一种自动包埋病理组织的方法及装置

1.本发明涉及病理科用病理组织包埋领域，具体涉及一种自动包埋病理组织的方法及装置。


背景技术：

2.在病理医疗领域，常常需要对可疑的病理组织进行切片处理后观察其病理图像中的细胞变化是否存在异常，以进行后续的诊断与治疗，从而便于及早的发现人体内的病变等。
3.常规病理技术中石蜡包埋是诸多操作环节中极为重要的关键技术。石蜡包埋技术是利用加热等使固体石蜡融化为液体，随后将其注入放好组织的包埋模具和包埋盒内，最后放置冷冻台上进行凝固成型。但是在包埋过程中多采用人工手动注液体石蜡进行包埋，在包埋过程中容易出现液体石蜡注入量的不均匀导致的组织脱落或是与包埋盒分离、液体石蜡成型后出现多处气泡组织导致无法切出合格的切片，同时由于长时间的重复性操作导致的疲劳使得组织放置位置不合理等。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提高石蜡包埋操作便利性，从而有效的解决人工重复操作过程中导致的失误。同时在增添包埋模具的传送线后，可以有效解决人工拿取不便的问题。
5.为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自动包埋病理组织的方法及装置。
6.为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种自动包埋病理组织的方法，包括以下具体步骤：s1、基于相机拍照识别，获取包埋模具、包埋盒和组织的参数；所述包埋模具的参数包括包埋模具的坐标参数；所述包埋盒的参数包括包埋盒的坐标参数；所述组织参数包括包埋盒内组织的图像、面积、体积以及坐标参数s2、根据包埋模具的参数，调取第一程序指令，并执行；s3、根据组织的参数，调取第二程序指令，并执行；s4、机械臂根据s3的程序指令将包埋盒中的组织夹取到包埋模具中；s5、机械臂更换夹头，夹取对应的包埋盒扣入包埋模具中，并将包埋模具夹取至液体石蜡注射处等待注射；s6、基于组织体积，结合标准注射液体石蜡体积，计算得到需注入的液体石蜡体积；s7、将需注入的液体石蜡体积信息发送至机械臂和石蜡注射口，向包埋模具中注射液体石蜡，并完成注射；s8、机械臂夹取包埋模具移动至冷冻台上进行石蜡固化。
7.作为本发明的进一步优选，所述第一程序指令和第二程序指令内均设置有se模块，即注意力模块。
8.作为本发明的进一步优选，所述第一程序指令和第二程序指令内均设置有se模块，即注意力模块。
9.作为本发明的进一步优选，所述第一程序指令包括：读取最前端包埋模具的坐标参数；夹取包埋模具至液体石蜡注射处，并接取液体石蜡；完成接取后，将包埋模具放置小冷冻台进行冷冻。
10.作为本发明的进一步优选，所述读取最前端包埋模具的坐标参数包括：利用最小面积函数和顶点坐标函数计算得到包埋模具外形、包埋模具外形的四个定点坐标、中心坐标、宽度、高度；计算得到包埋模具的中心位置坐标。
11.作为本发明的进一步优选，所述第一程序指令还包括：获取传送带端头的光电传感器信号；根据光电传感器信号，判断是否有物体遮挡，并执行控制程序；所述控制程序包括传送带停止运动和传送带正常运动。
12.作为本发明的进一步优选，所述第二程序指令包括：基于轮廓面积函数和绘制轮廓函数，结合识别的组织的面积、体积计算组织轮廓面积和体积，并保存；将组织轮廓最右侧坐标发送至机械臂。
13.作为本发明的进一步优选，所述第二程序指令内还包括图像处理模块和残差模块，所述根据识别的组织的面积、体积计算组织轮廓面积和体积包括：通过图像处理模块对相机拍照识别获得的图像进行剪裁处理，并获取完整的组织形态；通过图像处理模块进行预处理，获得图像内组织的轮廓以及组织的厚度；计算得到组织的体积。
14.一种自动包埋病理组织的装置，包括石蜡包埋装置、包埋模具运输传送装置以及组织包埋盒夹取装置；所述石蜡包埋装置、包埋模具运输传送装置设置于工作台上；所述石蜡包埋装置包括冷冻台、液体石蜡注射处、包埋盒储存区、包埋盒开盖区、组织存储盒以及小冷冻台；所述液体石蜡注射处包括液体石蜡注射机，所述液体石蜡注射机上安装有包埋模具自动进给装置；所述包埋模具运输传送装置包括送料单元、进给单元以及控制单元；所述送料单元包括振动盘、送料桶和传送带；通过前端的送料桶和振动盘，将包埋模具送至传送带上；所述传送带设置于冷冻台与液体石蜡注射处之间，所述传送带上设置有光电传感器；所述进给单元，用于前排包埋模具夹取结束后进行继续前进运输；所述控制单元，用于将光电传感器获取到的信息转为电信号传输给进给单元，从
而控制其他单元的运动；所述包埋盒开盖区和传送带上方设置有工业相机；所述组织包埋盒夹取装置包括机械臂。
15.本发明的有益之处在于：本发明通过光电传感器与步进电机的联合来控制传送带的运动，有效的提高包埋效率，光电传感器通过检测固定范围内是否存在遮挡物，从而向步进电机传送信号，进而控制电机是否工作。包埋模具生产线的不断间歇进给能够有利于机械臂对一定范围内的包埋模具进行夹取的工作，从而更有效的提高夹取包埋模具的效率。
16.本发明通过夹取包埋模具到小冷冻台、夹取组织到包埋模具内、夹取包埋盒扣入包埋内以及夹取包埋模具整体到石蜡注入口下注入适量液体石蜡，这些过程有效的解决了包埋过程中反复操作，大大取代传统人工的繁琐重复性操作，同时有效的保证了包埋过程中获得良好好的石蜡包埋组织，为后续的切片工作提供了良好的保证。
17.本发明减少了专业医疗人员的需求数量，在整个包埋过程中仅需将包埋盒放置在包埋盒开盖区处，后续则不需要人工干涉即可完成整个包埋操作，极大的简化了包埋流程，确保包埋后的组织在进行切片操作时能够获得较好的切面形态。
附图说明
18.图1是本发明的操作流程图；图2是包埋模具运输传送装置的结构示意图；图3是本发明结构布局示意图；图4是本发明装配示意图。
19.图中附图标记的含义：1、光电传感器；2、包埋模具；3、振动盘；4、步进电机；5、工业相机；6、传送带；7、工作台；8、冷冻时包埋盒；9、冷冻台；10、液体石蜡注射机；11、组织存储区；12、小冷冻台；13、包埋盒开盖区；14、机械臂,15、包埋盒储存区。
实施方式
20.以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例
21.结合图1-4，一种自动包埋病理组织的方法，包括以下具体步骤：s1、基于相机拍照识别，获取包埋模具、包埋盒和组织的参数；所述包埋模具的参数包括包埋模具的坐标参数。
22.通过位于传送带上方的工业相机进行拍照识别包埋模具的具体位置。
23.所述包埋盒的参数包括包埋盒的坐标参数。
24.组织参数包括包埋盒内组织的图像、面积、体积以及坐标参数。
25.通过位于包埋盒开盖区上方的工业相机，识别包埋盒的具体位置，识别包埋盒中的组织面积及体积大小。
26.s2、根据包埋模具的参数，调取第一程序指令，并执行。
27.通过位于传送带上方的工业相机进行拍照识别包埋模具的具体位置，随后调用第一部分的程序指令。
28.所述第一程序指令内设置有se模块，即注意力模块；所述第一程序指令中的se模块包括block，且在不增加整体的参数量的同时，通过block来学习到不同通道特征的重要程度；所述block由全连接层、池化层、relu激活函数以及sigmoid激活函数组成。
29.在该程序中增添se注意力机制，注意力机制是指注意力集中在图片中特定的部分，使对于包埋模具的选择注意力集中到靠前的包埋模具位置上。
30.添加的se模块主要包括由两个fc层，一个pool层，一个relu激活函数和一个sigmoid激活函数组成的block。
31.block学习到不同通道特征的重要程度，也不会过多增加整体的参数量。输入240*240*3的图像大小，经过global pooling处理后图像尺寸为1*1*3；经过fc层处理后通道数缩小为原图像的1/r，即图像大小为1*1*3/r；随后增添一个relu激活函数图像不改变；再次经过fc层处理后将通道数恢复到原来的数量，即1*1*3；随后添加一个sigmoid激活函数，图像经过se模块后的最终输出尺寸为1*1*3。
32.fc层为全连接层，用于输出最后特征图尺寸为1*1*c的过程。
33.pool层为池化层，用于缩小图像尺寸并保持特征通道数目不变的过程。
34.relu激活函数以及sigmoid激活函数
‑‑‑
这两个都是激活函数中的具体激活函数，用于防止最后输出的权重丢失的。
35.所述第一程序指令包括：读取最前端包埋模具的坐标参数。
36.所述读取最前端包埋模具的坐标参数包括：利用最小面积函数和顶点坐标函数计算得到包埋模具外形、包埋模具外形的四个定点坐标、中心坐标、宽度、高度；cv2中包括绘制轮廓函数drawcontours、轮廓面积函数contourarea、最小面积函数minarearect和顶点坐标函数boxpoints。
37.计算得到包埋模具的中心位置坐标。
38.在机械臂吸取包埋模具前，利用cv2中的相关函数求取最小外接矩形并获取最小外接矩形的四个定点坐标、中心坐标、宽度、高度，其中最小外接矩形四个点的坐标定义如下：（x1,y1）：左上角的点，四个坐标中横坐标最小的点；（x2,y2）：右上角的点，四个坐标中纵坐标最小的点；（x3,y3）：右下角的点，四个坐标中横坐标最大的点；（x4,y4）：左下角的点，四个坐标中纵坐标最大的点；得到对应四个点的坐标后，将宽（width）定义为（x1,y1）与（x2,y2），将高（height）定义为（x2,y2）与（x3,y3）。此时获取到包埋模具的中心位置坐标。
39.夹取包埋模具至液体石蜡注射处，并接取体积为v3的液体石蜡。
40.由注意力机制限制后的注意集中于包埋模具的最前端的包埋模具位置上，由左至右读取第一个包埋模具的坐标信息，通过给定小冷冻台相对与机械臂的坐标位置、液体石蜡注射处坐标位置和摄像机发送的包埋模具中心的相对位置，使得机械臂完成第一步的夹取工作，即将包埋模具夹取到液体石蜡注射处接取v3体积的液体石蜡后完成接取后，将包埋模具放置小冷冻台进行冷冻。
41.所述第一程序指令还包括：
获取传送带端头的光电传感器信号。
42.根据光电传感器信号，判断是否有物体遮挡，并执行控制程序。
43.所述控制程序包括传送带停止运动和传送带正常运动。
44.在传送带端头增加光电传感器，在传感器获取无物体遮挡时即进行信号发送，进一步使传送带向前运动；当光电传感器识别到遮挡物后立即停止信号的发送，此时传送带停止运动。
45.s3、根据组织的参数，调取第二程序指令，并执行；所述第二程序指令内设置有se模块；所述第二程序指令内还包括图像处理模块和残差模块。
46.所述第二程序指令包括：基于轮廓面积函数和绘制轮廓函数，结合识别的组织的面积、体积计算组织轮廓面积和体积v1，并保存体积v1。
47.通过图像处理模块对相机拍照识别获得的图像进行剪裁处理，并获取完整的组织形态；通过图像处理模块进行预处理，获得图像内组织的轮廓以及组织的厚度；计算得到组织的体积。
48.在图像处理模块中，首先在输入端中获取输入图像后对图像进行剪裁操作，进而获取目标组织的完整内容；其次通过图像预处理，获取到图像内组织的轮廓信息以及组织的厚度尺寸，同时在网络中加入se模块，防止在计算过程中发生梯度消失的情况；最后调用利用面积、体积函数计算组织的体积大小。
49.将组织轮廓最右侧坐标发送至机械臂。
50.s4、机械臂根据s3的程序指令将包埋盒中的组织夹取到包埋模具中。
51.s5、机械臂更换夹头，夹取对应的包埋盒扣入包埋模具中，并将包埋模具夹取至液体石蜡注射处等待注射。
52.位于包埋盒开盖区的上方的摄像机通过实时拍照，同时也向机械臂发送陈列的包埋盒的位置信息，顺序为从左至右、从上至下依次发送位置信息。
53.将夹取组织的夹头利用气压阀更换成夹取包埋的夹头，并将包埋盒扣入包埋模具内。
54.s6、基于组织体积v1，结合标准注射液体石蜡体积v，计算得到需注入的液体石蜡体积v2。
55.s7、将需注入的液体石蜡体积信息发送至机械臂和石蜡注射口，向包埋模具中注射液体石蜡，并完成注射。
56.s8、机械臂夹取包埋模具移动至冷冻台上进行石蜡固化。
实施例
57.结合图2-4，一种自动包埋病理组织的装置，包括石蜡包埋装置、包埋模具运输传送装置以及组织包埋盒夹取装置。
58.所述石蜡包埋装置、包埋模具运输传送装置设置于工作台7上。
59.所述石蜡包埋装置包括冷冻台9、液体石蜡注射处、包埋盒储存区、包埋盒开盖区13、组织存储区11以及小冷冻台12；所述液体石蜡注射处包括液体石蜡注射机10。
60.组织存储区11用于存储组织；包埋盒储存区15用于存储包埋盒；包埋盒开盖区13用于存储待测的包埋盒和组织，其中组织放置于包埋盒内。
61.所述包埋模具运输传送装置包括送料单元、进给单元以及控制单元；所述送料单元包括振动盘3、送料桶和传送带6；通过前端的送料桶和振动盘3，将包埋模具2送至传送带6上。
62.所述传送带6设置于冷冻台9与液体石蜡注射处之间，所述传送带6上设置有光电传感器1；步进电机4带动传送带6运行。
63.所述进给单元，用于前排包埋模具2夹取结束后进行继续前进运输。
64.所述控制单元，用于将光电传感器1获取到的信息转为电信号传输给进给单元，从而控制其他单元的运动。
65.包埋盒开盖区和传送带6上方设置有工业相机5。
66.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种自动包埋病理组织的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：s1、基于相机拍照识别，获取包埋模具、包埋盒和组织的参数；所述包埋模具的参数包括包埋模具的坐标参数；所述包埋盒的参数包括包埋盒的坐标参数；所述组织参数包括包埋盒内组织的图像、面积、体积以及坐标参数；s2、根据包埋模具的参数，调取第一程序指令，并执行；s3、根据组织的参数，调取第二程序指令，并执行；s4、机械臂根据s3的程序指令将包埋盒中的组织夹取到包埋模具中；s5、机械臂更换夹头，夹取对应的包埋盒扣入包埋模具中，并将包埋模具夹取至液体石蜡注射处等待注射；s6、基于组织体积，结合标准注射液体石蜡体积，计算得到需注入的液体石蜡体积；s7、将需注入的液体石蜡体积信息发送至机械臂和石蜡注射口，向包埋模具中注射液体石蜡，并完成注射；s8、机械臂夹取包埋模具移动至冷冻台上进行石蜡固化。2.根据权利要求1所述的一种自动包埋病理组织的方法，其特征在于，所述第一程序指令和第二程序指令内均设置有se模块，即注意力模块。3.根据权利要求2所述的一种自动包埋病理组织的方法，其特征在于，所述第一程序指令中的se模块的主要结构由全连接层、池化层、relu激活函数以及sigmoid激活函数组成。4.根据权利要求2所述的一种自动包埋病理组织的方法，其特征在于，所述第一程序指令包括：读取最前端包埋模具的坐标参数；夹取包埋模具至液体石蜡注射处，并接取液体石蜡；完成接取后，将包埋模具放置小冷冻台进行冷冻。5.根据权利要求2所述的一种自动包埋病理组织的方法，其特征在于，所述读取最前端包埋模具的坐标参数包括：利用最小面积函数和顶点坐标函数计算得到包埋模具外形、包埋模具外形的四个定点坐标、中心坐标、宽度、高度；计算得到包埋模具的中心位置坐标。6.根据权利要求2所述的一种自动包埋病理组织的方法，其特征在于，所述第一程序指令还包括：获取传送带端头的光电传感器信号；根据光电传感器信号，判断是否有物体遮挡，并执行控制程序；所述控制程序包括传送带停止运动和传送带正常运动。7.根据权利要求2所述的一种自动包埋病理组织的方法，其特征在于，所述第二程序指令包括：基于轮廓面积函数和绘制轮廓函数，结合识别的组织的面积、体积计算组织轮廓面积和体积，并保存；将组织轮廓最右侧坐标发送至机械臂。8.根据权利要求7所述的一种自动包埋病理组织的方法，其特征在于，所述第二程序指
令内还包括图像处理模块和残差模块，所述根据识别的组织的面积、体积计算组织轮廓面积和体积包括：通过图像处理模块对相机拍照识别获得的图像进行剪裁处理，并获取完整的组织形态；通过图像处理模块进行预处理，获得图像内组织的轮廓以及组织的厚度；计算得到组织的体积。9.一种自动包埋病理组织的装置，其特征在于，包括石蜡包埋装置、包埋模具运输传送装置以及组织包埋盒夹取装置；所述石蜡包埋装置、包埋模具运输传送装置设置于工作台上；所述石蜡包埋装置包括冷冻台、液体石蜡注射处、包埋盒储存区、包埋盒开盖区、组织存储盒以及小冷冻台；所述液体石蜡注射处包括液体石蜡注射机，所述包埋模具运输传送装置包括送料单元、进给单元以及控制单元；所述送料单元包括振动盘、送料桶和传送带；通过前端的送料桶和振动盘，将包埋模具送至传送带上；所述传送带设置于冷冻台与液体石蜡注射处之间，所述传送带上设置有光电传感器；所述进给单元，用于前排包埋模具夹取结束后进行继续前进运输；所述控制单元，用于将光电传感器获取到的信息转为电信号传输给进给单元，从而控制其他单元的运动；所述包埋盒开盖区和传送带上方设置有工业相机；所述组织包埋盒夹取装置包括机械臂。

技术总结
本发明公开了一种自动包埋病理组织的方法，包括以下具体步骤：S1、基于相机拍照识别，获取包埋模具、包埋盒和组织的参数；所述包埋模具的参数包括包埋模具的坐标参数；所述包埋盒的参数包括包埋盒的坐标参数；组织参数包括包埋盒内组织的图像、面积、体积以及坐标参数；S2、根据包埋模具的参数，调取第一程序指令，并执行；S3、根据组织的参数，调取第二程序指令，并执行；S4、机械臂根据S3的程序指令将包埋盒中的组织夹取到包埋模具中；相比现有技术，本发明减少了操作人员的需求数量，不需要人工干涉即可完成整个包埋操作，极大的简化了包埋流程，确保包埋后的组织在进行切片操作时能够获得较好的切面形态。得较好的切面形态。得较好的切面形态。


技术研发人员：贾子彦 张文悦 李青 张大川 陈星月 潘玲佼 姚克明 诸一琦 俞洋 陶为戈 薛波 张雷 王玉 刘晓杰
受保护的技术使用者：江苏理工学院
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/12