P1000顯微鏡物鏡特寫(xiě)

背景

世界上首臺(tái)顯微鏡誕生于16世紀(jì)，它的原理是使用光學(xué)系統(tǒng)將樣品放大以進(jìn)行分析。最早的顯微鏡利用自然光或聚光燈來(lái)照射樣品荞膘，觀察者一邊觀察一邊將看到的內(nèi)容徒手繪制出來(lái)。后來(lái)玉工，各式各樣的顯微鏡陸續(xù)問(wèn)世羽资，比如熒光顯微鏡、電子顯微鏡和掃描顯微鏡等等遵班。

隨著攝影術(shù)的發(fā)明魏蜒，1900年，科學(xué)家在利用顯微鏡的透鏡對(duì)樣品成像的同時(shí)番链，拍攝出世界上首張光學(xué)顯微照片令叉。時(shí)至今日沦浆，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展蝉齐，現(xiàn)在的顯微照相系統(tǒng)已經(jīng)能夠同時(shí)拍攝多張顯微照片，然后組合形成超高分辨率的清晰影像将盾。通過(guò)不斷改進(jìn)光學(xué)鏡組多梅、提高自動(dòng)化水平和位置反饋精度，未來(lái)的顯微照相技術(shù)必將迎來(lái)更大的進(jìn)步再僧。

3DHISTECH公司位于匈牙利布達(dá)佩斯苏蒿，它設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了世界上運(yùn)行速度最快、通量最高的全自動(dòng)全視野數(shù)字切片掃描儀 — P1000猬听。

P1000是一臺(tái)高精度掃描顯微鏡嫉鸳，大型病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室可以用它采集醫(yī)學(xué)樣品切片的超高分辨率圖像，該設(shè)備一次性裝載切片后便可實(shí)現(xiàn)連續(xù)兩天的全自動(dòng)化工作记令，無(wú)需人工干預(yù)喷聪。這款新一代數(shù)字切片掃描儀基于3DHISTECH業(yè)已成熟的技術(shù)所開(kāi)發(fā)，是第一款集成了位置反饋光柵和磁編碼器的掃描儀咆瘟，工作效率再創(chuàng)新高嚼隘。

3DHISTECH公司首席技術(shù)官Viktor Varga詳細(xì)介紹道：“P1000一個(gè)工作輪次可以掃描1000張切片诽里。它主要由兩部分組成：一臺(tái)數(shù)字切片掃描儀[顯微鏡]和一個(gè)高通量自動(dòng)切片載臺(tái)。兩大組件并行工作飞蛹，提升了整個(gè)系統(tǒng)的效率谤狡。其顯微鏡有三個(gè)物鏡，可以進(jìn)行浸沒(méi)式及干式掃描卧檐。P1000可以滿足一般病理學(xué)或生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的所有掃描需求墓懂。”

顯微鏡的三根軸上都裝有搭配RTLC-S不銹鋼鋼帶柵尺的VIONiC?數(shù)字增量式光柵系統(tǒng)霉囚，自動(dòng)切片載臺(tái)的拾放機(jī)械臂上則裝有LA11絕對(duì)式磁編碼器系統(tǒng)拒贱。這些光柵及磁編碼器不僅保證了設(shè)備的精度和重復(fù)性，而且提高了P1000的運(yùn)行速度佛嬉，使其性能遠(yuǎn)超同類產(chǎn)品逻澳。

挑戰(zhàn)

P1000的研發(fā)團(tuán)隊(duì)有一個(gè)明確的目標(biāo)：顯著提升大型病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室的工作效率。他們發(fā)現(xiàn)暖呕，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)士敬，掃描系統(tǒng)必須具有高通量，而且高度自動(dòng)化雾逢。

在掃描過(guò)程中彻芒，放有樣品的載物臺(tái)沿X軸和Y軸水平移動(dòng)，同時(shí)鏡筒垂直移動(dòng)以調(diào)節(jié)焦距赂阻。放大倍數(shù)越大尘晓，要求的精度就越高，這樣才能確保精確地拼接多張顯微照片邪慧，從而生成一幅超高分辨率圖像验阱。

大多數(shù)數(shù)字顯微鏡都只在垂直軸（Z軸）上安裝一個(gè)光柵。如果載物臺(tái)內(nèi)不安裝光柵秆尝，則其工作時(shí)控制器就不會(huì)收到任何直接反饋降蹋。工程師開(kāi)發(fā)P1000的理念是，在定位過(guò)程中通過(guò)光柵的反饋幫助提高載物臺(tái)的運(yùn)行速度挎中，但不會(huì)降低其精度：自動(dòng)化程度提高就減少了拍攝每張顯微照片需要的手動(dòng)操作睹沐，從而縮短了掃描每張切片所需的時(shí)間，提高了流程效率磁滚。

這些顯微鏡使用的鏡筒的景深范圍（即保證圖像聚焦良好的焦距范圍）可達(dá)數(shù)百納米 (nm)佛吓，因此需要出色的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)提供支持。圖像處理軟件基于所采集圖像的模糊度計(jì)算透鏡和樣品之間的最佳距離垂攘。每運(yùn)行一次掃描之前维雇，P1000首先會(huì)測(cè)量整個(gè)樣品上所有采集點(diǎn)的Z軸高度，生成一份“視圖”，以便確定正確的焦距谆沃，然后根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)外推至整個(gè)樣品钝凶。這樣可以加快掃描速度，而且操作更簡(jiǎn)單唁影，運(yùn)行更穩(wěn)定耕陷、精確。

病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的P1000數(shù)字切片掃描儀

因此据沈，3DHISTECH必須在市場(chǎng)上尋找能夠提供這些先進(jìn)功能的產(chǎn)品哟沫，包括高分辨率光柵、超精密機(jī)械裝置锌介，以及可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的微調(diào)控制系統(tǒng)嗜诀。這些要求對(duì)于機(jī)械或電子工程師們都是極大的挑戰(zhàn)。他們必須將粘滑現(xiàn)象的影響降至最低症旭，并建立一個(gè)可以提供精確反饋的控制回路瀑捣，以驅(qū)動(dòng)步長(zhǎng)僅為100 nm的壓電電機(jī)。3DHISTECH在選擇光柵系統(tǒng)時(shí)考慮的最重要的性能參數(shù)便是讀數(shù)頭的分辨率和噪聲水平（非重復(fù)性誤差）秉返。

對(duì)于切片載臺(tái)上的拾放機(jī)械臂驼值，則并不需要使用高精度光柵完成位置反饋，而是需要安裝過(guò)程簡(jiǎn)易且公差寬松螺坟、可靠性高的磁編碼器即可顷沉。工程師在設(shè)計(jì)這款顯微鏡時(shí)為所有運(yùn)動(dòng)軸配置了相同規(guī)格的光柵，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的安裝與維護(hù)缸秀。他們還選擇了成卷供應(yīng)并可按需裁剪的緊湊型鋼帶柵尺钢囚。

切片上的病理組織樣品

解決方案

顯微鏡所采集的每張圖像的像素大小為0.25 μm至0.08 μm。它的預(yù)定義重疊尺寸為大約10 μm唯碗，因此要求光柵的反饋數(shù)據(jù)高度精確鸟氨，這樣才能將數(shù)千張圖像精確地拼接在一起。

由于所選壓電電機(jī)的步長(zhǎng)為100 nm嘿杖，因此要求光柵的分辨率為50 nm梁泞，以保證足夠的伺服帶寬。在最高放大倍率的情況下透鏡的景深為0.2 μm趾痘，這樣就為每個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)提供了相當(dāng)大的安全余量。樣品切片在花崗巖塊上滑動(dòng)蔓钟，以最大限度地減少摩擦力和由外部傳導(dǎo)的振動(dòng)永票。

切片掃描儀上安裝的VIONiC光柵

3DHISTECH的研發(fā)工程師們決定在切片掃描儀上搭載VIONiC增量式光柵，以消除將絕對(duì)位置信息轉(zhuǎn)換為串行通信信號(hào)時(shí)的延遲滥沫。他們將光柵輸出信號(hào)直接連接至負(fù)責(zé)控制軸運(yùn)動(dòng)的微控制器侣集，從而能夠獲取“實(shí)時(shí)”位置反饋。所選的光柵須提供高分辨率位置反饋，而且電子細(xì)分誤差 (SDE)世分、噪聲和抖動(dòng)都要非常小编振。

VIONiC系列是雷尼紹的超高精度、一體化數(shù)字增量式光柵臭埋，適用于直線和旋轉(zhuǎn)應(yīng)用踪央。這款光柵將所有必需的細(xì)分和數(shù)字信號(hào)處理功能組合封裝在讀數(shù)頭內(nèi)，其電子細(xì)分誤差低至 <±10 nm瓢阴，分辨率可達(dá)2.5 nm畅蹂。它有許多自定義參數(shù)，包括分辨率狐兴、邊緣間隔血沦、插頭類型和電纜長(zhǎng)度等等。利用Advanced Diagnostic Tool (ADT)伦捐，用戶可以十分輕松地完成VIONiC的安裝和校準(zhǔn)野言，ADT還包含用于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控VIONiC的安裝和校準(zhǔn)過(guò)程的用戶軟件。

該安裝工具具備遠(yuǎn)程孟庵、高級(jí)校準(zhǔn)功能舶抚，是工廠生產(chǎn)線安裝的理想選擇。3DHISTECH在安裝讀數(shù)頭時(shí)使用了ADT甥晦，因?yàn)樵诎惭b過(guò)程中不可避免地會(huì)遮擋LED安裝指示燈寄硬，導(dǎo)致安裝人員無(wú)法直接觀察其狀態(tài)。ADT使得生產(chǎn)線安裝過(guò)程更為簡(jiǎn)單敢亥；以往响徒，在檢查讀數(shù)頭信號(hào)或最佳間隙時(shí)，必須通過(guò)硬線將光柵系統(tǒng)連接至設(shè)備的控制器梳命，并且需要重復(fù)進(jìn)行多次微調(diào)丹禀。借助ADT，就可以使用USB插頭將讀數(shù)頭連接至筆記本電腦鞋怀，即使設(shè)備未通電也可以正常完成光柵的安裝双泪。

關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)，3DHISTECH的目標(biāo)是盡可能減少機(jī)械振動(dòng)密似，因此工程師們決定使用五相步進(jìn)電機(jī)取代二相電機(jī)焙矛。五相電機(jī)的扭矩紋波更低，因此振動(dòng)更小残腌，這對(duì)于保證最佳掃描性能十分關(guān)鍵村斟。顯微鏡的Z軸由一臺(tái)線性壓電電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，以滿足步長(zhǎng)小抛猫、高速運(yùn)行蟆盹、快速換向的性能要求。每根軸上都裝有帶防蠕動(dòng)保持架的交叉滾子軸承，以減少摩擦逾滥。

拾放機(jī)械臂由三根帶光柵反饋的皮帶驅(qū)動(dòng)軸組成峰档。針對(duì)這種情況，雷尼紹關(guān)聯(lián)公司RLS生產(chǎn)的LA11磁編碼器是理想的解決方案寨昙，因?yàn)檫@款產(chǎn)品是真正的絕對(duì)式磁編碼器系統(tǒng)步蛮，且安裝間隙公差極為寬松」Ｒ控制器使用SPI協(xié)議（串行外設(shè)接口 — 一種絕對(duì)式信號(hào)協(xié)議）傀脑，因此LA11磁編碼器輸出的RS422（雙絞線數(shù)字5 V電位增量式信號(hào)協(xié)議）并行位置信號(hào)是保證機(jī)械臂達(dá)到指定的±0.1 mm精度的最佳解決方案。此外自凛，LA11采用的真正絕對(duì)式測(cè)量原理可在發(fā)生意外停機(jī)時(shí)保護(hù)樣品：出現(xiàn)斷電事故后茅苏，磁編碼器在電源恢復(fù)后可立即報(bào)告其位置，無(wú)需執(zhí)行耗時(shí)的回零循環(huán)费抚。

P1000切片掃描通量

結(jié)果

在雷尼紹的技術(shù)支持下推兄，3DHISTECH的工程師團(tuán)隊(duì)為每根運(yùn)動(dòng)軸都選定了一個(gè)最符合應(yīng)用要求的編碼器產(chǎn)品。多款高端編碼器產(chǎn)品斟拘，比如雷尼紹的VIONiC系列光柵和RLS的LA11磁編碼器蔚奕，助力P1000成為真正意義上的市場(chǎng)領(lǐng)先者。

關(guān)于3DHISTECH

3DHISTECH公司于1996年成立拾撇，主要生產(chǎn)高速切片掃描儀和數(shù)字顯微鏡匙豹。公司目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)病理學(xué)檢驗(yàn)流程的全面數(shù)字化，以滿足21世紀(jì)醫(yī)療保健行業(yè)不斷增長(zhǎng)的需求狂秦。3DHISTECH的工廠位于布達(dá)佩斯灌侣，產(chǎn)品則銷往世界各地，如歐洲裂问、美國(guó)和東亞侧啼，包括韓國(guó)和日本。

關(guān)于RLS

RLS d.o.o是雷尼紹的關(guān)聯(lián)公司堪簿。RLS生產(chǎn)一系列堅(jiān)固耐用的旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)磁傳感器痊乾，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、金屬切削椭更、紡織哪审、包裝、電子芯片/電路板甜孤、機(jī)器人等行業(yè)及領(lǐng)域雀扶。

如需了解RLS磁編碼器產(chǎn)品系列的詳細(xì)信息燃灿，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.rls.si

詳情請(qǐng)?jiān)L問(wèn)(暫不可見(jiàn))/encoder

關(guān)于雷尼紹

雷尼紹是世界領(lǐng)先的工程科技公司之一劈狼，在精密測(cè)量和醫(yī)療保健領(lǐng)域擁有專業(yè)技術(shù)。公司向眾多行業(yè)和領(lǐng)域提供產(chǎn)品和服務(wù) — 從飛機(jī)引擎林邪、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)制造，到口腔和腦外科醫(yī)療設(shè)備等倘封。此外忘哼，它還在全球增材制造（也稱3D打印）領(lǐng)域居領(lǐng)導(dǎo)地位尉武，是英國(guó)唯一一家設(shè)計(jì)和制造工業(yè)用增材制造設(shè)備（通過(guò)金屬粉末“打印”零件）的公司牌宜。

雷尼紹集團(tuán)目前在35個(gè)國(guó)家/地區(qū)設(shè)有70多個(gè)分支機(jī)構(gòu)，員工逾4,500人源洒，其中3,000余名員工在英國(guó)本土工作骡眼。公司的大部分研發(fā)和制造均在英國(guó)本土進(jìn)行，在截至2018年6月的2018財(cái)年赘眼，雷尼紹實(shí)現(xiàn)了6.115億英鎊的銷售額晌爹，其中95%來(lái)自出口業(yè)務(wù)。公司最大的市場(chǎng)為中國(guó)发钞、美國(guó)肖自、德國(guó)和日本。

了解詳細(xì)產(chǎn)品信息鞋倔，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)雷尼紹網(wǎng)站：(暫不可見(jiàn))

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（雷尼紹）

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