CN111337495A - 病理切片图像全程质控装置及病理切片分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及病理切片分析领域，具体的更涉及病理切片图像全程质控装置及病理切片分析装置。一种病理切片图像全程质控装置包括：玻片检测单元、扫描层数选择单元和图像质量评分单元，各单元依次电连接；所述玻片检测单元用于检测并计算当前玻片信息以供扫描层数选择单元自动选择或针对性增加扫描层数进行扫描，扫描结束后图像质量评分单元引入CTF指针作为影像质控评估技术，对全片质量进行评估。
Description
技术领域
本发明涉及病理切片分析领域，具体的更涉及病理切片图像全程质控装置及病理切片分析装置。
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，检查他们所发生的病变，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。病理形态学的检查方法，首先观察大体标本的病理改变，然后切取一定大小的病变组织，用病理组织学方法制成病理切片，用显微镜进一步检查病变。
由于在采集、制片、扫描的过程中常会出现人为因素导致的切片图像异常的情况。如采集细胞过少、胶水覆盖、染液未冲洗干净、切片间存在气泡、切片图像模糊等问题。然而，切片图像质量的好坏将直接影响计算机辅助筛查系统诊断的准确性。所以在切片图像经过辅助诊断系统前，必须首先进行质检，过滤异常图像并给出提示，从而保证辅助诊断的准确性和可靠性。
然而现有的质检方法仍然存在很多不足之处：例如，不合格不满意的标本类型多且复杂，若只是通过部分图像数据进行视觉对比，人为的分析特征是不全面的；其次由于处理的数据是在显微镜下摄像头拍摄的图像，是相对局部的，所以对整个切片图像没有全局的认知。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的第一个方面提供了一种病理切片图像全程质控装置包括：玻片检测单元、扫描层数选择单元和图像质量评分单元，各单元依次电连接；所述玻片检测单元用于检测并计算当前玻片信息以供扫描层数选择单元自动选择或针对性增加扫描层数进行扫描，扫描结束后图像质量评分单元引入CTF指针作为影像质控评估技术，对全片质量进行评估。
作为一种优选的技术方案，所述当前玻片信息至少包括一个扫描区域。
作为一种优选的技术方案，所述当前玻片信息包括玻片厚度信息、细胞层厚度信息、细胞异常信息中的至少一种。
作为一种优选的技术方案，所述细胞异常信息包括血液污染、异物覆盖、气泡覆盖中的至少一种。
作为一种优选的技术方案，所述玻片检测单元包括玻片厚度检测模块、细胞层厚度检测模块以及样本异常处理模块，且所述玻片厚度检测模块分别与细胞层厚度检测模块和样本异常处理模块电连接。
作为一种优选的技术方案，所述扫描层数选择单元包括互相电连接的第一扫描层数选择单元和第二扫描层数选择单元，所述第一扫描层数选择单元针对不同的扫描区域自动选择出对应的扫描层数；所述第二扫描层数选择单元对不同的扫描区域上的局部细胞团簇针对性的增加扫描层数。
本发明的第二个方面提供了一种病理切片图像全程质控方法，该方法包括：检测并计算当前玻片信息，并根据当前玻片信息自动选择或针对性增加扫描层数进行扫描，扫描结束后利用CTF指针影像质控评估技术对扫描得到的全片质量进行评估。
本发明的第三个方面提供了一种病理切片分析装置，包括控制装置、人机交互界面、中央数据处理装置、全程质控装置，且依次电连接。
作为一种优选的技术方案，所述人机交互界面供用户实时监控当前的扫描状态，且人机交互界面的窗口显示包括样本信息、扫描进度、图像质量中的至少一种。
作为一种优选的技术方案，所述中央数据处理装置包括互相电连接的全景图片的水平缝合单元以及垂直融合单元。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种病理切片的分析装置，通过控制装置可实现快速、稳定、全自动、大批量扫描玻片样本，经全程质控装置对扫描样本进行质检，质检合格的图像再经中央数据处理装置无缝拼接生成全视野、高分辨率的数字切片图像，最后通过计算机的人际交互界面使用户能随时监控，进行智能辅助分析等，因此广泛应用在形态学教学、临床病理诊断、科学研究等领域。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所使用的附图做简单的介绍，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的病理切片图像全程质控装置的概述框图；
图2为本发明的病理切片分析装置的概述框图；
图3为本发明的人机交互界面画面；
图4为本发明的人机交互界面中的e区画面；
图5为本发明的人机交互界面中的f区画面；
图6为示例性液基细胞玻片中的细胞薄层示意图；
图7为本发明示例的垂直第一层图像；
图8为本发明示例的垂直第二层图像；
图9为本发明示例的垂直第三层图像；
图10为本发明示例的垂直融合后的图像。
图中的编号依次为：
100、全程质控装置；101、玻片检测单元；102、扫描层数选择单元；103、图像质量评分单元；104、玻片厚度检测模块；105、细胞层厚度检测模块；106、样本异常处理模块；107、第一扫描层数选择单元；108、第二扫描层数选择单元；200、控制装置；300、人机交互界面；301、开始；302、暂停；303、终止；304、载入参数；305、状态输入；311、扫描动态窗口；312、样本影像窗口；313、样本状态窗口；314、机器状态窗口；315、对位站点窗口；400、中央数据处理装置；401、水平缝合单元；402垂直融合单元。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征做进一步清楚、完整的描述。
病理切片图像全程质控装置基于AI算法的图像质量控制系统，贯穿于整个扫描仪的各个环节当中，对玻片上的细胞进行检测、计数、检查和分类的辅助。
本发明的第一个方面提供了一种病理切片图像全程质控装置100，如图1所示，包括：玻片检测单元101、扫描层数选择单元102和图像质量评分单元103，各单元依次电连接；所述玻片检测单元101用于检测并计算当前玻片信息以供扫描层数选择单元102自动选择或针对性增加扫描层数进行扫描，扫描结束后图像质量评分单元103引入CTF指针作为影像质控评估技术，对全片质量进行评估。
CTF(对比度传递函数)称之为对比度传递函数，在光学镜头或者光学取像应用领域用来评估图像清晰度的一种方法，表示物方固定线宽(即固定物方空间频率)镜头响应对比度，即：CTF＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin)，所以CTF总是小于等于1，I:intensity(光强度)Imax：最亮光强度Imin：最暗光强度。该参数用来评估测量边缘反差是比较有用的。CTF值是通过对比度计算的方式获得的，可测试特定频率的黑白对比状态。
该病理切片图像全程质控装置100可以对检测平台上的玻片进行检测，将不合格的玻片自动剔除扫描，这里所指的不合格玻片例如包括玻片厚度超出正常范围、玻片上的细胞总数小于5000或是玻片上的细胞有杂质或污染，对合格玻片自动进行水平方向和垂直方向上的扫描，最后将融合后得到的全片图像进行评价。
在一种优选的实施方式中，所述当前玻片信息至少包括一个扫描区域。
在一种优选的实施方式中，所述当前玻片信息包括玻片厚度信息、细胞层厚度信息、细胞异常信息中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述细胞异常信息包括血液污染、异物覆盖、气泡覆盖中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述玻片检测单元101包括玻片厚度检测模块104、细胞层厚度检测模块105以及样本异常处理模块106，且所述玻片厚度检测模块104分别与细胞层厚度检测模块105和样本异常处理模块106电连接。
如图1中，可以理解的是，所述玻片厚度检测模块104用于检测平台上的玻片厚度，当玻片厚度超出范围，则被认定该样本不合格不予扫描；所述细胞层厚度检测模块105用于检测不同扫描区域的细胞层厚度，为扫描层数选择单元提供依据；所述样本异常处理模块106用于对细胞区域精准计数及异常因子排除，该模块利用智能算法会自动计算出不同扫描区域的细胞数目，如果计算得到的所有扫描区域的细胞总数少于规定数目5000，或者在不同扫描区域上出现任何异常状况，则此样本被认定为异常不予继续扫描。
这里所述的异常状况包括血液污染、异物覆盖、气泡覆盖中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述扫描层数选择单元102包括互相电连接的第一扫描层数选择单元107和第二扫描层数选择单元108，所述第一扫描层数选择单元107针对不同的扫描区域自动选择出对应的扫描层数；所述第二扫描层数选择单元108对不同的扫描区域上的局部细胞团簇针对性的增加扫描层数。
如图1中，可以理解的是，所述第一扫描层数选择单元107基于细胞层厚度检测模块105得到的不同扫描区域的细胞层厚度将自动选择对应区域的扫描层数，例如某些区域细胞层厚度较厚，适合9层扫描，而某些区域细胞层厚度较薄只需进行3层扫描即可。因此，通过模块的动态选择有利于减轻图像处理的计算量，节约时间提高效率。
进一步的，所述图像质量评分单元103引入CTF指针作为影像质控评估技术，对全片质量进行评分，并设定较为合理的阈值，若低于该阈值，则会在人机交互界面提示建议重新扫描。
本发明的第二个方面提供了一种病理切片图像全程质控方法，该方法包括：检测并计算当前玻片信息，并根据当前玻片信息自动选择或针对性增加扫描层数进行扫描，扫描结束后利用CTF指针影像质控评估技术对扫描得到的全片质量进行评估。
本发明的第三个方面提供了一种病理切片分析装置，如图2所示，包括控制装置200、人机交互界面300、中央数据处理装置400、全程质控装置100，且依次电连接。
在一种优选的实施方式中，所述控制装置200是基于BECKHOFF和TwinCAT软件打造的自动化控制装置，可实现精准控制仪器各部位机械运转以及各单元、模块的精确输入和输出，是仪器完成图像扫描及后续影像处理的基础和前提。
在一种优选的实施方式中，如图3所示，所述人机交互界面300供用户实时监控当前的扫描状态，且人机交互界面300的窗口显示包括样本信息、扫描进度、图像质量中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述人机交互界面300包括窗口，用于显示病理切片扫描仪获得的扫描信息的分析结果；以及控制区域，用于包括开始301、暂停302、终止303的按钮的控制、扫描参数以及状态参数的设置。
在一种优选的实施方式中，如图3所示，所述窗口包括a区：扫描动态窗口311，用于显示当前病理切片扫描仪扫描的载玻片的面积与位置；b区：样本影像窗口312，用于显示整个样本区的样品扫描出来的图像质量；c区：样本状态窗口313，用于显示当前病理切片扫描仪扫描的载玻片的状态信息；d区：机器状态窗口314，用于显示当前病理切片扫描仪运行的参数信息；e区：对位站点窗口315，用于显示影像与计算的扫描区域，以及条形码数据的辨识区域。
在一种优选的实施方式中，如图3-5所示，所述控制区域即为f区，包括开始301、暂停302、终止303的按钮、载入参数304、状态输入305。
图示的开始301、暂停302、终止303的按钮均是约定俗成的图形符号表示。
如图3-5所示，在用户通过点击载入参数304，选择好需要扫描的参数之后，点击确认，在状态输入305处输入载玻片的状态信息，比如输入图示中显示的卡夹数以及扫描片数的对应参数后，点击开始301后，扫描仪自动开始一组扫描，并将扫描数据通过处理器分析运算后得到的结果转换成成像模式显示在窗口上。而一旦点击开始301，窗口立即显示数据，各窗口显示区域a-e区将显示大量的图像或数字符号，用户可通过观测各图像或数字符号获取到有用的信息便于后期疾病诊断。如果用户需要暂停或停止获取当前切片的信息结果，用户可点击暂停302或终止303按钮使当前的扫描状态暂停或终止。
在扫描数据的采集过程中，用户通过各窗口小部件即a-e区域查看整体扫描情况。
如图3-5所示，在扫描动态窗口311中，用户可以观察到已经拍摄的玻片面积和剩余还需要拍摄的玻片面积；例如对于一般的液基细胞病理玻片，面积是15×15mm或者10×10mm的圆形区域面积；而扫描仪的镜头一般是20倍或者40倍率的镜头，拍摄的细胞属于微米级别，因此摄像头与玻片的拍摄距离非常接近，几乎是贴在玻片表面进行拍摄，而相对15×15mm或者10×10mm的面积，需要镜头拍摄500张左右，才能覆盖整个面积；因此在该区域中，用户可观测到相机一次拍摄的区域面积。例如，在图2显示的视图中，阴影部分表示相机已经拍摄的玻片面积，非阴影部分表示剩余还需要拍摄的玻片面积，具体的操作中，阴影部分和非阴影部分亦可通过颜色不同予以区分，颜色的色彩可依据用户习惯进行设置。
在样本影像窗口312中，用户可以观察到实际玻片扫描的图像质量，即从该区域中可以观察到缩小的细胞图片，发现细胞的大致分布以及细胞的状态，用户采用阅片系统软件可以浏览该细胞的高分辨率的图像。
在样本状态窗口313中，显示出玻片扫描时更具体的信息。例如，在图2显示的视图中，可体现样本编号、扫描完成日期和时间、在料夹中的位置等信息。
在机器状态窗口314中，显示扫描仪在扫描过程中自身硬件的一些信息。例如，在图2显示的视图中，可体现扫描某样本总共花费的时间、扫描某样本Z轴的高度、扫描某样本图像融合的时间、聚焦的时间等信息。
在对位站点窗口315中，显示出影像与计算的扫描区域，以及条形码数据的辨识区域。例如，在图2显示的视图中，圆圈的位置即是扫描仪需要扫描的区域，而最右侧则显示条形码或者二维码，机器通过算法对其可进行自动识别。
在一种优选的实施方式中，所述中央数据处理装置400是基于高阶的CPU、GPU、大容量内存打造的数据处理系统，主要实现图像数据的复杂运算和智能的质量控制。
在一种优选的实施方式中，所述中央数据处理装置400包括互相电连接的全景图片的水平缝合单元401以及垂直融合单元402。
如图2所示，作为一个示例，当针对15mm×15mm的细胞区域进行扫描时，需要在短时间内在将X,Y方向上大概扫描500-600个视野才能将细胞区域扫描完全，因而得到的各视野扫描图像需要在水平方向上组合形成一张大图以供医生或者阅片人员查阅预览，因此所述水平缝合单元401利用特殊算法再搭配高精度的动作位置控制补偿，可实现水平缝合误差在0.4um以内，基本达到水平方向上的精准缝合和无缝对接。
如图2所示，作为一个示例，针对液基细胞玻片，细胞往往悬浮在细胞薄层中的(参考图6)，因为细胞薄层及细胞本身会有不同的厚度，因此对单个视野的扫描一般需要几张甚至十几张不同景深的图像，才能将尽可能多的细节拍摄清楚，使细胞覆盖完整。所述垂直融合单元402可进行自动计算并且评比某一图像是否适用于垂直方向上的融合，若图像均达到动态多景深融合的技术要求后，垂直融合单元402将对不同层的清晰的细节部分进行提取，最后形成一张经过融合后的视野(参考图7-10)。
图7-10分别是不同景深的图像，图7为垂直第一层图像，图8为垂直第二层图像，图9为垂直第三层图像，图10为经过垂直融合单元402对三层垂直图像融合后的图像，可以发现经过垂直融合单元402融合后可将每一层图像中的清晰部分提取并保留在融合后的图像内，提高图像质量。
本发明的分析装置，通过控制装置可实现快速、稳定、全自动、大批量扫描玻片样本，经全程质控装置对扫描样本进行质检，质检合格的图像再经中央数据处理装置无缝拼接生成全视野、高分辨率的数字切片图像，最后通过计算机的人际交互界面使用户能随时监控，进行智能辅助分析等，因此广泛应用在形态学教学、临床病理诊断、科学研究等领域。
虽然本发明对参考示例性实施方案进行了描述，但是本领域技术人员能理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使具体的系统、装置或其部件适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于为实现本发明而公开的具体实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施方案。
如本文所用，除非在上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该/所述”也旨在包括复数形式。应进一步理解的是，说明书中所用的术语“包括”和/或“包含”指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。另外，术语第一、第二等的使用不表示任何顺序或重要性，而是术语第一、第二等用于将一个元件与另一个元件区分开。另外，本文和所附权利要求中出于描述目的使用诸如“a”、“b”、“c”、“第一”、“第二”和“第三”等列举术语，并且这些术语不意图指示或暗示相对重要性或意义。
下面的权利要求书中所有方法或步骤及功能元件的对应结构、材料、作用和等效物意图包括用于结合具体要求的其他所要求的元件来实现该功能的任何结构、材料或作用。本发明的描述已经出于说明和描述的目的被呈现，但并不意图是详尽的或将本发明限于所公开的形式。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。所选和所述的实施方案用于最好地解释本发明的原理及实践应用，同时让本领域其他普通技术人员理解本发明的多种实施方案，这些实施方案可针对特定的目标用途做出各种修改。
Claims (10)
1.一种病理切片图像全程质控装置，其特征在于，包括：玻片检测单元、扫描层数选择单元和图像质量评分单元，各单元依次电连接；所述玻片检测单元用于检测并计算当前玻片信息以供扫描层数选择单元自动选择或针对性增加扫描层数进行扫描，扫描结束后图像质量评分单元引入CTF指针作为影像质控评估技术，对全片质量进行评估。
2.如权利要求1所述的质控装置，其特征在于，所述当前玻片信息至少包括一个扫描区域。
3.如权利要求2所述的质控装置，其特征在于，所述当前玻片信息包括玻片厚度信息、细胞层厚度信息、细胞异常信息中的至少一种。
4.如权利要求3所述的质控装置，其特征在于，所述细胞异常信息包括血液污染、异物覆盖、气泡覆盖中的至少一种。
5.如权利要求1-4中任一项所述的质控装置，其特征在于，所述玻片检测单元包括玻片厚度检测模块、细胞层厚度检测模块以及样本异常处理模块，且所述玻片厚度检测模块分别与细胞层厚度检测模块和样本异常处理模块电连接。
6.如权利要求1-5中任一项所述的质控装置，其特征在于，所述扫描层数选择单元包括互相电连接的第一扫描层数选择单元和第二扫描层数选择单元，所述第一扫描层数选择单元针对不同的扫描区域自动选择出对应的扫描层数；所述第二扫描层数选择单元对不同的扫描区域上的局部细胞团簇针对性的增加扫描层数。
7.一种病理切片图像全程质控方法，其特征在于，该方法包括：检测并计算当前玻片信息，并根据当前玻片信息自动选择或针对性增加扫描层数进行扫描，扫描结束后利用CTF指针影像质控评估技术对扫描得到的全片质量进行评估。
8.一种病理切片分析装置，其特征在于，包括控制装置、人机交互界面、中央数据处理装置、全程质控装置，且依次电连接。
9.如权利要求8所述的病理切片分析装置，其特征在于，所述人机交互界面供用户实时监控当前的扫描状态，且人机交互界面的窗口显示包括样本信息、扫描进度、图像质量中的至少一种。
10.如权利要求9所述的病理切片分析装置，其特征在于，所述中央数据处理装置包括互相电连接的全景图片的水平缝合单元以及垂直融合单元。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111916198A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-11-10 | 江苏迪赛特医疗科技有限公司 | 一种显示方法和用户界面 |
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| CN114577799A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-06-03 | 杭州迪安生物技术有限公司 | 一种多层对齐融合方法及其应用 |
-
2020
- 2020-04-09 CN CN202010272683.1A patent/CN111337495A/zh not_active Withdrawn
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