一種面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置與方法
2023-05-21 21:14:06
一種面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置與方法
【專利摘要】本發明涉及一種連續變倍自動對焦顯微成像裝置，該裝置的成像系統包括圖像採集模塊和顯微鏡頭，實際應用中，保持成像系統始終定焦於透明封口玻璃的外表面，可通過分別調節圖像採集模塊和顯微鏡頭的位置，實現連續變倍成像；同時，顯微鏡頭連有微調電機，可利用圖像分析的方法反饋調節顯微鏡頭的位置，實現自動對焦功能；本發明可以同時實現對活體組織的連續變倍及自動對焦顯微成像，解決了原位觀測活體組織變倍成像的問題，使用方便快捷。
【專利說明】—種面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及顯微成像系統領域，具體涉及一種面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置與方法。
【背景技術】
[0002]顯微成像系統是生物醫學微觀領域觀測及分析不可缺少的工具，傳統的顯微成像系統主要針對離體樣品，面向活體組織的顯微成像用於活體組織檢測，與傳統顯微成像技術不同的是，可在自然狀態下對組織樣品進行成像，不需要經過封蠟，脫水，固定，染色，切片等複雜的樣品製備過程。
[0003]對於傳統的顯微鏡成像系統，通常需要更換目鏡或者物鏡獲取不同放大倍數的圖像，然而對於活體組織的顯微成像，更換鏡頭後，成像系統的焦點難以重複定位於更換前成像的部位，因而針對活體組織顯微成像，需要解決原位變倍，快速對焦成像的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種面向活體組織的能夠實現連續變倍、自動對焦的顯微成像裝置，包括外殼、圖像採集模塊、顯微鏡頭、輸入輸出控制模塊、位移平臺控制模塊、第一電動位移平臺、第二電動位移平臺、光源和透明封口玻璃；所述圖像採集模塊和所述顯微鏡頭構成該裝置的成像系統；所述輸入輸出控制模塊和位移平臺控制模塊連接；所述第一電動位移平臺和所述位移平臺控制模塊連接，所述第二電動位移平臺和所述位移平臺控制模塊連接，所述圖像採集模塊設置於所述第一電動位移平臺，所述顯微鏡頭設置於第二電動位移平臺；所述透明封口玻璃設於所述外殼的下端；所述輸入輸出控制模塊根據輸入的成像系統的放大倍數，輸出圖像採集模塊和顯微鏡頭的位置信號，所述位移平臺控制模塊根據輸入輸出控制模塊輸出的所述位置信號控制所述第一電動位移平臺和第二電動位移平臺上下移動，從而獲取所需放大倍數的圖像。
[0006]所述輸入輸出控制模塊內設置有圖像採集模塊和顯微鏡頭的位置與成像系統的放大倍數對應的關係數據。
[0007]為了得到更清晰的圖像，本發明的裝置設置有微調結構，還包括圖像分析模塊、微調電機控制模塊和微調電機，所述圖像採集模塊和所述圖像分析模塊連接，所述圖像分析模塊和微調電機控制模塊連接，所述微調電機控制模塊和微調電機連接，所述微調電機和顯微鏡頭連接；圖像分析模塊分析圖像採集模塊採集的圖像清晰度，所述微調電機控制模塊根據所述圖像分析模塊的分析結果反饋控制所述微調電機驅動顯微鏡頭的上下移動，從而獲取清晰的圖像。
[0008]上述中的微調電機的微調範圍為1000微米以內；微調電機和第二電動位移平臺連接，所述顯微鏡頭通過微調電機和第二電動位移平臺連接；所述圖像採集模塊、圖像分析模塊、微調電機控制模塊設於一塊電路板中；所述圖像採集模塊、微調電機、顯微鏡頭、光源和透明封口玻璃同軸設置。
[0009]所述成像系統的焦點設置於透明封口玻璃的外表面。
[0010]所述顯微鏡頭由一片或多片透鏡組成。
[0011]本發明的又一目的在於提供一種面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像方法，該方法的具體步驟如下:
[0012]步驟1:檢測時，將透明封口玻璃貼合待檢測的活體組織；
[0013]步驟2:根據需要，在輸入輸出控制模塊中輸入所需的放大倍數，輸入輸出控制模塊根據其內部的數據，選擇和輸入倍數相符的第一電動位移平臺和第二電動位移平臺的位置，並將位置信號發送給位移平臺控制模塊，位移平臺控制模塊根據接收的位置信號驅動第一電動位移平臺和第二電動位移平臺上下移動，第一電動位移平臺和第二電動位移平臺的移動將帶動和他們連接的圖像採集模塊和顯微鏡頭移動到相應位置；
[0014]步驟3:圖像分析模塊分析圖像採集模塊採集到的圖像的清晰度，並將結果發送到微調電機控制模塊，微調電機控制模塊根據圖像清晰度結果驅動微調電機運動，從而實現顯微鏡頭的微調，使得成像系統精確對焦，獲取清晰的圖像；
[0015]步驟4:當需要切換放大倍數時，保持裝置和活體組織的位置不變，在輸入輸出控制模塊中輸入新的放大倍數，重複執行上述步驟2和步驟3，即可獲取新放大倍數的顯微圖像。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0017]1.本發明適用於自然狀態下的活體組織的顯微成像，沒有傳統的複雜樣品製備過程，操作簡單方便；
[0018]2.在活體組織的顯微成像過程中，當使用者需要變換放大的倍數時，只需要在輸入輸出控制模塊中輸入所需的倍數值，裝置會根據輸入輸出控制模塊內的數據經過位移平臺控制模塊自動調節圖像採集模塊和顯微鏡頭的位置，不需要更換不同倍數的顯微鏡，可以快速的達到變倍的效果，並且不會改變使用者需要進行變倍位置的焦點；
[0019]3.裝置中設置的微調電機對成像圖像做進一步自動對焦，使成像圖像更清晰，可以滿足使用者的高要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的連續變倍自動對焦顯微成像裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]參見圖1，本發明的一種面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，包括外殼11，輸入輸出控制模塊I，位移平臺控制模塊2，第一電動位移平臺3和第二電動位移平臺
7,圖像採集模塊5，圖像分析模塊4，微調電機控制模塊8，微調電機9，顯微鏡頭10，光源6，透明封口玻璃12，圖像採集模塊5、微調電機9、顯微鏡頭10、光源6和透明封口玻璃12同軸設置，其中光源6為環形光源。
[0022]所述外殼11的上端設置輸入輸出控制模塊1，下端設置透明封口玻璃12。
[0023]所述外殼11內部設置有位移平臺控制模塊2 ;輸入輸出控制模塊I和位移平臺控制模塊2連接，位移平臺控制模塊2連接兩個一維電動位移平臺，即第一電動位移平臺3和第二電動位移平臺7，所述第一電動位移平臺3和第二電動位移平臺7相對設於所述外殼11的內部；所述圖像採集模塊5和微調電機9分別設置於第一電動位移平臺3和第二電動位移平臺7的滑臺上；所述圖像採集模塊5、圖像分析模塊4和微調電機控制模塊8設置於一塊電路板，所述微調電機9與顯微鏡頭10連接；所述位移平臺控制模塊2根據輸入輸出控制模塊I發出的位置信號控制所述第一電動位移平臺3和第二電動位移平臺7上下移動；所述圖像採集模塊5和所述圖像分析模塊4連接，所述圖像分析模塊4和所述微調電機控制模塊8連接，所述微調電機控制模塊8和所述微調電機9連接；圖像分析模塊4分析圖像採集模塊5採集的圖像清晰度，微調電機控制模塊8根據圖像分析模塊4分析的圖像清晰度結果反饋控制微調電機9驅動顯微鏡頭10的移動；位移平臺控制模塊2控制第一電動位移平臺3和第二電動位移平臺7移動，第一電動位移平臺3和第二電動位移平臺7的移動分別帶動圖像採集模塊5和微調電機9移動，圖像分析模塊4和微調電機控制模塊8會與圖像採集模塊5 —起移動，顯微鏡頭10會與微調電機9 一起移動。
[0024]所述圖像採集模塊5和顯微鏡頭10構成該裝置的成像系統，該成像系統的焦點設置於透明封口玻璃12的外表面，成像系統的輸出為所需的圖像信息；
[0025]成像系統的焦點確定後，成像系統的放大倍數取決於圖像採集模塊5和顯微鏡頭10的位置，調節圖像採集模塊5和顯微鏡頭10的位置，即可調整成像系統的放大倍數，一個放大倍數對應一組圖像採集模塊和顯微鏡頭的位置。
[0026]將圖像採集模塊和顯微鏡頭的位置與成像系統的放大倍數一一對應，並將對應關係數據內置於輸入輸出管理模塊I ;
[0027]所述輸入輸出控制模塊I用於管理該裝置的輸入與輸出信號，夕卜界輸入一個放大倍數，可在該模塊內轉換為對應的圖像採集模塊5和顯微鏡頭10的位置信息。
[0028]所述微調電機9用於小範圍控制顯微鏡頭10的位置，當外界輸入一個放大倍數，裝置調整圖像採集模塊5和顯微鏡頭10的位置，其相當於先對顯微成像做初步的對焦，此時圖像分析模塊4分析圖像的清晰度，並發送信號給微調電機控制模塊8，由微調電機控制模塊8控制微調電機9的運動，從而實現對顯微鏡頭10的微調，使顯微成像圖形更精確；微調電機9可在1000微米以內對顯微鏡頭進行微調，小範圍調整顯微鏡頭10的位置，使得成像系統精確對焦於樣品表面，提高成像圖片的質量。
[0029]所述顯微鏡頭10由一片或多片透鏡組成；
[0030]所述圖像採集模塊與外部控制和顯示裝置連接；
[0031]所述第一電動位移平臺3和第二電動位移平臺7為齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、渦輪蝸杆傳動等或者相互組合的其他熟知的傳動結構。
[0032]本發明提供了一種面向活體組織的連續變倍自動對焦的顯微成像方法:
[0033]步驟1:檢測時，將透明封口玻璃貼合待檢測的活體組織；
[0034]步驟2:根據需要，在輸入輸出控制模塊中輸入所需的放大倍數，輸入輸出控制模塊根據其內部的數據，選擇和輸入倍數相符的第一電動位移平臺和第二電動位移平臺的位置，並將位置信號發送給位移平臺控制模塊，位移平臺控制模塊根據接收的位置信號驅動第一電動位移平臺和第二電動位移平臺上下移動，第一電動位移平臺和第二電動位移平臺的移動將帶動和他們連接的圖像採集模塊和顯微鏡頭移動到相應位置；
[0035]步驟3:圖像分析模塊分析圖像採集模塊採集到的圖像的清晰度，並將結果發送到微調電機控制模塊，微調電機控制模塊根據圖像清晰度結果驅動微調電機運動，從而實現顯微鏡頭的微調，使得成像系統精確對焦，獲取清晰的圖像；
[0036]步驟4:當需要切換放大倍數時，保持裝置和活體組織的位置不變，在輸入輸出控制模塊中輸入新的放大倍數，重複執行上述步驟2和步驟3，即可獲取新放大倍數的顯微圖像。
[0037]根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。
【權利要求】
1.一種面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，其特徵在於，包括外殼、圖像採集模塊、顯微鏡頭、輸入輸出控制模塊、位移平臺控制模塊、第一電動位移平臺、第二電動位移平臺、光源和透明封口玻璃；所述圖像採集模塊和所述顯微鏡頭構成該裝置的成像系統； 所述輸入輸出控制模塊和位移平臺控制模塊連接；所述第一電動位移平臺和所述位移平臺控制模塊連接，所述第二電動位移平臺和所述位移平臺控制模塊連接，所述圖像採集模塊設置於所述第一電動位移平臺，所述顯微鏡頭設置於第二電動位移平臺；所述透明封口玻璃設於所述外殼的下端； 所述輸入輸出控制模塊根據輸入的成像系統的放大倍數，輸出圖像採集模塊和顯微鏡頭的位置信號，所述位移平臺控制模塊根據輸入輸出控制模塊輸出的所述位置信號控制所述第一電動位移平臺和第二電動位移平臺上下移動，從而獲取所需放大倍數的圖像。
2.根據權利要求1所述的面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，其特徵在於，還包括圖像分析模塊、微調電機控制模塊和微調電機，所述圖像採集模塊和所述圖像分析模塊連接，所述圖像分析模塊和微調電機控制模塊連接，所述微調電機控制模塊和微調電機連接，所述微調電機和顯微鏡頭連接；圖像分析模塊分析圖像採集模塊採集的圖像清晰度，所述微調電機控制模塊根據所述圖像分析模塊的分析結果反饋控制所述微調電機驅動顯微鏡頭的上下移動，從而獲取清晰的圖像。
3.根據權利要求2所述的面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，其特徵在於，所述微調電機和第二電動位移平臺連接，所述顯微鏡頭通過微調電機和第二電動位移平臺連接。
4.根據權利要求2所述的面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，其特徵在於，所述圖像採集模塊、圖像分析模塊、微調電機控制模塊設於一塊電路板中。
5.根據權利要求2所述的面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，其特徵在於，所述圖像採集模塊、微調電機、顯微鏡頭、光源和透明封口玻璃同軸設置。
6.根據權利要求1至5任一項所述的面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，其特徵在於，微調電機的微調範圍為1000微米以內。
7.根據權利要求1至5任一項所述的面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，其特徵在於，所述成像系統的焦點設置於透明封口玻璃的外表面。
8.根據權利要求1至5任一項所述的面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，其特徵在於，所述顯微鏡頭由一片或多片透鏡組成。
9.根據權利要求1至5任一項所述的面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像裝置，其特徵在於，所述輸入輸出控制模塊內設置有圖像採集模塊和顯微鏡頭的位置與成像系統的放大倍數一一對應的關係數據。
10.一種面向活體組織的連續變倍自動對焦顯微成像方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1:檢測時，將透明封口玻璃貼合待檢測的活體組織； 步驟2:根據需要，在輸入輸出控制模塊中輸入所需的放大倍數，輸入輸出控制模塊根據其內部的數據，選擇和輸入倍數相符的第一電動位移平臺和第二電動位移平臺的位置，並將位置信號發送給位移平臺控制模塊，位移平臺控制模塊根據接收的位置信號驅動第一電動位移平臺和第二電動位移平臺上下移動，第一電動位移平臺和第二電動位移平臺的上下移動將帶動和他們連接的圖像採集模塊和顯微鏡頭上下移動到相應位置； 步驟3:圖像分析模塊分析圖像採集模塊採集到的圖像的清晰度，並將結果發送到微調電機控制模塊，微調電機控制模塊根據圖像清晰度結果驅動微調電機運動，從而實現顯微鏡頭的微調，使得成像系統精確對焦，獲取清晰的圖像； 步驟4:當需要切換放大倍數時，保持裝置和活體組織的位置不變，在輸入輸出控制模塊中輸入新的放大倍數，重複執行上述步驟2和步驟3，即可獲取新放大倍數的顯微圖像。
【文檔編號】G02B21/24GK104133288SQ201410331941
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月11日 優先權日:2014年7月11日
【發明者】葉飛, 相韶華 申請人:廣州博隆興中信息科技有限公司