本發(fā)明涉及一種生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備及其工作方法，屬于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)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(fù)技術(shù)恢復(fù)出生物體比較精確的三維模型，以用于科研或教學(xué)使用。

斷層切割成像作為一種研究方法早在16世紀(jì)應(yīng)用于人體解刨的研究大多數(shù)采用的是冰凍切割方法。隨著科技的發(fā)展，20世紀(jì)出現(xiàn)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(fā)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(xué)使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備；

本發(fā)明還提供了上述生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備的工作方法；

本發(fā)明依據(jù)計算機重建三維圖像的原理發(fā)明了該生物斷層切割成像的成像設(shè)備。目的是通過盡可能薄的切片制作技術(shù)，制作斷層標(biāo)本，采集二維圖像信息，再借助計算信息處理技術(shù)將二維圖像信息數(shù)據(jù)重新構(gòu)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(xué)中使用。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)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(biāo)本，控制運輸速度；以便控制切割標(biāo)本的大??；所述切割模塊用于切割生物標(biāo)本，并加以紅外線切割輔助；目的得到盡可能薄的斷層標(biāo)本。所述攝像模塊用于對切割后的生物標(biāo)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(biāo)本的大小，并控制所述攝像模塊對切割標(biāo)本進行拍攝，將拍攝的圖片保存至存儲設(shè)備；例如內(nèi)存卡；所述計算機根據(jù)拍攝所得的圖片，對切割的生物標(biāo)本進行三維重建。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述切割模塊包括紅外線模塊及電動刀片。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)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(biāo)本斷層切割成像設(shè)備的工作方法，具體步驟包括：

(1)標(biāo)本處理；

(2)所述控制器通過紅外線模塊確定生物標(biāo)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(jù)發(fā)射時間和接受時間的差值，由式(I)求取生物標(biāo)本切割長度s，式(I)如下所示：

式(I)中，c是指紅外線模塊發(fā)出的紅外線的光速；t是指紅外線發(fā)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(biāo)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(shè)定；

(3)所述控制器根據(jù)切割時間，確定送料模塊的速度v1，并根據(jù)這個速度對生物標(biāo)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(biāo)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(fā)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(lǐng)先的3D圖像數(shù)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(xué)工程、有限元分析等多工業(yè)、多學(xué)科領(lǐng)域的統(tǒng)一解決方案的專業(yè)軟件，包括ScanIP、ScanFE、ScanCAD三大部分)，由連續(xù)的切面斷層，既可以重新建立生物標(biāo)本的三維模型。

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

此處設(shè)計的優(yōu)勢在于，便于后續(xù)的均勻切割，對切面的拍攝和計算機數(shù)據(jù)處理。設(shè)計成長方體的標(biāo)本便于夾持和切割，相機所成像一般均為長方形圖片，設(shè)計成橫截面為長方形的立體便于成像。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明利用盡可能薄切片技術(shù)對生物標(biāo)本進行計算機三維重建，能得到準(zhǔn)確的生物標(biāo)本的三位模型。

2、通過對生物標(biāo)本的斷層切割圖片，可以有效的研究某些生物的特征；

3、通過重建的準(zhǔn)確的三維生物標(biāo)本模型，可以進行相關(guān)的實驗?zāi)M。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明所述生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備的實物應(yīng)用圖一；

圖3為本發(fā)明所述生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備的實物應(yīng)用圖二；

圖4為本發(fā)明所述生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備的工作方法的流程框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明作進一步限定，但不限于此。

實施例1

一種生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備，如圖1所示，包括送料模塊、切割模塊、攝像模塊、控制器及計算機，切割模塊、攝像模塊均連接控制器，送料模塊連接切割模塊，控制模塊連接計算機；

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

切割模塊包括紅外線模塊及電動刀片。

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。

生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備的實物應(yīng)用圖如圖2、圖3所示。

實施例2

實施例1所述的生物標(biāo)本斷層切割成像設(shè)備的工作方法，如圖4所示，具體步驟包括：

(1)標(biāo)本處理；將標(biāo)本用石膏填充、包裹，做成長方體。便于后續(xù)的均勻切割，對切面的拍攝和計算機數(shù)據(jù)處理。設(shè)計成長方體的標(biāo)本便于夾持和切割，相機所成像一般均為長方形圖片，設(shè)計成橫截面為長方形的立體便于成像。

(2)所述控制器通過紅外線模塊確定生物標(biāo)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(jù)發(fā)射時間和接受時間的差值，由式(I)求取生物標(biāo)本切割長度s，式(I)如下所示：

式(I)中，c是指紅外線模塊發(fā)出的紅外線的光速；t是指紅外線發(fā)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(biāo)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(shè)定；

(3)所述控制器根據(jù)切割時間，確定送料模塊的速度v1，并根據(jù)這個速度對生物標(biāo)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(biāo)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(fā)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(lǐng)先的3D圖像數(shù)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(xué)工程、有限元分析等多工業(yè)、多學(xué)科領(lǐng)域的統(tǒng)一解決方案的專業(yè)軟件，包括ScanIP、ScanFE、ScanCAD三大部分)，由連續(xù)的切面斷層，既可以重新建立生物標(biāo)本的三維模型。