病理切片扫描成像系统和成像方法

技术领域

本发明涉及显微光学成像领域，特别涉及病理切片扫描成像系统和成像方法。

背景技术

病理检查是用以检查机体器官、组织或细胞中的病理改变的病理形态学方法。为探讨器官、组织或细胞所发生的疾病过程，可采用某种病理形态学检查的方法，检查它们所发生的病变，探讨病变产生的原因、发病机理、病变的发生发展过程，最后做出病理诊断。通过制作病理切片，然后通过数字切片扫描仪将病理切片扫描成数字化的图像，然后进行观察判读，是目前进行形态学检查的主要方法。

目前的病理数字切片主要有两种：一种是明场数字切片，一般采用HE/IHC染色，使用具有明场光学成像扫描系统的扫描仪进行扫描成像；一种是荧光数字切片，采用荧光染色，使用具有荧光光学成像扫描系统的扫描仪进行扫描成像；由于制片染色类型的多样化，越来越多的医院要求病理切片扫描仪同时具备明场光学成像和荧光光学成像的功能。

目前不同生物样品的荧光染料的多样化，对荧光光学成像扫描系统的激发光源提出了各种波段的要求，同时不同波段的激发光源，需要匹配不同带通的激发滤光片、二向色镜以及发射滤光片；同时由于荧光信号很弱，一般比明场信号低几个数量级，相应的荧光光学成像扫描系统要求具备更高功率的激发光源以及聚光光路，而目前的设备无法满足上述要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种病理切片扫描成像系统，可同时实现明场扫描成像和荧光扫描成像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种病理切片扫描成像系统，包括多通道荧光切换模块，所述多通道荧光切换模块上方设置有相机切换模块，所述多通道荧光切换模块下方设置有物镜，所述多通道荧光切换模块与相机切换模块之间设置有成像管镜，所述多通道荧光切换模块一侧设置有荧光光源入射光纤，所述荧光光源入射光纤与多通道荧光切换模块之间依次设置有第一双胶合透镜和第二双胶合透镜；

所述相机切换模块包括荧光成像相机和明场成像相机；

所述多通道荧光切换模块包括中心旋转轴，所述中心旋转轴上部周向设置有一个成像空位和多个荧光滤光片组件，所述中心旋转轴底部设置有遮光板，所述遮光板上设置有通光孔，所述通光孔与成像空位下方，还包括设置在遮光板下方的明场成像光源组件，还包括用于驱动中心旋转轴做旋转运动的旋转驱动机构；

当进行荧光成像光学扫描时，荧光成像相机、成像管镜、其中一个荧光滤光片组件和物镜构成的成像光路同轴，成像光路和外部待扫描样本垂直，荧光光源入射光纤与荧光滤光片组件侧面同轴；

当进行明场成像光学扫描时，明场成像相机、成像管镜、通光孔和明场成像光源组件构成的成像光路同轴，成像光路和外部待扫描样本垂直。

进一步的是：所述旋转驱动机构包括马达固定板，所述马达固定板上设置有切换马达，所述切换马达的输出轴上设置有第一同步带轮，所述中心旋转轴上设置有第二同步带轮，还包括绕设在第一同步带轮和第二同步带轮上的切换同步带，还包括多个固定块，所述中心旋转轴与荧光滤光片组件通过固定块连接。

进一步的是：所述荧光滤光片组件包括壳体，所述壳体侧面设置有入射光通光孔，所述壳体上端设置有发射光通光孔，所述壳体下端设置有激发光通光孔，所述壳体中部斜向设置有二向分色镜，所述入射光通光孔处设置有激发滤光片，所述发射光通光孔处设置有发射滤光片。

进一步的是：所述相机切换模块包括相机切换基板，所述相机切换基板上设置有切换滑轨，所述切换滑轨上设置有切换滑块，还包括与切换滑块连接的滑块连接板，所述滑块连接板一侧安装有相机固定板，所述相机固定板上设置有荧光成像相机连接环和明场成像相机连接环，所述荧光成像相机和明场成像相机分别安装在荧光成像相机连接环和明场成像相机连接环上，滑块连接板另一侧设置有凸起，所述相机切换基板上还设置有第一限位块和第二限位块，所述第一限位块和第二限位块分别位于凸起两侧，还包括用于驱动切换滑块沿切换滑轨运动的切换驱动机构。

进一步的是：所述切换驱动机构包括设置在电机固定板上的直线步进电机，所述电机固定板与相机切换基板连接，所述相机切换基板朝向直线步进电机一侧设置有凹槽，所述凹槽内设置有滑杆，还包括电机连块，所述电机连块一端套设在滑杆上并可相对滑杆滑动，所述滑杆上套设有第一圆线螺旋弹簧和第二圆线螺旋弹簧，所述第一圆线螺旋弹簧和第二圆线螺旋弹簧分别位于电机连块两侧，所述直线步进电机的驱动端与电机连块固定连接，所述电机连块的底端还设置有感应片，所述相机切换基板上设置有与感应片配合的第一切换感应传感器和第二切换感应传感器。

进一步的是：所述相机切换基板上设置有传感器安装轨道，第一切换感应传感器和第二切换感应传感器通过螺栓安装在传感器安装轨道上，所述第一限位块和第二限位块上设置有多个安装孔，所述第一限位块和第二限位块分别通过螺栓和其中一个安装孔固定在相机切换基板上。

本发明还公开了病理切片扫描成像方法，包括上述所述的病理切片扫描成像系统，其步骤为：

当进行荧光成像时，步骤为：

S11：相机切换模块切换相机，使得荧光成像相机运动至成像管镜上方；

S12：旋转驱动机构驱动中心旋转轴旋转，使得荧光滤光片组件运动至成像管镜下方，使得荧光成像相机、成像管镜、其中一个荧光滤光片组件和物镜构成的成像光路同轴，成像光路和外部待扫描样本垂直；

S13：荧光光源入射光纤发射光源，入射光经第一双胶合透镜和第二双胶合透镜聚集后射向激发滤光片，激发滤光片将入射光波长缩减到只留下用于激发样品的波长，经过激发滤光片的激发光经过二向分色镜的反射，通过物镜对需要采集的样本进行激发照明，样本上的荧光分子会吸收激发光波长的光线，并发射其他波长的光线，其发射的波长经过物镜后，透过二向分色镜和发射滤光片，经过成像管镜后进入荧光成像相机进行成像；

当进行明场成像时，步骤为：

S21：相机切换模块切换相机，使得明场成像相机运动至成像管镜上方；

S22：旋转驱动机构驱动中心旋转轴旋转，使得成像空位运动至成像管镜下方，使得明场成像相机、成像管镜、通光孔和明场成像光源组件构成的成像光路同轴，成像光路和外部待扫描样本垂直；

S23：明场成像光源组件发出光源，样本经明场成像光源组件照明后的图像信息经过物镜和成像管镜后，成像于明场成像相机中。

本发明的有益效果是：本结构可实现荧光成像和明场成像的切换，且切换方式快捷简单，且在切换过程中通过第一圆线螺旋弹簧、第二圆线螺旋弹簧、第一限位块和第二限位块的设置，可保证各机构在扫描成像时的同轴度。

附图说明

图1为本申请实施例的病理切片扫描成像系统的结构示意图。

图2为本申请实施例的病理切片扫描成像系统的另一工作状态的结构示意图。

图3为本申请实施例的病理切片扫描成像系统的相机切换模块的结构示意图。

图4为本申请实施例的病理切片扫描成像系统的相机切换模块的另一视角的结构示意图。

图5为本申请实施例的病理切片扫描成像系统的多通道荧光切换模块的结构示意图。

图6为本申请实施例的病理切片扫描成像系统的荧光滤光片组件的结构示意图。

图7为本申请实施例的病理切片扫描成像系统的荧光成像光学扫描的结构示意图。

图8为本申请实施例的病理切片扫描成像系统的明场成像光学扫描的结构示意图。

图中标记为： 荧光成像相机11、成像管镜12、荧光滤光片组件13、壳体131、激发滤光片132、二向分色镜133、发射滤光片134、入射光通光孔1311、激发光通光孔1312、发射光通光孔1313、荧光光源入射光纤14、第一双胶合透镜15、第二双胶合透镜16、物镜17、样本18；

明场成像相机21、明场成像光源组件22；

切换马达31、马达固定板32、切换同步带33、第一同步带轮34、第二同步带轮35、中心旋转轴36、遮光板37、通光孔371、固定块38；

相机切换基板401、切换滑轨402、切换滑块403、第一限位块404、第二限位块405、滑块连接板406、相机固定板407、明场成像相机连接环408、荧光成像相机连接环409、电机固定板410，直线步进电机411、电机连块412、滑杆413、第一圆线螺旋弹簧414、第二圆线螺旋弹簧415、感应片416、传感器安装轨道417、第一切换感应传感器418、第二切换感应传感器419。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1和图2所示，本申请的实施例公开了一种病理切片扫描成像系统，包括多通道荧光切换模块，所述多通道荧光切换模块上方设置有相机切换模块，所述多通道荧光切换模块下方设置有物镜17，所述多通道荧光切换模块与相机切换模块之间设置有成像管镜12，所述多通道荧光切换模块一侧设置有荧光光源入射光纤14，所述荧光光源入射光纤14与多通道荧光切换模块之间依次设置有第一双胶合透镜15和第二双胶合透镜16；

所述相机切换模块包括荧光成像相机11和明场成像相机21；

所述多通道荧光切换模块包括中心旋转轴36，所述中心旋转轴36上部周向设置有一个成像空位和多个荧光滤光片组件13，所述中心旋转轴36底部设置有遮光板37，所述遮光板37上设置有通光孔371，所述通光孔371与成像空位下方，还包括设置在遮光板37下方的明场成像光源组件22，还包括用于驱动中心旋转轴36做旋转运动的旋转驱动机构；

当进行荧光成像光学扫描时，荧光成像相机11、成像管镜12、其中一个荧光滤光片组件13和物镜17构成的成像光路同轴，成像光路和外部待扫描样本18垂直，荧光光源入射光纤14与荧光滤光片组件13侧面同轴；

当进行明场成像光学扫描时，明场成像相机21、成像管镜12、通光孔371和明场成像光源组件22构成的成像光路同轴，成像光路和外部待扫描样本18垂直。

具体的，第一双胶合透镜15和第二双胶合透镜16之间的中心距离L≥100mm，从而保证进入第二双胶合透镜16的光为平行光，且遮光板37的表面颜色可设置成黑色。

具体工作时，当进行荧光成像时，相机切换模块切换相机，使得荧光成像相机11运动至成像管镜12上方；旋转驱动机构驱动中心旋转轴36旋转，使得荧光滤光片组件13运动至成像管镜12下方，使得荧光成像相机11、成像管镜12、其中一个荧光滤光片组件13、物镜17和外部待扫描样本18同轴，荧光光源入射光纤14发射光源，入射光经第一双胶合透镜15和第二双胶合透镜16聚集后射向荧光滤光片组件13，入射光经过荧光滤光片组件13的滤光和折射，到达物镜17的后焦距平面，通过物镜17对需要采集的样本18进行激发照明，样本18上的荧光分子会吸收激发光波长的光线，并发射其他波长的光线，其发射的波长经过物镜17后，继续通过荧光滤光片组件13，再经过成像管镜12后进入荧光成像相机11进行成像；

当进行明场成像时，相机切换模块切换相机，使得明场成像相机21运动至成像管镜12上方，旋转驱动机构驱动中心旋转轴36旋转，使得成像空位运动至成像管镜12下方，使得明场成像相机21、成像管镜12、通光孔371、样本18和明场成像光源组件22同轴，明场成像光源组件22发出光源，样本18经明场成像光源组件22照明后的图像信息经过后，成像于明场成像相机21中。

本结构可实现荧光成像和明场成像的切换，且切换方式快捷、简单、便捷，本结构在进行成像模式切换时，共用物镜17和成像管镜12，从而使得本装置结构更紧凑，同时在荧光成像时，在荧光样本18的下方设置有遮光板37，遮光板37的表面颜色为黑色，以减少成像产生的背景荧光，且由于遮光板37上设置有通光孔371，且通光孔371与所述的明场成像空位在Z向相对应，因此该遮光孔的设置同样不会影响明场成像时的光源。

本实施例中，如图5所示，所述旋转驱动机构包括马达固定板32，所述马达固定板32上设置有切换马达31，所述切换马达31的输出轴上设置有第一同步带轮34，所述中心旋转轴36上设置有第二同步带轮35，还包括绕设在第一同步带轮34和第二同步带轮35上的切换同步带33，还包括多个固定块38，所述中心旋转轴36与荧光滤光片组件13通过固定块38连接。

具体的，在进行旋转切换时，切换马达31驱动第一同步带轮34转动，再通过切换同步带33带动第二同步带轮35转动，从而带动中心旋转轴36转动，从而使得对应的荧光滤光片组件13或成像空位运动至成像管镜12下方，进而实现对应的成像扫描操作。

此种驱动方式结构简单，便于实现，且能精准的对荧光滤光片组件13或成像空位的位置进行控制。

本实施例中，如图6所示，所述荧光滤光片组件13包括壳体131，所述壳体131侧面设置有入射光通光孔1311，所述壳体131上端设置有发射光通光孔1313，所述壳体131下端设置有激发光通光孔1312，所述壳体131中部斜向设置有二向分色镜133，所述入射光通光孔1311处设置有激发滤光片132，所述发射光通光孔1313处设置有发射滤光片134。

具体的，针对不同激发光源波段的要求，需要匹配不同带通的激发滤光片132、二向分色镜133以及发射滤光片134，因此此处各荧光滤光片组件13中的激发滤光片132、二向分色镜133以及发射滤光片134为组合式配合使用。

具体的，在进行荧光扫描成像时，荧光光源入射光纤14发射光源，入射光经第一双胶合透镜15和第二双胶合透镜16聚集后射向激发滤光片132，激发滤光片132将入射光波长缩减到只留下用于激发样品的波长，经过激发滤光片132的激发光经过二向分色镜133的反射，通过物镜17对需要采集的样本18进行激发照明，样本18上的荧光分子会吸收激发光波长的光线，并发射其他波长的光线，其发射的波长经过物镜17后，透过二向分色镜133和发射滤光片134，经过成像管镜12后进入荧光成像相机11进行成像。

本机构通过此种设置，使得当荧光滤光片组件13旋转到工作位后，入射光通光孔1311、激发光通光孔1312和发射光通光孔1313能分别对应荧光光源入射光纤14、样本18和荧光扫描相机，即当荧光滤光片组件13旋转到位后即可进行工作。

本实施例中，如图3和图4所示，所述相机切换模块包括相机切换基板401，所述相机切换基板401上设置有切换滑轨402，所述切换滑轨402上设置有切换滑块403，还包括与切换滑块403连接的滑块连接板406，所述滑块连接板406一侧安装有相机固定板407，所述相机固定板407上设置有荧光成像相机连接环409和明场成像相机连接环408，所述荧光成像相机11和明场成像相机21分别安装在荧光成像相机连接环409和明场成像相机连接环408上，滑块连接板406另一侧设置有凸起，所述相机切换基板401上还设置有第一限位块404和第二限位块405，所述第一限位块404和第二限位块405分别位于凸起两侧，还包括用于驱动切换滑块403沿切换滑轨402运动的切换驱动机构；

所述切换驱动机构包括设置在电机固定板410上的直线步进电机411，所述电机固定板410与相机切换基板401连接，所述相机切换基板401朝向直线步进电机411一侧设置有凹槽，所述凹槽内设置有滑杆413，还包括电机连块412，所述电机连块412一端套设在滑杆413上并可相对滑杆413滑动，所述滑杆413上套设有第一圆线螺旋弹簧414和第二圆线螺旋弹簧415，所述第一圆线螺旋弹簧414和第二圆线螺旋弹簧415分别位于电机连块412两侧，所述直线步进电机411的驱动端与电机连块412固定连接，所述电机连块412的底端还设置有感应片416，所述相机切换基板401上设置有与感应片416配合的第一切换感应传感器418和第二切换感应传感器419。

具体工作时，当相机切换时，直线步进电机411通过输出轴，带动电机连块412运动，从而带动电机连块412通过挤压第一圆线螺旋弹簧414或第二圆线螺旋弹簧415，第一圆线螺旋弹簧414或第二圆线螺旋弹簧415通过挤压相机固定板407凹槽的左右侧壁带动相机固定板407左右运动，从而实现相机切换，同时相机切换的位置度通过第一限位块404和第二限位块405进行保证。

上述结构中，在设计时，相机切换时，滑块连接板406上的凸起必然会与第一限位块404或第二限位块405接触，从而使得即使当直线步进电机411控制不准确时，通过第一圆线螺旋弹簧414或第二圆线螺旋弹簧415和第一限位块404和第二限位块405的配合作用，荧光成像相机11和明场成像相机21仍能运动至准确的位置处，从而保证荧光成像相机11和明场成像相机21与下方机构的同轴度，同时本结构中还设置有第一切换感应传感器418和第二切换感应传感器419，第一切换感应传感器418和第二切换感应传感器419可以给予直线步进电机411运动到位的信号，防止直线步进电机411运动过位，从而保证整合相机切换时的准确度。

本实施例中，所述相机切换基板401上设置有传感器安装轨道417，第一切换感应传感器418和第二切换感应传感器419通过螺栓安装在传感器安装轨道417上，所述第一限位块404和第二限位块405上设置有多个安装孔，所述第一限位块404和第二限位块405分别通过螺栓和其中一个安装孔固定在相机切换基板401上。

本结构中，第一切换感应传感器418和第二切换感应传感器419通过螺栓安装在传感器安装轨道417上，当需要进行位置调整时，可以松开螺丝，滑动第一切换感应传感器418和第二切换感应传感器419，调整其位置，同理，当需要调整第一限位块404和第二限位块405的位置时，先拧松其螺丝，调整第一限位块404和第二限位块405的位置，调整到位后，选取合适的安装孔，使用螺栓将其拧紧至相机切换基板401上，实现第一限位块404和第二限位块405的位置调整。

本结构的设置，可实现第一切换感应传感器418、第二切换感应传感器419、第一限位块404和第二限位块405的位置调整，从而保证相机切换的准确度。

本发明还公开了病理切片扫描成像方法，包括上述所述的病理切片扫描成像系统，其步骤为：

当进行荧光成像时，如图7所示，步骤为：

S11：相机切换模块切换相机，使得荧光成像相机11运动至成像管镜12上方；

S12：旋转驱动机构驱动中心旋转轴36旋转，使得荧光滤光片组件13运动至成像管镜12下方，使得荧光成像相机11、成像管镜12、其中一个荧光滤光片组件13、和物镜17构成的成像光路同轴，成像光路和外部待扫描样本18垂直；

S13：荧光光源入射光纤14发射光源，入射光经第一双胶合透镜15和第二双胶合透镜16聚集后射向激发滤光片132，激发滤光片132将入射光波长缩减到只留下用于激发样品的波长，经过激发滤光片132的激发光经过二向分色镜133的反射，通过物镜17对需要采集的样本18进行激发照明，样本18上的荧光分子会吸收激发光波长的光线，并发射其他波长的光线，其发射的波长经过物镜17后，透过二向分色镜133和发射滤光片134，经过成像管镜12后进入荧光成像相机11进行成像；

当进行明场成像时，如图8所示，步骤为：

S21：相机切换模块切换相机，使得明场成像相机21运动至成像管镜12上方；

S22：旋转驱动机构驱动中心旋转轴36旋转，使得成像空位运动至成像管镜12下方，使得明场成像相机21、成像管镜12、通光孔371和明场成像光源组件22构成的成像光路同轴，成像光路和外部待扫描样本18垂直；

S23：明场成像光源组件22发出光源，样本18经明场成像光源组件22照明后的图像信息经过物镜17和成像管镜12后，成像于明场成像相机21中。

本方法可实现荧光成像和明场成像的切换，且具有切换方便、快速的特点。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。