[發明專利]使用微流控芯片進行細胞全息重建觀測的流路結構去除方法

有效

• 申請號: 201810136170.0
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108364266B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 羅洪艷;葉東海;朱子巖;廖彥劍;胡寧;高成龍;季忠
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/155;G01N15/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種使用微流控芯片進行細胞全息重建觀測的流路結構去除方法，屬于數字全息成像技術與微流控芯片技術領域，該方法首先對包含有微流控芯片流路及內含細胞的目標區域進行全息成像，使用滑動窗進行半窗長滑動，并加以卷積重建，對于交疊部分中像素灰度取平均，整合得到整幅重建圖。然后對于整幅重建圖再次分塊，使用最大類間方差設置灰度閾值得到塊內物體可能存在區域。接著通過形態學濾波去除可能是細胞的微小區域，將保留下來區域內的物體信息反衍射出對應衍射環。最終與原始全息衍射環抵消后進行二次重建，得到單純的細胞重建圖像。本發明實現了微流控芯片內細胞實時追蹤，簡化觀察步驟，提高了實驗人員觀察分析效率。

技術領域

本發明屬于數字全息成像技術與微流控芯片技術領域，涉及一種使用微流控芯片進行細胞全息重建觀測的流路結構去除方法。

背景技術

微流控芯片實驗室是本世紀一項重要的科學技術。微流控芯片實驗室簡稱微流控芯片或芯片實驗室，指的是在一塊幾平方厘米的芯片上構建的化學或生物實驗室。它把化學和生物等領域中所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測，細胞培養、分選、裂解等基本操作單元集成到一塊很小的芯片上，由微通道形成網絡，以可控流體貫穿整個系統，用以實現常規化學或生物實驗室的各種功能。

從物理上說，微流控芯片是一種操控微小體積的流體在微小通道或構建中流動的系統，其中通道和構件的尺度為幾十到幾百微米，承載流體的量通常僅為10^-9至10^-18L。

從工作原理來講，微流控芯片實驗室各個操作單元通過微通道網絡內流體的流動相互聯系。設計適當結構的微通道網絡，使流體在該微通道網絡內按一定的方式流動，微流控芯片就可以從整體上實現特定的功能。

但就觀察手段而言，對常規微流控芯片內細胞而言，仍無法擺脫熒光標記、染料染色等有損傷標記方法。且對于尺寸較大的芯片與通道較長的流路，光學顯微鏡難以在成像視野與成像精度間權衡，尤其對于追蹤觀察的情況需要實驗人員不斷調整視野，不僅操作繁瑣而且極易造成目標丟失。因此如果能夠保證成像精度與細胞活性的前提下擴大觀察視野，那么無論是對于簡化實驗流程還是便于后續處理分析都具有重大意義。

數字全息是一種精度可達微米級別的成像方法，由CCD或CMOS等光學元器件直接記錄獲取樣本圖像，光路極其精簡，易于集成和小型化。同時其具有全視場、非接觸、無損傷、實時性、定量化的優點。加之無需對樣本染色即可清晰成像，故特別適合于活體生物樣品的定量三維重建和快速跟蹤，得以在生物醫學應用領域尤其是細胞培養觀測中發展迅速。此外由于全息圖視野直接對應于光學元器件的尺寸，所以全息圖具有得天獨厚的大視野成像的優點。在同時能夠對微米級別物體準確成像的基礎上，全息圖視野下所記錄的物體信息遠豐富于常規光學顯微鏡。

但是由于全息成像的記錄過程是由光源發出的光線照射到樣本上，樣本表面產生的散射光(即物光)和參考光在光敏電子成像器件表面發生干涉，從而形成全息圖。而芯片內流路結構也會與光產生強烈的衍射作用，同時由于具有明顯的深度結構，所以在進行常規重建時會帶來難以克服的共軛像，甚至會嚴重影響內部細胞成像。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種使用微流控芯片進行細胞全息重建觀測的流路結構去除方法，實現對微流控芯片內細胞實時追蹤，簡化觀察步驟，提高實驗人員觀察分析效率。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

使用微流控芯片進行細胞全息重建觀測的流路結構去除方法，該方法包含如下步驟：

S1：讀入待重建的細胞全息圖，進行預處理，將細胞全息圖從RGB彩色空間映射為灰度圖像，對應像素映射關系：

Gray(a,b)＝0.229×R(a,b)+0.587×G(a,b)+0.114×B(a,b)

其中，a、b為行列坐標，R、G、B分別為三原色通道信息；