首页 > 行业快讯 > 正文

自控显微镜登场 网络显微镜雏形

中国教育装备采购网2005-05-11 13:08围观333次我要分享

   自动控制显微镜改变显微镜操作方式 

  显微镜是一种常用的光学仪器,人类用它探索微观世界。然而,各式各样的显微镜的操作方式主要基于操作者手动操作,载物台移动、镜头聚焦、物镜转换、照明光源调控、聚光镜位置和色温调整等一系列操作均由人工操作完成。很长时间以来,这样的显微镜在一定程度上满足了人类观察微观世界的需要。然而,随着科学技术的发展,手动操作显微镜的方式在一些方面限制了人类对微观世界更深入、更全面、更细微的探索。这些限制包括: 

  一是手动操作的局限性。观察镜下标本时,操作者要经常调整物镜与照明的匹配,校正观察不均匀切片的焦距,转换不同物镜时调整焦点,切换高低倍物镜时转换聚光镜,如此等等,无法实现对图像的智能化处理。 

  二是精确操作难度大。传统显微镜对镜下标本的观察主要是基于技术人员的经验,在应用显微镜对微型物体进行显微观察时,尤其在实现对标本做精确定点重复观察采样时,操作者的经验就有些力不从心了,由此产生的误差也是不可知的。 

  三是难以实现多个特征位置记忆,操作者无法精确地对前几次或几十次的位置快速定位。 

  四是实现多视野的拼接和观察的难度大。传统显微镜镜下的视野是有限的,而镜下的标本要全部观察到需要几十个甚至几百成千个视野。这种需求依靠操作者通过移动镜头获取一个个的视野进行拼接是难以完成的。 

  五是无法实现远程控制,即操作者无法操作异地的显微镜,这与如今网络远程控制技术的发展是不相符的。 

  面对这些情况,手动式显微镜需要在操作方式上做重大的变革。自动控制显微镜正是在这种需求的驱动下出现的。 

  自动控制显微镜技术原理 

  可以认为,自动控制显微镜是传统显微镜质的升级,它改变了人类操作传统显微镜的方式。简单地讲,自动控制显微镜集成了光学显微镜技术、机电技术、自动控制技术、计算机技术、数码成像技术等多个本来不相关的技术,将显微镜镜检从手工操作升级为电控自动化操作。 

  首先自动控制显微镜改变了传统显微镜的手动操作方式。自动控制显微镜主要通过机电系统和计算机设备,把一些原来由手动操作的机械动作转由机电控制完成,于是,多个特征点记忆自动回溯、物镜与照明自动匹配、厚度不均匀切片焦距自动校正、不同物镜光轴、齐焦、自动补偿和高低倍物镜转换聚光镜自动切换等传统显微镜不能完成的任务由自动控制系统和计算机实现了。 

  二是改变了单一变量的传统显微镜下检测的模式,发展到自动显微平台控制的动态检测、显微镜设备间的协调控制、检测过程优化控制,大大提高运用显微镜的自动化水平和工作效率,提高了运用显微镜观察的精确性和工作效率。 

  三是自动控制显微镜将镜下视野图像从单幅肉眼观察升级为计算机控制高速全景自动拼图,自动控制显微镜可以通过计算机显示器实时动态显示当前采集的图像,操作者不必频繁地通过目镜观察样品情况,同时自动图文处理软件将全景图像传递替代单视野图,用连续图像替代分列图像,并支持显微图像同步浏览、自动回位,支持多幅生物组织显微图像自动拼接。 

  四是支持显微镜景深自动扩展技术。普通显微镜都有固定的景深,在纵向变化范围较大的情况下,难以各个层面都清晰显示,增大放大倍数时更加明显。自动控制显微镜可以实现对标本各层面进行聚焦图像处理,可以得到各点均清晰聚焦的整幅图像。 

  最初的自动控制显微镜大多依托通用平台进行技术开发。经过改进,新型自动控制显微镜采用了嵌入式多处理器多任务开发平台,由多个嵌入式CPU实现对多个任务对象——控制对象的自动控制,即对自动显微镜的多个步进电机进行自动控制。

嵌入式系统相对于通用平台来说具有不可比拟的优势:一是嵌入式系统的硬件和软件是为产品量身定制、去除冗余的,在同样的硅片面积上实现更高的性能,增强了产品的抗干扰性,提高了可靠性,并且降低了能耗。二是嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中,而不是存贮于磁盘等载体中,这样可以提高执行速度和系统可靠性。三是嵌入式结构使显微镜和自动控制系统高度集成,浑然一体;自动控制灵活自如,数据通讯快速可靠;脱离计算机系统独立操纵显微镜的自动控制模式,使镜下浏览观察更为快捷方便。四是在操作方式上出现了光电轨迹球控制器,运用人体工程学设计,模拟显微镜手动操作方式,使显微镜的操控与普通控制台相比更加流畅,可实现镜头向任意方向做全方位的移动。 

  自动控制显微镜的发展前景 

  如果说自动控制显微镜改变了人类操作显微镜的方式,那么它也许将要改变人类对显微镜的认识。 

  已经获得国家专利的新型自动控制显微镜实现了第三代远程实时病理会诊系统。这套系统的关键技术就是实现显微镜的自动化控制,只有实现了显微镜载物台XYZ三轴、物镜转换、显微镜灯光的自动控制,才能使在异地的会诊专家通过计算机和因特网,遥控申请会诊方的自动显微镜,赋予病理专家在实时远程病理会诊全过程中的主动权。 

  然而,当研发者们把自动控制显微镜的应用前景定位医疗领域时,来自石油开采、矿物勘探、新材料开发的有关机构也来咨询新型自动控制显微镜。来自各个研究与应用方向的单位都关注自动控制显微镜能自动完成载物台移动、自动聚焦、物镜转换、照明光源调控、聚光镜位置和色温调整等一系列自动控制过程,能实现对标本图像的精确定位、多视野全范围的观察,以及图像记忆回放的功能。 

  这种情况不禁让研发者们浮想联翩:自动显微镜到底可以做什么?它带给人类的是一种什么样的物质和精神财富?北京普利生仪器有限公司总经理、新型自动显微镜的主要研制者陈生认为,自动控制显微镜不仅仅是对传统显微镜的改进与升级,最重要的是它改变了人类凭经验靠肉眼手动操作显微镜的操作方式,虽然目前自动控制显微镜的应用前景还不可预知,但是自动控制显微镜终将成为未来使用的显微镜。通过对自动控制显微镜在远程病理会诊中的成功应用,可以认为自动控制显微镜预示着网络显微镜的到来。 

  可以预见,随着网络技术的发展,自动控制显微镜与网络结合在一起形成的未来的网络显微镜就会像已经和即将实现的远程控制设备、网络家电等新产品和新概念一样成为显微镜技术的发展方向。  

   沉浸在哲学思考中的企业家——访北京普利生仪器有限公司总经理陈生 

  他是一个理想主义和实用主义的矛盾综合体;他在激情澎湃追求新技术的同时却让公司的发展安于现状。他说哲学像一味中药,其疗效非常长久;也像一杯绿茶,需回味才知其奥妙。在哲学思想的影响下,充满矛盾个性的他领导着他的公司在面对国外医疗器械巨头的冲击下,冲出了一条血路——自主研发的AMP2000自动控制显微镜系统在世界显微镜自动控制中处于领先地位。他叫陈生,他的公司名为北京普利生仪器有限公司。 

  普利生AMP2000自动显微平台系统的关键技术是使普通光学显微镜升级为自动控制显微镜,实现了载物台三维控制、物镜自动转换、自动聚焦、物镜与照明自动匹配,为图像的智能化处理和异地遥控显微镜提供了有效工具。目前已在医学形态学远程会诊、材料学研究和石油设备安全检测等方面得以应用。 

历史的发展是螺旋式的 

  《科技中国》:当初你怎么想到研发这样一种产品? 

  陈生:这个项目是1982年我在浙江大学读研究生时的课题。当时我学的专业是医学工程及仪器,而我们系有很多老师都是从光仪系转过来的,因此我们系有很好的光机学方面的背景。而显微镜是一个很典型的光机工具,加上我们有医疗仪器、生物工程的基础,我的导师——我国生物医学工程创始人之一——吕维雪教授就提出了这样一个课题。在这个课题中最关键的就是解决控制问题,但是受当时一些技术条件的限制,我在毕业的时候只完成了初级原理样机。以后的几届研究生也在研究这个课题,但都没有达到可实际应用的程度。 

  毕业后,我的工作并没有与这个课题联系起来。在十几年后我又开始从事自动显微镜的研究,因为我觉得这符合历史唯物主义的观点:历史的发展是螺旋式的,在某种程度上会重复,但不是简单的重复,是在一种更高层次上重复。重复似乎看来回到了原来的发展,但是它显现出了一些新的精神和内容。在第二次研究时,我看到了条件的改善:计算机、软件得到了大力发展,从而使一些硬件芯片得到了快速的发展。在这些条件的帮助下,从硬件的底层设计到软件的开发、控制,我有可能独立完成。事实也表明,后来我获取成功了。 

  《科技中国》:目前国外在这个方面的研发的情况怎么样? 

  陈生:远程病理诊断是一个新的领域,在国外没有形成市场,因此投入这方面的资金很少。现在国外用于远程病理诊断的系统是借助于工控机标准的程序和模块进行设计,它与计算机的连接比较复杂,结构比较大,成本比较高。而我们的这个系统避开了工控机的设计,完全针对具体对象进行设计。要达到这种专项设计,最关键的是控制技术。因此,我们运用嵌入式CPU实现对多个任务对象的控制。这个控制技术的运用,使这套系统较之国外的同类产品,在硬件连接上更紧凑,结构更小,功耗更低,速度运行更快,而且价格较低。 

实用主义至上 

  《科技中国》:医疗器械由于涉及多学科尖端技术,目前我国在这方面与发达国家还存在差距。而且有资料显示,国外企业一般将总销售额10%的资金投入研发,我国企业研发投入比例仅为总销售额的1%。普利生是拥有自主高新技术产品的公司,你们用于研发的比例是多少? 

  陈生:我没有准确计算过我们用于研发的投入比例是多少,比例肯定是无法与国外比。国内中小企业研发投入少是一个普遍的现象。但是我认为,投入是不能和技术水平挂钩的。国外投入多,是由于他们会花大量经费去购买现成的技术和方案,这就增加了他的成本。而我们是靠自己研究开发,这也就相应的减少了我们的研发费用。 

  《科技中国》:无论在哪个领域中,新技术是层出不穷的,如果每个新技术、新产品都需要自己研发,这肯定是不能达到的。这样,你们岂不是失去了很多机会。那你怎么看待这些失去的机会? 

  陈生:每个企业都要面对市场,但不是市场提出的每个需求,中小企业都有能力去做。中小企业需要根据自身的能力,选择能把需求变为实际产品的那一部分。对于这种现状,不少中小企业没有清楚地意识到,而是盲目的跟随市场。我在这方面,比较注重实效,我只会把时间花在我能做的项目上。因此我们在立项时,首先考虑的是能不能做。这种思维方式和我的兴趣爱好有关系。我对哲学很感兴趣,有好多基本的原理我会自觉不自觉地套用在我的工作中。如面临取舍问题,我能非常果断地在几个项目中取舍,因为我知道“伤全身,不如断其肢”。我经常会换位思考,从自己的圈子中跳出来,从外面看看自己应该怎么做。 

   “无为”而治 以人为本 

  《科技中国》:一旦你们能做的,你们都能做成功吗?一般说来,研发是有很大风险的,那你们在所做的项目中,成功的机率是多大? 

  陈生:我们成功的机率很大,十个项目做成功的有七、八个。没有成功的两三个不是我们不能做,而是由于时机不成熟,暂时放下来以后做而已。 

  《科技中国》:这种成功率是很多公司可望而不可及的。是什么让你们有这么高的成功率? 

  陈生:这和我们的研发模式分不开。而这种模式受了我的世界观——“无为”而治的影响。所谓“无为”,并不是说什么都不做,而是化强权、管理条例、规章制度等等为无形,实际上在运行一套非常有秩序的管理。而要达到这种“无为”而治,需要“以人为本”。这种以人为本,不仅是尊重人,更重要的是在一起合作时,以每个人不同的背景、长处作为基础,以互补的方式来进行合作,力求达到默契的协同关系。这种知识、人员的互补性是“无为”而治的基础。要达到这种默契的关系,对人员的选择是非常关键的。 

  在选择员工时,我们不求多,而求专和精,“人尽其才,人尽其用”。我们公司的创始人从五个减到现在的两个。我们两个人就是完全互补——我善于在电、控制技术、方法理论的研究,他主要做机械设计和加工——各自所作的工作都无需通过制度界定,这时管理就变为多余的东西了。这个公司必须要有些为数不多但其素质和背景都配合合理的员工,才能够支撑企业的业务运行。这时候企业的效率也会很高。高新技术企业按照这种模式去发展是完全没有问题的,而这种模式同样是可遇而不可求的,需要有核心的人员。 

    技术上从必然王国走向自由王国 

  《科技中国》:除了管理模式以外,获得高比例的成功率,还有一些什么因素? 

  陈生:我们经过几年的发展已经建立了技术的积累,逐渐地从必然王国走向自由王国了。什么是必然王国,就是在发展初期,因技术、资金等方面的限制,使你在产品的研发和市场定位上的自由度非常有限。而自由王国,就是你可以随心所欲的发展。我们现在拥有开发全自动仪器所需要的技术背景,在这个领域上可以比较自由的发展。现在若有新项目,我们要考虑的是人员和资源够不够,而技术几乎不是瓶颈。 

 《科技中国》:你们是通过什么途径来达到这种技术积累的? 

  陈生:由于我国自动化仪器起步比较晚,国外已经积累了很多先进的技术,所以,学习、改进、研发是我们的技术发展之途,但是这一点,国内中小企业不是都能做到。因为很多公司不具备技术消化吸收的能力。我们比较注重学习国外同类产品的长处,从而缩短与国外同等技术上的差距,正所谓“它山之石可以攻玉”,这样既提高了产品的性能,也使我们得到了技术的积累。 

  另一方面,我们通过专家和市场可以了解到很多新技术的发展状况。在这些新技术中,需要知道哪些技术是我们必须研究开发的。在这种选择中,需要员工对新技术有较强的敏感度,这点,我们公司的员工比较突出。这样可以使我们开发新技术的效率成倍增高。 

    生于忧患,死于安乐 

  《科技中国》:在我国医疗器械行业中,虽然国产半自动仪器占据了半壁江山,但是全自动仪器几乎全军覆没。而普利生在全自动仪器的研究上有很好的基础,可以说普利生有很好的发展的机会。但为什么普利生一直没有扩大公司规模呢? 

  陈生:我们公司在五六年前就达到上千万的资产了。在以后的几年中,我们完全有扩大公司规模的机会,但我没有去那样做。因为我不愿意,我知道那不是我的本意,也不是我的强项。我不想把管理搞得很复杂,只是想与大家一起做一些自己喜欢做的事情。 

  《科技中国》:从这方面看来,您是一个理想主义者。这与你刚才提到你是个注重实效的人有很大的矛盾啊? 
  陈生:这种矛盾的存在就体现了辩证法。一个人如果完全是非常务实的,他成就必然会很少。如果没有理想主义的公司,是不会有发展的前景的。像有些公司上市了,做得很大,但是却不能长久生存。因为大家所做的都不是自己想做的事,这样就失去了工作的激情。 

  《科技中国》:在我看来,您是一个不受束缚的人。而你们公司的这种稳步发展,好像让您失去了您个性中天马行空的一面。这方面您是怎么释放这种不受束缚的个性呢? 

  陈生:在研究开发中寻求新的技术来释放这种个性。我会花好多时间去接受新的工具、方法、芯片,看哪些东西能够替代我现在所用的。如,现在国外有一种最先进的编译系统,比较复杂,比较难控制,我一直都没有去接触。这几天刚好有空,我就研究这东西,用很短的时间掌握了它,用它编出来的程序非常紧凑,可控性非常好。其实这种精益求精的态度,也是理想主义的一种动力,它驱使我们不断的追求完美,并不在意公司规模的大小,我们是希望有更加精良的技术、更加好的质量换来更有实力的公司。 

  我们对公司发展追求的模式是强,而不是大。对高新技术企业来说,强是靠技术争取来的。我们通过不断完善自己的产品以此拉大与竞争对手的的距离。这和我们的理念有关系。我一直提醒自己,“生于忧患,死于安乐”。我们在不时地、主动的改良着我们的技术,因为我们总有一种忧患意识,这种忧患能使之超常规发展。而现在很多企业,只有在迫于市场压力时才来改良技术,这种举措很被动,对一个企业的发展也是下下之策。 

  与陈生的交谈中,他几乎每个问题都要用哲学来解释一下,在看待自己时也不例外。他说任何事和人都是有两面的,他有好的一面,同时他也存在缺陷。由于他是一个完美主义者,很难与人合作,但是他现在通过和肖继昌的合作来弥补这一点。肖先生务实的处事态度与陈先生的完美主义哲学很好地融合在一起,使普利生公司在技术上达到了完美,在公司管理上达到了和谐。

来源:科技中国

相关阅读