[发明专利]一种抗干扰的三维虚拟切片的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟显微镜技术，具体地说是指一种抗干扰的三维虚拟切片的制作方法，尤其适用于自动显微镜对全切片的三维扫描、拼接、存储和浏览。 

背景技术

通过全自动显微镜对z轴的控制，可以将多个聚焦平面的视场图像组成一个多焦面三维图像序列。通过全自动显微镜对x、y轴的控制可以将多个显微镜视场图像拼接成一幅大图。更进一步，通过全自动显微镜对x、y、z轴的控制可以将多个聚焦平面和多个显微镜视场图像拼接成多聚焦平面的大图，形成一个具有各个焦面的多焦面三维拼接大图。通过对多焦面三维拼接大图来扩大观察的范围能够完整地在计算机上模拟复现显微镜x、y、z轴操作，得到在显微镜下观察的相同效果。这种扩展不光克服了显微镜的有限视场观察的局限性，而且从根本上克服了常规虚拟切片不能观察显微镜的不同焦面，从而制作的三维虚拟切片能够完全替代常规显微镜的所有功能，是提升显微镜应用的有效方法。 

采集三维虚拟切片的典型方法是在每一个聚焦平面，在设定的聚焦位置上采集一个全切片的二维虚拟切片，二维虚拟切片在各个聚焦层面的结合从而组成一个三维虚拟切片。但目前由于各种局限性，如全自动显微镜机械精度问题，环境扰动，x、y轴移动震动等，使捕获的各视场的图像z位置会有一定程度的上下错位，且误差随机，这样采集的每一个聚焦平面的二维虚拟切片中的各个视场子图像有可能不是在一个聚焦平面上。特别是在高倍物镜下扫描非常明显。如在40X下需要至少0.5个微米的扫描分辨率，但上下错位有可能高达1-5个微米。因此必须对图像之间的相对z位置进行调整才能获得连续平滑的聚焦平面的拼接图像。 

一般来说，全自动显微图像三维扫描拼接具有以下问题需要解决：一，切片不平整和切片上的组织高低不平，完全按绝对聚焦平面扫描有可能造成太多的焦面层数，否则会导致组织的某些聚焦平面部位在焦面层数之外漏掉。二，扫描扰动，在扫描过程中全自动显微镜机械精度问题，环境扰动，x、y轴移动震动会使各视场的图像z位置会有一定程度 的上下错位。 

发明内容

本发明提供一种抗干扰的三维虚拟切片的制作方法，其主要目的在于克服现有全自动显微图像三维扫描拼接技术受切片本身不平整和切片上的组织高低不平、全自动显微镜机械精度、环境扰动等因素影响，难以形成连续平滑、清晰的虚拟切片图像的缺点。 

本发明采用如下技术方案：一种抗干扰的三维虚拟切片的制作方法，包括：用计算机建模的方法得到整个切片的表面数学模型，利用此数学模型估计出每个视场图像z轴的大致位置；采用显微镜的自动聚焦算法精确得到每个视场图像的最佳聚焦位置，以此最佳聚焦位置作为三维平面的参考面；其余各z轴视场图像根据参考面依次排列得到三维聚焦平面图像序列，制作出最终的三维虚拟切片。 

前述一种抗干扰的三维虚拟切片的制作方法，其特征在于进一步包括：1)建立切片组织表面数学模型：通过全自动显微镜在低倍下快速扫描一个切片的全图，通过计算机识别的方法找到切片上的组织部分及分布，在有组织的部分均匀选取若干个控制点，通过全自动显微镜依次在扫描倍数下自动聚焦这些点，得到其聚焦位置的x、y、z值，用这些点建立一个切片组织表面上的x、y、z的二阶以上的非线性数学模型；2)对切片进行扫描，得到切片的三维数据：控制显微镜载物台，按照预设的重叠率逐一遍历x、y轴拼接范围内的所有视野位置和每个位置的若干个不同焦面的视场图像，到达一个新的位置后，按照建立的切片组织表面数学模型计算出当前x、y轴位置对应的z轴估计值，以z轴估计值为中心按预设的聚焦层数和间隔依次移动采集z轴各层的图像，将捕获每个视场里每个层面的图像保存；3)制作多焦面的三维虚拟切片：依次评估每个视场中的每个层面的图像，得到每个视场中的最佳聚焦的图像层面，以此最佳聚焦的图像层面作为对应视场的聚焦中心位置，该图像作为对应视场的聚焦中心参考图像，将所有聚焦中心参考图拼接成一个大的二维虚拟切片图像，以每个视场中的聚焦中心位置为参考点，依次向上和向下取出对应位置的图像，按聚焦中心参考图拼接图像的拼接参数拼接各聚焦位置的二维虚拟切片，将拼接的各个二维虚拟切片图按相对应于聚焦中心参考位置组合成一个三维虚拟切片。