在國(guó)家自然科學(xué)基金、863計(jì)劃的資助下,面向生物醫(yī)學(xué)工程的微操作機(jī)器人系統(tǒng),在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、顯微圖像處理與深度辨識(shí)、超微量定量注射等方面取得了數(shù)項(xiàng)原創(chuàng)性研究成果,獲天津市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)和國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。該系統(tǒng)中的相關(guān)技術(shù)獲得多項(xiàng)專利成果,ZL200510016296.7:基于顯微圖像處理的微操作工具深度信息提取方法及裝置,Z1200410018840.7:微量注射自動(dòng)控制統(tǒng),ZL031299245:全數(shù)字細(xì)分型高精度步進(jìn)電機(jī)控制器,zL97121702.5:用于生物醫(yī)學(xué)工程的微操作機(jī)器人.

    在國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目資助下,該微操作機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入生命科學(xué)領(lǐng)域的示范性應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化階段,主要應(yīng)用領(lǐng)域包括顯微注射、顯微切割、病理分析等。

    基于微操作機(jī)器人的數(shù)字切片掃描系統(tǒng),是針對(duì)生物醫(yī)學(xué)切片數(shù)字化這一應(yīng)用目標(biāo)所構(gòu)建的自動(dòng)化微操作系統(tǒng)。通過掃描拼接的方式,將物理切片掃描生成數(shù)字圖像,可獲得原始切片在各種倍數(shù)物鏡下的所有信息,通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和操作,模擬真實(shí)顯微鏡下的觀察過程。數(shù)字切片突破了顯微鏡視野范圍限制,使用戶以更全面地觀察切片而不丟失細(xì)節(jié);易于檢索和快速瀏覽;便于存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)信息交流,特別適合于醫(yī)學(xué)的遠(yuǎn)程診斷和會(huì)診,以及實(shí)驗(yàn)教學(xué);可整合資源、節(jié)省資金,對(duì)于一些難以取得的切片,可通過數(shù)字化實(shí)現(xiàn)共享,而不用擔(dān)心由于切片破碎、褪色造成的問題。

    該系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)包括:

    微米級(jí)運(yùn)動(dòng)精度的手自一體的電控顯微鏡載物平臺(tái);

    高度并行的數(shù)字切片掃描策略,20分鐘內(nèi)完成1厘米x1厘米大小的數(shù)字切片生成;

    海量影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索策略,可實(shí)現(xiàn)切片的平滑瀏覽、無級(jí)放縮;

    便捷、高效、友好的操作模式設(shè)計(jì),系統(tǒng)具有很強(qiáng)的易用性

    該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo):

    1.電動(dòng)載物平臺(tái)規(guī)格參數(shù):

      行程:86mmx86mm

      重復(fù)定位精度:±2um

      最小步距:10um

      最大運(yùn)動(dòng)速度:2000um/s

      最小運(yùn)動(dòng)速度:1.4um/s

      平整度:5um

      測(cè)角精度:±2arc/s

   2.數(shù)字切片掃描軟件性能及特點(diǎn):

      采用連通區(qū)域優(yōu)先的融合軌跡規(guī)劃算法,圖像融合效果佳;

      攝像參數(shù)靈活可控,白平衡、曝光、對(duì)焦,可采用軟件托管的自動(dòng)控制同時(shí)支持手動(dòng)設(shè)置;

      支持預(yù)設(shè)攝像參數(shù),并可按物鏡倍數(shù)進(jìn)行分組預(yù)設(shè),更換物鏡后,可直接調(diào)用相應(yīng)的預(yù)設(shè)參數(shù);

      精確控制微動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)定位,重復(fù)定位精度達(dá)到±2μm;

   3.數(shù)字切片瀏覽軟件性能及特點(diǎn):

      可對(duì)超大圖像進(jìn)行快速加載,并可流暢瀏覽數(shù)字切片。

      可拖動(dòng)瀏覽,可使圖像跟隨鼠標(biāo)移動(dòng);

      實(shí)時(shí)標(biāo)記局部圖像的相對(duì)位置,實(shí)現(xiàn)縮略圖輔助定位;

      圖像逐級(jí)放縮,不損失畫質(zhì);

      可對(duì)自選的局部標(biāo)定區(qū)域進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量精度±0.3μm;

    物理切片的數(shù)字化,開啟了針對(duì)病理信息數(shù)字化處理的大門,借助于顯微圖蒙處理技術(shù),可以廣泛地應(yīng)用在病理分析、遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷、科研教學(xué)等諸多以切片為研究目標(biāo)的在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

    我國(guó),隨著數(shù)字化切片在醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)領(lǐng)域的日益普及,顯微切片自動(dòng)掃描系統(tǒng)的需求量將逐年擴(kuò)大。目前,該系統(tǒng)樣機(jī)已經(jīng)研制成功,正在進(jìn)入市場(chǎng)營(yíng)銷階段。國(guó)內(nèi)外物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域同類產(chǎn)品,主要面向大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)和研究所,一般價(jià)格都在40萬(wàn)元人民幣以上。基于微操作機(jī)器人的數(shù)字切片掃描系統(tǒng),由于具有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),可以大幅度降低成本,有效打開中低端市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。

    本項(xiàng)目可極大地降低數(shù)字化切片技術(shù)的應(yīng)用門檻，使此項(xiàng)技術(shù)在基層醫(yī)療單位得到更好的推廣應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)病理切片數(shù)字化管理和共享利用水平的提高，有效提升醫(yī)療診斷的服務(wù)水平，可生產(chǎn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。