一种灰度摄像头及具有高效率照明的细胞综合分析装置

摘要

本发明一种用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头，包括入光口、出光口，以及同轴设置的45°带通分光分色片、透镜装置、灰度图像传感器，光线由入光口射入，经45°带通分光分色片形成两路光线，根据不同的波长分成两路，其中特定带通波长的光被反射照射至灰度图像传感器进行成像，除特定带通波长以外的波长的光，则保持原来的方向，由出光口射出。一种具有高效率照明的细胞综合分析装置，包括自动显微镜、彩色摄像头、灰度摄像头、图像分析系统；灰度摄像头作为附件，安装在自动显微镜的目镜与物镜的光路之间，彩色摄像头设置在目镜上方；自动显微镜、彩色摄像头、灰度摄像头分别与图像分析系统连接，进行数据采集与分析。

说明书

技术领域

本发明涉及一种细胞分析装置，更具体地说，涉及一种用于自动显微镜的附件形式的灰 度摄像头，以及安装有所述灰度摄像头的具有高效率照明的细胞综合分析装置。

背景技术

目前对细胞的分析主要包括定性和定量两种方法。定性分析方法，一般是基于细胞形态 学分析，即通过在显微镜下通过观察经过染色的脱落细胞的形态学特征来对细胞进行定性分 析，包括细胞浆与细胞核染色的深浅，体积大小，细胞核内染色体粗细、染色体排列以及细 胞核与细胞浆的比值，根据观测者的经验判断细胞是否癌变，此种观测方法主观因素太强， 依赖医生的经验和技巧，误诊率较高，准确率一般只有60％左右。

定量分析方法，就是对细胞内的化学成分进行定量分析，比如遗传物质—脱氧核糖核酸 （DNA）。细胞癌变的本质是细胞迅速无限增殖和转移，当生物体细胞发生癌变时，细胞核 内的DNA含量会增加，可将染料或显色剂与细胞核内DNA特异性相结合，当细胞核内DNA 含量增高时，DNA结合染料或显色剂相应增多，其光学密度增高。继而通过测量显微镜图像 的光学密度，即可进行细胞核的DNA定量分析，，通过与正常细胞进行比较，发现早期癌变 的细胞。

虽然DNA定量分析方法可以提供较为客观的数据，但该方法只是针对细胞核进行分析， 信息不全面，且早期患者的肿瘤细胞核内DNA含量增加不显著，需要综合细胞的形态学信 息，以提供更为准确的分析结果。

中国发明专利申请200810070940.2公开了一种细胞综合检测方法，即能同时进行细胞形 态学分析与DNA定量检测，综合了两种方法的优点，提高分析的准确率。

上述发明申请仅公开了方法，没有提供实现方法的装置，即可同时获取同一视野的彩色 图像和特定波长的灰度图像，其中彩色图像用以细胞形态分析，灰度图像用以细胞核DNA 定量分析。

中国发明专利申请201110071790.6公开了一种全自动双ccd感光元件数字显微镜，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，以获得标本的多焦面 全息三维图像，同时根据黑白ccd感光元件采集的细胞核积分光密度信息输出标本的阅片结 论，最终输出标本图文报告。另本发明采用上下片装置、水平移动夹持装置自动完成标本载 玻片的更换，然后对采用三维机架对载玻片进行三维定位，以便于彩色ccd感光元件以及黑 白ccd感光元件对标本的图像信息采集。

上述发明申请的技术方案直接在观察头的双目上分别安装一个彩色摄像头和一个黑白摄 像头，由于观察头的双目是50:50的分光，每个摄像头接收到的图像亮度损失了一半，对于 黑白摄像头，接收的是窄带光谱的图像，所需的曝光时间要求较长，再加上分光损失，其曝 光时间延长一倍，如采用“运动中曝光的扫描方式”就会使扫描速度降低一半。如要保持原 来的曝光时间，至少要将照明亮度提高一倍以上，需采用更高亮度的光源，并重新设计高效 率光学系统，将会大大提高成本；另外，由于双目都安装了摄像头，就没有了目视观察功能， 不便于医生进行镜下复检；且目镜一般有屈光度调节，是可转动的，在使用时易导致两个摄 像头不齐焦或者视场不一致；同时由于在观察头部直接安装两个摄像头及相应的光机结构， 其重量较大，也会影响显微镜结构的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种照明效率更高，更为稳定可靠，易于 操作的彩色及黑白图像获取装置，同时保留目视观察功能，以保证镜下复检的具有高效率照 明的细胞综合分析装置，以及作为数码中间件的用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头。

本发明的技术方案如下：

一种用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头，包括入光口、出光口，以及同轴设置的 45°带通分光分色片、透镜装置、灰度图像传感器，光线由入光口射入，经45°带通分光分 色片形成两路光线，根据不同的波长分成两路，其中特定带通波长的光被反射照射至灰度图 像传感器进行成像，除特定带通波长以外的波长的光，则保持原来的方向，由出光口射出。

作为优选，45°带通分光分色片反射的带通波长与细胞核的染色方法相匹配。

作为优选，45°带通分光分色片，反射波长为585-595nm的光，透射波长为400-585nm、 595-700nm的光。

作为优选，45°带通分光分色片中心反射的光的波长为590nm，带宽为10nm。

一种具有高效率照明的细胞综合分析装置，包括自动显微镜、彩色摄像头、上述的灰度 摄像头、图像分析系统；灰度摄像头作为附件，安装在自动显微镜的目镜与物镜的光路之间， 彩色摄像头设置在目镜上方；自动显微镜、彩色摄像头、灰度摄像头分别与图像分析系统连 接，进行数据采集与分析。

作为优选，彩色摄像头、灰度摄像头与图像分析系统的连接采用不相同的通讯接口。

作为优选，彩色摄像头与灰度摄像头对应的物方采样分辨率相同。

作为优选，彩色摄像头与灰度摄像头对应的视场中心重合。

作为优选，图像分析系统同时采集彩色摄像头的彩色图像和灰度摄像头的灰度图像，进 行空间配准后，分别用彩色图像和灰度图像对同一个细胞进行定性分析和定量分析，结合定 性分析和定量分析得出分析结果。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种能同时进行细胞形态学分析和细胞核DNA定量检测的具有高效率照明 的细胞综合分析装置，利用本发明所述的装置可同时采集定性分析所需的彩色图像和定量分 析所需的灰度图像，提高细胞分类及分析的准确性。

本发明还提供了一种用于自动显微镜的附件形式的灰度摄像头，可在自动显微镜的基础 上实现灰度图像的采集。本发明所述的灰度摄像头与细胞综合分析装置，保留了显微镜原有 的目视功能，满足镜下复查的需要；灰度摄像头作为数码中间体，采用附件形式设计，易于 安装，安装后不需要调整；维持了原有显微结构的稳定性。

附图说明

图1是细胞综合分析装置的结构示意图；

图2是自动显微镜的结构示意图；

图3是灰度摄像头的剖视图；

图4是本实施例中，45°带通分光分色片反射的光的特性曲线；

图中：100是观察头部，101是目镜，102是物镜，103是载物台，104是主体，105是第 三筒，200是灰度摄像头，201是入光口，202是出光口，203是45°带通分光分色片，204 是透镜装置，205是灰度图像传感器，300是彩色摄像头，400是图像分析系统。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

如图1所示，一种细胞综合分析装置，包括如图2所示的自动显微镜、彩色摄像头300、 灰度摄像头200、图像分析系统400；灰度摄像头200作为附件，安装在自动显微镜的目镜 101与物镜102的光路之间，本实施例中，灰度摄像头200安装在自动数码显微镜的观察头 部100和显微镜主体104之间。彩色摄像头300设置在目镜101上方，本实施例中，彩色摄 像头300安装在自动显微镜观察头部100的第三筒105上。自动显微镜、彩色摄像头300、 灰度摄像头200分别与图像分析系统400连接，进行数据采集与分析。所述的自动显微镜， 光学系统为无限远色差校正CCIS结构，观察头部100为三目，载物台103为电动，可以选 用Motic公司的BA610Mot。

灰度摄像头200作为显微镜的附件的形式进行设计，本发明所述的一种用于自动显微镜 的附件形式的灰度摄像头200如图3所示，包括入光口201、出光口202，以及同轴设置的 45°带通分光分色片203、透镜装置204、灰度图像传感器205，光线由入光口201射入，经 45°带通分光分色片203形成两路光线，根据不同的波长分成两路，其中特定带通波长的光 被反射照射至灰度图像传感器205进行成像，除特定带通波长以外的波长的光，则保持原来 的方向，由出光口202射出，进入所述自动显微镜的观察头部100，可以到达第三筒105的 彩色摄像头300。45°带通分光分色片203设置于灰度摄像头200的前部位置，其上下分别 正对出光口202、入光口201。透镜装置204用于对进入灰度摄像头200的光路进行会聚成像； 灰度图像传感器205用于接收经透镜装置204会聚后的成像。

对于进入观察头部100的105的彩色摄像头300的光，由于只有很窄光谱的光被反射， 大部分波长光还是进入彩色摄像头300，所以彩色亮度基本保持不变，接近201110071790.6 公开了一种全自动双ccd感光元件数字显微镜的技术方案的两倍；而对于进入灰色摄像头200 的光，由于没有棱镜的分光，接近201110071790.6公开了一种全自动双ccd感光元件数字显 微镜的技术方案的两倍。

滤光片203中心透过波长、带宽与细胞核的染色方法相匹配，即滤光片203的光谱特性 由细胞核的染色方法决定，当对细胞核进行Feulgen染色，45°带通分光分色片203，反射 波长为585-595nm的光，透射波长为400-585nm、595-700nm的光。本实施例中，45°带通 分光分色片203中心反射的光的波长为590nm，带宽为10nm，如图4所示。

为了避免同类型通讯接口在同时传输数据时相互影响而降低速度，彩色摄像头300、灰 度摄像头200与图像分析系统400的连接采用不相同的通讯接口。例如彩色摄像头300可选 用Moticam Pro285E，为1394接口，灰度摄像头200选用USB接口，或者其他通讯接口。

彩色摄像头300与灰度摄像头200对应的物方采样分辨率相同。彩色摄像头300与灰度 摄像头200对应的视场中心重合。

图像分析系统400同时采集彩色摄像头300的彩色图像和灰度摄像头200的灰度图像， 进行空间配准后，确保是对同一个细胞同时进行定量分析与定性的分析。图像分析系统400 分别用彩色图像和灰度图像对同一个细胞进行定性分析和定量分析，结合定性分析和定量分 析得出分析结果。

所述的定性分析是基于彩色图像进行分析，包括细胞的分类，细胞浆的颜色及大小，细 胞核内染色体粗细，染色体排列以及细胞核与细胞浆的比值。所述的定量分析是基于灰度图 像对细胞核进行DNA定量分析，包括细胞核灰度、积分光密度信息。

具体应用时，首先对切片进行染色处理，包括对细胞核进行Feulgen染色和对细胞浆进 行EA50或伊红染色。

经过两次染色后，将切片放置在自动显微镜的载物台103上，由图像分析系统400控制 载物台103移动到感兴趣位置并调焦，同时控制彩色摄像头300和灰度摄像头200进行图像 获取，分别获得同一感兴趣区域的彩色图像和590nm波长的灰度图像，将两幅图像进行空间 配准。

通过图像分析系统400对图像进行分析处理：用彩色图像根据细胞的形态特征参数进行 分类，并分析细胞浆的颜色及大小，细胞核内染色体粗细，染色体排列以及细胞核与细胞浆 的比值等；用灰度图像对同一细胞的细胞核进行DNA定量分析，包括细胞核灰度、积分光 密度信息等；最后根据空间配准信息，综合某个细胞的细胞核DNA含量、细胞的形态学信 息给出综合分析报告。

上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技 术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。