[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

本發明公開了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，根據無透鏡成像系統特點，建立菲涅爾衍射模型，并由此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，通過待測生物細胞樣品中準球細胞的衍射圖像得到準球細胞的衍射環到真實細胞邊界的距離，代入測量模型，得到該準球細胞的高度方向位移大小。本發明能夠解決準球細胞在微流控芯片中高度方向位移無法精確測量的問題，非常適合于微流控芯片和無透鏡成像相結合的POTC，操作簡單，實時性高，對于無透鏡成像系統和微流控相結合的生物細胞檢測具有十分重要的意義。

技術領域

本發明屬于醫療圖像分析技術領域，涉及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。

背景技術

生物細胞檢測和分析是醫學研究、疾病診斷等不可或缺的手段。對細胞檢測設備和方法的研發是推動生物醫學研究、疾病診斷技術進步的重要力量。其中準球細胞的檢測和分析在其中占有重要地位。

傳統的生物細胞檢測方式主要分為兩種，一種是人工的方法，使用光學顯微鏡進行細胞檢測；另一種是借助流式細胞儀進行細胞檢測。但是這兩種方法的檢測設備都存在其體積大，價格昂貴，對操作人員專業知識要求高等問題。近年來，低成本，便攜，用戶友好和操作簡單的即時檢測(Point-Of-Care Testing，POCT)越來越受到了人們的青睞。在POCT條件下實現生物細胞檢測逐漸成為研究熱點。

微流控能夠準確控制樣品和試劑的數量和流速，從而實現分析物的高精度、高靈敏度的分離和檢測?；谖⒘骺氐腜OCT技術具有制備簡便、試劑用量低、響應時間短、可連續監測分析等優點，為生物細胞檢測提供了強大的平臺。無透鏡成像系統的成像的原理及系統的體積相比有透鏡顯微鏡有巨大的優勢，同時還有近乎無限的視野和低廉的價格。因此基于微流控技術的無透鏡成像系統的發展使基于POCT技術的生物細胞檢測成為可能。

基于微流控的典型無透鏡成像系統由光源、微流控芯片和CMOS圖像傳感器(CMOSImage Sensor，CIS)組成。將含有細胞的微流控芯片直接置于CIS上，由于細胞和CIS之間沒有透鏡，在CIS上不能真正形成細胞圖像，只能形成細胞的衍射條紋。同時，由于微流控芯片的引入，也會給無透鏡成像帶來一些技術困難。由于微流控芯片的微通道具有一定高度，當細胞在微通道內移動時，細胞將沿高度方向移動。從細胞到成像面的距離會發生變化，而且這種變化是隨機的。細胞到成像面距離的不確定性將嚴重影響無透鏡成像系統的成像效果，不利于對圖像更進一步的分析。因此如何利用衍射圖像來獲取細胞在微流控芯片中高度方向的位移信息，在生物細胞檢測中具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供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，利用準球細胞衍射條紋實現對準球細胞高度方向位移的測量。

本發明所采用的技術方案是，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，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，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；