CN110361382A - 一种染色体扫描成像*** - Google Patents
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Abstract
一种染色体扫描成像***，至少由玻片供片装置、显微镜***及总体控制***所组成，其中利用总体控制***控制摄像单元依序以具有最小倍数的物镜至具有最高倍数的物镜观测检测物的同时，以三轮连续方式扫描检测物，第一轮扫描以获取检测物分布的区域；第二轮扫描以获得在所述第二倍数下的焦平面，并且进行全片扫描以获得第二倍数下的多张图像，而由总体控制***对于在第二倍数下得到的图像的检测物进行排序及定位；以及第三轮扫描，摄像单元利用最高倍数的物镜对于排序靠前的检测物根据定位聚焦拍摄得到一系列高清图像从而由高清图像来提供疾病的诊断或是治疗。
Description
技术领域
本发明是涉及一种染色体技术领域，特别是有关于染色体扫描成像***及成像扫描方法。
背景技术
许多医学诊断测试需要医生藉由在目标区中用器具刷取及/或刮取外皮或黏膜而收集细胞。通常将收集的细胞涂抹(或称固定)在载玻片上，且将其进行染色以有助于细胞技术学者及/或病理学者在显微镜下的检查。举例来说，病理学家可使用经由染色细胞核部份而表征的多色技术来判定发育不良或是瘤形成的存在。病理学家亦可应用对比染色以便检视细胞的细胞质。
目前扫描成像***的机械结构是由存放载玻片的装置、机械手臂、显微镜及显微镜载物平台组成。机械手经过程控制在存放载玻片的装置中取片，并放置在显微镜载物平台上，经由显微镜扫描、拍片及分析载玻片上的染色体或是细胞。然而要撷取载玻片的染色体或是细胞的高清图案，一般都是在拍摄之后发现图案不清楚或是分辨率不足，才会更换不同倍数的物镜来扫描并拍摄，但是非常的耗费时间与人力。又，当检测物的数量庞大时，目前的显微扫描***只能一次对一个载玻片进行扫描及撷取图案，而使用同一个倍数的物镜也不一定能够对所有的检测物撷取到分辨率清楚的图像，都需要倚靠人为判断更换不同倍数的物镜之后重新扫描并拍摄，非常不符合经济效益。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种染色体扫描成像***，利用总体控制***来控制多个置放有检测物的玻片以三轮连续的方式对在显微镜双向移动载物台的检测物进行观测并利用扫描单元在三个不同倍数的物镜下，由低倍至高倍依序扫描每一个玻片上的检测物，并且在每一个倍数下拍摄多张相片。
本发明的另一目的是提供一种染色体扫描成像***，利用总体控制***中来对于每一个检测物由摄像单元所拍摄得到的多张图像的检测物进行排序，经由排序后将排序靠前的检测物根据定位聚焦拍摄得到一系列高清图像来提供后续分析或是诊断使用。
根据上述目的，本发明公开一种染色体扫描成像***，至少由玻片供片装置、显微镜***及总体控制***所组成，其中玻片供片装置包含多个玻片盒，每一个玻片盒内具有多个玻片且每一所述玻片上具有检测物；显微镜***包含:显微镜双向移动载物台、摄像单元、光路单元以及物镜单元，其中，物镜单元由三个不同倍数的物镜所构成依序由最小倍数至最高倍数观测检测物；以及总体控制***具有连供***，连供***由X-Y-Z三轴联动机械手臂组成，X-Y-Z三轴联动机械手臂中的Y轴为基础轴，使得连供***以前、后方向运动，Z轴在Y轴上以上、下方向运动以及X轴在Z轴上进行左、右方向运动，连供***由总体控制***控制，自玻片供片装置中取放玻片在显微镜双向移动载物台上。
本发明主要的技术特征在于:总体控制***还包括；控制显微镜双向移动载物台运动，使得显微镜***控制显微镜双向移动载物台在第一方向及第二方向运动，并通过显微镜***控制物镜在第三方向的运动来控制显微镜双向移动载物台随着物镜在第三方向运动；控制物镜单元由具有最小倍数的物镜至具有最高倍数的物镜依序对在显微镜双向移动载物台上的玻片上的检测物进行观测；总体控制***控制显微镜***中的摄像单元对在显微镜双向移动载物台上的玻片上的检测物进行扫描，并根据具有最小倍数的物镜来判断检测物是否采用三轮扫描，若是，则总体控制***控制显微镜***中的摄像单元在依序以具有最小倍数的物镜至具有最高倍数的物镜观测检测物的同时以三轮连续方式扫描检测物，其中总体控制***控制摄像单元执行第一轮扫描，摄像单元对于具有最小倍数的物镜对于在玻片上的检测物进行整体扫描以获取检测物分布的区域；总体控制***控制摄像单元执行第二轮扫描，摄像单元利用第二倍数的物镜观测并且选择检测物分布的区域内的点并且进行聚焦以获得在所述第二倍数下的焦平面，并且进行全片扫描以获得第二倍数下的多张图像，而由总体控制***对于在第二倍数下得到的图像进行排序及定位；以及总体控制***控制摄像单元执行第三轮扫描，摄像单元利用最高倍数的物镜定位聚焦拍摄得到一系列高清图像，从而由高清图像来提供疾病的诊断或是治疗。
附图说明
图1及图2是根据本发明所揭露的技术，表示染色体扫描成像机台的前视图。
图3是根据本发明所揭露的技术，根据图1及图2所表示的染色体扫描成像机台进一步以染色体扫描成像***来表示的方块示意图。
图4是根据本发明所揭露的技术，表示染色体扫描成像***中各单元的方块示意图。
图5是根据本发明所揭露的技术，表示由1.25倍物镜扫描所拍摄拼接后得到的检测物的主要分布区域的图像的示意图。
图6是根据本发明所揭露的技术，表示由10倍扫描时聚焦点范围选择在识别区域内进行聚焦，获取整个玻片的焦平面的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本发明，在此配合所附的图式、具体阐明本发明的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本发明特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。
首先请同时参考图1及图2。图1及图2是表示染色体扫描成像机台的示意图。在图1及图2中，染色体扫描成像机台1包括前箱体组合10、后箱体组合12、存储组合单元14、基础组件单元16、显微镜***18、显微镜双向移动载物台20、供油***22、总体控制***24以及油瓶组件26，另外，在图2中的染色体扫描成系机台1还包括三轴联动机械手臂28、电路主板30及扫描单元32，在图2中的其它组件与图1相同，为避免图面复杂，因此不再在图2中重复标示。其中，后箱体组合10、存储组合单元14、显微镜***18及连供***28的所有零部件均装设在基础组件单元16的大平面上；存储组合单元14、显微镜***18、供油***22以及总体控制***24设置于基础组件单元16的左侧，扫描单元32设置于显微镜双向移动载物台20上方的显微镜机架(未在图中表示)上。电路主板30用于电路控制器件则是设置于后箱体组合12中。
请同时参考图3及图4。图3是根据图1及图2所表示的染色体扫描成像机台进一步以染色体扫描成像***来表示的方块示意图及图4是表示染色体扫描成像***中各单元的块示意图。在此要说明的是，图1与图2中有部份组件与现有技术相同，为了聚焦在染色体扫描成像***，因此仅针对与染色体扫描成像***有关的组件来说明。
在图3中，染色体扫描成像***4包括玻片供片装置40、显微镜***42、总体控制***44。其中，图3中的显微镜***42即为图1中所揭示的显微镜***18，但为了方便理解，在以下的说明则是以显微镜***42来表示、扫描单元32则是相当于图3中表示的摄像单元424。以下是针对整个染色体扫描成像***4的各个单元及操作进行详细的说明，在说明的同时也一并配合图1及图2，以便于理解整个染色体扫描成像***4的操作。
如图3所示，在本发明中，玻片供片装置40具有多个玻片盒402，以其中一个玻片盒402为例，一个玻片盒402内具有多个玻片4022，且每一个玻片4022上承载有检测物40222。以本发明较优选的实施例来说，玻片供片装置40至少具有四个玻片盒402，每一个玻片盒402内都有40片玻片4022，因此，每一次进行显微镜观测及进行扫描与拍照的玻片4022数量至少有160片。
显微镜***42包括显微镜双向移动载物台422、摄像单元424、光路单元426以及物镜单元428，其中，显微镜双向移动载物台422与图1中的显微镜双向移动载物台20是同样的组件，用以承载具有检测物40222的玻片4022。摄像单元424是对于玻片供片装置40中的每一片玻片4022上的检测物40222进行扫描并且拍摄检测物40222的图像。光路单元426为整个显微镜***42的光学组件的总集合，用以提供光源照射放置在显微镜***40显微镜双向移动载物台422上的检测物40222以及物镜单元428是由三个不同倍数的物镜所组成，其中，物镜单元428是用来观测置放在显微镜双向移动载物台422的检测物40222。在本发明的较优选的实施例中，物镜单元428的三个不同倍数的物镜分别是具有最小倍数的1.25倍物镜、第二倍数的10倍物镜以及最高倍数的100倍数物镜，对于物镜单元428的实际操作步骤在下面详述。另外要说明的是，在上述所载最小倍数、第二倍数及最高倍数的物镜是以本发明中所使用的物镜来做参考，即是表示在本发明所采用的三个物镜中，1.25倍数为最小倍数、10倍数是第二倍数及100倍数是最高倍数，并非是指所有显微镜的物镜中的最小或是最高倍数。
总体控制***44具有连供***442，其中连供***442是由X-Y-Z三轴联动机械手臂(未在图中表示)所组成，X-Y-Z三轴联动机械手臂中的Y轴为基础轴，使得连供***442以前、后方向运动，Z轴在Y轴上以上、下方向运动以及X轴在Z轴上进行左、右方向运动，连供***442由总体控制***44控制自玻片供片装置40中取放在显微镜双向移动载物台422上的玻片4022，在本发明的实施例中，所指的前、后、左、右方向是指使用者站在如图1或是图2的染色体扫描成像机台1前面的相对方向。
因此根据上述，总体控制***44利用连供***442的X-Y-Z三轴联动机械手臂以单片连供的方式由玻片供片装置40中已经编号的玻片盒402中取出玻片4022然后置放在在显微镜双向移动载物台422上，待玻片4022上的检测物40222完成扫描及拍照之后，再利用连供***442的X-Y-Z三轴联动机械手臂将玻片4022由显微镜双向移动载物台422上取下，再放置下一片欲进行扫描及拍照的玻片4022。利用玻片供片装置40来连续取放玻片4022在显微镜双向移动载物台422上的优点在于，不需要经由人工来进行，除了节省人力之外也可以避免人为操作时污染到玻片4022上的检测物40222，而导致扫描及拍照的结果有误差，另外，利用玻片供片装置40可以针对大量的检测物40222进行扫描及拍照，可以在短时间内获得大量检测物40222的结果。
另外，总体控制***44用以控制整个染色体扫描***4中的每一个硬件组件的运作，其中总体控制***44控制显微镜双向移动载物台422的运动，使得显微镜双向移动载物台422在第一方向及第二方向运动，并且通过显微镜***42控制物镜单元428在第三方向的运动来控制显微镜双向移动载物台422随着物镜单元428在第三方向运动，其中第一方向、第二方向及第三方向分别是指的在图1或图2的图面上所指的X方向、Y方向及Z方向。
此外，总体控制***44控制物镜单元428由具有最小倍数的物镜至具有最高倍数的物镜依序对于在显微镜双向移动载物台422上的玻片4022的检测物40222进行观测，而在观测检测物40222的同时，总体控制***44控制显微镜***42中的摄像单元424来扫描在显微镜双向移动载物台422上的玻片4022上的检测物40222，并且由具有最小倍数的物镜(1.25倍数物镜)来对检测物40222进行扫描并由总体控制***44判断是否需要采用三轮扫描，扫描的模式如下所述:
第一轮扫描使用1.25倍物镜，即当玻片供片装置40的三轴联动机械手臂28将具有检测物40222的玻片4022自玻片盒402中取出后，置放在显微镜双向移动载物台422上，显微镜***42的光路单元426对在显微镜双向移动载物台422上的玻片(具有检测物40222的玻片)4022提供光源并进行照射，并且让摄像单元424透过最小倍数(1.25倍)的物镜对在显微镜双向移动载物台422上的玻片4022的检测物40222进行整体扫描，获取检测物40222分布的区域。
接着，进行第二轮扫描，此时，总体控制***44控制物镜单元428将下一个倍数的物镜，10倍物镜，对准于显微镜双向移动载物台422上的玻片4022的检测物40222，此时10倍物镜会先针对在前述第一轮扫描步骤中，在1.25倍物镜442进行观测的同时，摄像单元424扫描所得到的检测物40222分布的区域内的点进行聚焦，从而获取该检测物40222的10倍焦平面，然后进行全片(即对整片玻片4022上的检测物40222)进行扫描，并对获取的每个10倍的图像的检测物40222进行排序和定位。接着再进行第三轮扫描，第三轮扫描则是在100倍物镜进行观测时利用摄像单元424来获取检测物40222的高清图案。
另外，于本发明中，在每一次进行第三轮扫描时，即使用100倍的物镜来观测检测物40222并且由摄像单元424进行扫描时，总体控制***44会控制供油***22及油瓶组件26(如图1所示)会提供香柏油滴在玻片4022上，使用香柏油的目的是因为100倍的物镜的放大倍数高，但是透镜很小，光线通过不同密度的介质物质(例如玻片、空气、物镜)时，部份光线会发生折射而散失，进入镜筒的光线少，视野较暗，检测物40222观察不清楚，因此会在物镜与玻片4022之间滴加和玻璃折射率(1.52)相仿的香柏油(折射率为1.515)，使得进入油镜的光线增多，视野亮度增强使得检测物40222可以清楚的被观察到。
要说明的是，于本发明的实施例中，摄像单元424在获取每一片玻片4022上的检测物40222的高清图像的扫描是由低倍数的物镜至高倍数的物镜来进行，由1.25倍的物镜先取得检测物40222分布的区域，再由10倍的物镜来取得10倍焦平面及全面的扫描，并由总体控制***44进行排序和定位，最后再由100倍的物镜观测并且得到检测物40222的高清图像。要说明的是，总体控制***44对于得到的图像进行排序的方式是根据检测物40222的特征集合来判断，以检测物40222为染色体为例，则其排序的依据就是按照染色体的长度、染色体的个数以及染色体的面积等特征来综合排序。
此外，当不需要确定扫描区域时，则不会启动物镜单元428进行三轮扫描，即不需要使用1.25倍的物镜来进行第一轮扫描。而在本发明中，主要是针对三轮扫描模式来讨论，故对于不需要进行三轮扫描模式的步骤不在此陈述。
此外，在本发明中，当不需要进行三轮扫描模式，则可以利用一般倍数的物镜进行扫描，并在100倍下聚焦拍照取检测物40222的图像，但若需要进行三轮扫描模式，则总体控制***44根据上述方式来进行三轮扫描模式。判断是否要进行三轮扫描模式在于是否采用全片染片，点滴染片要采用三轮扫描，而全片染片可以不采用三轮扫描。
根据以上所述，举例来说明三轮扫描模式的流程，首先使用1.25倍物镜进行第一轮扫描，对于玻片4022上的检测物40222的图像进行整体扫描并利用摄像单元424进行图像拍摄，因此按照其扫描顺序将拍摄到的图像拼接成一张大图，如图5所示。在大图上通过图像处理和识别获取检测物0222的主要分布区域，在此实施例中检测物40222为染色体。
接着，利用10倍物镜进行第二轮扫描，根据玻片4022的10倍的焦平面和当前显微镜***42的X、Y位置计算显微镜Z方向(物镜垂直方向)的高度并且移动到该位置获取图像，如图6所示，总体控制***44控制X、Y、Z同步运动来采集图像，从每一幅10倍图像中获取染色体40222并进行排序，并且供100倍物镜(或称油镜观测)。
紧接着，总体控制***控制供油***22和油瓶组件26提供滴油于玻片4022上，待滴油完成后，由100倍物镜完成抹油操作。根据10倍排序靠前的位置的染色体40222，总体控制***44对该位置通过聚焦获取清晰的图像利用摄像单元424拍照，该聚焦算法可以进行一次大范围聚焦以及一次小范围的聚焦，最后可以输出100倍物镜446图像供诊断及/或分析使用。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。
Claims (10)
1.一种染色体扫描成像***，其特征在于，所述染色体扫描成像***包含:
玻片供片装置，所述玻片供片装置包含多个玻片盒，每一所述玻片盒内具有多个玻片且每一所述玻片上具有检测物；
显微镜***，包含:
显微镜双向移动载物台，所述显微镜双向移动载物台用以承载具有所述待测物的所述玻片；
摄像单元，所述摄像单元对所述玻片供片装置中的每一所述玻片上的所述检测物进行扫描并拍摄所述检测物的图像；
光路单元，所述光路单元提供光源照射放置在所述显微镜***的所述显微镜双向移动载物台上的所述检测物；以及
物镜单元，所述物镜单元由三个不同倍数的物镜所构成，每一所述物镜用以观测置放在所述显微镜双向移动载物台上的所述玻片上的所述检测物；以及
总体控制***，所述总体控制***具有连供***，所述连供***由X-Y-Z三轴联动机械手臂组成，所述X-Y-Z三轴联动机械手臂中的所述Y轴为基础轴，使得所述连供***以前、后方向运动，所述Z轴在所述Y轴上以上、下方向运动以及所述X轴在所述Z轴上进行左、右方向运动，所述连供***由所述总体控制***控制由所述玻片供片装置中取放所述玻片在所述显微镜双向移动载物台上，其中所述总体控制***还包括:
控制所述显微镜双向移动载物台运动，使得所述显微镜双向移动载物台在第一方向及第二方向运动，并通过所述显微镜***控制所述物镜单元在第三方向的运动来控制所述显微镜双向移动载物台随着所述物镜单元在所述第三方向运动；
控制所述物镜单元由具有最小倍数的所述物镜至具有最高倍数的所述物镜依序对在所述显微镜双向移动载物台上的所述玻片上的所述检测物进行观测；
所述总体控制***控制所述显微镜***中的所述摄像单元扫描在显微镜双向移动载物台上的所述玻片上的所述检测物，并由具有所述最小倍数的所述物镜来判断所述检测物是否采用三轮扫描，若是，则所述总体控制***控制所述显微镜单元中的所述摄像单元在依序以具有所述最小倍数的所述物镜至具有所述最高倍数的所述物镜观测所述检测物的同时以三轮连续方式扫描所述检测物，其中
所述总体控制***控制所述摄像单元执行第一轮扫描，所述摄像单元对于具有所述最小倍数的所述物镜对于在所述玻片上的所述检测物进行整体扫描以获取所述检测物分布的区域；
所述总体控制***控制所述摄像单元执行第二轮扫描，所述扫描单元利用第二倍数的所述物镜观测并且选择所述检测物分布的所述区域内的点并且进行聚焦以获得在所述第二倍数下的焦平面，并且进行全片扫描以获得所述第二倍数下的多张图像，而由所述总体控制***对于在所述第二倍数下得到的所述图像的所述检测物进行排序及定位；以及
所述总体控制***控制所述摄像单元执行第三轮扫描，所述扫描单元利用最高倍数的所述物镜对于排序靠前的所述检测物根据定位聚焦拍摄得到一系列高清图像。
2.如权利要求1所述的染色体扫描成像***，其特征在于，所述玻片连供单元具有四个玻片盒，且每一所述玻片盒中具有40片所述玻片。
3.如权利要求1所述的染色体扫描成像***，其特征在于，所述检测物为染色体或是细胞。
4.如权利要求1所述的染色体扫描成像***，其特征在于，所述显微镜***还包含判断单元用以判断所述检测物是否采用三轮扫描。
5.如权利要求1所述的染色体扫描成像***，其特征在于，所述总体控制***还包含供油***和油瓶组件。
6.如权利要求5所述的染色体扫描成像***，其特征在于，当所述扫描单元利用所述最高倍数的所述物镜对于所述检测物拍照以得到所述高清图案之前，所述总体控制***由所述供油***和所述油瓶组件及所述油瓶组件中取出油以滴在具有所述最高倍数的物镜上。
7.如权利要求6所述的染色体扫描成像***，其特征在于，具有所述最高倍数的所述物镜为100倍物镜。
8.如权利要求1所述的染色体扫描成像***，其特征在于，具有所述最小倍数的所述物镜为1.25倍物镜、具有所述第二倍数的所述物镜为10倍物镜及具有所述最高倍数的所述物镜为100倍物镜。
9.如权利要求1所述的染色体扫描成像***，其特征在于，所述总体控制***还包括排序单元用以对于在所述第二倍数下得到的所述图像的所述检测物进行排序及定位。
10.如权利要求9所述的染色体扫描成像***，其特征在于，所述排序单元是根据每一所述检测物的长度、每一所述检测物的个数或是每一所述检测物的面积来进行排序。
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