一种基于血小板投影成像的检测装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于血小板投影成像的检测装置及其方法。通过具有亚微米像元尺寸和千万像素规模的图像传感器芯片直接对注入到固定于图像传感器芯片表面的微流控芯片样品腔中的待检血液样品进行光学投影和/或拍照，然后利用血液样品中异常尺寸血小板在成像结果中所占的像元物理尺寸明显大于正常尺寸血小板所占的像元物理尺寸，对成像结果利用图像处理算法进行识别和统计，从而获取异常尺寸血小板的数目及比例。本发明专利技术弥补了现有基于光学透镜显微检测的缺陷，在满足分辨率的同时提供大的视场，极大地提高了检测效率，可实现统计意义的显微观测，对临床疾病脑卒中的发生提供预警及诊断参考。

A Detection Device and Method Based on Platelet Projection Imaging

The invention provides a detection device based on platelet projection imaging and a method thereof. Optical projection and/or photography of the blood sample injected into the sample chamber of microfluidic chip fixed on the surface of image sensor chip are carried out directly by image sensor chip with sub-micron pixel size and 10 million pixel size. Then, the physical size of the pixel occupied by abnormal size platelets in blood sample is significantly larger than that of normal size platelets. The physical size of the pixel is identified and counted by image processing algorithm to obtain the number and proportion of abnormal size platelets. The invention remedies the defects of the existing optical lens based microscopic detection, provides a large field of view while satisfying the resolution, greatly improves the detection efficiency, realizes the microscopic observation of statistical significance, and provides early warning and diagnostic reference for the occurrence of stroke in clinical diseases.

【技术实现步骤摘要】
一种基于血小板投影成像的检测装置及其方法
本专利技术涉及一种基于血小板投影成像的检测装置及其方法，特别是基于超小像元尺寸超大像素规模图像传感器芯片的投影显微成像装置，结合微流控芯片，用于检测血液样品中异常尺寸血小板的数目及比例，为相关临床疾病如脑卒中的发生提供预警及诊断参考。
技术介绍
随着人们生活习性及饮食习惯的变化，脑卒中已经导致成为我国居民死亡的“第一大杀手”，脑卒中俗称“脑中风”，具有发病率高、死亡率高和致残率高的特点。脑卒中分为缺血性脑卒中和出血性卒中，缺血性脑卒中的发病率高于出血性脑卒中，占脑卒中总数的60％～70％。颈内动脉及椎动脉闭塞和狭窄可引起缺血性脑卒中。而一些医学研究表明，缺血性脑卒中发生的原因就是由于血管中形成血拴堵塞血管，而在血拴形成过程中表现为人体血液中血小板受到激化而聚集。因此，统计意义的检测人体血液中被激化的血小板的数目及比例对于缺血性脑卒中发生的预警和诊断具有很高的参考意义。通常对微米以上尺度的微观物体的观测，例如人体血液中的血小板，一般通过常规的光学显微镜来实现。人体血液中的血小板在正常情况下直径约为2～4μm，在身体出现一些病变的情况下会被激化，长出丝状的伪足，直径变为8～25μm。常规情况下是利用光学显微镜通过光学透镜对血液样品中的血小板进行放大和成像。由于透镜的存在，使得采用这种检测方法的检测装置体积较大。另外，传统光学透镜显微技术受到其工作机理的限制，无法在实现高分辨的同时实现大的视场，使得统计检测时间长、成本高，难以应用于这种需要统计意义的观测场景下。因此，对于人体血液中异常尺寸血小板的统计意义检测需要结构和操作较为方便，视场较大，同时其分辨率又能达到一定水平的检测方法以及相应的光学显微成像装置。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提出一种基于血小板投影成像的检测装置及其方法，利用亚微米像元尺寸、千万像素规模图像传感器芯片直接实现血液样品中的血小板投影成像，在满足分辨率的同时提供大的视场，极大地提高了检测效率，可实现统计意义的显微观测。本专利技术的装置采用的技术方案为：一种基于血小板投影成像的检测装置，包括投影成像装置、LED光源、芯片控制系统、数据存储处理系统和数据显示系统；所述投影成像装置包括图像传感器芯片和微流控芯片，所述图像传感器芯片具有千万像素，其像元尺寸为亚微米，所述微流控芯片固定在图像传感器芯片的表面，图像传感器芯片的表面作为微流控芯片的基底，微流控芯片上的空腔与图像传感器芯片表面形成样品腔；所述LED光源置于投影成像装置的正上方，其发光面位于投影成像装置的光轴上，且LED光源的发光面覆盖整个图像传感器芯片表面；所述芯片控制系统与图像传感器芯片连接，用于驱动和控制图像传感器芯片的工作和数据读出；所述数据存储处理系统与图像传感器芯片连接，用于计算和处理图像传感器芯片传输出来的数据；所述数据显示系统与数据存储处理系统连接，用于显示处理之后的数据结果。本专利技术的方法采用的技术方案为：一种基于血小板投影成像的检测方法，检测步骤如下：第一步：将微流控芯片固定在图像传感器芯片表面形成样品腔，取适量待检测的人体血液样品注入到样品腔中；第二步：采用LED光源作为投影成像装置的照明光源，照射已经置于样品腔内的人体血液样品，通过图像传感器芯片直接对待检血液样品进行光学投影和/或拍照，获取人体血液样品的投影成像；异常尺寸血小板在图像传感器芯片上所获取的直接投影成像所占的像素物理尺寸约为8～25μm，正常尺寸血小板所获取的直接投影成像所占的像素物理尺寸约为2～5μm；第三步：对第二步中人体血液样品的投影成像结果进行统计分析，由于异常尺寸血小板所占像素物理尺寸明显大于正常尺寸血小板所占像素物理尺寸，可直接通过投影成像结果，利用图像处理算法统计出单位体积人体血液样品中异常血小板的数目及所占的比例。本专利技术的方法和装置的有益效果是：(1)无需采用光学透镜系统的检测方法，减小了系统的复杂度，实现了血液样品中异常尺寸血小板检测的快速简便性，对临床疾病脑卒中的预警及诊断极具参考意义。(2)本专利技术的方案实现了高分辨和大视场成像的完美统一。由于该检测方法的分辨率取决于图像传感器芯片的像素尺寸，而视场取决于图像传感器的像素集成规模，因此可以在实现高分辨的同时获得大的视场，从而缩短统计检测时间，降低成本，实现统计意义的显微观测。附图说明图1为本专利技术实施例中亚微米像元尺寸、千万像素规模图像传感器芯片的示意图。图2为本专利技术实施例中复合介质栅光敏探测器结构示意图。图3为本专利技术实施例中半浮栅晶体管结构示意图。图4为本专利技术实施例中微流控芯片的正面结构示意图。图5为本专利技术实施例中微流控芯片的反面结构示意图。图6为微流控芯片的三种不同形状的样品腔的示意图，(a)椭圆形，(b)圆形，(c)梭形。图7为本专利技术实施例中基于血小板投影成像预警脑卒中的装置示意图。图8为本专利技术实施例中血液样品中异常尺寸血小板投影成像结果示例图，其中，右图为左图中方框区域的放大图。具体实施方式本专利技术实施例提供一种基于血小板投影成像的检测装置，包括：亚微米像元尺寸、千万像素规模图像传感器芯片2，用于记录血液样品的二维投影成像结果；微流控芯片3，作为人体血液样品的容纳场所，用于容纳待测人体血液样品并使其单层排布，微流控芯片3直接粘附在图像传感器芯片2表面；LED光源7，作为整个成像装置的照明光源，LED光源7置于整个投影成像装置正上方，并且其发光面位于整个投影成像装置的光轴上，LED光源7的发光面覆盖整个图像传感器芯片2表面；图像传感器芯片控制系统9，用于驱动和控制亚微米像元尺寸、千万像素规模图像传感器芯片2的工作和数据读出；数据存储及处理系统10，用于计算和处理亚微米像元尺寸、千万像素规模图像传感器芯片2传输出来的数据；数据显示系统11，用于显示处理之后的数据结果。所述的投影成像是相对于通常意义的需要光学透镜的远场光学成像而言，常规的远场光学成像包括显微镜以及各种光学镜头的成像。而投影成像属于最基础的无透镜成像，即无需光学镜头成像。将LED光源7直接置于整个投影成像装置正上方，距离图像传感器芯片2的距离为5mm～20mm，人体血液样品到图像传感器芯片2实际感光区的距离D(1μm≤D≤500μm)在亚毫米级，然后图像传感器芯片2直接记录下人体血液样品的二维投影，这样带来的好处就是系统简单、便携。由于人体血液样品到图像传感器芯片实际感光区的距离D(1μm≤D≤500μm)很近，投影成像的视场近似等于图像传感器芯片的感光区域大小，而且放大倍率略大于1，即投影成像结果的尺寸略大于实际样品尺寸，可以看做是和实际样品尺寸一样。图1为本实施例亚微米像元尺寸、千万像素规模图像传感器芯片2的示意图；该图像传感器芯片2包括多个亚微米像元尺寸图像传感器1，亚微米像元尺寸图像传感器1的数目即为亚微米像元尺寸、千万像素规模图像传感器芯片2的像素规模。图像传感器芯片2可采用半浮栅晶体管或者复合介质栅光敏探测器作为像素单元，由于血液样品中血小板直径最小为2～4μm，因此单个图像传感器的尺寸需要≤1μm×1μm，整个图像传感器芯片的像素单元规模≥2500万像素，这样像元尺寸越小决定了分辨率越高，能看到越细微的样品细节信息，同时超大的像素规模保证了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于血小板投影成像的检测装置，其特征在于，该装置包括投影成像装置、LED光源、芯片控制系统、数据存储处理系统和数据显示系统；所述投影成像装置包括图像传感器芯片和微流控芯片，所述图像传感器芯片具有千万像素，其像元尺寸为亚微米，所述微流控芯片固定在图像传感器芯片的表面，图像传感器芯片的表面作为微流控芯片的基底，微流控芯片上的空腔与图像传感器芯片表面形成样品腔；所述LED光源置于投影成像装置的正上方，其发光面位于投影成像装置的光轴上，且LED光源的发光面覆盖整个图像传感器芯片表面；所述芯片控制系统与图像传感器芯片连接，用于驱动和控制图像传感器芯片的工作和数据读出；所述数据存储处理系统与图像传感器芯片连接，用于计算和处理图像传感器芯片传输出来的数据；所述数据显示系统与数据存储处理系统连接，用于显示处理之后的数据结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于血小板投影成像的检测装置，其特征在于，该装置包括投影成像装置、LED光源、芯片控制系统、数据存储处理系统和数据显示系统；所述投影成像装置包括图像传感器芯片和微流控芯片，所述图像传感器芯片具有千万像素，其像元尺寸为亚微米，所述微流控芯片固定在图像传感器芯片的表面，图像传感器芯片的表面作为微流控芯片的基底，微流控芯片上的空腔与图像传感器芯片表面形成样品腔；所述LED光源置于投影成像装置的正上方，其发光面位于投影成像装置的光轴上，且LED光源的发光面覆盖整个图像传感器芯片表面；所述芯片控制系统与图像传感器芯片连接，用于驱动和控制图像传感器芯片的工作和数据读出；所述数据存储处理系统与图像传感器芯片连接，用于计算和处理图像传感器芯片传输出来的数据；所述数据显示系统与数据存储处理系统连接，用于显示处理之后的数据结果。2.根据权利要求1所述的一种基于血小板投影成像的检测装置，其特征在于，所述图像传感器芯片采用半浮栅晶体管或者复合介质栅光敏探测器作为像素单元，单个像素单元的尺寸≤1μm×1μm，整个图像传感器芯片具有的像素≥2500万。3.根据权利要求1所述的一种基于血小板投影成像的检测装置，其特征在于，所述微流控芯片直接粘附在图像传感器芯片的表面，所述微流控芯片的材料为玻璃和有机聚合物。4.根据权利要求1所述的一种基于血小板投影成像的检测装置，其特征在于，所述微流控芯片上还设有入液口和微流通道，微流通道与空腔连通。5.根据权利要求1所述的一种基于血小板投影成像的检测装置，其特征在于，所述微流控芯片上的空腔形状为椭圆形、圆形或者梭形。6.根据权利要求1所述的一种基于血小板投影成像的检测装置，其特征在于，所述样品腔中的待测样品呈单层排布，待测样品在样品腔中到图...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫锋，杨程，王涟，张丽敏，华夏，马浩文，卜晓峰，曹旭，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32