基于微操作機(jī)器人的數(shù)字切片掃描系統(tǒng)
在國家自然科學(xué)基金、863計劃的資助下,面向生物醫(yī)學(xué)工程的微操作機(jī)器人系統(tǒng),在系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)、顯微圖像處理與深度辨識、超微量定量注射等方面取得了數(shù)項原創(chuàng)性研究成果,獲天津市技術(shù)發(fā)明一等獎和國家技術(shù)發(fā)明二等獎。該系統(tǒng)中的相關(guān)技術(shù)獲得多項專利成果,ZL200510016296.7:基于顯微圖像處理的微操作工具深度信息提取方法及裝置,Z1200410018840.7:微量注射自動控制統(tǒng),ZL031299245:全數(shù)字細(xì)分型高精度步進(jìn)電機(jī)控制器,zL97121702.5:用于生物醫(yī)學(xué)工程的微操作機(jī)器人. 在國家863計劃重點(diǎn)項目資助下,該微操作機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入生命科學(xué)領(lǐng)域的示范性應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化階段,主要應(yīng)用領(lǐng)域包括顯微注射、顯微切割、病理分析等。 基于微操作機(jī)器人的數(shù)字切片掃描系統(tǒng),是針對生物醫(yī)學(xué)切片數(shù)字化這一應(yīng)用目標(biāo)所構(gòu)建的自動化微操作系統(tǒng)。通過掃描拼接的方式,將物理切片掃描生成數(shù)字圖像,可獲得原始切片在各種倍數(shù)物鏡下的所有信息,通過計算機(jī)進(jìn)行顯示和操作,模擬真實(shí)顯微鏡下的觀察過程。數(shù)字切片突破了顯微鏡視野范圍限制,使用戶以更全面地觀察切片而不丟失細(xì)節(jié);易于檢索和快速瀏覽;便于存儲和網(wǎng)絡(luò)信息交流,特別適合于醫(yī)學(xué)的遠(yuǎn)程診斷和會診,以及實(shí)驗(yàn)教學(xué);可整合資源、節(jié)省資金,對于一些難以取得的切片,可通過數(shù)字化實(shí)現(xiàn)共享,而不用擔(dān)心由于切片破碎、褪色造成的問題。 該系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)包括: 微米級運(yùn)動精度的手自一體的電控顯微鏡載物平臺; 高度并行的數(shù)字切片掃描策略,20分鐘內(nèi)完成1厘米x1厘米大小的數(shù)字切片生成; 海量影像數(shù)據(jù)存儲和檢索策略,可實(shí)現(xiàn)切片的平滑瀏覽、無級放縮; 便捷、高效、友好的操作模式設(shè)計,系統(tǒng)具有很強(qiáng)的易用性 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo): 1.電動載物平臺規(guī)格參數(shù): 行程:86mmx86mm 重復(fù)定位精度:±2um 最小步距:10um 最大運(yùn)動速度:2000um/s 最小運(yùn)動速度:1.4um/s 平整度:5um 測角精度:±2arc/s 2.數(shù)字切片掃描軟件性能及特點(diǎn): 采用連通區(qū)域優(yōu)先的融合軌跡規(guī)劃算法,圖像融合效果佳; 攝像參數(shù)靈活可控,白平衡、曝光、對焦,可采用軟件托管的自動控制同時支持手動設(shè)置; 支持預(yù)設(shè)攝像參數(shù),并可按物鏡倍數(shù)進(jìn)行分組預(yù)設(shè),更換物鏡后,可直接調(diào)用相應(yīng)的預(yù)設(shè)參數(shù); 精確控制微動平臺運(yùn)動定位,重復(fù)定位精度達(dá)到±2μm; 3.數(shù)字切片瀏覽軟件性能及特點(diǎn): 可對超大圖像進(jìn)行快速加載,并可流暢瀏覽數(shù)字切片。 可拖動瀏覽,可使圖像跟隨鼠標(biāo)移動; 實(shí)時標(biāo)記局部圖像的相對位置,實(shí)現(xiàn)縮略圖輔助定位; 圖像逐級放縮,不損失畫質(zhì); 可對自選的局部標(biāo)定區(qū)域進(jìn)行測量,測量精度±0.3μm; 物理切片的數(shù)字化,開啟了針對病理信息數(shù)字化處理的大門,借助于顯微圖蒙處理技術(shù),可以廣泛地應(yīng)用在病理分析、遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷、科研教學(xué)等諸多以切片為研究目標(biāo)的在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。 我國,隨著數(shù)字化切片在醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)領(lǐng)域的日益普及,顯微切片自動掃描系統(tǒng)的需求量將逐年擴(kuò)大。目前,該系統(tǒng)樣機(jī)已經(jīng)研制成功,正在進(jìn)入市場營銷階段。國內(nèi)外物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域同類產(chǎn)品,主要面向大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)和研究所,一般價格都在40萬元人民幣以上。基于微操作機(jī)器人的數(shù)字切片掃描系統(tǒng),由于具有全部自主知識產(chǎn)權(quán),可以大幅度降低成本,有效打開中低端市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。 本項目可極大地降低數(shù)字化切片技術(shù)的應(yīng)用門檻,使此項技術(shù)在基層醫(yī)療單位得到更好的推廣應(yīng)用,促進(jìn)我國病理切片數(shù)字化管理和共享利用水平的提高,有效提升醫(yī)療診斷的服務(wù)水平,可生產(chǎn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
河北工業(yè)大學(xué)
2021-04-13