[發明專利]一種生物標本斷層切割成像設備及其工作方法

在審

• 申請號: 201611253102.X
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106815886A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 馬昕;徐玉功;潘玉峰;蔣家林
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T11/00;G01B11/24;A01N1/00;G09B23/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 楊樹云

技術領域

本發明涉及一種生物標本斷層切割成像設備及其工作方法，屬于生物醫學技術領域。

背景技術

在生物醫學等領域，常常要用到小型生物體的三維模型，為了精確得到三位模型，橫斷切片照片可以采用三位恢復技術恢復出生物體比較精確的三維模型，以用于科研或教學使用。

斷層切割成像作為一種研究方法早在16世紀應用于人體解刨的研究大多數采用的是冰凍切割方法。隨著科技的發展，20世紀出現了超聲成像，X線計算機斷層成像，磁共振成像等方法對人體斷層成像有了進一步的發展。這些研究方法大多都是對人體的斷層成像，然而對其他生物進行斷層成像并沒有什么有效方法，不能得到精確的三維模型，不方便再科研或教學使用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種生物標本斷層切割成像設備；

本發明還提供了上述生物標本斷層切割成像設備的工作方法；

本發明依據計算機重建三維圖像的原理發明了該生物斷層切割成像的成像設備。目的是通過盡可能薄的切片制作技術，制作斷層標本，采集二維圖像信息，再借助計算信息處理技術將二維圖像信息數據重新構建為三維立體圖像。通過三維立體打印機對所需要的生物體模型進行打印。得到精確的三維模型，以便再科研或者教學中使用。

本發明的技術方案為：

一種生物標本斷層切割成像設備，包括送料模塊、切割模塊、攝像模塊、控制器及計算機，所述切割模塊、所述攝像模塊均連接所述控制器，所述送料模塊連接所述切割模塊，所述控制模塊連接所述計算機；

所述送料模塊用于運送要被切割的生物標本，控制運輸速度；以便控制切割標本的大小；所述切割模塊用于切割生物標本，并加以紅外線切割輔助；目的得到盡可能薄的斷層標本。所述攝像模塊用于對切割后的生物標本的斷面進行拍攝；所述的控制器用于控制所述切割模塊切割的生物標本的大小，并控制所述攝像模塊對切割標本進行拍攝，將拍攝的圖片保存至存儲設備；例如內存卡；所述計算機根據拍攝所得的圖片，對切割的生物標本進行三維重建。

根據本發明優選的，所述切割模塊包括紅外線模塊及電動刀片。

根據本發明優選的，所述送料模塊是可控速的傳送帶；所述紅外線模塊的型號為TL1838或VS1838B；所述攝像模塊是型號為QV2640的高清攝像頭；所述控制器是STM芯片。

上述生物標本斷層切割成像設備的工作方法，具體步驟包括：

(1)標本處理；

(2)所述控制器通過紅外線模塊確定生物標本切割長度，計算出切割時間，包括步驟如下：

A、通過紅外測距的方式，根據發射時間和接受時間的差值，由式(I)求取生物標本切割長度s，式(I)如下所示：

式(I)中，c是指紅外線模塊發出的紅外線的光速；t是指紅外線發射時間和接受時間的差值；

B、求取切割時間t1，如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，h是指生物標本的厚度，可人為測量或者通過紅外線模塊測量獲得；v是指電動刀片的切割速度v；該切割速度可人為設定；

(3)所述控制器根據切割時間，確定送料模塊的速度v1，并根據這個速度對生物標本進行均勻切割，獲取被切割后的切片，如式(Ⅲ)所示：

式(Ⅲ)中，l為切片的長度；

(4)所述控制器通過對攝像模塊的控制，對步驟(3)均勻切割的生物標本實時進行斷層拍攝，并將拍攝的圖片進行存儲；

(5)將步驟(4)拍攝的圖片發送到所述計算機，通過計算機進行三維重建。

通過使用Simpleware軟件(Simpleware是全球領先的3D圖像數字建模與有限元分析軟件。是集成逆向工程、材料工程、生物力學工程、有限元分析等多工業、多學科領域的統一解決方案的專業軟件，包括ScanIP、ScanFE、ScanCAD三大部分)，由連續的切面斷層，既可以重新建立生物標本的三維模型。

根據本發明優選的，所述步驟(1)中，所述標本處理，具體包括：將標本用石膏填充、包裹，做成長方體。

此處設計的優勢在于，便于后續的均勻切割，對切面的拍攝和計算機數據處理。設計成長方體的標本便于夾持和切割，相機所成像一般均為長方形圖片，設計成橫截面為長方形的立體便于成像。

本發明的有益效果為：

1、本發明利用盡可能薄切片技術對生物標本進行計算機三維重建，能得到準確的生物標本的三位模型。

2、通過對生物標本的斷層切割圖片，可以有效的研究某些生物的特征；