专利名称：双ccd感光元件生物数字显微镜及其摄影图像处理方法
技术领域：
本发明涉及一种数字显微镜，尤其是一种双CCd感光元件生物数字显微镜及其摄 影图像处理方法，主要应用于镜检经过HE-Feulgen染色的组织切片。
背景技术：
医学发展尤其是病理学发展，主要依靠光学显微镜的放大作用，以为医生及科研 人员对组织标本做细微观察提供硬件基础。在病理学研究领域以及日常医疗实践过程中， 对于复杂数据的处理、记录保存或者归档系统的应用以及对检查结果交互咨询的可能性都 存在日益增长的需求。目前，最先进的显微镜也就是简单地在目镜外增加一个摄像头接口，起着采集图 像投放在显示器上的作用。几乎所有的医学病理显微系统都是只应用一只彩色或黑白的 CCd感光元件进行工作，黑白CCd感光元件具有高灵敏度，弱噪音，量子效率等特点适合对 灰度值、积分光密度等科学数据的测量尤其是在低照度条件下显微图像的科学分析如dna 的分析具有准确，快捷等特点；彩色ccd感光元件是基于R\G\B三原色原理合成的彩色图 像，如果通过彩色ccd提取黑白图像只有采取R\G\B三通道中的一个通道进行处理，如此会 造成图像数据的丢失，因此在科学研究尤其是显微病理图像进行灰度分析，其结果往往就 会失真。同时彩色ccd对于色彩的分辨以及区域面积等参数的测量又具备很理想的优势。 由于彩色ccd是根据R、G、B三原色原理还原图像的，其准确的信息判断是基于不同颜色的 区分，如果要区分灰度信息其结果是要损失66%的数据信息，同样黑白ccd可以完成灰度 的精确识别但是不能区分不同颜色的明显差别。因此，如果只有一种形式的ccd不能够满 足显微图像收集的全部信息的需要。即使后期的图像处理软件有多么的强大都不能做到应 用彩色ccd感光元件进行标本图像信息采集达到应用黑白ccd感光元件进行灰度分析的精 度，或者利用黑白ccd感光元件进行标本图像信息采集达到应用彩色ccd不同颜色区分的 敏感。同时，由于病理学诊断是建立在医生的经验的前提下，所谓的病理诊断金标准也是建 立在个体的经验的前提下，其不具备客观及标准性。另外长时间的显微镜下工作也令人疲 倦并效率低下。另外，医疗机构缺乏大量的病理科医生也造成社会医疗资源尤其是病理科 医生资源极度匮乏。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种双ccd感光元件生物数字显微镜，其在同 一标本区域进行彩色CCd感光元件和黑白CCd感光元件同时拍照，得到2张分别为黑白及 彩色的图像，通过黑白图像中细胞核的灰度、积分光密度的分析得到细胞核中的DNA数据 特征，并建立待检标本中心点，结合彩色图中的色彩特征，完成完整标本的拼接。本发明有 效地将彩色ccd感光元件和黑白ccd感光元件摄影图像的优点结合，因此，本发明不仅可以 对标本进行常规观察，即形态学观察，同时还可以对经过染色的DNA进行数码拍照，形成多 焦面全息三维图像，便于多层次、多焦面地观察细胞的全部信息，大大地提高了早期诊断的准确性。为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案一种双ccd感光元件生物数字显微镜，包括机架以及分别安装在机架上的显微平 台、MCU控制芯片、镜筒、物镜转换座、用于扫描载玻片上编码信息的条码扫描装置以及用于 采集载玻片图像信息的标本图像信息采集装置，待检标本承接于载玻片，所述物镜转换座 上安装物镜，所述物镜转换座、镜筒、条码扫描装置以及标本图像信息采集装置分别位于显 微平台上方，且物镜转换座与镜筒光路连接，所述物镜转换座的光路出口安装分光三棱镜， 所述镜筒为双目镜筒，所述标本图像信息采集装置包括黑白ccd感光元件以及彩色ccd感 光元件，黑白ccd感光元件以及彩色ccd感光元件分别安装在双目镜筒上，同时黑白ccd感 光元件以及彩色ccd感光元件分别与分光棱镜之间设置有一块滤光镜；所述MCU控制芯片 包括图像信息采集�？�、图像信息分析处理�？橐约巴枷裥畔⑹涑瞿？椋枷裥畔⒉杉� 块接收黑白ccd感光元件所采集的标本细胞核灰度、积分光密度信息以及彩色ccd感光元 件所采集的标本图像彩色特征信号，图像信息分析处理�？楦莺诎譪cd感光元件所采集 的标本细胞核灰度、积分光密度信息以及彩色ccd感光元件所采集的标本图像彩色特征信 号，进行标本图片的三维拼接，获得待检标本的多焦面全息三维图像，同时根据积分光密度 信息以及标本图像彩色特征信号作出待检标本的阅片结论；图像信息输出�？楦菟唇� 出的多焦面全息三维图像以及阅片结论，输出图文报告。本发明的另一个技术目的是提供一种上述双ccd感光元件生物数字显微镜的摄 影图像处理方法，包括以下步骤(1)图像信息采集采用黑白ccd感光元件以及彩色ccd感 光元件分别对待检标本的同一标本区域同时进行图像信息采集，黑白ccd感光元件采集该 待检标本细胞核的灰度信息和积分光密度信息，彩色ccd感光元件采集该待检标本的图像 彩色特征信号；(2)图像信息分析处理A、根据R/G/B三原色原理，将彩色ccd感光元件所采 集的图像彩色特征信号，拼接合成待检标本的彩色图像，以确定该待检标本彩色图像的色 彩特征；同时根据黑白ccd感光元件所采集的细胞核灰度信息和积分光密度信息，建立待 检标本的中心点，以得到待检标本的细胞核DNA数据特征；B、将A步骤中所获得的待检标本 的彩色图像色彩特征以及细胞核DNA数据特征结合，完成待检标本的三维立体拼接，获得 待检标本的多焦面全息三维图像，同时根据所获得的细胞核积分光密度信息作出待检标本 的阅片结论；(3)图像信息输出将步骤O)中获得的待检标本的阅片结论附加到相应的多 焦面全息三维图像中，输出待检标本的图文报告。进一步地，所述步骤O)的B步骤中，作出待检标本的阅片结论具体为将所获得 的待检标本的细胞核积分光密度信息与组织结构标准信息数据库中各组织结构关联信息 进行比对，所述组织结构标准信息数据库按照组织结构的不同建立各相应组织结构子数据 库，且所述的各组织结构子数据库中每一个组织结构的关联信息包括与其相对应的细胞核 积分光密度信息、标本图像彩色特征信息以及组织结构判断结论，所述组织结构判断结论 根据相应组织结构的细胞核积分光密度信息以及标本图像彩色特征信息得出，若待检标本 的细胞核积分光密度信息、标本图像彩色特征信息与组织结构标准信息数据库中相应组织 结构子数据库的某一个组织结构T1的积分光密度信息、标本图像彩色特征信息相似度大于 90%，则自动地将组织结构T1的组织结构判断结论附加到待检标本的多焦面全息三维图像 中，以生成待检标本的图文报告；若待检标本的细胞核积分光密度信息与组织结构标准信息数据库中的任一个组织结构Ti的积分光密度信息的相似度小于90 %，或者待检标本的标 本图像彩色特征信息与组织结构标准信息数据库中的任一个组织结构Ti的标本图像彩色 特征信息的相似度小于90%，都会自动地筛选出该待检标本，以进行人工阅片，并将人工阅 片结论附加到待检标本的多焦面全息三维图像中，以生成待检标本的图文报告；同时将待 检标本的细胞核积分光密度信息、标本图像彩色特征信息以及人工阅片结论一起存储到相 应的组织结构子数据库，以对组织结构标准信息数据库进行扩充/更新。根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果本发明同时采用彩色ccd感光元件以及黑白ccd感光元件对标本的图像信息进行 采集，MCU控制芯片的图像信息分析处理模块根据R\G\B三原色原理，将所采集的标本彩色 图像信号，拼接合成标本彩色图像，以确定该彩色图像的色彩特征；同时，该图像信息分析 处理模块根据黑白ccd感光元件所采集的标本黑白图像的灰度、积分光密度信息，建立标 本中心点，以得到标本的数据特征，结合前述标本彩色图像的色彩特征，完成标本三维立体 拼接，同时将黑白图片的光密度信息附加在每个细胞的参数当中，经过病理专家的诊断得 出结论，据此划分子集，从而反复这个过程建立数据库完善软件达到能够智能筛选的目的。 因此本发明不仅可以对标本进行常规观察，即形态学观察，同时还可以对经过染色的DNA 进行数码拍照，形成多焦面全息三维图像，便于多层次、多焦面地观察细胞的全部信息，大 大地提高了早期诊断的准确性。本发明结构简单，操作简便，镜检精确度高，对于显微镜检 结果的准确度具有极大的保障。
图1是本发明的结构示意简图；图2是本发明摄影图像处理方法的流程图；图3是本发明图像信息分析处理�？榈牧鞒掏迹黄渲谢�1显微平台2玻片上下片装置3物镜转换座41物镜42分光三棱镜 5镜筒61彩色ccd感光元件62黑白ccd感光元件63。
具体实施例方式为了使公众能充分了解本发明的技术实质和有益效果，将在下面结合附图对本发 明的具体实施方式
详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据 本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。如图1和图2所示，本发明所述的双ccd感光元件生物数字显微镜，包括机架1以 及分别安装在机架1上的显微平台2、MCU控制芯片、镜筒61、物镜转换座41、用于扫描载玻 片上编码信息的条码扫描装置以及用于采集载玻片图像信息的标本图像信息采集装置，待 检标本置于载玻片上，所述物镜转换座41上安装物镜42，所述物镜转换座41、镜筒61、条 码扫描装置以及标本图像信息采集装置分别位于显微平台2上方，且物镜转换座41与镜筒 61光路连接，所述物镜转换座41的光路出口安装分光三棱镜5，所述镜筒为双目镜筒，所述 标本图像信息采集装置包括黑白ccd感光元件63以及彩色ccd感光元件62，黑白ccd感光 元件63以及彩色ccd感光元件62分别安装在双目镜筒上，同时黑白ccd感光元件63以及 彩色ccd感光元件62分别与分光棱镜之间设置有一块滤光镜；由此可知，本发明采用黑白ccd感光元件63以及彩色ccd感光元件62同时对同一视野的摄影对象分别进行摄像，因 此，得到的载玻片的数据不存在视差，极大地保证了图文数据输出的准确性；所述MCU控制 芯片包括图像信息采集�？�、图像信息分析处理�？橐约巴枷裥畔⑹涑瞿？椋枷裥畔⒉� 集�？榻邮蘸诎譪cd感光元件63所采集的标本细胞核灰度、积分光密度信息以及彩色ccd 感光元件62所采集的标本图像彩色特征信号，图像信息分析处理�？楦莺诎譪cd感光元 件63所采集的标本细胞核灰度、积分光密度信息以及彩色ccd感光元件62所采集的标本 图像彩色特征信号，进行标本图片的三维拼接，获得待检标本的多焦面全息三维图像，图像 信息输出�？楦菟唇映龅亩嘟姑嫒⑷枷褚约跋赴嘶止饷芏刃畔⑹涑鐾嘉� 报告。本发明的待检标本为经过HE-Feulgen染色的组织切片。本发明在工作区域下方安 装有由MCU控制芯片控制光强的LED光源，该LED光源经过科勒照明系统投射光柱后，透过 载玻片上的待检标本，依次经物镜的第一次放大处理、分光棱镜的分光处理后，进入滤光镜 片，将光影分别投射到彩色ccd感光元件62和黑白ccd感光元件63上，以对同一标本区域 同时进行彩色ccd感光元件62和黑白ccd感光元件63拍照，得到2张分别为黑白及彩色 的图像，最后经MCU控制芯片的图像信息分析处理�？榻写恚纯纱蛴∈涑龃毂瓯� 的图文报告。其中，载玻片通过X\Y\Z的三维移动使得标本区域及厚度分层次分别投影到 彩色ccd感光元件62和黑白ccd感光元件63上。 具体地说，本发明所述双ccd感光元件生物数字显微镜的摄影图像处理方法，包 括以下步骤(1)图像信息采集采用黑白ccd感光元件63以及彩色ccd感光元件62分别 对待检标本的同一标本区域同时进行图像信息采集，黑白ccd感光元件63采集该待检标本 细胞核的灰度信息和积分光密度信息，彩色ccd感光元件62采集该待检标本的图像彩色特 征信号；O)图像信息分析处理Α、根据R/G/B三原色原理，将彩色ccd感光元件62所采集 的图像彩色特征信号，拼接合成待检标本的彩色图像，以确定该待检标本彩色图像的色彩 特征；同时根据黑白ccd感光元件63所采集的该待检标本细胞核的灰度信息和积分光密度 信息，建立待检标本的中心点，以得到待检标本的细胞核DNA数据特征；B、将A步骤中所获 得的待检标本的彩色图像色彩特征以及细胞核DNA数据特征结合，完成待检标本的三维立 体拼接，获得待检标本的多焦面全息三维图像，同时根据所获得的细胞核积分光密度信息 作出待检标本的判断结论；(3)图像信息输出根据步骤O)中获得的待检标本的多焦面全 息三维图像以及判断结论，输出待检标本的图文报告。另外，为实现智能筛选，提高阅片效 率，本发明所述步骤O)的B步骤中，作出待检标本的判断结论具体为将所获得的待检标 本的细胞核积分光密度信息与组织结构标准信息数据库中各组织结构关联信息进行比对， 所述组织结构标准信息数据库按照组织结构的不同建立各相应组织结构子数据库，且所述 的各组织结构子数据库中每一个组织结构的关联信息包括与其相对应的细胞核积分光密 度信息、标本图像彩色特征信息以及组织结构判断结论，所述组织结构判断结论根据相应 组织结构的细胞核积分光密度信息以及标本图像彩色特征信息得出，若待检标本的细胞核 积分光密度信息、标本图像彩色特征信息与组织结构标准信息数据库中相应组织结构子数 据库的某一个组织结构T1的积分光密度信息、标本图像彩色特征信息相似度大于90%，则 自动地将组织结构T1的组织结构判断结论附加到待检标本的多焦面全息三维图像中，以生 成待检标本的图文报告；若待检标本的细胞核积分光密度信息或者标本图像彩色特征信息 与组织结构标准信息数据库中的任一个组织结构Ti的积分光密度信息或者标本图像彩色特征信息相似度皆小于90%，则自动地筛选出该待检标本，即是说，当待检标本的细胞核积 分光密度信息与组织结构标准信息数据库中的任一个组织结构Ti的积分光密度信息的相 似度小于90%，或者当待检标本的标本图像彩色特征信息与组织结构标准信息数据库中的 任一个组织结构1\的标本图像彩色特征信息的相似度小于90%时，都会自动地筛选出待检 标本，以进行人工阅片，并将人工阅片结论附加到待检标本的多焦面全息三维图像中，以生 成待检标本的图文报告；同时将待检标本的细胞核积分光密度信息、标本图像彩色特征信 息以及人工阅片结论一起存储到相应的组织结构子数据库，以对组织结构标准信息数据库 进行扩充/更新。由此可知1、黑白ccd感光元件63拍摄的是染色组织切片中细胞核的图片，即其 拍摄目标针对的是各组织结构的细胞核，灰度信息可以定位出细胞核的位置，从而可以定 位各组织结构的中心点，而积分光密度信息可以准确地定量细胞核的DNA含量；彩色ccd感 光元件62拍摄的是染色组织切片中各组织结构的外围完整图像，从而可以区分出组织切 片的结构组成；2、本发明在MCU控制芯片中预先设立组织结构标准信息数据库，则镜检时， 先将黑白ccd感光元件63采集的积分光密度信息与组织结构标准信息数据库中的各组织 结构相应的积分光密度信息进行比对，若满足一定条件，则将组织结构标准信息数据库中 所对应的组织结构的判断结论自动输出，以作为待检标本的阅片结论，从而输出待检标本 的图文报告；若不满足该条件，则自动地将待检标本筛出，进行人工阅片，然后输出待检标 本的图文报告，另外，还将人工阅片结论以及相应的待检标本的细胞核积分光密度信息存 储到组织结构子数据库，以对组织结构标准信息数据库进行扩充/更新。本发明通过组织 结构标准信息数据库的辅助，自动地筛选待检标本，极大地节约了人工阅片成本。本发明在同一标本区域进行彩色ccd感光元件62和黑白ccd感光元件63同时拍 照，得到2张分别为黑白及彩色的图像，通过黑白图像中细胞核的灰度、积分光密度的分析 得到细胞核中的的数据特征，并建立中心点，结合彩色图中的色彩特征，完成完整标本(一 个标本需要400张以上的照片才能完成，因为采用1/2英寸的靶面的ccd是把标本进行 200-400倍的放大系统达到ccd的靶面上，因此实际每一张照片上的信息量只是标本平面 的1/2英寸的200-400分之1)的拼接，通过建立在细胞核的中心点参数将彩色图片进行三 维立体拼接，同时将黑白图片的细胞光密度信息附加在每个细胞的参数当中，经过病理专 家的诊断得出结论，据此划分子集，从而反复这个过程建立数据库完善软件达到能够智能 筛选的目的。综上所述，同时利用彩色ccd感光元件62以及黑白ccd感光元件63进行标本图 像信息采集，完成标本三维立体拼接，以输出标本的诊断结论。本发明不仅可以对标本进行 常规观察，即形态学观察，同时还可以对经过染色的DNA进行数码拍照，形成多焦面全息三 维图像，便于多层次、多焦面地观察细胞的全部信息，大大地提高了早期诊断的准确性。
权利要求
1.一种双ccd感光元件生物数字显微镜，包括机架以及分别安装在机架上的显微平 台、MCU控制芯片、镜筒、物镜转换座、用于扫描载玻片上编码信息的条码扫描装置以及用于 采集载玻片图像信息的标本图像信息采集装置，待检标本承接于载玻片，所述物镜转换座 上安装物镜，所述物镜转换座、镜筒、条码扫描装置以及标本图像信息采集装置分别位于显 微平台上方，且物镜转换座与镜筒光路连接，其特征在于，所述物镜转换座的光路出口安装 分光三棱镜，所述镜筒为双目镜筒，所述标本图像信息采集装置包括黑白ccd感光元件以 及彩色ccd感光元件，黑白ccd感光元件以及彩色ccd感光元件分别安装在双目镜筒上，同 时黑白ccd感光元件以及彩色ccd感光元件分别与分光棱镜之间设置有一块滤光镜；所述 MCU控制芯片包括图像信息采集�？�、图像信息分析处理�？橐约巴枷裥畔⑹涑瞿？椋枷� 信息采集�？榻邮蘸诎譪cd感光元件所采集的标本细胞核灰度、积分光密度信息以及彩色 ccd感光元件所采集的标本图像彩色特征信号，图像信息分析处理�？楦莺诎譪cd感光 元件所采集的标本细胞核灰度、积分光密度信息以及彩色ccd感光元件所采集的标本图像 彩色特征信号，进行标本图片的三维拼接，获得待检标本的多焦面全息三维图像，同时根据 积分光密度信息以及标本图像彩色特征信号作出待检标本的阅片结论；图像信息输出�？� 根据所拼接出的多焦面全息三维图像以及阅片结论，输出图文报告。
2.—种权利要求1所述双ccd感光元件生物数字显微镜的摄影图像处理方法，其特征 在于，包括以下步骤(1)图像信息采集采用黑白ccd感光元件以及彩色ccd感光元件分别 对待检标本的同一标本区域同时进行图像信息采集，黑白ccd感光元件采集该待检标本细 胞核的灰度信息和积分光密度信息，彩色ccd感光元件采集该待检标本的图像彩色特征信 号；(2)图像信息分析处理A、根据R/G/B三原色原理，将彩色ccd感光元件所采集的图像彩 色特征信号，拼接合成待检标本的彩色图像，以确定该待检标本彩色图像的色彩特征；同时 根据黑白ccd感光元件所采集的细胞核灰度信息和积分光密度信息，建立待检标本的中心 点，以得到待检标本的细胞核DNA数据特征；B、将A步骤中所获得的待检标本的彩色图像色 彩特征以及细胞核DNA数据特征结合，完成待检标本的三维立体拼接，获得待检标本的多 焦面全息三维图像，同时根据所获得的细胞核积分光密度信息作出待检标本的阅片结论； (3)图像信息输出将步骤O)中获得的待检标本的阅片结论附加到相应的多焦面全息三维 图像中，输出待检标本的图文报告。
3.根据权利要求2所述双ccd感光元件生物数字显微镜的摄影图像处理方法，其特征 在于，所述步骤O)的B步骤中，作出待检标本的阅片结论具体为将所获得的待检标本的 细胞核积分光密度信息与组织结构标准信息数据库中各组织结构关联信息进行比对，所述 组织结构标准信息数据库按照组织结构的不同建立各相应组织结构子数据库，且所述的各 组织结构子数据库中每一个组织结构的关联信息包括与其相对应的细胞核积分光密度信 息、标本图像彩色特征信息以及组织结构判断结论，所述组织结构判断结论根据相应组织 结构的细胞核积分光密度信息以及标本图像彩色特征信息得出，若待检标本的细胞核积分 光密度信息、标本图像彩色特征信息与组织结构标准信息数据库中相应组织结构子数据库 的某一个组织结构T1的积分光密度信息、标本图像彩色特征信息相似度大于90%，则自动 地将组织结构T1的组织结构判断结论附加到待检标本的多焦面全息三维图像中，以生成待 检标本的图文报告；若待检标本的细胞核积分光密度信息与组织结构标准信息数据库中的 任一个组织结构Ti的积分光密度信息的相似度小于90%，或者待检标本的标本图像彩色特征信息与组织结构标准信息数据库中的任一个组织结构Ti的标本图像彩色特征信息的相 似度小于90%，都会自动地筛选出该待检标本，以进行人工阅片，并将人工阅片结论附加到 待检标本的多焦面全息三维图像中，以生成待检标本的图文报告；同时将待检标本的细胞 核积分光密度信息、标本图像彩色特征信息以及人工阅片结论一起存储到相应的组织结构 子数据库，以对组织结构标准信息数据库进行扩充/更新。
全文摘要
本发明公开了一种双ccd感光元件生物数字显微镜及其摄影图像处理方法，其同时利用彩色ccd感光元件以及黑白ccd感光元件进行标本图像信息采集，黑白ccd感光元件采集标本细胞核灰度、积分光密度信息，彩色ccd感光元件所采集标本图像彩色特征信号，通过标本细胞核灰度、积分光密度信息以及标本图像彩色特征信号，进行标本图片的三维立体拼接，形成多焦面全息三维图像，同时根据细胞核积分光密度信息输出阅片结论，最后输出待检标本图文报告，因此本发明不仅可以对标本进行常规形态学观察，还可以对经过染色的DNA进行数码拍照，形成多焦面全息三维图像，便于多层次、多焦面地观察细胞的全部信息，大大地提高了早期诊断的准确性。
文档编号G01N21/17GK102147523SQ20111007178
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者姚斌 申请人:姚斌
专业数控铣床产品供应商
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