CN217688592U - 一种高通量数字病理切片自动扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高通量数字病理切片自动扫描装置，包括用于存放待扫描切片的切片仓单元、用于对优先切片进行扫描的急诊仓单元、用于承载切片进行扫描的切片载物平台单元、用于对切片载物平台上的切片进行扫描的光学成像单元以及用于对切片仓单元与急诊仓单元的切片进行转运的转运单元，所述切片仓单元设有转台，所述转台设有若干层，每层绕转台中心间隔均匀地设有若干切片盒仓位，所述切片盒仓位内设有用于放置切片的切片盒，所述切片转运单元设有移动模块和用于抓取切片的切片抓取模块。本实用新型结构紧凑，能够容纳更多切片，进而实现连续自动化扫描，提高切片扫描效率；并且，可对优先切片进行扫描，进一步提高装置的灵活性和实用性。

Description

一种高通量数字病理切片自动扫描装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，特别涉及一种高通量数字病理切片自动扫描装置。

背景技术

数字病理切片扫描仪是结合显微技术、计算机处理技术和图像处理技术的一种可自动扫描获得清晰、准确、能保存的数字化切片信息的仪器。利用数字病理切片扫描仪可对数字切片进行预览、分析、讨论等，并且不受时间与空间的限制，较之传统的在显微镜下的阅片方式，数字病理切片扫描仪操作更加方便、功能更加强大且应用更加广泛。因而自从它首次诞生以来就倍受到科研、医疗、教学界的关注。目前市场上的数字切片扫描仪，按一次性装载切片数量分为单片型、多片型和高通量型。一般一次装载200片以上病理切片方可称为高通量机型，高通量机型针对病理扫描需求量大场所，可以自动连续进行几百片病理切片无人值守扫描，降低了时间成本，大大提高了工作效率。

现有技术中的高通量病理切片扫描仪主要存在以下问题：①切片收容腔呈水平排布设置，最大收容八盒仓盒，最大收容二百四十个切片，整体空间体积大、不紧凑、切片总收容量小；②通过激光测距传感器感测仓盒和玻切片，激光测距传感器主要原理是利用发射光来计算距离，缺陷就是发射光易干扰不稳定；③扫描***只适用专用光学成像***，适用性单一；④无优先应急扫描切片专用仓位，实用性弱。因此，需要开发一种结构紧凑、空间体积不大、一次装载不低于600片病理切片、可靠性高、可与市场上主流品牌显微镜匹配的高通量数字病理切片扫描设备。

实用新型内容

针对现有病理切片扫描装置体积较大、收容量小、稳定性差、无法实现应急扫描且适用性差等问题，本实用新型提供了一种高通量数字病理切片自动扫描装置。

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种高通量数字病理切片自动扫描装置，包括：

切片仓单元，用于存放待扫描切片，其设有转台，所述转台设有若干层，每层绕转台中心间隔均匀地设有若干切片盒仓位，所述切片盒仓位内设有切片盒，所述切片盒设有若干用于放置切片的收容格；

急诊仓单元，用于对优先切片进行扫描，其设有一个应急仓位，所述应急仓位内设有切片盒；

切片载物平台单元，用于承载切片进行扫描，其包括两个并排设置的切片承载位；

光学成像单元，架设于切片载物平台上方，用于对切片载物平台上的切片进行扫描；以及

切片转运单元，用于在切片仓单元与切片载物平台单元之间或急诊仓单元与切片载物平台单元之间转运切片，其设有用于水平方向移动的X轴移动模块和用于竖直方向移动的Z轴移动模块，所述X轴移动模块上设有用于抓取切片的切片抓取模块。

优选的，所述转台设有两层，每层绕所述转台中心间隔均匀的设有15个切片盒仓位，每个切片盒仓位内均设有切片盒，所述切片盒设有20个收容格。

优选的，所述切片仓单元设有用于识别所述切片盒仓位的仓位识别传模块，所述仓位识别模块设有仓位识别传感器和若干与所述仓位识别传感器配合的仓位识别触发元件，所述仓位识别触发元件与每个切片盒仓位相对应。

优选的，所述切片盒包括基本盒和卡簧组成，所述收容格设置于所述基本盒中，所述卡簧一侧或两侧设有用于稳固切片的弹性凸包，所述弹性凸包嵌设于所述收容格间。

优选的，所述切片盒仓位设有用于锁定所述切片盒的第一切片盒锁定机构。

优选的，所述抓取模块设有成像传感器，通过图形算法来探测每层仓位是否有切片盒及切片盒对应格内是否有切片。

优选的，所述X轴移动模块上设有中空旋转台，所述中空旋转台能绕垂直方向旋转180度，所述切片抓取模块设置于所述中空旋转台上。

优选的，所述抓取模块设有用于从中轴线顶住所述切片盒外露的顶爪、用于夹住切片的抓爪组件、驱动所述抓爪组件开合的步进电机和用于限制所述抓爪组件移动的限位轨道，所述抓爪组件设有用于保护切片的夹爪弹片。

优选的，所述切片载物平台单元设有用于固定载物平台上切片的切片连杆锁定机构。

优选的，所述急诊仓单元设有用于放置所述切片盒的抽屉和用于锁定所述切片盒的第二切片盒锁定机构，所述应急仓位设置于所述抽屉。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的高通量数字病理切片自动扫描装置结构紧凑，能够容纳更多切片，可进行连续自动化切片扫描，很长时间内无需专人看护，大大提高切片扫描效率；并且，本实用新型通过成像传感器感应仓盒和切片，有效提高运行的稳定性；此外，本实用新型设有优先应急扫描切片专用仓位，进一步提高装置的灵活性和实用性。

附图说明

图1：本实用新型的整体结构示意图；

图2：本实用新型切片仓单元的整体结构示意图；

图3：本实用新型切片仓单元的仓位设置示意图；

图4：本实用新型第一切片盒锁定机构的位置示意图；

图5：本实用新型图4中A处放大示意图；

图6：本实用新型仓位识别模块的位置示意图；

图7：本实用新型图6中B处放大示意图；

图8：本实用新型切片盒的结构示意图；

图9：本实用新型切片转运单元的结构示意图；

图10：本实用新型Z轴移动模块结构示意图；

图11：本实用新型X轴移动模块结构示意图；

图12：本实用新型抓取模块的分解结构示意图；

图13：本实用新型抓取模块的整体结构示意图；

图14：本实用新型图13中A-A’的截面示意图；

图15：本实用新型顶爪、左抓爪、右抓爪夹取切片的示意图；

图16：本实用新型切片载物平台单元的结构示意图；

图17：本实用新型切片连杆锁定机构的结构示意图

图18：本实用新型急诊仓单元的结构示意图；

具体实施方式

现有病理切片扫描装置存在体积较大、收容量小、稳定性差、无法实现应急扫描且适用性差所以本实用新型提出新的方案。为更加清楚的表示，下面结合附图对本实用新型做详细的说明。

参见图1，一种高通量数字病理切片自动扫描装置，包括切片仓单元1、切片转运单元2、切片载物平台单元3、光学成像描单元4、急诊仓单元5、控制单元6、基座单元7。该自动扫描装置的切片仓单元1、切片仓转运单元2、切片载物平台单元3、光学成像单元4、急诊仓单元5、控制单元6均置于基座单元7上，且朝向与光学成像单元4一致。从图中可以看出：切片转运单元2设置于切片仓单元1和光学成像单元4之间，光学成像单元4架设于切片载物平台单元3上，急诊仓单元2在切片转运单元2和光学成像单元4之间。

所述切片载物平台3包括两个并排设置的切片承载位；所述急诊仓单元5设有一个用于放置切片盒14的应急仓位。所述急诊仓单元可对优先切片进行扫描，进一步提高装置的灵活性和实用性。

参见图2，所述切片仓单元1包括顶层托板11、中间层托板12、底层托板13、切片盒14、第一切片盒锁定机构15、仓位识别传感器161、仓位识别触发元件162、控制原点传感器171、控制原点触发元件172、工位转台18、步进电机19；很明显看出本实施例切片仓单元，在旋转台上分2层，每层按照旋转台中心均匀分布15格切片盒仓位，2层共有30个切片盒仓位，每个切片盒14存放20片切片，这样很容易理解本实施切片仓单元共收纳600片病理切片。

本实施例的转台相比现有切片扫描装置的水平排布，能够有效节省装置空间，使整个装置结构更为紧凑，并且切片盒仓位环形设置，能够设置的数量更多，进而容纳更多的切片盒14，即可以容纳更多的切片，使装置可进行连续自动化的切片扫描，很长时间内无需专人看护，大大提高切片扫描效率。

参见图3，本实施例切片盒仓位是围绕中心均匀分布15格，相邻两切片盒仓位中心夹角是24°；同理切片仓单元中间层托板、底层托板也是围绕中心均匀分布15格，即相邻两切片盒仓位中心夹角是24°。

参见图4-5，所述第一切片盒锁定机构15包括弹簧固定柱151、弹簧152、锁位柱153，其工作原理：切片盒14放入切片盒仓位过程中，锁位柱153会上抬，当切片盒14上锁孔对齐锁位柱153，锁位柱153在弹簧压力下***切片盒14锁孔，完成切片盒14锁定，切片盒14从切片仓移出时，锁位柱153与切片盒14上锁孔脱开，使得切片盒14移出切片仓。

参见图6-7，所述切片仓单元1设有用于识别所述切片盒仓位的仓位识别传模块，所述仓位识别模块16包括1个仓位识别传感器161、n个仓位识别触发元件162，其工作原理，在顶层托板11上对应“1#-15#”顺序仓位上，按照科学计数法埋入仓位识别触发元件162，安装固定仓位识别传感器161时，处在1#仓位上面，仓位识别触发元件162触发了仓位识别传感器161，这样仓位识别传感器161产生信号，并把信号传给控制单元，这样就识别仓位，随着仓位绕中心旋转，仓位识别传感器161扫描仓位识别触发元件162，传送信号给控制单元，通过控制单元识别出新的仓位。

参见图8，所述切片盒14，包括基本盒141、切片142、卡簧143、螺丝，基本盒141有20格收容格，每格放置1片切片，本实施例卡簧143一侧有20格弹性凸包，卡簧143每格弹性凸包嵌入基本盒141收容格，卡簧143弹性凸包压住***基本盒收容格切片，使得切片在收容格稳固、不松垮、不易掉出。

参见图9，所述切片转运单元2包括Z轴移动模块21、X轴移动模块22，Z轴移动模块21完成垂直上下运动，X轴移动模块22完成水平往复运动。

参见图10，所述Z轴移动模块21包括侧固定板211、固定架212、导轨丝杠213、原点传感器214、联轴器转接215、联轴器216、电机固定板217、伺服电机218、减速器219、底固定板2110，伺服电机218顺时针和逆时针转动，带动导轨丝杆213顺时针和逆时针转动，以完成Z轴垂直上下直线移动。

参见图11，所述X轴移动模块22包括电机固定架221、主动轮固定轴222、联轴器223、主动轮224、固定板225、滚动轴承226、开口挡圈227、原点传感器228、直线导轨229、X轴原点传感器触发板2210、Z轴原点传感器触发板2211、从动轮固定架2212、从动轮固定轴2213、从动轮2214、皮带压板2215、皮带2216、中空台固定板2217、伺服电机2218、切片抓取模块2219，伺服电机2218顺时针和逆时针转动，通过皮带2216传动，带动固定在直线导轨229的切片抓取模块2219水平方向往复移动，切片抓取模块2219能绕垂直方向旋转360°，本实施例切片抓取模块2219设置能绕垂直方向旋转180°。

参见图12，所述切片抓取模块2219包括转接22191、中空旋转台22192、旋转电机22193、左皮带压板22194、右皮带压板22195、成像传感器固定板22196、成像传感器22197、直移原点传感器触发板22198、原点传感器22199、夹爪弹片221910、右爪221911、右爪固定板221912、轴套221913、固定柱221914、弹簧221915、顶杆221916、中爪固定板221917、顶杆固定板221918、左爪221919、左爪固定板221920、从动轮221921、从动轮轴221922、轴承221923、皮带221924、主动轮221925、主动轮轴221926、大圆锥齿轮221927、小圆锥齿轮221928、电机固定板221929、侧固定板221930、转动原点触发板221931、固定板221932、转动原点传感器221933、步进电机221934。

本实施例设置成像传感器22197，通过图形算法来探测每层仓位是否有切片盒14及切片盒14对应格内是否有切片。相比现有的激光方式，本方案不易受到干扰，能够有较高的稳定性。

本实施例抓取模块能整体完成绕中心线转动180°和抓爪直线移动，其工作原理：抓取模块固定在固定板221932上，通过固定板221932与带旋转电机22193的中空旋转台22192固定，旋转电机22193正转和反转，驱动中空旋转台22192正传和反转，这样抓取模块能整体绕中心正反旋转；左抓爪和右抓爪构成抓爪组件，左抓爪包括左爪221919、左爪固定板221920、轴套221913、固定柱221914、夹爪弹片221910；右抓爪包括右爪221911、右爪固定板221912、轴套221913、固定柱221914、夹爪弹片221910；分别固定在皮带221924下面和上面，小圆锥齿轮221928与步进电机221934联接，大圆锥齿轮221927固定在主动轮轴221926上，大小圆锥齿轮是啮合关系，步进电机221934正转或反转，通过啮合圆锥齿轮传动，驱动皮带221924正或反直线移动，使得左抓爪、右抓爪在侧固定板221930的限位轨道221935内完成张开或合拢；顶爪包括中爪固定板22197、弹簧221915、顶杆221916、顶杆固定板221918。

参见图13-14，本实施例左抓爪、右抓爪在侧固定板限位轨道221935内往复移动，图标尺寸46.1是侧固定板限位轨道221935长，它限位左抓爪、右抓爪最大张开，保障从切片单元抓取切片时，左右切片盒内切片不会被两侧抓爪破损；左爪、右爪对应固定板设有合拢尺寸限位，图标尺寸28.5是两侧抓爪抓切片张开尺寸，图标尺寸4.0是本实例合拢行程，保障夹切片时两侧抓爪不破损切片，两侧抓爪合拢行程范围是3.5～5.5。

参见图15，所述顶爪顶住切片中线端面，左右抓爪夹住切片侧端面。

参见图16，所述切片载物平台单元3，包括X轴活动块31、Y轴活动块32；两移动平台模块均配置驱动电机、直线导轨，驱动电机正或反转驱动X或Y轴方向平移。

参见图17，所述切片连杆锁定机构包括锁片311、铰链312、连杆313、支点314、挡杆321；挡杆321安装在Y轴移动平台模块上，其他配件安装于X轴活动块上；其工作原理：X轴活动块朝负X轴方向移动，Y轴活动块处静止状态，移动中当连杆313被档杆321挡住，带动锁片311相对X轴活动块作相对移动，锁片311就与切片脱离接触，这样切片就能从切片承载位取或放。

参见图18，所述急诊仓单元5包括切片盒锁定机构、抽屉、原点传感器固定板52、X轴原点触感器触发板2210；切片盒锁定机构包括推臂60、滑动座59、弹簧61；抽屉包括切片盒挡板51、侧固定板53、抽屉导轨54、抽屉固定架55、挡板56、侧固定转接板57、底板58，依据切片盒外形结构，在底板58上设有专用仓位，可以保障切片盒在水平不会发生移动，切片盒锁定机构保障切片盒在垂直方向不会移动。

本实用新型的光学成像单元4是独立设备，架设于切片载物平台单元3上方，可根据客户需求配置市场主流光学成像设备，如奥林巴斯、尼康、莱卡、蔡司、舜宇、麦克奥迪、江南永新等。

本实用新型高通量数字病理切片自动扫描装置的工作原理及主要动作大致如下：

待扫描病理切片142依次放入切片盒14收容格内，每个切片盒14能收容20片病理切片，打开仓门，把若干切片盒14放置于切片仓单元1的仓位内，本实施例总共能放置30个切片盒14，关闭仓门；接下来把控制开关置于自动档位，本装置会做位置原点自我检测，以确定相关单元初始位置；切片仓单元1的初始位置，是紧邻切片转运单元2的仓位中心线，必与切片抓取模块2219顶爪中线平行，二者为同合关系；切片仓单元1的步进电机19正转或反转，驱动工位转台18正转或反转24°时位置称切片仓工位，整个切片仓单元1分为15(360°/24°)个工位，紧邻切片转运单元2的切片仓工位称待装卸工位；每切换一个工位，Z轴移动模块21载着成像传感器22197拍照，通过图形算法，装置中控屏显示出切片仓单元1仓位实际切片盒14和切片142数；接下来***按照排序，把载有切片盒仓位旋转在待装卸工位，以供切片抓取模块2219卸装切片142，按照排序，抓取切片盒14内的切片142运送到切片载物平台单元3的其中一个切片承载位中，运送途中，切片抓取模块2219按照设定绕垂直方向旋转180°后，把切片142放置在切片，随后切片载物平台单元3把切片移入切片扫描单元4进行扫描，扫描这段时间内，切片抓取模块2219要完成从切片仓单元1抓取第二片切片142，并运送到候待区等第一片切片142完成扫描后，把第二片切片放入另一个切片承载位，之后取出先前切片承载位内的切片，并按原路径送回切片仓单元1，切片载物平台单元3把第二片切片142移入扫描，重复上述步骤直到切片仓单元1所有切片142扫描完成。

本实用新型的高通量数字病理切片自动扫描装置结构紧凑，能够容纳更多切片，可进行连续自动化切片扫描，很长时间内无需专人看护，大大提高切片扫描效率；并且，本实用新型通过成像传感器感应仓盒和切片，有效提高运行的稳定性；此外，本实用新型设有优先应急扫描切片专用仓位，进一步提高装置的灵活性和实用性。

以上实施例仅用以解释说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管上述实施例对本实用新型进行了具体的说明，相关技术人员应当理解，依然可对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改和等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，包括：

切片仓单元，用于存放待扫描切片，其设有转台，所述转台设有若干层，每层绕转台中心间隔均匀地设有若干切片盒仓位，所述切片盒仓位内设有切片盒，所述切片盒设有若干用于放置切片的收容格；

急诊仓单元，用于对优先切片进行扫描，其设有一个应急仓位，所述应急仓位内设有切片盒；

切片载物平台单元，用于承载切片进行扫描，其包括两个并排设置的切片承载位；

光学成像单元，用于对切片载物平台上的切片进行扫描，其架设于切片载物平台上方；以及

切片转运单元，用于在切片仓单元与切片载物平台单元之间或急诊仓单元与切片载物平台单元之间转运切片，其设有用于水平方向移动的X轴移动模块和用于竖直方向移动的Z轴移动模块，所述X轴移动模块上设有用于抓取切片的切片抓取模块。

2.根据权利要求1所述的一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，所述转台设有两层，每层绕所述转台中心间隔均匀的设有15个切片盒仓位，每个切片盒仓位内均设有切片盒，所述切片盒设有20个收容格。

3.根据权利要求1所述的一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，所述切片仓单元设有用于识别所述切片盒仓位的仓位识别传模块，所述仓位识别模块设有仓位识别传感器和若干与所述仓位识别传感器配合的仓位识别触发元件，所述仓位识别触发元件与每个切片盒仓位相对应。

4.根据权利要求1所述的一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，所述切片盒包括基本盒和卡簧组成，所述收容格设置于所述基本盒中，所述卡簧一侧或两侧设有用于稳固切片的弹性凸包，所述弹性凸包嵌设于所述收容格间。

5.根据权利要求1所述的一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，所述切片盒仓位设有用于锁定所述切片盒的第一切片盒锁定机构。

6.根据权利要求1所述的一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，所述抓取模块设有成像传感器，通过图形算法来探测每层仓位是否有切片盒及切片盒对应格内是否有切片。

7.根据权利要求1所述的一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，所述X轴移动模块上设有中空旋转台，所述中空旋转台能绕垂直方向旋转，所述切片抓取模块设置于所述中空旋转台上。

8.根据权利要求1所述的一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，所述抓取模块设有用于从中轴线顶住所述切片盒外露的顶爪、用于夹住切片的抓爪组件、驱动所述抓爪组件开合的步进电机和用于限制所述抓爪组件移动的限位轨道，所述抓爪组件设有用于保护切片的夹爪弹片。

9.根据权利要求1所述的一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，所述切片载物平台单元设有用于固定载物平台上切片的切片连杆锁定机构。

10.根据权利要求1所述的一种高通量数字病理切片自动扫描装置，其特征在于，所述急诊仓单元设有用于放置所述切片盒的抽屉和用于锁定所述切片盒的第二切片盒锁定机构，所述应急仓位设置于所述抽屉。

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