一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器及计算方法技术

本发明专利技术公开一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器，该计数器包括智能手机、安装在智能手机上的PDMS透镜以及手机支架，本发明专利技术还公开了一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器的计算方法，本发明专利技术设计成本低廉，PDMS镜头是利用疏水的立柱模板和预固化的PDMS前驱体制备，可重复并可控生产，并在较大范围内调节放大比率，新的算法可以捕获流体中静态和动态目标，基于图像堆叠计数的斑点计数算法可以精确计算颗粒数量，该技术可广泛应用于各个领域如POCT检测中的生物颗粒计数，适合于发展中地区和野外作业的需要。

A particle counter based on portable smart phone microscope and its calculation method

The invention discloses a particle counter based on a portable smart phone microscope, which comprises a smart phone, a PDMS lens mounted on the smart phone and a mobile phone bracket. The invention also discloses a calculation method of the particle counter based on the portable smart phone microscope. The design cost of the invention is low, P DMS lenses are made of hydrophobic column templates and pre-cured PDMS precursors, which can be reproduced and controlled for production. The magnification ratio can be adjusted in a wide range. The new algorithm can capture static and dynamic targets in the fluid. The speckle counting algorithm based on image stack counting can accurately calculate the number of particles. This technology can be widely used. Bioparticle counting applied in various fields such as POCT detection is suitable for the needs of developing regions and field operations.

【技术实现步骤摘要】
一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器及计算方法
本专利技术属于生物
，具体涉及到一种智能手机显微镜，更具体的是一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器及计算方法。
技术介绍
生物颗粒的计数如血液细胞计数是医疗保健的一个重要组成部分，它可以帮助我们检查出不同的健康状况。通常是在实验室中借助大型且昂贵的仪器进行细胞计数，如专业显微镜或流式细胞仪系统，然而，这些仪器都需要经过训练的专业人员来操作。在本研究中，我们开发了一个用于微流体内颗粒计数的便携式智能手机显微镜平台，这个平台基于廉价的PDMS透镜和3d打印的智能手机支架，并设计了可以在智能手机上应用的新算法来实时计数颗粒。PDMS透镜的制备采用了新的方法，结合表面疏水性处理和在立柱模型上进行PDMS溶液预固化，制备出了具有高重复性和可控放大倍率的透镜，并可以吸附在智能手机摄像头上。当与智能手机支架一起使用，可以根据透镜的倍数来改变焦点。智能手机摄像头会拍摄和捕获支架上样品的图像，可以用于捕获静态和动态目标物体的清晰图像，并通过安装在智能手机上的应用软件，采用新型颗粒计数算法，检测出基于图像叠加的运动颗粒数量。因为便携和低成本，这个平台将在POCT快速诊断和其它领域具有巨大的应用价值。细胞计数是医疗保健的一个组成部分，是衡量炎症、骨髓衰竭、贫血、白血病等等疾病状况的重要指标。细胞计数通常是在实验室里进行的，常见和基本的计数技术是使用血球计，在一个封闭的区域内手动计数。血液样本经常被染色，从而增加细胞的对比度方便检测。实验室技术人员可以通过显微镜观察样品，通过肉眼观察，手动计数装置内的细胞数量。而随着技术的进步，现在已经越来越流行使用自动血细胞计数器来完成血细胞的计数，如使用自动流动血细胞计数器。然而，这一过程仍然需要专业技术人员来操作昂贵且笨重的血液分析仪。而且对于资源匮乏的医院来说，也是负担不起投资一个昂贵的能源消耗设备。因此，我们需要一个普通医院负担得起的，并且易于使用的设备，来执行日常的血液细胞计数任务。随着目前智能手机的高速计算性能不断增强，和可承受的价格及广泛的可用性，把智能手机应用于实验室成为一个有吸引力的选择。大多数智能手机都配备了高端规格的相机，并支持该设备作为基于光学设备的平台，如光谱测量、量热、荧光和发光检测。智能手机的摄像头还可以实现多个变焦，从而有利于移动显微镜的图像捕获和分析。随着智能手机技术的这些优点，我们可以利用移动电话的摄像头来制作出一种便携式的、可负担得起的设备来检测血细胞。而这将意味着血液计数的过程可以实现自动化，并可以在实验室外、在路上甚至在家里进行，从而节省宝贵的医疗资源和能源，同时惠及资源贫乏的社区。同时为了适用于快速检测计数，使用的仪器必须相对简单且成本低，同时要保持准确性和精确度，这是目前现有的台式仪器无法胜任的。
技术实现思路
为了克服上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器及计算方法，通过利用红细胞进行静态和动态物体的图像捕获演示，并精确计算血红细胞数量，以及通过一种基于廉价PDMS透镜的便携式智能手机显微镜系统，同时开发了一种颗粒检测新算法和智能手机应用软件，用于流体中颗粒静态和动态检测和计数，来解决上述的问题。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器，该计数器包括智能手机、安装在智能手机上的PDMS透镜以及手机支架，其中，PDMS透镜的制备方法包括如下步骤：步骤一：将PDMS单体和固化剂按照10:1的比例进行混合，制成厚度为3mm的PDMS块，将PDMS块进行去除气泡处理，再固化1小时；步骤二：使用圆形穿孔机，将PDMS块分别制备成直径为2mm、3mm以及4mm尺寸的圆柱形PDMS柱，将PDMS柱放在载玻片上，使用疏水性全氟硅烷通过化学气相沉积法来进行处理，沉积2小时，使PDMS柱表面疏水性；步骤三：将PDMS单体和固化剂按照10:1的比例进行混合，脱气以去除气泡，并放置到烘箱内，在40℃条件下，预固化1小时，然后转移到50微升的带针头注射器内，将混合的PDMS从注射器以不同体积容量注入到步骤四制备的PDMS柱表面上，即得到PDMS透镜。一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器的计算方法,包括如下步骤：步骤1：智能手机储存单行像素行的像素强度，并对经过的所有颗粒进行计数，提起每帧的ROI的像素行，将所有行合并成一个图像，按帧顺序排列在Y轴中，即合并图像中的第一行像素来自第一帧，第二行来自第二帧，依此类推，然后把合并的图像进行斑点检测；步骤2：合并的图像包含有关颗粒在通过R01时的位置信息，以及颗粒通过R01的时间，在灰度的转换过程中，颗粒的延伸会丢失，将其作为选择标准进行排除；步骤3：通过优化视频斑点检测的主要控制参数，包括最小像素阀值和最大像素阀值，检测到斑点的最大面积和最小重复性，像素阀值是斑点检测中的参数，阀值使得函数能够区分候选颗粒和背景像素，最小像素阀值和最大像素阀值将斑点进行区分，最小重复性用于区分彼此接近的斑点，用于排除阀值内不是颗粒的较大像素集合，在最大斑点面积区域内确定允许检测的最大尺寸颗粒候选区。作为本专利技术进一步的方案：步骤1中，通过合并的图像需要通过组合所有三原色颜色通道转换成8位灰度图像来执行斑点分析，样本图像是单个通道图像。作为本专利技术进一步的方案：步骤2中，微流体装置的背景明亮且具有较高的平均像素值，而颗粒较暗，具有较低的像素值，只有一行像素被选为R01，且是在合并图像中捕获的位移部分颗粒，合并的图像不包含任何有关颗粒的形状和凹度的信息，只有颗粒存在的信息。本专利技术的有益效果：本专利技术设计成本低廉，PDMS镜头是利用疏水的立柱模板和预固化的PDMS前驱体制备，可重复并可控生产，并在较大范围内调节放大比率，新的算法可以捕获流体中静态和动态目标，基于图像堆叠计数的斑点计数算法可以精确计算颗粒数量，该技术可广泛应用于各个领域如POCT检测中的生物颗粒计数，适合于发展中地区和野外作业的需要。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是PDMS透镜与对照相组比较的示意图。图2是在疏水处理的表面上与未疏水处理的表面对比示意图。图3是仅硅烷疏水处理、预固化处理和两种处理结合的情况下，在溢流之前的高容量液体PDMS溶液的最大体积的比较示意图。图4是本专利技术使用2-4毫米的立柱模板产生的从25倍到80倍的广泛且可控的放大倍率示意图。图5是本专利技术中手机支架的结构示意图。图6是本专利技术中手机支架的爆炸视图。图7是本专利技术中手机支架的底座的结构示意图。图8是本专利技术中手机支架的手机支撑台的结构示意图。图9是本专利技术中手机支架的升降板的结构示意图。图10是本专利技术中手机支架的样品放置架的结构示意图。图11是本专利技术的计算方法示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器，该计数器包括智能手机、安装在智能手机上的PDMS透镜以及手机支架；PDMS透镜可以是市场上的球形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器，其特征在于，该计数器包括智能手机、安装在智能手机上的PDMS透镜以及手机支架，其中，PDMS透镜的制备方法包括如下步骤：步骤一：将PDMS单体和固化剂按照10:1的比例进行混合，制成厚度为3mm的PDMS块，将PDMS块进行去除气泡处理，再固化1小时；步骤二：使用圆形穿孔机，将PDMS块分别制备成直径为2mm、3mm以及4mm尺寸的圆柱形PDMS柱，将PDMS柱放在载玻片上，使用疏水性全氟硅烷通过化学气相沉积法来进行处理，沉积2小时，使PDMS柱表面疏水性；步骤三：将PDMS单体和固化剂按照10:1的比例进行混合，脱气以去除气泡，并放置到烘箱内，在40℃条件下，预固化1小时，然后转移到50微升的带针头注射器内，将混合的PDMS从注射器以不同体积容量注入到步骤四制备的PDMS柱表面上，即得到PDMS透镜。

【技术特征摘要】
1.一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器，其特征在于，该计数器包括智能手机、安装在智能手机上的PDMS透镜以及手机支架，其中，PDMS透镜的制备方法包括如下步骤：步骤一：将PDMS单体和固化剂按照10:1的比例进行混合，制成厚度为3mm的PDMS块，将PDMS块进行去除气泡处理，再固化1小时；步骤二：使用圆形穿孔机，将PDMS块分别制备成直径为2mm、3mm以及4mm尺寸的圆柱形PDMS柱，将PDMS柱放在载玻片上，使用疏水性全氟硅烷通过化学气相沉积法来进行处理，沉积2小时，使PDMS柱表面疏水性；步骤三：将PDMS单体和固化剂按照10:1的比例进行混合，脱气以去除气泡，并放置到烘箱内，在40℃条件下，预固化1小时，然后转移到50微升的带针头注射器内，将混合的PDMS从注射器以不同体积容量注入到步骤四制备的PDMS柱表面上，即得到PDMS透镜。2.一种基于便携式智能手机显微镜的颗粒计数器的计算方法,其特征在于，包括如下步骤：步骤1：智能手机储存单行像素行的像素强度，并对经过的所有颗粒进行计数，提起每帧的ROI的像素行，将所有行合并成一个图像，按帧顺序排列在Y轴中，即合并图像中的第一行像素来自第一帧，第二行来自第二帧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，
申请(专利权)人：合肥亨纳生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34