查在肿瘤以及癌症的筛查和治疗中有着不可替代的地位，近年来临床上癌症以及肿瘤的发病率较高，病理检查的需求也随之上升。病理检查是用于检查机体器官、组织或者细胞中病理改变的病理形态学方法。为了探讨器官、组织或细胞所发生的疾病过程，可采取某种病理形态学检查的方法，检查他们所发生的病变，探讨病变产生的原因、发病机理、病变的发生发展过程，最后作出病理诊断。病理形态学的检查方法，通常需要切取一定大小的病变组织，用病理学方法制成病理玻片，用显微镜进一步观察病变情况。病理检查已经大量应用于临床工作以及科学研究中。例如在手术病理检查中，病理玻片可以明确诊断以及验证术前诊断，提高临床诊断水平，同时可以决定下一步的治疗方案以及估计预后，进而提高临床治疗水平。病理学检查不论在临床医学还是医学研究中都具有重要的意义。

传统的病理检查，采用光学显微镜人眼镜检，严重依赖于单个医生的经验以及业务水平，存在一定的误检概率，不仅检测效率地下，而且组织样品的保存和携带也极其不变，给病理教学以及远程会诊制造了很大的障碍。同时，由于复诊、教学等需求，医院需要对玻片进行数年乃至数十年的保存。而随着玻片数量的增加，玻片的保存管理成本也越来越高。而且，某些染料或者标记物会随着时间产生变化，难以实现长时间的保存。

近年来，病理扫描仪的出现在一定程度上解决了这些问题。病理扫描仪将病理玻片数字化保存到本地存储器以及云端存储器，医务工作者可以直接通过数字化图像进行病理玻片的阅读诊断。通过互联网进行传输共享，利用现代化移动显示终端例如投影等，可以高效便捷的开展远程病理会诊以及病理教学。数字化的病理数据不仅降低了玻片的保存成本提高了数据共享的效率，而且为进一步实现计算机智能诊断提供了数据基础。

文献cn201610746297的中国专利公开了一种基于普通光学显微镜和智能手机的组织玻片扫描装置，其将智能手机、电脑和显微镜的功能整合到一起，首先利用显微镜成像，再利用智能手机对显微镜成像二次成像，最后将得到的成像结果传送给电脑。虽然其实现了玻片的电子化，但是其与目前传统病理扫描仪器类似，均是基于传统的显微光学成像器件发展而来，使用的器件与传统手动式显微镜相同，这就使得自动化的病理玻片扫描仪体积庞大，功耗较高，必须提供专用的场地配合使用，不利于检验仪器进入一线临床科室。除此之外，传统病理扫描仪器结构复杂，运输成本高，仪器装配使用复杂，在交通不便偏远地区或者突发灾情区域很难使用。这些都限制了病理扫描仪在一线临床科室、临时或移动就诊区域或突发灾情区域的应用。

技术实现要素：

本发明提供了一种便携式病理扫描仪，相比现有病理玻片扫描仪，不仅能够提供同等质量的显微图像，而且体积与重量更小，功耗更低，便携化，特别适合应用于一线临床科室、临时或移动就诊区域或突发灾情区域等场景。

一种便携式玻片扫描仪，包括底座，还包括图像采集器支架、二维平移台、光源、玻片夹持器、非球面透镜和控制器；

底座的上端放置图像采集器支架，图像采集器支架用于安装图像采集器；图像采集器支架的底部开孔，工作时图像采集器的摄像头与开孔对齐；底座的内部并处于图像采集器支架的下方设有二维平移台，二维平移台用于承载玻片夹持器，可带动承载玻片夹持器在平面内两个方向的移动；非球面透镜由多片非球面透镜组合而成，工作时其粘贴于图像采集器的摄像头处，利用非球面透镜对玻片放大，摄像头再对其成像；光源安装于玻片夹持器下方，用于为成像提供光照；控制器连接光源和图像采集器，用于采集玻片的位置信息并传送给图像采集器，还向光源发送工作指令以及向图像采集器发送同步曝光信号。

进一步地，所述图像采集器支架包括底板和位于底板两侧的固定边，图像采集器安放于底板上，并通过两固定边限位；底板一处开孔，工作时图像采集器的摄像头与开孔对齐；两固定边采用螺纹可调结构。

进一步地，所述二维平移台包括第一、第二步进丝杆电机，第一、第二导轨，第一、第二平移台底座；其中，第一导轨固定于第一平移台底座上，用于约束第一平移台底座在一维方向上进行平移；第一步进丝杆电机与第一平移台底座连接，当第一步进丝杆电机转动时驱使第一平移台底座产生一维平移；第二导轨固定于玻片夹持器上，用于约束玻片夹持器在另一维方向上进行平移；第二步进丝杆电机与玻片夹持器连接，当第二步进电机转动时驱使玻片夹持器产生一维平移；在第二平移台底座上玻片夹持器的下方开槽作为光源安装区。

进一步地，所述组合镜头视场角大于62°，光圈数小于2.4，等效焦距小于5.3mm。

进一步地，所述光源采用led导光板或者led灯珠。

进一步地，还包括图像采集器，所述图像采集器采用智能手机、ipad、平板电脑或照相机中的任意一种。

一种便携式玻片扫描系统，包括所述的扫描仪以及数据处理系统，数据处理系统用于对采集的图像进行拼接。

总体而言，本发明提供的一种便携式病理扫描仪，脱离传统的显微物镜，将摄像装置与非球面复合透镜组合，对病理玻片进行一次成像，实现玻片的数字化。相比现有病理玻片扫描仪，该显微成像方案不仅能够提供同等质量的显微图像，而且体积与重量更小，功耗更低，更容易实现仪器的便携化设计。而便携式设计更能满足临床科室的高性价比低占地面积的使用需求，满足突发场景临时紧急使用需求，并且为互联网医疗提供高效便捷的移动式数据采集终端。

附图说明

图1为应用本发明便携式玻片扫描仪的扫描方案示意图；

图2为本发明实施例的图像采集器支架结构图；

图3为本发明实施例二维平移台结构图；

图4为本发明非球面透镜与摄像头构成的显微成像光路图；

图5为本发明工作流程示意图；

图6为本发明控制器连接示意图；

图标：图像采集器10；便携式玻片扫描仪20；病理玻片样品30；底座201；图像采集器支架202；二维平移台203；光源204、玻片夹持器205、非球面复合透镜206；第一、第二步进丝杆电机2031、2032；第一、第二平移台底座2035、2036；光源安装区2037；手机摄像头101；透镜1011；数字图像传感器1012。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本较佳实施例提供了一种便携式病理玻片数字化扫描成像方案。整个方案的结构如图1所示，包括图像采集器10、便携式玻片扫描仪20和病理玻片样品30。

请参见图2和3，便携式玻片扫描仪20包括底座201、图像采集器支架202、二维平移台203、光源204、玻片夹持器205、非球面透镜206和控制器(图中未给出)。底座201的顶端放置图像采集器支架202，图像采集器支架202用于安装图像采集器10。图像采集器支架202的底部开孔207，工作时图像采集器10的摄像头位于开孔处。在图像采集器支架202的底座内部安装有二维平移台203，二维平移台203用于承载玻片夹持器205，可带动承载玻片夹持器205在平面内两个方向的移动。非球面透镜206粘贴于图像采集器10的摄像头处，利用透镜对玻片放大，摄像头再对其成像。光源204安装于玻片夹持器206下方，为成像提供足够强度的光照。控制器连接光源204和图像采集器10，用于采集玻片的位置信息并传送给图像采集器10，还向光源204发送工作指令以及向图像采集器10发送同步曝光信号。

如图2所示，图像采集器支架202包括底板和底板两侧的固定边，图像采集器安放于底板上，并通过两固定边限位。底板一处开孔，工作时图像采集器10的摄像头位于开孔处。两固定边采用螺纹可调结构，以适配不同外形尺寸的图像采集器，并保证手机摄像镜头与非球面复合透镜安装孔207保持共轴状态。

如图3所示，二维平移台203包括第一、第二步进丝杆电机2031与2032，第一、第二不锈钢导轨2033与2034，第一、第二平移台底座2035以及2036；其中，第一导轨2033与其对应的另一条导轨固定于第一平移台底座2035上，导轨由不锈钢棒抛光制成，用于约束平移台在一维方向上进行平移。第一步进丝杆电机2031与第一平移台底座2035通过螺纹连接，当第一步进丝杆电机2031转动时第一平移台底座2035产生一维平移。类似的，第二导轨2034与其对应的另外一条导轨固定于第二平移台底座2036上，导轨由不锈钢棒抛光制成，用于约束平移台在一维方向上进行平移。第二步进丝杆电机2032与玻片夹持器205通过螺纹连接，当步进电机2032转动时玻片夹持器205产生一维平移。图3所示的二维平移台产生的效果是带动玻片样品按照固定坐标位置进行二维平移。第二平移台底座2036上玻片夹持器205的下方开槽作为光源安装区2037。采用丝杆电机驱动的方式，结构简单，体积不会太大，更紧凑。

非球面透镜206由多片非球面镜组合而成，用于对病理玻片的图像进行放大成像。该组合透镜一端设计有环形双面粘胶用于固定到手机摄像头上。在本较佳实施例中，非球面透镜206至少有4片及以上的非球面镜组合而成，通过多片透镜的组合，可矫正像差实现高分辨显微成像。本实例中优选所述组合镜头视场角大于62°，光圈数小于2.4，等效焦距小于5.3mm，效果最佳。

图像采集器10优选智能手机，考虑到一般人均持有智能手机，并随时随地携带于身，方便随时成像和查阅成像结果。当然，不局限于智能手机，只要带有摄像头、存储器的小型图像采集器均可。图4所示为玻片便携式玻片扫描仪显微成像光路结构图。包括手机摄像头101，非球面透镜206，照明光源204，玻片样品30。其中手机摄像头内包含有一片透镜1011，数字图像传感器1012。手机内置透镜1011为无限远成像透镜，用于将无限远处的图像成像到图像传感器1012上，无法对玻片样品进行显微成像。为了实现显微成像，本发明通过外加一片非球面复合透镜206将玻片样品放大，然后再通过手机内置镜头1011对放大的像进行一次成像，从而构成显微成像光路实现对玻片样品的放大成像。

如图6所示,控制器连接光源(204)和图像采集器(10)，用于采集玻片的位置信息并传送给图像采集器(10)，还向光源(204)发送工作指令以及向图像采集器(10)发送同步曝光信号。玻片夹持器205优选采用滑槽式结构，槽口为单通，其大小与玻片宽度与厚度匹配，能够将玻片样品从槽口插入并滑动至夹持器中固定。

光源204可以采用led导光板或者led灯珠作为透射式照明的光源。

本发明还提供了一种便携式病理玻片数字化扫描成像系统，包括玻片数字化扫描仪和图像处理系统。数字化扫描仪的结构如前文所述，图像处理系统可以以app形式加载于手机或ipad或电脑上。所述图像处理系统能够结合二维平移台的位移，通过无线通讯信号控制手机对玻片进行遍历拍图，同时能够将获取的图像经行处理，按照图像的坐标信息以及冗余信息进行图像拼接。所述软件具有放大倍率校准功能，能够通过标准玻片样品精确测量显微成像的放大倍率。进一步的，所述图像处理系统能够将拼图结果在本地手机屏幕上存储显示，或者通过无线例如wifi、4g、5g网络发送到云端存储或者显示终端进行显示。

下面结合图2和实施例对本发明的工作原理以及流程进行简要描述：

本实施例所提出的便携式玻片扫描仪是一款基于手机摄像头的显微成像装置，该装置利用平移台以及控制器结合照明光源，在对应的对的坐标点上，利用手机摄像头结合非球面透镜构成的显微成像系统对玻片进行多次成像，然后利用手机上的处理器将多次成像的局部图片进行拼接处理重建出整个玻片的显微图像。

本实施例以小米note2手机为例，工作人员将非球面复合透镜对准手机上的摄像头镜头粘接固定，保证非球面镜与手机镜头共轴。将手机上突出的非球面复合透镜放入图像采集器支架上的孔中。

调节图像采集器支架，将手机固定。

打开手机图像处理系统，将标准玻片样品放入病理扫描仪的玻片夹持器中，点击校准按钮。图像处理系统对标准玻片上100μm的线对进行拍摄保存，通过对线对图像的分析图像处理系统可以快速得出本机显微成像的采样率。例如线对所占用像素数量为67，则图像的采样率为1.5μm/pixel

将病理玻片放入病理扫描仪的玻片夹持器中，在二维平移台的带动下，夹持器上的玻片相对于非球面复合镜头产生相对位移，位移路径程蛇形，以玻片长边为x方向，短边为y方向。xy两个方向通过步进式的移动对玻片进行遍历。x方向与y方向的移动步长分别为对应视场大小的3/4，以保证图像之间的冗余信息。

随着二维平移台有序的按照固定坐标移动，手机也同时按照坐标自动对焦并记录下对应位置的玻片图像，在完成了整个玻片的扫描成像之后，手机处理器将图像按照坐标信息进行去冗余拼接最终形成整个玻片的完整数字图像储存在本地或者发送到云端进行共享。

工作人员可以在本地通过手机查看图像，也可以通过无线通讯，将数据投放到显示屏上进行显示。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。