專(zhuān)利名稱(chēng)：體液分析系統(tǒng)以及用于分析體液的圖像處理設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及體液分析領(lǐng)域。尤其是，本發(fā)明涉及用在基于圖像的自動(dòng)顯微鏡體液分析儀的圖像處理設(shè)備和方法以及體液分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
體液分析，尤其是顯微尿沉渣分析，屬于臨床實(shí)踐中最常用的檢查，因?yàn)檫@些檢查能夠?qū)崿F(xiàn)腎的、尿的以及生殖的診斷并且提供了關(guān)于整體健康狀況的關(guān)鍵信息?？梢栽谀蛞簶颖菊业匠^(guò)10種的顆粒。這些顆粒包括紅細(xì)胞、白細(xì)胞、角質(zhì)(exfoliated matter)、 細(xì)菌、上皮細(xì)胞和晶體(這些顆粒在下文中被稱(chēng)作“目標(biāo)”)。需要對(duì)這些不同形狀和大小的顆粒進(jìn)行識(shí)別和計(jì)數(shù)，以便生成反映不同成分類(lèi)型的比例的譜，并且將這些與閾值或者健康參考值依次相比。對(duì)于尿沉渣分析，傳統(tǒng)的手動(dòng)顯微步驟遇到以下難題它們是勞動(dòng)密集的并且是耗費(fèi)時(shí)間的；不同的沉渣準(zhǔn)備步驟會(huì)得到非常不同的計(jì)數(shù)；在由不同的觀察者實(shí)施實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)時(shí)存在不同等等。產(chǎn)生于本世紀(jì)初由Ausma公司制造的自動(dòng)尿沉渣顯微鏡分析儀，其目的在于替代手動(dòng)檢查方法、提高精確性和處理能力。Ausma系統(tǒng)在計(jì)數(shù)池(counting cell)掃描尿液樣本，并且使用連接在光學(xué)顯微鏡上的數(shù)碼相機(jī)給尿液樣本拍照。分析處理器使用特定的軟件對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和計(jì)數(shù)；根據(jù)大小、形狀、對(duì)比度和結(jié)構(gòu)特性，每個(gè)目標(biāo)圖像被自動(dòng)地分類(lèi)。最終的報(bào)告根據(jù)類(lèi)型來(lái)顯示結(jié)果。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)數(shù)池和帶有尿液樣本的顯微鏡物鏡的側(cè)視圖。在現(xiàn)有的分析儀中，計(jì)數(shù)池是小的長(zhǎng)方形的池，它的長(zhǎng)(X軸)和寬(y軸)均為幾毫米，高度(Z軸)至少有100微米。具有從幾微米到幾十微米直徑的各種顆粒分布在這個(gè)三維空間內(nèi)。假定它們的分布在特定的時(shí)間內(nèi)(例如，一分鐘內(nèi))是靜止的。存在成熟的技術(shù)用于在χ-y方向上進(jìn)行完全掃描和拍攝。然而，對(duì)于Z軸，物鏡的D0F(D印th of Field，視野深度)比計(jì)數(shù)池的高度小的多。因此有必要收集在與ζ軸垂直的不同層中具有目標(biāo)的圖像。所以，在垂直方向上足夠分辨率的采集成為在體液分析中主要的圖像收集挑戰(zhàn)。另外，作為確保系統(tǒng)精確性的關(guān)鍵步驟的圖像收集，已經(jīng)成為最不標(biāo)準(zhǔn)化和最耗時(shí)間的步驟。它還具有最高的處理能力要求(不低于每小時(shí)50至100個(gè)樣本)。并且，DOF不足，這個(gè)事實(shí)使得更難避免圖像變差。具有模糊的或者遺漏的目標(biāo)的圖像對(duì)識(shí)別的精確性和計(jì)數(shù)結(jié)果有很?chē)?yán)重的影響。由AVE科學(xué)和工業(yè)技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的Ausma AVE736的樣品，在下文中被用來(lái)具體解釋Ausma系統(tǒng)的圖像采集模塊如何工作。在Ausma AVE736中，在尿液樣本被載入計(jì)數(shù)池之后，首先用低倍(XlO)顯微鏡掃描樣本并且尋找目標(biāo)。如果沒(méi)有找到目標(biāo)就直接生成報(bào)告，該報(bào)告會(huì)顯示樣本滿(mǎn)足臨床健康標(biāo)準(zhǔn)。如果找到了目標(biāo)，低倍顯微鏡會(huì)對(duì)顆粒中較大的目標(biāo)(比如說(shuō)角質(zhì)和上皮細(xì)胞) 進(jìn)行識(shí)別、分類(lèi)和計(jì)數(shù)，并且該低倍顯微鏡會(huì)采集并保持每一個(gè)視野的圖像。然后，使用高倍(X40)顯微鏡對(duì)由低倍顯微鏡找到的目標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步的跟蹤。通過(guò)機(jī)械調(diào)整物鏡和樣本臺(tái)從而調(diào)整焦平面。自動(dòng)調(diào)焦之后，對(duì)于每一個(gè)高倍視野(High Power Field,HPF)拍攝一個(gè)圖像，就如圖2所示。然后，以一種類(lèi)似于使用于低倍顯微鏡的方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、分類(lèi)和計(jì)數(shù)，并且接合所有保存的圖像以便形成最終的結(jié)果?，F(xiàn)有技術(shù)通過(guò)在收集圖像時(shí)反復(fù)切換低倍顯微鏡和高倍顯微鏡來(lái)提高整體的效率，并且可以在一定程度上進(jìn)行Z軸的掃描。但是，在目標(biāo)具有相同的X位置和y位置但是具有不同的ζ軸位置的情況下，很可能會(huì)遺漏或者模糊圖像。這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致了關(guān)于圖像識(shí)別和計(jì)數(shù)的不確定性，結(jié)果是后續(xù)處理將需要手動(dòng)干預(yù)(以大于20%的比率)。另外，當(dāng)圖像目標(biāo)位于ζ軸的多個(gè)D0F，最終圖像將是折中的結(jié)果。S卩，犧牲部分的準(zhǔn)確性以便確保整體圖像的質(zhì)量。因此，如何獲取在整個(gè)三維空間內(nèi)的清晰的圖像的問(wèn)題急迫地需要解決方法。此外，物鏡的機(jī)械調(diào)整限制了目標(biāo)掃描的速度或者深度。Ausma系統(tǒng)的平均處理能力現(xiàn)在是每小時(shí)60個(gè)樣本。一些組織已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)下做了硬件和軟件相關(guān)的嘗試，以便擴(kuò)展掃描顯微鏡的D0F。在光學(xué)顯微鏡調(diào)焦中最廣泛使用的機(jī)制是對(duì)整個(gè)物鏡或者在物鏡和樣本之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行機(jī)械調(diào)整。為了獲得滿(mǎn)意的沿著ζ軸的分辨率，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了很多類(lèi)型的機(jī)械調(diào)焦裝置(例如，由PI開(kāi)發(fā)的Piezo-z object-glass grader)。然而，機(jī)械調(diào)整相當(dāng)不可靠。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種體液分析系統(tǒng)和用于分析體液的一種圖像處理設(shè)備和方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)如下一種體系分析系統(tǒng)，其包括中央控制和處理部件，用于將控制信號(hào)發(fā)送到源圖像采集部件；所述源圖像采集部件，用于按照所述控制信號(hào)來(lái)采集體液源圖像并且用于將所述源圖像發(fā)送到所述中央控制和處理部件；所述中央控制和處理部件，還被用于將所述源圖像變換成圖像系數(shù)和產(chǎn)生相應(yīng)的系數(shù)矩陣，然后所述系數(shù)矩陣被逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像用于輸出。所述源圖像采集部件被用于，按照所述控制信號(hào)，透過(guò)顯微鏡來(lái)拍攝相應(yīng)于在一個(gè)視野中的多疊層的體液源圖像。所述中央控制和處理部件，被用于將每個(gè)源圖像變換成圖像系數(shù)，并且從相應(yīng)于視野中所有的源圖像的圖像系數(shù)生成系數(shù)矩陣。中央控制和處理部件，其包括中央控制單元，其被用于，相應(yīng)于一個(gè)視野中多疊層的拍攝，發(fā)出體液源圖像控制信號(hào)；瞬間分辨率收集單元，用于接收體液源圖像、收集源圖像的瞬間的分辨率，并且將它們儲(chǔ)存在中央控制單元。所述中央控制單元還被用于從相應(yīng)于一個(gè)視野中所有源圖像的瞬間分辨率中生成系數(shù)矩陣，并且發(fā)送系數(shù)矩陣到逆變換單元；逆變換單元，用于將系數(shù)矩陣逆變換到焦點(diǎn)融合的圖像，并且儲(chǔ)存該圖像到所述中央控制單元。所述中央控制單元包含系統(tǒng)控制器，用于發(fā)出控制信號(hào)以便控制源圖像采集部件的、瞬間分辨率收集單元的以及逆變換單元的運(yùn)行；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)包含源圖像、系數(shù)矩陣以及焦點(diǎn)融合的圖像。所述瞬間分辨率收集單元包含采樣電路，用于接收由所述源圖像采集部件提供的單個(gè)源圖像；小波分解電路，用于所述源圖像的小波分解；離散小波變換電路，用于將分解了的圖像變換成小波系數(shù)。所述逆變換單元包含小波系數(shù)比較電路，用于從所述中央控制單元獲取系數(shù)矩陣并且從中選擇在每個(gè)波長(zhǎng)級(jí)別上的最大的小波系數(shù)；緩存單元，用于存儲(chǔ)所選的小波系數(shù)；離散小波逆變換單元，用于執(zhí)行離散小波逆變換，將所選的小波系數(shù)變換成焦點(diǎn)融合的圖像。所述源圖像采集部件包含具有嵌入式液體透鏡的顯微鏡，液體透鏡驅(qū)動(dòng)器，遮光器(shutter)，驅(qū)動(dòng)單元，傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器；其中所述液體透鏡驅(qū)動(dòng)器用于按照所述控制信號(hào)改變液體透鏡的焦距；所述驅(qū)動(dòng)單元用于根據(jù)所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述遮光器的抑制；所述傳感器用于，將在所述遮光器抑制之后獲得的傳感信號(hào)傳送給所述A/D轉(zhuǎn)換器；所述A/D轉(zhuǎn)換器用于，在對(duì)所述傳感信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之后，給所述中央控制和采集部件提供所采集的體液源圖像。一種用于體液分析的圖像處理設(shè)備包括中央控制單元，用于相應(yīng)于一個(gè)視野中的多疊層拍攝發(fā)出體液源圖像控制信號(hào)；瞬間分辨率收集單元，用于接收體液源圖像、收集瞬間的源圖像的分辨率并且將它們存儲(chǔ)在所述中央控制單元；所述中央控制單元還被用于，從相應(yīng)于一個(gè)視野中所有的源圖像的瞬間分辨率生成系數(shù)矩陣，并且發(fā)送系數(shù)矩陣到逆變換單元；所述逆變換單元，用于將系數(shù)矩陣逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像，并且將圖像存儲(chǔ)在所述中央控制單元。一種用于分析體液的圖像處理方法包括A.相應(yīng)于一個(gè)視野中多疊層拍攝，發(fā)送體液源圖像控制信號(hào)到所述源圖像采集部件；B.接收由源圖像采集部件提供的體液源圖像，將每一個(gè)源圖像變換成圖像系數(shù)， 并且從相應(yīng)于視野中所有的源圖像的圖像系數(shù)生成系數(shù)矩陣；C.將系數(shù)矩陣逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像用于輸出。該方法還包括
D.在執(zhí)行步驟C之后發(fā)出同步信號(hào)，并且如果所有視野都已經(jīng)被處理則執(zhí)行步驟 E，否則就為下一個(gè)視野執(zhí)行步驟A ；E.將所有視野的焦點(diǎn)融合的圖像組合成最終圖像。所述的從每個(gè)源圖像到圖像系數(shù)的變換包括通過(guò)離散小波變換將每個(gè)源圖像變換成小波系數(shù)；所述的從系數(shù)矩陣到焦點(diǎn)融合的圖像的逆變換包括為系數(shù)矩陣的每一個(gè)波長(zhǎng)級(jí)別選擇最大的小波系數(shù)；將所選的小波系數(shù)離散小波逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像。所述體液是尿液、血液、腦脊髓液、胸腔積液、腹水(ascitic fluid)或者精液。本發(fā)明克服的問(wèn)題如下由在豎直方向上不足的圖像分辨率所引起的目標(biāo)遺漏和模糊，阻礙對(duì)目標(biāo)的有效識(shí)別，并且由此降低了體液分析系統(tǒng)的精確性。從上述技術(shù)方案可以看出，通過(guò)提供將ζ軸焦平面疊加與圖像融合相結(jié)合的系統(tǒng)、設(shè)備和方法，本發(fā)明克服了這個(gè)問(wèn)題。由此，使得在疊加整個(gè)ζ軸之后可以實(shí)現(xiàn)完全的DOF覆蓋，所以提高了系統(tǒng)準(zhǔn)確性和圖像收集速度。具體地，本發(fā)明將超高速的ζ軸疊加的多焦平面圖像的收集與面向?qū)ο蟮膱D像融合相結(jié)合，從而在十分高的放大倍率(一般X400)的情況下解決諸如因?yàn)槭褂镁哂袠O窄的視野深度(DOF)的光學(xué)顯微鏡所引起的焦點(diǎn)目標(biāo)的遺漏或者模糊的問(wèn)題，由此可以使用比 DOF大的深度(30至50倍)對(duì)體液樣本(例如尿液樣本)進(jìn)行成像。明顯地，本發(fā)明降低了圖像目標(biāo)的遺漏或者模糊的可能性，并且由此在很大程度上提高了識(shí)別成功率，并且將整個(gè)系統(tǒng)的精確性提高到了一個(gè)新的層次。此外，本發(fā)明對(duì)圖像收集和焦點(diǎn)融合實(shí)施了并行處理，由此極大地減少了實(shí)際處理時(shí)間。另外，本發(fā)明使用了能夠?qū)崿F(xiàn)快速調(diào)焦的液體透鏡。液體透鏡的重調(diào)焦時(shí)間以毫微秒來(lái)衡量。此外，液體透鏡不使用可移動(dòng)部件來(lái)控制調(diào)焦。由此，液體透鏡的慣性 (inertia)與機(jī)械調(diào)焦的慣性相比是可以忽略的。因此，本發(fā)明具有更快的圖像收集。


參照下面的附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，以便本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)有清晰的認(rèn)識(shí)，包括但是不限于上面所描述的。這些附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)數(shù)池和帶有尿液樣本的顯微鏡物鏡的側(cè)視圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)每個(gè)視野進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦之后采集圖像的圖解。圖3(a)是在本發(fā)明的實(shí)施例中基于圖像的體液分析系統(tǒng)的組成圖。圖3(b)是本發(fā)明的實(shí)施例的物鏡303的放大圖。圖4是在本發(fā)明的實(shí)施例中體液分析系統(tǒng)的功能圖。圖5是部件401的組成圖，該部件401實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的實(shí)施例的體液分析系統(tǒng)的中央控制功能。圖6是本發(fā)明的實(shí)施例中部件401的沿著時(shí)間軸的操作流程圖。圖7是部件402的組成圖，該部件402實(shí)現(xiàn)了在本發(fā)明的實(shí)施例中的體液分析系統(tǒng)的源圖像采集功能。圖8是部件403的組成圖，該部件403實(shí)現(xiàn)了在本發(fā)明的實(shí)施例中的體液分析系統(tǒng)的源圖像的瞬間分辨率收集功能。圖9是部件404的組成圖，該部件404實(shí)現(xiàn)了在本發(fā)明的實(shí)施例中的體液分析系統(tǒng)的逆變換功能。圖10是基于DWT的圖像融合的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目標(biāo)、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更容易理解，通過(guò)參照附圖所描述的實(shí)施例來(lái)更細(xì)致地描述本發(fā)明。圖3(a)是本發(fā)明的實(shí)施例中的基于圖像的體液分析系統(tǒng)的組成圖。使用尿液作為單一的例子來(lái)闡述這個(gè)體液分析系統(tǒng)的操作原理。當(dāng)然，這個(gè)系統(tǒng)也可以用于分析其他的體液，例如血液、腦脊髓液、胸腔積液、腹水和精液。在圖3 (a)示出的系統(tǒng)中，顯微鏡尿液分析軟件301用于分析和處理照相機(jī)302的圖像拍攝。嵌入式液體透鏡3031的物鏡303與照相機(jī)302相連。這個(gè)物鏡303還包括變焦距透鏡3032。壓力源/液體透鏡驅(qū)動(dòng)器304用于將液體透鏡3031調(diào)整到需要的焦距。 尿液樣本306由加載器307自動(dòng)地加載到樣品臺(tái)305，并且將尿液樣品306置于液體透鏡 3031的物鏡303的視野之中。由卸載器309卸載。另外，照明設(shè)備308用于給被置于樣品臺(tái)305之上的尿液樣本照明。圖3(b)是本發(fā)明的實(shí)施例中的物鏡303的放大圖。可以看出，負(fù)責(zé)調(diào)焦的液體透鏡3031被嵌入到透鏡3032中，所述透鏡3032由多片玻璃組成并且被用于放大。在圖 3(b) 3031 ^ Rensselaer Polytechnic Institute ^ Carlos A. Lopez 和Amir H. Hirsa開(kāi)發(fā)。這個(gè)液體透鏡使用圓柱形的孔來(lái)耦合兩個(gè)液滴。液滴的反向曲率 (opposing curvature)產(chǎn)生類(lèi)似彈力的力，所述力使得整個(gè)液體透鏡系統(tǒng)成為自然的振動(dòng)器。在從1到N的焦距參數(shù)范圍內(nèi)，該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生諧振，結(jié)果是液滴形狀基本上變成了球形。由此，這是適合于ζ軸疊加的焦平面成像的。在此需要解釋的是，液體透鏡被當(dāng)作具有“無(wú)限多變的”焦距的變焦距透鏡。液滴的表面輪廓被用來(lái)決定液體透鏡系統(tǒng)的焦距，并且最終用于決定液體透鏡如何聚光。換言之，通過(guò)改變液滴的表面輪廓，可以在無(wú)需使用任何移動(dòng)件的條件下調(diào)整焦距。其可以在給定的范圍內(nèi)采集任何圖像表面，并且其可以精確地在毫秒范圍內(nèi)從一個(gè)焦距調(diào)整到另一個(gè)焦距。近年來(lái)，嵌入式液體透鏡的光學(xué)照相系統(tǒng)已經(jīng)被用于自動(dòng)調(diào)焦照相機(jī)，但是在現(xiàn)有技術(shù)中液體透鏡還沒(méi)有被應(yīng)用在顯微鏡系統(tǒng)。本發(fā)明將液體透鏡嵌入到顯微鏡中。由此，其可以在圖像采集時(shí)在一系列ζ軸焦平面中方便地采集和保留N個(gè)圖像，并且不限于在每個(gè)FOV (Field Of View，視野)中在每個(gè)自動(dòng)調(diào)焦的圖像面采集一個(gè)單個(gè)的圖像。由此其建立了高效率的顯微鏡調(diào)焦機(jī)制。N是整數(shù)，其值等于將計(jì)數(shù)池的高度與DOF厚度相除后得到的值。該值能夠確保準(zhǔn)確聚焦到物體上。換句話(huà)說(shuō)，對(duì)于M個(gè)F0V，將會(huì)收集和保留MXN個(gè)圖像。在對(duì)每個(gè)視野進(jìn)行ζ軸疊加的圖像收集之后，使用不同焦距沿著ζ軸所拍攝的N 個(gè)源圖像被融合成一個(gè)圖像，并且由此對(duì)于每一個(gè)視野得到焦點(diǎn)融合的圖像。這個(gè)圖像包括視野中所有物體的清晰圖像。即，與任何源圖像相比，這個(gè)圖像具有更大的D0F。需要指出的是，多種圖像融合算法，例如空間域融合和變換域融合，已經(jīng)經(jīng)歷相當(dāng)大的發(fā)展。這些算法的目的是為了改進(jìn)最終圖像以便其具有更少的偽影和更高的對(duì)比度。隨后的目標(biāo)識(shí)另IJ、分類(lèi)和計(jì)數(shù)的操作能夠使用常見(jiàn)的軟件應(yīng)用來(lái)完成。最后，將所有的FOV圖像組合以形成最終圖像。在此需要解釋的是，根據(jù)不同的要求或者應(yīng)用情景，對(duì)不同的焦點(diǎn)融合算法可能進(jìn)行不同種類(lèi)的預(yù)處理和后處理。在此無(wú)需在這個(gè)話(huà)題上展開(kāi)更多。在此應(yīng)該說(shuō)明的是，當(dāng)使用高倍放大透鏡時(shí)，一個(gè)FOV可以被分割成幾個(gè)高倍視野(high-power field, HPF)用于進(jìn)行圖像采集，就像圖2中顯示的那樣。當(dāng)然，在使用高倍放大透鏡之前，可以使用低倍放大透鏡進(jìn)行預(yù)處理，作為例如對(duì)目標(biāo)的預(yù)先掃描和檢查以便決定FOV的進(jìn)一步劃分是否必要。圖4是本發(fā)明的實(shí)施例中的液體分析系統(tǒng)的功能圖。這個(gè)系統(tǒng)包括下面的功能部件中央控制部件401、圖像采集部件402、瞬間分辨率收集單元403、逆變換部件404和輸出部件405。中央控制部件401用于執(zhí)行系統(tǒng)處理控制、觸發(fā)、同步、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和其他這樣的操作。具體地說(shuō)，中央控制部件401發(fā)出觸發(fā)圖像采集部件402的控制信號(hào)1，使得其為一個(gè) DOF拍攝一張照片。指定的焦距集合可以由用戶(hù)輸入或者由每個(gè)DOF圖像收集終端自適應(yīng)地生成。對(duì)于自適應(yīng)方法的情況，可以依據(jù)最近的圖像的聚焦質(zhì)量來(lái)估計(jì)下一個(gè)焦距。圖像采集部件402用于采集一個(gè)單獨(dú)的DOF圖像2，并且將圖像傳送到瞬間分辨率收集部件403以便獲得這張圖像的瞬間分辨率。瞬間分辨率收集部件403被用于發(fā)送結(jié)果系數(shù)3到中央控制部件401以便存儲(chǔ)，由此結(jié)果系數(shù)3隨后可以被訪(fǎng)問(wèn)。進(jìn)行N次在部件 401,402,403和401之間的交互，直到中央控制部件401已經(jīng)輸出了系數(shù)矩陣4，其中N是在ζ軸上疊加的焦平面的數(shù)目。逆變換部件404用于將系數(shù)矩陣4逆變換回焦點(diǎn)融合的圖像5，并且將其傳送回中央控制部件401以便存儲(chǔ)。另外，中央控制部件401用于發(fā)送最終圖像6給輸出部件405，以用作最后的輸出圖像。圖5是部件401的組成圖，該部件實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的實(shí)施例中的體液分析系統(tǒng)的中央控制功能。這個(gè)部件401包含系統(tǒng)控制器501和存儲(chǔ)器502。系統(tǒng)控制器501用于相應(yīng)于在圖6中示出的時(shí)間序列，控制圖像收集過(guò)程。存儲(chǔ)器502用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。所述圖像數(shù)據(jù)包括源圖像、小波系數(shù)矩陣、焦點(diǎn)融合的圖像和輸出圖像。圖6是本發(fā)明的實(shí)施例中部件401的沿著時(shí)間軸的運(yùn)行流程圖，其中假設(shè)M是FOV 的數(shù)目以及N是疊加的層的數(shù)目。步驟601 對(duì)于第m個(gè)F0V，發(fā)送控制信號(hào)，所述控制信號(hào)請(qǐng)求采集圖像X[m，l]到 X[m，N]、數(shù)字化圖像X[m，l]到X[m，N]以及保存數(shù)字化了的圖像X[m，1]到X[m，N]。m的取值范圍是1...M。在此需要說(shuō)明的是，在這個(gè)步驟中，所述N個(gè)圖像可以按照與并行處理相似的方式被處理。例如，當(dāng)對(duì)圖像X[m，l]進(jìn)行數(shù)字化的時(shí)候，系統(tǒng)可以同時(shí)采集圖像X[m，2]。艮口， 可以無(wú)需等待X[m，l]被存儲(chǔ)就可以激活對(duì)圖像X[m，2]的采集。步驟602 發(fā)出控制信號(hào)將從X[m，l]到X[m，N]融合到Y(jié)[m]，此處X是源圖像，Y 是焦點(diǎn)融合的圖像。
步驟603 發(fā)出同步信號(hào)返回步驟601以控制下一個(gè)FOV圖像收集和融合，并且在所有的FOV圖像收集和融合都已經(jīng)完成之后進(jìn)入步驟604。步驟604 發(fā)出控制信號(hào)將從Y[l]到Υ[Μ]組合成最終圖像。圖7是部件402的組成圖，該部件實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有發(fā)明的實(shí)施例中的體液分析系統(tǒng)的源圖像采集功能。這個(gè)部件402包含變焦透鏡701、液體透鏡702、遮光器703、傳感器704、 A/D轉(zhuǎn)換器705、液體透鏡驅(qū)動(dòng)器706以及驅(qū)動(dòng)單元707。在這個(gè)部件中，光線(xiàn)(在圖7中用虛線(xiàn)表示)依次通過(guò)變焦透鏡701、液體透鏡702和遮光器703，然后到達(dá)傳感器704。所述傳感器704作為成像元件發(fā)揮作用并且履行將傳感信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換器705的責(zé)任。當(dāng)實(shí)施具體的部件時(shí)，可以使用CCD傳感器或者CMOS傳感器。圖8是部件403的組成圖，該部件實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的實(shí)施例中的體液分析系統(tǒng)的源圖像瞬間分辨率收集功能。這個(gè)部件403包含采樣電路801、小波分解電路802和離散小波變換(discrete wavelet transform, DffT)電路 803。采樣電路801用于接收由部件402提供的單個(gè)的DOF圖像，并且用于對(duì)這些圖像進(jìn)行數(shù)字化采樣。具體來(lái)說(shuō)，這些DOF圖像可以由部件402中的A/D轉(zhuǎn)換器705提供。小波分解電路802用于對(duì)圖像進(jìn)行小波分解。離散小波變換電路803用于將分解了的圖像變換成小波系數(shù)。圖9是部件404的組成圖，所述部件404實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的實(shí)施例中的體液分析系統(tǒng)的逆變換功能。這個(gè)部件404包含小波系數(shù)比較電路901、緩沖存儲(chǔ)器單元902和離散 A^WM^ (inverse discrete wavelet transform, IDffT)電足各 903。小波系數(shù)比較電路901用于接收系數(shù)矩陣并且在每個(gè)波長(zhǎng)級(jí)別選擇最大的小波系數(shù)。緩沖存儲(chǔ)器單元902用于存儲(chǔ)選出的小波系數(shù)。IDMT電路903用于執(zhí)行離散小波逆變換，將所選的小波系數(shù)變換成焦點(diǎn)融合的圖像。具體來(lái)說(shuō)，假設(shè)疊加層1到N具有K個(gè)小波，并且這些小波用Wll到WKN編號(hào)，然后如圖10所示基于DWT的圖像融合過(guò)程由部件403和部件404執(zhí)行。步驟1001 對(duì)于第k個(gè)小波對(duì)Wd直到WkN進(jìn)行DWT，其中k的取值范圍是1... K。步驟1002:選擇在相同波長(zhǎng)級(jí)別上具有最大數(shù)值的小波系數(shù)(例如，第k個(gè)小波)，將其保存為ck。返回到步驟1001。在對(duì)所有K個(gè)小波的處理完成之后，執(zhí)行步驟1003。步驟1003 對(duì)小波系數(shù)從Cl到CK (其具有最大數(shù)值)進(jìn)行IDWT。步驟1004 輸出焦點(diǎn)融合的圖像。另外，本發(fā)明的實(shí)施例提供用于分析體液的圖像處理設(shè)備。這個(gè)設(shè)備主要用于控制圖像收集和處理所收集的圖像。具體地說(shuō)，這個(gè)圖像處理設(shè)備包含中央控制單元，用于相應(yīng)于一個(gè)視野中的多疊層拍攝而發(fā)出體液源圖像控制信號(hào)；為每一個(gè)疊加層拍攝源圖像。瞬間分辨率收集單元，用于接收體液源圖像、收集這些源圖像的瞬間分辨率以及將它們保存在所述中央控制單元。在此需要說(shuō)明的是，瞬間分辨率可以被當(dāng)作這個(gè)圖像的一種圖像系數(shù)。所述中央控制單元還被用于從相應(yīng)于一個(gè)視野中的所有源圖像的瞬間分辨率生成系數(shù)矩陣，以及用于將系數(shù)矩陣發(fā)送到逆變換單元。所述逆變換單元用于將所述系數(shù)矩陣逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像，并且將圖像保存在所述中央控制單元。此外，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于分析體液的圖像處理方法，其具有以下步驟A.相應(yīng)于一個(gè)視野中的多疊層拍攝，將體液源圖像控制信號(hào)發(fā)送到所述源圖像采集部件；B.接收由源圖像采集部件提供的體液源圖像，將每個(gè)源圖像變換成圖像系數(shù)，以及從相應(yīng)于視野中所有的源圖像的圖像系數(shù)生成系數(shù)矩陣；C.將系數(shù)矩陣逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像用于輸出。這個(gè)方法還包含D.在執(zhí)行完步驟C和步驟E之后，如果已經(jīng)處理完所有的視野，則發(fā)出同步信號(hào)， 否則的話(huà)對(duì)下一個(gè)視野執(zhí)行步驟A。E.將所有視野的焦點(diǎn)融合的圖像組合成最終圖像。具體來(lái)說(shuō)，從每一個(gè)源圖像到圖像系數(shù)的變換包含通過(guò)離散小波變換將每一個(gè)源圖像變換成小波系數(shù)。所述從系數(shù)矩陣到焦點(diǎn)融合的圖像的逆變換包含從系數(shù)矩陣中對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)級(jí)別選擇最大的波長(zhǎng)系數(shù)；將所選的小波系數(shù)進(jìn)行離散小波逆變換，得到焦點(diǎn)融合的圖像。從實(shí)施例中，可以清楚地看到1.本發(fā)明提供高精確性、高速、完全自動(dòng)化的體液分析系統(tǒng)，其降低了在成像模塊中遺漏或者模糊圖像目標(biāo)的可能性，從而提高了分析和識(shí)別的精確性。另外，本發(fā)明能夠提供高質(zhì)量的圖像，其能夠被用作臨床實(shí)踐文檔和參考。2.本發(fā)明的帶有液體透鏡的物鏡具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且容易操作。其不需要通過(guò)高壓或者其他的特殊方式被激活。由此，本設(shè)計(jì)是可行的。對(duì)透鏡焦距的機(jī)械調(diào)整被電子計(jì)時(shí)控制所取代。其結(jié)果是方便和高速。3.本發(fā)明可以廣泛使用。其不僅可以用于對(duì)尿液的分析，也可以容易地?cái)U(kuò)展到對(duì)其他體液的分析，比如說(shuō)血液、腦脊髓液、胸腔積液、腹水、精液和其他的溶液和懸浮液。上述僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不意味局限發(fā)明的保護(hù)范圍。任何根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)和原理所做的修改、相當(dāng)?shù)奶鎿Q或者改進(jìn)都應(yīng)當(dāng)被歸于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種體液分析系統(tǒng)，其特征在于，其包含中央控制和處理部件，用于將控制信號(hào)發(fā)送到源圖像采集部件；所述源圖像采集部件用于根據(jù)所述控制信號(hào)來(lái)采集體液源圖像，并且將所述源圖像發(fā)送到所述中央控制和處理部件；該中央控制和處理部件還被用于將所述源圖像變換成圖像系數(shù)并生成相應(yīng)的系數(shù)矩陣，然后所述系數(shù)矩陣被逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像用于輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集部件被用于根據(jù)所述控制信號(hào)，相應(yīng)于一個(gè)視野中的多疊層，透過(guò)顯微鏡來(lái)拍攝體液源圖像；所述中央控制和處理部件被用于將每個(gè)源圖像變換為圖像系數(shù)，以及從相應(yīng)于一個(gè)視野中所有的源圖像的圖像系數(shù)生成系數(shù)矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制和處理部件包含中央控制單元，用于相應(yīng)于一個(gè)視野中的多疊層拍攝發(fā)出體液源圖像控制信號(hào)； 瞬間分辨率收集單元，用于接收體液源圖像、收集源圖像的瞬間分辨率以及將它們保存在中央控制單元；所述中央控制單元還被用于，從相應(yīng)于一個(gè)視野中所有的源圖像的瞬間分辨率生成系數(shù)矩陣，并且將系數(shù)矩陣發(fā)送到逆變換單元；逆變換單元，用于將所述系數(shù)矩陣逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像，并且將所述圖像保存在所述中央控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制單元包含系統(tǒng)控制器，用于發(fā)出控制信號(hào)以便控制所述源圖像采集部件、所述瞬間分辨率收集單元以及所述逆變換單元的運(yùn)行；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)包括源圖像、系數(shù)矩陣和焦點(diǎn)融合的圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述瞬間分辨率收集單元包含 采樣電路，用于接收由所述源圖像收集部件所提供的單個(gè)的源圖像； 小波分解電路，用于對(duì)所述源圖像進(jìn)行小波分解；離散小波變換電路，用于將分解了的圖像變換成小波系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變換單元包含小波系數(shù)比較電路，用于從所述中央控制單元獲取系數(shù)矩陣，并且從中選擇在每個(gè)波長(zhǎng)級(jí)別的最大小波系數(shù)；緩沖存儲(chǔ)器單元，用于存儲(chǔ)所選的小波系數(shù)；離散小波逆變換單元，用于執(zhí)行離散小波逆變換，將所選的小波系數(shù)變換成焦點(diǎn)融合的圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述源圖像采集部件包含具有嵌入式液體透鏡的顯微鏡、液體透鏡驅(qū)動(dòng)器、遮光器、驅(qū)動(dòng)單元、傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器；其中，所述液體透鏡驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)所述控制信號(hào)來(lái)改變液體透鏡的焦距；所述驅(qū)動(dòng)單元用于按照所述控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述遮光器的抑制；所述傳感器用于，將在所述遮光器抑制之后所獲得的傳感信號(hào)傳送到所述A/D轉(zhuǎn)換器；所述A/D轉(zhuǎn)換器用于，在對(duì)所述傳感信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之后，將所采集的體液源圖像提供給所述中央控制和處理部件。
8.一種用于分析體液的圖像處理裝置，其特征在于，其包含中央控制單元，用于相應(yīng)于一個(gè)視野中的多疊層發(fā)出體液源圖像控制信號(hào)；瞬間分辨率收集單元，用于接收體液源圖像、收集源圖像的瞬間分辨率以及將它們存儲(chǔ)在所述中央控制單元；所述中央控制單元被進(jìn)一步用于，從相應(yīng)于一個(gè)視野中所有源圖像的所述瞬間分辨率生成系數(shù)矩陣，并且將系數(shù)矩陣發(fā)送到逆變換單元；所述逆變換單元，用于將所述系數(shù)矩陣逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像并且將圖像保存在所述中央控制單元。
9.一種用于分析體液的圖像處理方法，其特征在于，其包含A.相應(yīng)于一個(gè)視野中的多疊層拍攝，將體液源圖像控制信號(hào)發(fā)送給源圖像采集單元；B.接收由源圖像采集部件所提供的體液源圖像、將每個(gè)源圖像變換成圖像系數(shù)，并且從相應(yīng)于該視野中的所有源圖像的圖像系數(shù)生成系數(shù)矩陣；C.將所述系數(shù)矩陣逆變換成焦點(diǎn)融合的圖像用于輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，其還包含D.在執(zhí)行步驟C和步驟E之后，如果已經(jīng)處理完畢所有視野則發(fā)出同步信號(hào)，否則就對(duì)下一個(gè)視野執(zhí)行步驟A。E.將對(duì)于所有視野的焦點(diǎn)融合的圖像組合成最終圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，從每個(gè)源圖像到圖像系數(shù)的所述變換包含通過(guò)離散小波變換將每個(gè)源圖像變換成小波系數(shù)；從所述系數(shù)矩陣到焦點(diǎn)融合的圖像的所述逆變換包含從該系數(shù)矩陣中選擇對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)級(jí)別的最大小波系數(shù)；對(duì)所選的小波系數(shù)進(jìn)行離散小波逆變換，變換成焦點(diǎn)融合的圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述體液是尿液、血液、腦脊髓液、胸腔積液、腹水或者精液。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種體液分析系統(tǒng)，其包括用于將控制信號(hào)發(fā)送到源圖像采集部件的中央控制和處理部件；用于根據(jù)所述控制信號(hào)采集體液源圖像、并且用于發(fā)送所述源圖像給所述中央控制和處理部件的源圖像采集部件。所述中央控制和處理部件還被用于將源圖像變換為圖像系數(shù)和生成相應(yīng)的系數(shù)矩陣。然后將所述系數(shù)矩陣逆變換為用來(lái)輸出的焦點(diǎn)融合圖像。本發(fā)明還公開(kāi)了用于分析體液的圖像處理設(shè)備和方法。應(yīng)用本發(fā)明能夠降低目標(biāo)圖像遺漏或模糊的可能性，并且在一定程度上提高識(shí)別成功率，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的精確性。
文檔編號(hào)G02B21/36GK102472703SQ201080030162
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者X.X.董, Z.H.杜 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司