數字病理顯微掃描儀器

生物顯微成像技術在新藥研發、細胞生物學研究、組織病理分析、環境監測等領域均有重要應用。受到國外技術封鎖和專利限制，我國全自動、多功能生物顯微成像技術總體水平落後。應用水平較低。我公司配合的國家重大科學儀器設備開發專項項目，主要針對以上應用領域研製多維高分辨率數字化顯微成像與分析儀器。

該項目通過光機電一體化設計，在現有生物顯微鏡基礎上，增加高速切片裝載、連續掃描運動成像、自適應連續對焦、熒光多光譜分子影像等功能模塊，開發高分辨率全切片圖像採集、存儲、處理軟件系統，最終集成具有獨立自主知識產權高端科學儀器。本項目還將開發麵向疾病病理形態分析、腫瘤熒光標記分析、植物學研究的應用軟件。構建生物組織表征標準數據庫的基本框架，並將原理樣機用於骨髓切片、腫瘤病理切片等實際應用開發。    

該項目已實現托盤式批量病理切片自動裝載、線陣掃描顯微成像、自適應運動對焦、線性磁軸驅動XY掃描台、壓電陶瓷驅動納米級Z軸運動等關鍵技術，已研發集明場、熒光、高光譜顯微成像為一體的原理樣機。已開發超高分辨率全切片圖像的實時閱覽、智能標記軟件，已建立多個疾病病理數據庫，並開展基於深度學習的智能病理圖像分析與診斷研究。

 

 圖1 數字病理顯微掃描儀器

 

磁軸式微型直線電機的直線驅動顯微掃描台  

為了保障儀器線掃顯微成像的穩定可靠，我公司利用線磁軸直線驅動技術（磁軸式微型直線電機）開發了高精度顯微掃描台，位移分辨率0.1μm，重複定位精度0.4μm， 掃描速度400mm/s，解決了傳統絲杠步進驅動顯微掃描台運動不平穩及定位精度差的問題。XY兩軸的微型直線電機由於提交小巧，通過優化機械結構、提高加工精度和完善裝配流程，目前已開發的高精度顯微掃描台進一步降低了總體厚度，提高了運動精度。

圖2 線磁軸直線驅動顯微掃描台

 

數字病理信息管理系統

面向Gbytes級超大容量全切片數字病理圖像，開發數字病理信息管理系統，包括金字塔數據存儲、全切片圖像瀏覽、圖像標註與管理、圖像質量分析、病理輔助診斷分析、專家遠程會診等功能。    

圖3 數字病理信息管理系統

數字病理輔助診斷技術

隨着信息化技術的發展，為病理診斷髮展帶來革命性變化，數字化病理和遠程診斷已成為各國醫學診斷領域的重要發展趨勢。病理切片顯微掃描系統能夠對整張切片進行全信息、全方位掃描成像，將物理切片轉變為數字圖像，使得病理診斷進入大數據存儲、遠程在線閱片、專家資源共享時代。數字病理切片使得病理醫生可以全方位觀察切片上的每個細胞組織及亞細胞結構的細節，極大的提高了病理信息表征的形態精度。通過數字化病理輔助分析軟件可以隨時、隨地對相關病理案例進行綜合觀察，結合醫院的臨床資源與診療流程可以有效改善病理診斷服務的質量與效率。因此，數字病理輔助診斷技術在臨床疾病診斷決策中日益發揮着舉足輕重的作用。　

與傳統即費人力又費時的人工診斷相比，數字病理輔助診斷能夠提供更快速、可重複、更一致的圖像分析，不但大幅減輕了科研人員和臨床醫生的重複性勞動，而且能夠有效避免觀察者間的診斷差異。另一方面，數字病理輔助診斷可以提供可重複的、精確的疾病表征，不但能夠大大減少診斷偏差，而且為患者的個性化治療提供了可能，例如治療前後的疾病對比分析、潛在的預后治療方案和個性化的用藥策略等。

圖3 數字病理云平台

 

圖4 多尺度數字病理輔助診斷技術