数字病理显微扫描仪器

生物显微成像技术在新药研发、细胞生物学研究、组织病理分析、环境监测等领域均有重要应用。受到国外技术封锁和专利限制，我国全自动、多功能生物显微成像技术总体水平落后。应用水平较低。我公司配合的国家重大科学仪器设备开发专项项目，主要针对以上应用领域研制多维高分辨率数字化显微成像与分析仪器。

该项目通过光机电一体化设计，在现有生物显微镜基础上，增加高速切片装载、连续扫描运动成像、自适应连续对焦、荧光多光谱分子影像等功能模块，开发高分辨率全切片图像采集、存储、处理软件系统，最终集成具有独立自主知识产权高端科学仪器。本项目还将开发面向疾病病理形态分析、肿瘤荧光标记分析、植物学研究的应用软件。构建生物组织表征标准数据库的基本框架，并将原理样机用于骨髓切片、肿瘤病理切片等实际应用开发。    

该项目已实现托盘式批量病理切片自动装载、线阵扫描显微成像、自适应运动对焦、线性磁轴驱动XY扫描台、压电陶瓷驱动纳米级Z轴运动等关键技术，已研发集明场、荧光、高光谱显微成像为一体的原理样机。已开发超高分辨率全切片图像的实时阅览、智能标记软件，已建立多个疾病病理数据库，并开展基于深度学习的智能病理图像分析与诊断研究。

 

 图1 数字病理显微扫描仪器

 

磁轴式微型直线电机的直线驱动显微扫描台  

为了保障仪器线扫显微成像的稳定可靠，我公司利用线磁轴直线驱动技术（磁轴式微型直线电机）开发了高精度显微扫描台，位移分辨率0.1μm，重复定位精度0.4μm， 扫描速度400mm/s，解决了传统丝杠步进驱动显微扫描台运动不平稳及定位精度差的问题。XY两轴的微型直线电机由于提交小巧，通过优化机械结构、提高加工精度和完善装配流程，目前已开发的高精度显微扫描台进一步降低了总体厚度，提高了运动精度。

图2 线磁轴直线驱动显微扫描台

 

数字病理信息管理系统

面向Gbytes级超大容量全切片数字病理图像，开发数字病理信息管理系统，包括金字塔数据存储、全切片图像浏览、图像标注与管理、图像质量分析、病理辅助诊断分析、专家远程会诊等功能。    

图3 数字病理信息管理系统

数字病理辅助诊断技术

随着信息化技术的发展，为病理诊断发展带来革命性变化，数字化病理和远程诊断已成为各国医学诊断领域的重要发展趋势。病理切片显微扫描系统能够对整张切片进行全信息、全方位扫描成像，将物理切片转变为数字图像，使得病理诊断进入大数据存储、远程在线阅片、专家资源共享时代。数字病理切片使得病理医生可以全方位观察切片上的每个细胞组织及亚细胞结构的细节，极大的提高了病理信息表征的形态精度。通过数字化病理辅助分析软件可以随时、随地对相关病理案例进行综合观察，结合医院的临床资源与诊疗流程可以有效改善病理诊断服务的质量与效率。因此，数字病理辅助诊断技术在临床疾病诊断决策中日益发挥着举足轻重的作用。　

与传统即费人力又费时的人工诊断相比，数字病理辅助诊断能够提供更快速、可重复、更一致的图像分析，不但大幅减轻了科研人员和临床医生的重复性劳动，而且能够有效避免观察者间的诊断差异。另一方面，数字病理辅助诊断可以提供可重复的、精确的疾病表征，不但能够大大减少诊断偏差，而且为患者的个性化治疗提供了可能，例如治疗前后的疾病对比分析、潜在的预后治疗方案和个性化的用药策略等。

图3 数字病理云平台

 

图4 多尺度数字病理辅助诊断技术