[發明專利]一種無透鏡成像系統中的準球細胞高度方向位移測量方法

在審

• 申請號: 202011622669.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112782059A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 李建偉;吳銀峰;余寧梅;戴力
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10;G01N15/14;G01B11/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 劉娜

1.一種無透鏡成像系統中的準球細胞高度方向位移測量方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1、制備含有標準球細胞的標準生物細胞樣品；

步驟2、將微流控芯片放置于無透鏡成像系統的CMOS圖像傳感器上，并將生物細胞樣品通入到微流控芯片中；

步驟3、打開無透鏡成像系統的單色光源，使光線照射在通有標準生物樣品的微流控芯片上；

步驟4、打開圖像采集裝置，利用CMOS圖像傳感器采集標準生物細胞樣品中準球細胞的衍射圖像；

步驟5、根據無透鏡成像系統成像原理及特點，建立菲涅爾衍射模型；

步驟6、計算菲涅爾衍射的衍射光強振幅，得到衍射環的位置與準球細胞到成像表面距離的關系式，建立該無透鏡成像系統的準球細胞高度方向位移測量模型，所述準球細胞到成像表面的距離即為標準生物細胞樣品到CMOS圖像傳感器的距離；

步驟7、采集待測生物細胞樣品中準球細胞的衍射圖像，根據該衍射圖像得到準球細胞的衍射環到真實細胞邊界的距離，通過高度方向位移測量模型計算得到待測生物細胞樣品中準球細胞到成像表面的距離，該準球細胞到成像表面的距離即為該準球細胞的高度方向位移大小。

2.根據權利要求1所述的一種無透鏡成像系統中的準球細胞高度方向位移測量方法，其特征在于，所述單色光源為點光源或平行光源。

3.根據權利要求1所述的一種無透鏡成像系統中的準球細胞高度方向位移測量方法，其特征在于，所述步驟5具體為：

由于無透鏡系統中光源到成像面的距離為有限距離，其衍射原理符合菲涅爾衍射，又因為準球形細胞的衍射邊緣不是標準圓，因此符合直邊菲涅爾衍射，衍射發生在以銳利直邊為界的半無限平面上，成像平面上的光強I即直邊菲涅爾衍射模型表示為：

式(1)中，I₀是平均光強，C(w)、S(w)為菲涅耳積分；

C(w)、S(w)表示為：

式(3)中，r'是光源到標準生物細胞樣品的距離，s'是標準生物細胞樣品到CMOS圖像傳感器的距離，x是標準生物細胞樣品的衍射圖像中衍射環到真實細胞邊界的距離，λ為光波長，r'、λ均為已知量，s'、x均為未知量。

4.根據權利要求3所述的一種基于無透鏡成像系統光強模型的準球細胞測量方法，其特征在于，所述步驟6具體按照以下步驟實施：

由式(1)得到下式，

由式(2)、(3)得：

由式(4)和(5)解得：

在標準生物細胞樣品中準球細胞的菲涅耳衍射圖案的亮條紋和暗條紋的位置上，滿足C(w)＝S(w)，將C(w)＝S(w)帶入式(6)可得衍射光強振幅為：

將式(3)代入式(7)，得到標準生物細胞樣品中準球細胞的衍射環到真實細胞邊界的距離與準球細胞到成像表面距離的關系式，該關系式即為該無透鏡成像系統的準球細胞高度方向位移測量模型。

5.根據權利要求3所述的一種無透鏡成像系統中的準球細胞高度方向位移測量方法，其特征在于，所述步驟7具體按照以下步驟實施：

通過圖像采集裝置采集待測生物細胞樣品中準球細胞的衍射圖像，根據該衍射圖像得到準球細胞的衍射環到真實細胞邊界的距離，將衍射環到真實細胞邊界的距離代入準球細胞高度方向位移的測量模型，得到準球細胞到成像表面的距離，準球細胞到成像表面的距離即為該準球細胞的高度方向位移大小，待測生物細胞樣品中準球細胞的高度方向位移測量完成。