一种基于图像识别定位的组织芯片制芯系统及制芯方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像识别定位的组织芯片制芯系统及其制芯方法，该制芯系统包括切割系统和计算机控制系统；切割系统包括数控切割机、XYZ轴平动工作台、360度旋转转台、受体蜡块架、冷冻台和图像识别定位模块；通过制芯系统制芯的过程为：放样、样品位置识别、组织样品图像采集、组织样品图像处理、切割参数的设定、切割组织样品、组织芯信息识别及存储，即得信息具有可追溯性的组织芯；该方法通过视觉识别获取取芯区域，具有自动化程度高，工作效率高的特点，通过线切割切割组织样品有效地减小组织损伤，提高取芯效率和成功率；建立数据库对组织芯的信息进行管理，便于后续的查询使用。

A tissue chip core making system and core making method based on image recognition and location

The invention discloses a tissue chip core-making system based on image recognition and positioning and a core-making method thereof. The core-making system comprises a cutting system and a computer control system; the cutting system comprises a CNC cutting machine, an XYZ axis translational worktable, a 360-degree rotating table, a wax acceptor frame, a freezing table and an image recognition and positioning module. The core-making process of the core-making system is as follows: lofting, sample position identification, tissue sample image collection, tissue sample image processing, cutting parameters setting, cutting tissue sample, tissue core information identification and storage, that is to say, the tissue core with traceable information is obtained; the method obtains the core-taking area by visual identification, with the core-taking area. With the characteristics of high automation and high work efficiency, the damage of tissue can be effectively reduced and the efficiency and success rate of coring can be improved by WEDM, and the information of tissue core can be managed by establishing database, which is convenient for subsequent inquiry and use.

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像识别定位的组织芯片制芯系统及制芯方法
本专利技术涉及一种指芯系统及制芯方法，特别涉及一种通过图像识别定位的组织芯片制芯系统及利用制芯系统制芯的方法，属于生物和医学器械

技术介绍
组织阵列，也称组织微阵列(TMAS)，即在一个单一的受体块(接收块)或石蜡块上放有多个不同的组织样本。用切片机将受体块(接收块)按通常方法进行切片，得到标本。组织微阵列技术是一项重大的实验技术革新，临床病理学家和生物学家利用阵列生物组织和病理标本的切片进行分析，获得高通量生物组织和病理标本状况及变化的关键信息。组织阵列制作过程中需要使用中空的取样针从各种组织或样本块，冲压制备组织芯，逐一修整组织芯后，再将组织芯按既定顺序放置在同一个受体块里。制备多样本组织阵列时，取样和组织芯修整等重复性操作非常费时费力。目前市场上常用的组织芯片制备系统和方法仍存在如下问题：首先，目前的组织芯片制备采用取样针进行取样，如：中国技术申请号：201620069234.6；授权公告号：CN205317515U中取样针取样以按压环转方式取样，尽管对供体组织块或蜡块影响较小，但难以保证所取组织芯的完整性，制备的蜡芯中组织压缩、变形、断裂等问题严重；此外，取样针所取样深度不易控制，尽管现有机械取样装置能精确控制穿刺深度，但对于较薄的样品取样时，可能导致蜡芯前端为空白蜡芯，因此制备的组织芯片中组织芯不位于同一平面，切片后的芯片阵列出现空位点，降低了芯片制备效率和成品率。其次，如中国专利技术，申请号：201310396643.8；申请公布号：CN103439163A采用的活版式组织芯片制备仪器及方法中的蜡模置入蜡芯过程中需要人工操作，仍然没有实现完全的自动化并且精确度也难以保证；同时该专利技术中蜡芯寻址的结果需要手工编码和记录，效率低下的同时也难以保证准确性。最后，极少数带有图像识别自动化组织芯片制备仪器问世，然而全部是用于针型取样机的，并且其自带的单一的二维图像识别监控系统无法完全控制线切割的取芯，只能从蜡块的上部选择取样的区域，不能从侧面选择取样深度，容易出现空白蜡芯，最终无法兼顾自动化程度和取芯质量。
技术实现思路
针对现有的组织阵列的制作技术存在的缺陷，本专利技术的目的是在于提供一种基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，该制芯系统自动化程度高，视觉识别定位精准、识别速率快，对样品组织损伤小，取芯效率和成品率较高，且可针对制备的组织芯的信息建立数据库进行管理，提高组织芯的信息的完整性和可追溯性。本专利技术的另一个目的是在于提供所述制芯系统制芯的方法，该方法制芯效率高，成品率高，特别适用于多样本组织阵列的制备。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，其包括切割系统和计算机控制系统；所述切割系统包括数控切割机、XYZ轴平动工作台、360度旋转转台、冷冻台、受体蜡块架和图像识别定位模块；所述数控切割机包括切割机工作台和切割器，所述切割机工作台上安装有XYZ轴平动工作台，所述受体蜡块架设置在XYZ轴平动工作台上，所述XYZ轴平动工作台上设有360度旋转转台，所述360度旋转转台上设有冷冻台，所述受体蜡块架设置在冷冻台上，所述切割器设置在冷冻台上方；所述图像识别定位模块包括线阵CCDa和线阵CCDb，线阵CCDa设置在冷冻台上方，用于识别和采集X-Y平面的图形，线阵CCDb设置在360度旋转转台侧部，用于识别和采集Z轴方向的图形，线阵CCDa和线阵CCDb均与计算机控制系统连接。优选的方案，所述数控切割机为数控金刚石线切割机或数控光纤激光切割机。数控切割机用于切割受体蜡块的样品组织获得蜡芯；优选为数控金刚石线切割机。选择合适的数控切割机对样品组织损伤小、切割快速精准，更有利于切割受体蜡块的样品组织。优选的方案，所述XYZ轴平动工作台由上往下依次为X轴平动工作台、Y轴平动工作台和Z轴平动工作台。XYZ轴平动工作台可以控制放置样品的受体蜡块的受体蜡块架在三维空间内自由移动。较优选的方案，X轴平动工作台和Y轴平动工作台之间设有X轴滑动装置。主要控制放置样品的受体蜡块的受体蜡块架在X轴方向平动。较优选的方案，Y轴平动工作台和Z轴平动工作台之间设有Y轴滑动装置。主要控制放置样品的受体蜡块的受体蜡块架在Y轴方向平动。较优选的方案，Z轴平动工作台在下部设有升降螺柱。主要控制放置样品受体蜡块的受体蜡块架在Z轴方向上下移动。较优选的方案，X轴平动工作台侧面设有X轴步进电机，Y轴平动工作台侧面设有Y轴步进电机，Z轴平动工作台底部设有Z轴步进电机。X轴步进电机与X轴平动工作台通过螺杆连接，X轴步进电机带动螺杆转动，驱动X轴平动工作台沿X轴平动。Y轴步进电机与Y轴平动工作台通过螺杆连接，Y轴步进电机带动螺杆转动，驱动Y轴平动工作台沿Y轴平动。Z轴步进电机带动升降螺柱转动驱动Z轴平动工作台沿Z轴平动。较优选的方案，X轴步进电机和Y轴步进电机分别控制X轴滑动装置和Y轴滑动装置，用于驱动X轴平动工作台和Y轴平动工作台在X-Y平面内任意角度平动。较优选的方案，Z轴步进电机通过控制升降螺柱驱动Z轴平动工作台沿Z轴方向上下移动。较优选的方案，X轴、Y轴和Z轴的行程范围均为-100mm～100mm。整个XYZ轴平动工作台可以控制放置样品的受体蜡块在边长为200mm的立方三维空间内可以任意移动。进一步优选的方案，所述X轴滑动装置或Y轴滑动装置为滑台、导轨和滚珠丝杆套装组合。在滑台与导轨之间安装滚珠丝杆，将滑台与导轨的轴承由滑动转化为滚动，能精确控制滑台与导轨之间的相对移动距离。进一步优选的方案，所述X轴滑动装置的滑台设置在X轴平动工作台底部，X轴滑动装置的导轨设置在Y轴平动工作台顶部，X轴滑动装置的滑台和导轨之间设有滚珠丝杆。进一步优选的方案，所述Y轴滑动装置的滑台设置在Z轴平动工作台底部，Y轴滑动装置的导轨设置在Z轴平动工作台顶部，Y轴滑动装置的滑台和导轨之间设有滚珠丝杆。进一步优选的方案，X轴平动工作台和Y轴平动工作台的滑台上均设置有光栅尺及编码器。计算机控制系统可以通过光栅尺和编码器对XYZ轴平动工作台的运动精确定位。进一步优选的方案，Z轴平动工作台的升降螺柱上设置有光栅尺及编码器。优选的方案，所述冷冻台为圆形板状结构，半径大小与360度旋转转台截面半径大小相同，所述冷冻台通过螺钉固定于360度旋转转台上。优选的方案，所述360度旋转转台为圆柱形结构，其包括上部旋转转台和下部旋转转台，下部旋转转台固定在XYZ轴平动工作台上，上部旋转转台与下部旋转转台之间活动连接，上部旋转转台相对下部旋转转台可以在360°角度内任意转动。设置有360度旋转转台，使得受体蜡块架可以实现环轴运动，为切割不同形状、不同尺寸的蜡芯奠定了基础。较优选的方案，所述360度旋转转台在上部旋转转台和下部旋转转台侧壁均设有角度刻度，上部旋转转台侧壁设有控制其转动和固定的操作手柄，下部旋转转台通过螺丝固定在XYZ轴平动工作台上。通过操作手柄可以手动操作上部旋转转台相对下部旋转转台转动，对放置在360度旋转转台在上的样本组织位置进行粗调。下部旋转转台通过螺丝固定方便拆卸。优选的方案，所述受体蜡块架在每个放置受体蜡块的外框上四角均设有供图像识别定位模块识别定位的特征图像。图像识别定位模块主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，其特征在于：包括切割系统和计算机控制系统；所述切割系统包括数控切割机、XYZ轴平动工作台、360度旋转转台、冷冻台、受体蜡块架和图像识别定位模块；所述数控切割机包括切割机工作台和切割器，所述切割机工作台上安装有XYZ轴平动工作台，所述受体蜡块架设置在XYZ轴平动工作台上，所述XYZ轴平动工作台上设有360度旋转转台，所述360度旋转转台上设有冷冻台，所述受体蜡块架设置在冷冻台上，所述切割器设置在冷冻台上方；所述图像识别定位模块包括线阵CCDa和线阵CCDb，线阵CCDa设置在冷冻台上方，用于识别和采集X‑Y平面的图形，线阵CCDb设置在360度旋转转台侧部，用于识别和采集Z轴方向的图形，线阵CCDa和线阵CCDb均与计算机控制系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，其特征在于：包括切割系统和计算机控制系统；所述切割系统包括数控切割机、XYZ轴平动工作台、360度旋转转台、冷冻台、受体蜡块架和图像识别定位模块；所述数控切割机包括切割机工作台和切割器，所述切割机工作台上安装有XYZ轴平动工作台，所述受体蜡块架设置在XYZ轴平动工作台上，所述XYZ轴平动工作台上设有360度旋转转台，所述360度旋转转台上设有冷冻台，所述受体蜡块架设置在冷冻台上，所述切割器设置在冷冻台上方；所述图像识别定位模块包括线阵CCDa和线阵CCDb，线阵CCDa设置在冷冻台上方，用于识别和采集X-Y平面的图形，线阵CCDb设置在360度旋转转台侧部，用于识别和采集Z轴方向的图形，线阵CCDa和线阵CCDb均与计算机控制系统连接。2.根据权利要求1所述的基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，其特征在于：所述数控切割机为数控金刚石线切割机或数控光纤激光切割机。3.根据权利要求1所述的基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，其特征在于：所述XYZ轴平动工作台由上往下依次为X轴平动工作台、Y轴平动工作台和Z轴平动工作台。4.根据权利要求3所述的基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，其特征在于：X轴平动工作台和Y轴平动工作台之间设有X轴滑动装置，Y轴平动工作台和Z轴平动工作台之间设有Y轴滑动装置，Z轴平动工作台在下部设有升降螺柱；X轴平动工作台侧面设有X轴步进电机，Y轴平动工作台侧面设有Y轴步进电机，Z轴平动工作台底部设有Z轴步进电机；X轴步进电机和Y轴步进电机分别控制X轴滑动装置和Y轴滑动装置，用于驱动X轴平动工作台和Y轴平动工作台在X-Y平面内任意角度平动；Z轴步进电机通过控制升降螺柱驱动Z轴平动工作台沿Z轴方向上下移动。5.根据权利要求4所述的基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，其特征在于：X轴、Y轴和Z轴的行程范围均为-100mm～100mm。6.根据权利要求4所述的基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，其特征在于：所述X轴滑动装置或Y轴滑动装置为滑台、导轨和滚珠丝杆套装组合；所述X轴滑动装置的滑台设置在X轴平动工作台底部，X轴滑动装置的导轨设置在Y轴平动工作台顶部，X轴滑动装置的滑台和导轨之间设有滚珠丝杆；所述Y轴滑动装置的滑台设置在Z轴平动工作台底部，Y轴滑动装置的导轨设置在Z轴平动工作台顶部，Y轴滑动装置的滑台和导轨之间设有滚珠丝杆。7.根据权利要求6所述的基于图像识别定位的组织芯片制芯系统，其特征在于：X轴平动工作台和Y轴平动工作台的滑台上均设置有光栅尺及编码器。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，王臻，郭克华，康健，宋相志，肖哲鹏，李卓钰，龙可欣，黄利华，郭怡辰，申朝阳，
申请(专利权)人：中南大学湘雅三医院，
类型：发明
国别省市：湖南,43