Устройство для автоматической классификации форменных элементов крови

 

Устройство содержит соединенные последовательно оптический микроскоп, цветную телевизионную камеру и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с первым входом временного запоминающего устройства, которое соединено с внешним дисковым запоминающим устройством, при этом оба запоминающих устройства соединены с микрокомпьютером, который соединен с цифроаналоговым преобразователем, а также телевизионный монитор, печатающее устройство, клавиатуру, блок управления двигателями, соединенный с двигателями перемещения предметного стола по осям X, Y и узла фокусировки микроскопа, а также с микрокомпьютером, введены дисплей, блок бинаризации и кодирования видеосигнала, блок вычисления площади ядра клеток, при этом первый вход дисплея соединен с микрокомпьютером, а второй - с выходом цифроаналогового преобразователя, один вход блока бинаризации и кодирования видеосигнала соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а второй с выходом микрокомпьютера, первый выход с вторым входом временного запоминающего устройства, а второй выход с входом блока вычисления площади ядра клеток, выход которого соединен с входом микрокомпьютера, кроме того, выход телевизионной камеры непосредственно соединен с входом телевизионного монитора. Устройство позволяет повысить достоверность автоматической классификации форменных элементов крови. 2 ил.

Изобретение относится к автоматическим гематологическим анализаторам.

Известны устройства для автоматической классификации клеток крови по их изображению в сухих мазках с использованием телевизионной камеры и компьютера.

Первое из известных устройств [1] содержит оптический микроскоп с автоматической фокусировкой, телекамеру с телевизионным монитором, аналого-цифровой преобразователь, блок выделения данных о специфике внешнего вида клеток крови, компьютер, память и дисплей. В данном устройстве компьютер классифицирует клетки на основе информации от блока выделения данных о специфике внешнего вида клетки и через память выносит на дисплей.

Недостаток этого устройства состоит в низкой достоверности при распознавании клеток лейкоцитарного ряда сложной формы, поэтому его можно использовать только для автоматического выделения рекулоцитов.

Известно также устройство [2], в котором кроме анализа изображения имеется система автоматического подсчета количества форменных элементов, содержащихся в определенном объеме отобранного и надлежащим образом разбавленного образца исследуемой крови.

Наиболее близким к данному изобретению является устройство [3], содержащее оптический микроскоп с системой автоматической фокусировки, телевизионную камеру, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, микрокомпьютер, временное запоминающее устройство, внешнее запоминающее устройство, телевизионный монитор, печатающее устройство и клавиатуру. Микрокомпьютер на основе информации из временного запоминающего устройства, где записан преобразованный в цифровую форму видеосигнал изображения, классифицирует клетки. Если при анализе обнаруживается неизвестная клетка или данных об изображении недостаточно для автоматического распознавания клетки, вводится команда для записи данных о клетке во внешнее запоминающее устройство с последующим преобразованием изображения из цифровой формы в аналоговый сигнал и передачей на экран телевизионного монитора для последующего распознавания врачом типа клетки и ввода его в компьютер через клавиатуру.

Недостатками устройства являются низкое быстродействие при анализе компьютером записанного во временное запоминающее устройство изображения клетки, а также низкая достоверность автоматической классификации клеток. Второе вызвано тем, что система автофокусировки микроскопа с использованием специального датчика обеспечивает сфокусированное изображение на основе интегрального анализа параметров изображения всех попавших в поле зрения микроскопа клеток крови. Так как в толщине монослоя мазка имеется некоторый разброс расположения клеток по его высоте, а статистически значимыми параметрами для системы фокусировки будут являться параметры изображения эритроцитов, то изображения клеток лейкоцитов могут оказаться недостаточно отфокусированным для проведения компьютером достоверной классификации без участия в этом процессе врача.

Задача изобретения состоит в повышении быстродействия и достоверности автоматической классификации форменных элементов крови.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее соединенные последовательно оптический микроскоп, телевизионную камеру и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с первым входом временного запоминающего устройства, которое соединено с внешним запоминающим устройством, при этом оба запоминающих устройства соединены с микрокомпьютером, который соединен с цифро-аналоговым преобразователем, а также телевизионный монитор, печатающее устройство, клавиатуру, блок управления двигателями, соединенный с двигателями перемещения предметного стола по осям X, Y и узла фокусировки микроскопа, а также с микрокомпьютером, введены дисплей, блок бинаризации и кодирования видеосигнала, блок вычисления площади ядра клеток, при этом первый вход дисплея соединен с микрокомпьютером, а второй - с выходом цифроаналогового преобразователя, один вход блока бинаризации и кодирования видеосигнала соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а второй с выходом микрокомпьютера, первый вход - со вторым входом временного запоминающего устройства, а второй выход - со входом блока вычисления площади ядра клеток, выход которого соединен со входом микрокомпьютера, кроме того, выход телевизионной камеры непосредственно соединен со входом телевизионного монитора.

В известных на сегодня устройствах для автоматической классификации форменных элементов крови неизвестно применение блока бинаризации и кодирования видеосигнала, а также блока вычисления площади ядра клеток, а также вновь введенных связей, поэтому авторы считают, что предлагаемое устройство соответствует критерию технического уровня.

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 представлена структурная блок-схема блока бинаризации и кодирования видеосигнала.

Устройство содержит (см. фиг. 1) оптический микроскоп 1, цветную телевизионную камеру 2, двигатели перемещения предметного стола по осям X, Y и узла фокусировки микроскопа 3, блок управления двигателями 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, блок бинаризации и кодирования видеосигнала 6, временное запоминающее устройство (временное ЗУ) 7, блок вычисления площади ядра клетки 8, микрокомпьютер 9, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10, дисплей 11, печатающее устройство 12, телевизионный монитор 13, внешнее дисковое запоминающее устройство (внешнее ЗУ) 14, клавиатуру 15.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сухой окрашенный мазок крови помещается на предметный стол оптического микроскопа 1. Изображение клеток крови через оптическую систему микроскопа передается на матрицу твердотельной цветной телевизионной камеры 2. Аналоговый видеосигнал изображения с выхода телевизионной камеры 2 поступает для визуального наблюдения текущего фрагмента мазка на телевизионный монитор 13 и вход АЦП 5. В АЦП 5 преобразуются в цифровую форму сигналы каждой составляющей сигнала изображения (яркостной, цветоразностных красной и синей), а также выделяются кадровый и строчный синхроимпульсы. Видеосигналы в цифровой форме и синхроимпульсы поступают на вход блока бинаризации и кодирования видеосигнала 6.

Блок бинаризации и кодирования видеосигнала (см. фиг. 2) содержит три одинаковых двухуровневых цифровых компаратора 16, 17 и 18, генератор тактовых импульсов 19, счетчики координат точек телевизионного растра по оси X 20 и по оси Y 21, формирователь окна анализа 22, элемент И 23, селектор хорд 24. Блок работает следующим образом. На первые входы цифровых компараторов поступают цифровые видеосигналы яркостной и цветоразностных красной и синей составляющих видеосигнала соответственно. Через вторые входы микрокомпьютер записывает в компараторы значения верхнего и нижнего порогов для выделения в каждой составляющей видеосигнала заданного интервала яркости. Если условие нахождения в заданном интервале выполняется для данной точки телевизионного растра, то на выходе соответствующего компаратора появляется сигнал логической единицы, в противном - сигнал логического нуля. Генератор тактовых импульсов 19 предназначен для формирования отсчетов дискретизации телевизионного растра вдоль строки. Отсчитываемые счетчиками 20 и 21 координаты точек растра подаются на первый вход формирователя окна, на второй вход которого микрокомпьютер передает координаты окна анализа на телевизионном растре. Выходы всех компараторов и формирователя окна соединены со входами элемента И 23. Таким образом, логическая единица на его выходе будет соответствовать точке изображения, имеющей определенную уровнями бинаризации окраску и лежащую в заданной окном области телевизионного растра. Так как сигнал изображения с телевизионной камеры формируется строка за строкой, полученное бинарное изображение структурной составляющей клетки представляет последовательность отрезков - хорд. Сигнал бинарного изображения поступает на второй выход блока бинаризации и кодирования, а также на вход селектора хорд 24. На второй выход блока поступают также импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 19. Формируемые селектором сигналы признаков наличия начала и конца хорд, а также значения координат по осям X и Y, сигнал окна поступают на первый выход блока бинаризации и кодирования.

Таким образом, получаемые со скоростью поступления видеосигнала от телекамеры бинарные изображения записываются во временное ЗУ 7 в виде последовательности координат начала и конца хорд, которыми описывается изображение на дискретизированном растре.

Затем микрокомпьютер 9 считывает сжатые изображения из временного ЗУ 7 и производит классификацию клетки. В случае если клетка не идентифицируется, микрокомпьютер 9 дает команду на запись во временное ЗУ 7 оцифрованного видеосигнала цветовых составляющих выделенного сигналом окна части кадра изображения, в которой находится клетка. Затем из временного ЗУ 7 оцифрованное изображение переносится на внешнее дисковое ЗУ 14. После окончания анализа клеток в наблюдаемом в поле зрения телекамеры фрагменте мазка микрокомпьютер 9 задает в блок управления двигателями 4 размер перемещения по координатам X и Y для помещения в поле зрения объектива микроскопа соседнего фрагмента.

После окончания перемещения для проведения процесса автофокусировки в микрокомпьютер 9 с выхода блока вычисления площади ядра клетки 8 поступает значение площади ядра клетки. Блок вычисления ядра клетки представляет собой счетчик поступающих на его вход тактовых импульсов, на вход разрешения счета которого подается сигнал бинарного изображения хорды. Таким образом, при задании компьютером в блок бинаризации и кодирования порогов бинаризации, соответствующих уровню видеосигнала в изображении ядра клетки, и границ окна телевизионного раствора, в которых находится клетка, на выходе счетчика будет значение площади ядра клетки.

Затем микрокомпьютер 9 дает команду на перемещение двигателя узла фокусировки на размер шага. Вновь производится вычисление площади ядра клетки. Этот процесс продолжается до тех пор, пока площадь ядра клетки в оцифрованном видеосигнале не достигнет максимального значения. Это будет соответствовать точной фокусировке микроскопа на анализируемую клетку.

После окончания сканирования и анализа мазка по достижению необходимого суммарного числа обнаруженных клеток крови лейкоцитарного ряда микрокомпьютер 9 считывает из внешнего ЗУ 14 записанные изображения нераспознанных клеток и через ЦАП 10 выводит их на дисплей 11. Врач наблюдает нераспознанные клетки на экране дисплея 11 и с клавиатуры 15 указывает микрокомпьютеру 9 тип клетки. После завершения процесса полного распознавания микрокомпьютер 9 выводит процентное содержание форменных элементов крови (лейкоцитарную формулу) на экран дисплея 11 и на печатающее устройство 12.

Введение новых связей и блока бинаризации и кодирования позволило существенно повысить быстродействие распознавания, а введение блока вычисления площади ядра клетки - повысить достоверность автоматической классификации клеток крови лейкоцитарного ряда сложной формы.

Источники информации: 1. Патент Японии N 63-10787, G 01 N 3/48.

2. Патент Японии N 2-25151, G 04 33/49, ИСМ вып. 84 07-91.

3. Патент Японии N 2-3137, G 01 N 21/00, ИСМ вып. 108 18-90 (прототип).

Формула изобретения

Устройство для автоматической классификации форменных элементов крови, содержащее соединенные последовательно оптический микроскоп, телевизионную камеру и аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с первым входом временного запоминающего устройства, которое соединено с внешним запоминающим устройством, при этом оба запоминающих устройства соединены с микрокомпьютером, который соединен с цифро-аналоговым преобразователем, а также телевизионный монитор, блок управления двигателями, соединенный с двигателями перемещения предметного стола по осям X, Y и узла фокусировки микроскопа, а также с микрокомпьютером, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит дисплей, блок бинаризации и кодирования видеосигнала, блок вычисления площади ядра клеток, при этом первый вход дисплея соединен с микрокомпьютером, а второй - с выходом цифро-аналогового преобразователя, один вход блока бинаризации и кодирования видеосигнала соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а второй - с выходом микрокомпьютера, первый выход - со вторым входом временного запоминающего устройства, а второй выход - со входом блока вычисления площади ядра клеток, выход которого соединен со входом микрокомпьютера, кроме того, выход телевизионной камеры непосредственно соединен со входом телевизионного монитора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2