[发明专利]一种基于光谱共焦原理的生物显微视觉预对焦装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于光谱共焦原理的生物显微视觉预对焦装置及方法。该装置包括光谱共焦传感模块、显微光学模块、玻片夹持装置、聚焦运动装置和扫描运动装置。光谱共焦传感器一次性测量出到盖玻片上/下表面的距离、待观测生物组织层的厚度；通过标定确立显微物镜物方焦点和光谱共焦传感器测量值之间的空间关系，进而实现由光谱共焦传感器测量值直接驱动聚焦运动装置实现生物显微视觉的精确自动对焦。本发明还提供一种基于上述装置及方法的数字切片扫描仪。本发明适用于数字切片扫描仪的聚焦地形图构建，也可用于生物数码显微镜的自动对焦，具有对焦速度快、分层焦点预测准确等特点。

技术领域

本发明属于自动对焦领域，具体涉及一种基于光谱共焦原理的生物显微视觉系统的自动对焦装置及方法。本发明可用于基于生物显微摄像的设备及仪器，尤其适用于数字切片扫描仪的快速预对焦。

背景技术

数字切片扫描仪利用数字摄像系统对传统的玻璃病理切片进行扫描采集，得到显示患者细胞组织状况的高分辨率数字图像，对得到的图像自动进行高精度多视野无缝隙拼接和处理，获得优质的全切片数字化图像(Whole Slide Image，WSI)。通过共享WSI数据，可以实现远程病理诊断和阅片交流，有助于优质医疗专家资源的共享利用。

数字切片扫描仪的成像质量依赖于高精度的聚焦控制，因此显微视觉系统的自动对焦技术至关重要。为了提高效率，现有数字切片扫描仪都是通过在玻片上选择一些特征点，对这些特征点进行对焦，获取焦点位置，然后利用这些特征焦点拟合出聚焦面，也称为“聚焦地形图”。这一过程称为“预对焦”。在ZL200820169109.8专利中公开了一种基于可升降自动载物台的自动聚焦显微镜，但由于载物台重量较高无法实现快速高频响的聚焦。在日本奥林巴斯光学株式会社提交的专利申请03136023.8中通过移动分像透镜和显微物镜实现聚焦。在麦克奥迪实业集团有限公司递交的专利“一种数字切片实时扫描自动聚焦跟踪方法”(ZL 201310549338.8)和专利申请201410008180.8 中公开了一种基于移动载物台的自动聚焦装置和以此为基础的切片扫描设备。在宁波江丰生物信息技术有限公司递交的专利 201410767713.0“基于图像采集装置的快速准确对焦扫描病理切片组织的方法”和专利申请201610706704.X“一种组织切片扫描装置以及组织切片扫描方法”中则公开了一种移动显微物镜的组织切片扫描技术。

上述技术均是通过摄像装置对特征点进行对焦，拟合出“聚焦地形图”。这些技术存在两个明显的缺点：一是特征点选取不当，易出现大片区域成像模糊的现象，存在影响诊断的可能性；二是寻找焦点的过程需要驱动聚焦运动装置运动，并同步采集图像，计算焦点位置，占用大量时间。第一个缺点的成因复杂，特征点下的镜下视野细节不够充分或非组织区域存在异物均有能造成聚焦错误，难以避免；第二个缺点使预对焦几乎占整个扫描用时的三分之一。因此，开发一种新的预对焦技术对于数字切片扫描仪的进一步发展很有必要。

发明内容

本发明的目的提供一种更快速、更准确的生物显微视觉预对焦技术。本发明基于光谱共焦原理，通过测量盖玻片和组织层的厚度，实现焦点位置的快速确定，具有聚焦速度快、对焦精度高等特点，特别适用于数字病理切片扫描系统的对焦应用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种基于光谱共焦原理的生物显微视觉预对焦装置，包括光谱共焦传感模块、显微光学模块、玻片夹持装置、聚焦运动装置和扫描运动装置，其中：

光谱共焦传感模块由色散镜头、宽光谱光源、光纤光路、光谱测量模块、控制系统组成；显微光学模块由显微物镜、结像透镜、倍率转换镜、聚光镜、光源、数字摄像装置组成；玻片夹持装置用于固定标准生物玻片，保证标准生物玻片在水平运动时不发生滑移；聚焦运动装置用于实现驱动玻片夹持装置与显微物镜之间相互移动；扫描运动装置用于驱动玻片夹持装置在X-Y平面内运动，完成对标准生物玻片的扫描。