一种全自动显微扫描仪的制作方法

本发明涉及显微扫描技术领域，特别是涉及一种全自动显微扫描仪。

背景技术：

近年来，随着计算机云技术及互联网+大数据等技术的飞速发展，病理切片图像的数字化采集应用已经成为一种必须。病理切片扫描系统采用数字化切片存储和浏览观察系统，这种工作机制较之传统病理学观察方式有着巨大的优越性的同时满足了大数据统计及分析的需要。

目前已有一些厂家利用显微镜加电动载物台来实现对病理切片的扫描，但该技术一方面由于脱不开传统显微镜结构，扫描病理切片时只能一次扫描一张，以至扫描效率低。很多厂家为了解决这一问题，进一步研发了多款自动进片上料机构，目的是解决人工进片上料和大规模扫描需要下的8小时以外无人值守扫描的问题。但此方法不能在根本上解决传统显微镜下一次扫描一张切片的低效率问题。另一方面，由于不同厂家或同一厂家不同批次病理切片(载玻片)的厚度不一致，因此经常造成自动进片上料机构故障，导致无人值守扫描设备机械故障直至显微扫描设备受损并停止工作，给第二天的工作带来严重影响。

特别是以目前一家三甲医院每天需要扫描病理切片300张为例，传统的显微扫描设备按照平均15张/小时计算，每天8小时满负荷扫描120张左右，这远远不能满足日常需要。更何况大数据下还需要大量扫描以前存放的病理切片。

另外，常规扫描采用面阵相机，在移动扫描过程中只能停稳后拍照。而这种移动—停顿—拍照的过程在40倍镜下，如需扫描一张1.5平方厘米切片时，往往需要重复近千次，严重制约了扫描速度。而本申请在此基础上进行了改进，实现了在多张切片整体拍摄过程中不用停顿的连续拍照，完美解决了上述问题。

更为重要的是，如果被扫描物品(如96孔板内被检测物等)为液体，则由于其他显微扫描设备基座不停地运动，致使被扫描液体不停的晃动，导致无法快速扫描获得清晰的图像。

由此可见，上述现有的显微扫描设备在结构、方法与使用上，显然存在太多的不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种全新的自动显微扫描模式，使其在显微平台机构固定不动而通过镜头的前后、左右以及上下方向的移动(彻底改变传统显微的运动模式)，扩大显微扫描范围，提高扫描效率，提升扫描图像质量，实属当前重要研发课题之一，成为当前业界极需改进的目标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种全自动显微扫描仪，通过显微平台机构固定不动而使其通过镜头的前后、左右以及上下方向的移动，扩大显微扫描范围，提高扫描效率，从而克服现有的显微扫描设备效率低下、不能扫描液体等不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种全自动显微扫描仪，包括从上至下依次设置的图像采集机构、显微扫描机构、载物平台机构和光源机构，所述图像采集机构与显微扫描机构连接，所述显微扫描机构和图像采集机构在动力控制机构的作用下实现x轴、y轴、z轴方向的移动，且所述载物平台机构和光源机构固定不动；

所述光源机构包括带聚光镜的平板光源，所述平板光源设置于所述载物平台机构的料盘正下方，且其光源面积大于等于所述料盘的总面积。

作为本发明的一种改进，所述动力控制机构包括z轴移动控制单元、x轴移动控制单元和y轴移动控制单元，

所述z轴移动控制单元与所述显微扫描机构连接，用于带动所述显微扫描机构和图像采集机构相对于所述载物平台机构进行上下运动；

所述x轴移动控制单元与所述z轴移动控制单元连接，用于带动所述z轴移动控制单元、显微扫描机构和图像采集机构相对于所述载物平台机构进行左右运动；

所述y轴移动控制单元与所述x轴移动控制单元连接，用于带动所述x轴移动控制单元、z轴移动控制单元、显微扫描机构和图像采集机构相对于所述载物平台机构进行前后运动。

进一步改进，所述z轴移动控制单元包括z轴固定块、z轴固定板、z轴滚珠丝杆和z轴电机，所述z轴固定块的一侧固定所述显微扫描机构，其相对侧固定设置z轴滑块，所述z轴固定块的中心处设置z轴丝杆螺母，所述z轴固定板用于固定所述z轴电机和z轴滚珠丝杆且其上设置有垂直z轴导轨，所述z轴滑块与z轴导轨相配合，所述z轴丝杆螺母与z轴滚珠丝杆相配合，所述z轴滚珠丝杆与z轴电机连接，则所述z轴滚珠丝杆在z轴电机的作用下，带动z轴固定块相对于z轴固定板上下移动，进而带动所述显微扫描机构和图像采集机构上下移动；

所述x轴移动控制单元包括x轴固定板、x轴滚珠丝杆和x轴电机，所述x轴固定板用于固定所述x轴电机和x轴滚珠丝杆，且其上设置有水平x轴导轨，所述z轴固定板上固定设置有x轴滑块和x轴丝杆螺母，所述x轴滑块与x轴导轨相配合，所述x轴丝杆螺母与x轴滚珠丝杆相配合，所述x轴滚珠丝杆与x轴电机连接，则所述x轴滚珠丝杆在x轴电机的作用下，带动z轴固定板左右移动，进而带动所述z轴移动控制单元、显微扫描机构和图像采集机构左右移动；

所述y轴移动控制单元包括y轴固定板、y轴支撑板、y轴滚珠丝杆和y轴电机，所述y轴固定板上方垂直固定所述x轴固定板，其下方固定设置有y轴滑块和y轴丝杆螺母，所述y轴支撑板包括两块平行设置的支撑板，所述两块支撑板分别垂直的设置在所述y轴固定板的两端，且其上均设有y轴导轨，所述y轴滚珠丝杆和y轴电机固定在任一块支撑板上，所述y轴滑块与y轴导轨相配合，所述y轴丝杆螺母与y轴滚珠丝杆相配合，所述y轴滚珠丝杆与y轴电机连接，则所述y轴滚珠丝杆在y轴电机的作用下，带动所述y轴固定板前后移动，进而带动所述x轴移动控制单元、z轴移动控制单元、显微扫描机构和图像采集机构前后移动。

进一步改进，所述y轴移动控制单元还包括y轴位置传感器，所述y轴位置传感器用于采集y轴固定板沿y轴导轨的位置信息；

所述x轴移动控制单元还包括x轴位置传感器，所述x轴位置传感器用于采集z轴固定板沿x轴导轨的位置信息。

进一步改进，所述显微扫描机构包括一个以上显微扫描单元，所述显微扫描单元包括可调节倍数的光学镜筒和可更换的物镜；所述图像采集机构包括一个以上线阵相机，所述显微扫描单元和线阵相机数量相等且一一对应设置，每一组显微扫描单元和线阵相机分别连接一组所述z轴移动控制单元，并由相应的z轴移动控制单元单独控制。

进一步改进，所述显微扫描机构包括两个显微扫描单元，所述图像采集机构包括两个线阵相机，所述的两个显微扫描单元和两个线阵相机一一对应设置，每一组显微扫描单元和线阵相机分别连接一组所述z轴移动控制单元，并由相应的z轴移动控制单元单独控制，所述两个显微扫描单元安装相同或不同放大倍数的镜头。

进一步改进，所述光源机构还包括光源壳体和光源控制器，所述平板光源设置在所述光源壳体顶端，所述光源壳体的底端设置有多个散热风扇，所述平板光源与所述光源控制器连接并由其控制启停。

进一步改进，所述全自动显微扫描仪还包括总控制机构，所述总控制机构与所述图像采集机构、动力控制机构和光源控制器连接。

进一步改进，所述全自动显微扫描仪包括底座，所述底座为中空箱体，所述箱体的内部固定设置所述光源机构；所述箱体的顶板上开设有用于固定所述载物平台机构的开口；所述箱体的顶板上还设置有多个支撑件，所述y轴支撑板固定设置在所述支撑件上。

进一步改进，所述全自动显微扫描仪还包括设置在所述底座上方的外防护罩，所述外防护罩的侧壁上设置有显示屏和供调换所述载物平台机构上料盘的开口，所述显示屏与所述总控制机构连接。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明通过设置动力控制机构实现显微扫描机构镜头的灵活调节，使其能实现前后、左右以及上下方向的移动，扩大显微扫描范围，提高扫描效率，且通过设置长条形带聚光镜的平板光源，该平板光源照射到的有效面积远远大于传统光路，使得显微镜下大面积的扫描成像得以实现，该发明独特的光路设计提升了扫描图像的质量，且为高速度的扫描效率提供了有利保障。

2、本发明通过设置一个以上镜头和一个以上线阵相机，能实现多个切片的同时扫描，进一步提升扫描速度，使其扫描速度为现有设备扫描速度的数倍或数十倍。由于减少更换切片的时间，得以提高扫描效率。

3、本发明动力控制机构通过设置多组滚珠丝杆动力调节机构，能方便灵活的实现显微扫描机构和图像采集机构的x/y/z轴的移动，原理简单，控制简便，易于实现。

4、由于本发明在扫描过程中是多张切片同时开始和同时结束扫描(视多张切片为一个整体)，彻底解决了传统模式下只能一张切片扫完再扫另一张切片的低效率问题，这样的设计需要从传统显微镜的光路、光源到拍摄相机等一系列改进才能达到扫描效率数倍于现有技术，而不只是解决自动放置切片的问题，同时也避免了因自动进片上料机构带来的种种不确定因素。

5、本发明两个以上显微扫描单元安装不同倍数镜头的设计，满足了一台机器需要同时扫描不同倍数的需求，极大方便了客户使用。

6、本发明彻底改变了传统显微镜的运动方式--镜头不动而被检测物品运动，通过特有的载物平台机构固定不动而设置动力控制机构实现显微扫描机构镜头的灵活调节的全新运动形式，使得本发明轻松完美的解决了常规显微扫描设备不能扫描液体被测物的难题。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明全自动显微扫描仪一实施例的立体结构示意图。

图2是图1中全自动显微扫描仪的结构前视图。

图3是图1中全自动显微扫描仪的结构右视图。

图4是图1中全自动显微扫描仪的结构后视图。

图5是本发明全自动显微扫描仪另一实施例的立体结构示意图。

图6是本发明全自动显微扫描仪中光源机构的结构前视图。

图7是本发明全自动显微扫描仪的整体结构示意图。

图8是本发明全自动显微扫描仪的原理图。

具体实施方式

参照附图1至4所示，本实施例全自动显微扫描仪，包括从上至下依次设置的图像采集机构9、显微扫描机构、载物平台机构3和光源机构15。该显微扫描机构包括可调节倍数的光学镜筒17和可更换的镜头11，该图像采集机构9与镜筒17连接，镜头11位于载物平台机构3的上方，光源机构15位于载物平台机构3的正下方。

本发明中该载物平台机构3和光源机构15固定设置，该显微扫描机构和图像采集机构9在动力控制机构的作用下可实现x轴、y轴、z轴方向的移动，即实现镜头11相对于载物平台机构3的左右、前后及上下的移动，以利于扩大该全自动显微扫描仪的扫描范围，提高扫描效率，且由于光源与被检测病理切片的固定不动，大大提高了该图像采集机构9的图像采集质量。

具体的，本实施例该动力控制机构包括z轴移动控制单元、x轴移动控制单元和y轴移动控制单元。

该z轴移动控制单元，用于带动该显微扫描机构和图像采集机构8相对于该载物平台机构3进行上下运动。其包括z轴固定块24、z轴固定板25、z轴滚珠丝杆16和z轴电机8，该z轴固定块24的一侧固定该显微扫描机构，其相对侧固定设置有z轴滑块，该z轴固定块24的中心处设置z轴丝杆螺母，该z轴固定板25用于固定z轴电机8和z轴滚珠丝杆16且其上设置有上下方向的z轴导轨15，该z轴滑块与z轴导轨15相配合，该z轴丝杆螺母与z轴滚珠丝杆16相配合，该z轴滚珠丝杆16与z轴电机8连接，该z轴滚珠丝杆16在z轴电机8的作用下，带动z轴固定块24相对于z轴固定板25上下移动，进而带动该显微扫描机构和图像采集机构上下移动，即实现该显微扫描机构的镜头11相对于载物平台机构3进行上下移动。

该x轴移动控制单元，用于带动该z轴移动控制单元相对于该载物平台机构3进行左右运动。其包括x轴固定板26、x轴滚珠丝杆6和x轴电机5，该x轴固定板26用于固定x轴电机5和x轴滚珠丝杆6，且其上设置有水平x轴导轨10，该z轴固定板25上固定设置有x轴滑块和x轴丝杆螺母，该x轴滑块与x轴导轨10相配合，该x轴丝杆螺母与x轴滚珠丝杆6相配合，该x轴滚珠丝杆6与x轴电机5连接，则该x轴滚珠丝杆6在x轴电机5的作用下，带动z轴固定板25左右移动，进而带动该z轴移动控制单元、显微扫描机构和图像采集机构左右移动，即实现该显微扫描机构的镜头11相对于载物平台机构3进行左右移动。还有，本实施例中该x轴移动控制单元还包括与z轴固定板25连接的x轴拖链7，用于更好的的控制z轴固定板25沿x轴导轨10的左右移动。

该y轴移动控制单元，用于带动该x轴移动控制单元相对于该载物平台机构3进行前后运动。其包括y轴固定板27、y轴支撑板28、y轴滚珠丝杆13和y轴电机14，该y轴固定板27上方垂直固定x轴固定板26，其下方固定设置有y轴滑块和y轴丝杆螺母，该y轴支撑板28包括两块平行设置的支撑板，该两块支撑板分别垂直的设置在y轴固定板27的两端，且其上均设有y轴导轨4，该y轴滚珠丝杆13和y轴电机14固定在任一块支撑板上，该y轴滑块与y轴导轨4相配合，该y轴丝杆螺母与y轴滚珠丝杆13相配合，该y轴滚珠丝杆13与y轴电机14连接，则该y轴滚珠丝杆13在y轴电机14的作用下，带动该y轴固定板27前后移动，进而带动该y轴移动控制单元、z轴移动控制单元、显微扫描机构和图像采集机构前后移动，即实现该显微扫描机构的镜头11相对于载物平台机构3进行前后移动。当然，本实施例中的z轴移动控制单元、x轴移动控制单元和y轴移动控制单元还可采用现有其它机械传动机构实现该显微扫描机构和图像采集机构的上下、左右、前后的移动。

为了进一步控制该全自动显微扫描机构的镜头11前后移动的位置控制，该y轴移动控制单元还包括y轴位置传感器12，该y轴位置传感器12设置在该y轴固定板27下方，用于采集y轴固定板27沿y轴导轨4的位置信息。

还为了进一步控制该全自动显微扫描机构的镜头11左右移动的位置控制，该x轴移动控制单元还包括x轴位置传感器，该x轴位置传感器设置在该z轴固定板25下方，用于采集z轴固定板25沿x轴导轨10的位置信息。

为了进一步提高扫描效率，该全自动显微扫描机构包括一个以上显微扫描单元，该图像采集机构9包括一个以上相机，较优采用线阵相机，该显微扫描单元和线阵相机数量相等且一一对应设置，每一组显微扫描单元和线阵相机分别连接一组z轴移动控制单元，并由相应的z轴移动控制单元单独控制。

本实施例中显微扫描机构包括两个显微扫描单元，图像采集机构包括两个线阵相机，该两个显微扫描单元和两个线阵相机一一对应设置，每一组显微扫描单元和线阵相机分别连接一组z轴移动控制单元，并由相应的z轴移动控制单元单独控制。

当然，该两组z轴移动控制单元可间隔一段距离设置，用于对其下方的料盘上的被检测物品进行同时扫描；该两组z轴移动控制单元也可相邻设置，这时两个显微扫描单元的物镜11可安装不同放大倍数的镜头，如20倍、40倍镜头，这样可根据实际需要，在x轴移动控制单元的作用下，可选择只采用一组显微扫描单元对被检测物品进行检测，如附图5所示。

本实施例中该载物平台机构3包括一个及多个料盘，该料盘还包括多个用于放置载玻片的位点，以实现该全自动显微扫描仪同时扫描多个病理切片。

为适应上述全自动显微扫描仪的大范围扫描，参照附图6所示，该光源机构15包括光源本体、光源壳体和光源控制器，该光源本体采用带聚光镜的平板光源18，其设置在光源壳体顶端，光源壳体的底端设置有多个散热风扇19，用于为光源本体散发热量。该平板光源18采用长方形结构，该长方形结构的平板光源18的光源面积大于等于该载物平台机构3上料盘总面积，即平板光源18设置于该载物平台机构3料盘的正下方。该光源控制器与该光源18连接并用于控制其启停。

该全自动显微扫描仪还包括总控制机构，该总控制机构与该图像采集机构9、动力控制机构和光源控制器连接，用于根据实际需要控制该图像采集机构9、动力控制机构和光源控制器的动作执行，实现对被检测切片的快速扫描和数据图像采集。

参照附图1和7所示，该全自动显微扫描仪包括底座2。该底座2为中空箱体，该箱体的内部固定设置该光源机构；该箱体的顶板上开设有用于固定该载物平台机构3的开口；该箱体的顶板上还设置有多个支撑件29，该y轴支撑板28固定设置在该支撑件29上。该显微扫描机构和图像采集机构9通过该动力控制机构固定在该箱体的顶板上方。且该底座2的顶面上还设置有启动按键23和急停按钮22，该启动按键23和急停按钮22均与上述总控制机构连接，用于实现该全自动显微扫描仪的运行。

较优实施例为，该箱体的底部设置有可调节脚垫1，用于调整该扫描仪处于水平状态，利于扫描数据的采集。

为了对该图像采集机构9、显微扫描机构和动力控制机构进行保护，该全自动显微扫描仪还包括设置在该底座2上方的外防护罩20，该外防护罩20的侧壁上设置有显示屏21和供调换该载物平台机构3上料盘的开口，该显示屏21与上述总控制机构连接，用于显示上述线阵相机采集的图像数据，以及该动力控制机构和光源机构的运行状态。

参照附图8所示，本发明全自动显微扫描仪的工作原理为：该显微扫描仪的载物平台机构3和光源机构15固定不动，该显微扫描机构和图像采集机构9在动力控制机构的作用下可实现x轴、y轴、z轴方向的移动，即实现镜头11相对于载物平台机构3的左右、前后及上下的移动，并在总控制机构的作用下根据实际情况实现对线阵相机、动力控制机构和光源控制器的控制，进而实现对多排被检测切片的显微扫描，还实时通过显示屏显示图像采集结果，检测速度快、效率高。

本发明全自动显微扫描仪还通过设置两个及以上显微扫描机构和两个及以上分别与其对应的线阵相机，以及多个料盘和光源，能实现多张病理切片的同时扫描，工作时只需根据载物平台机构上载玻片的布置方式预先设定好动力控制机构的运动步骤，即可实现高效率的全自动显微扫描。且由于独特的光路设计提高了图像采集机构的扫描速度和扫描质量，使该全自动显微扫描仪扫描速度快，扫描质量高。

本发明全自动显微扫描仪可同时扫描多张切片，并可根据需要增加扫描单元以成倍提高扫描速度，为满足大数据下对病理切片统计及分析提供了极有力的支持。

本发明由于载物平台机构固定不动，不仅可以轻易更换被扫描载物平台机构上的料盘，达到除扫描病理切片以外，还可以方便更换扫描其他定制的料盘(如96孔板等)，这是目前自动上片显微扫描设备系统不能达到的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。