一种流式细胞仪及超分辨率细胞图像的采集方法技术

本发明专利技术公开了一种流式细胞仪，主要结合了平行光、微流控芯片中微通道内的细胞流动与双线阵探测器扫描成像的特点，相对基于面阵探测器与单线阵探测器能够得到分辨率更高、细节更清楚的细胞图像，使细胞流动计数、分类及识别等更加准确。本发明专利技术还公开了一种超分辨率细胞图像的采集方法，该方法应用本发明专利技术的一种流式细胞仪进行采集，根据细胞流过两个线阵探测器的帧间隔数和双线阵探测器帧频，可计算出细胞流速，从而根据细胞流速恢复出两幅具有时间差的细胞超分辨率图像，同时利用两幅具有时间差的细胞超分辨率图像增强图像细节，得到超分辨率细胞图像，解决了细胞流速影响图像恢复效果的问题。

A Method for Acquisition of Flow Cytometry and Super-resolution Cell Images

The invention discloses a flow cytometer, which mainly combines the characteristics of cell flow in microchannels in parallel light and microfluidic chips and scanning imaging by dual-line array detectors. Compared with the cell images based on plane array detectors and single-line array detectors, the flow cytometer can obtain cell images with higher resolution and clearer details, thus making cell flow counting, classification and recognition more accurate. The invention also discloses a method for collecting super-resolution cell images. The method applies a flow cytometer of the invention to collect the super-resolution cell images. According to the number of frame intervals between two linear array detectors and the frame frequencies of two linear array detectors, the cell flow velocity can be calculated, and two super-resolution cell images with time difference can be recovered according to the cell flow velocity. The cell super-resolution image with time difference enhances the image details and obtains the super-resolution cell image, which solves the problem that the cell flow rate affects the image restoration effect.

【技术实现步骤摘要】
一种流式细胞仪及超分辨率细胞图像的采集方法
本专利技术属于细胞检测装置
，涉及一种流式细胞仪，还涉及一种超分辨率细胞图像的采集方法。
技术介绍
细胞检测在医学研究以及很多疾病检测中占有很重要的地位。目前，细胞检测仪器体积大、价格昂贵，只适合在医疗机构中进行。微流控技术能把样品的制备、分离、反应及检测等基本操作集成在芯片上。这种微流控芯片使用方便，具有分析速度快、便于携带、功耗低及可自动化的特点，适合野外、社区等场景使用。微流控技术与图像处理技术结合，使细胞检测系统小型化、低成本、已操作、及大众化成为可能。现有的基于微流控技术与面阵探测器的流式细胞仪虽能解决传统的问题，但其成像效果差、分辨率低、及易受光源和微通道质量影响，使得后期细胞分析、处理难度大。目前现有基于单线阵图像传感器的流式细胞仪相比前者能更好的获得高质量图像，但其没有解决成像模糊的问题，并且要求微流控芯片中微通道的细胞是相对匀速运动，其实现难度极大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种流式细胞仪，解决了细胞流速影响细胞图像恢复成像模糊的问题。本专利技术的另一目的是提供一种超分辨率细胞图像的采集方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种流式细胞仪，包括微流控芯片，微流控芯片下设置有两个相互平行的线阵探测器，微流控芯片下表面与线阵探测器上表面贴合，两个线阵探测器均与数据处理装置连接；还包括有设置于微流控芯片正上方的平行光源，平行光源照射在微流控芯片上形成平行光区，微流控芯片内部设置有直线型的微通道a，微通道a一端设置有样品入口，微通道a另一端设置有样品出口，微通道a与线阵探测器之间形成夹角，且夹角θ满足如下关系：0°≤θ≤90°，微通道a两侧均设置有微通道b，微通道b一端设置有缓冲液入口，微通道b另一端在靠近样品入口处与微通道a连通。本专利技术第一种技术方案的特点还在于，数据处理装置为上位机PC。数据处理装置包括连接在一起的数据传输模块和数据处理模块。数据处理模块内设置有ASIC芯片。数据处理模块内设置有FPGA芯片。微流控芯片外围套有角度刻度盘。本专利技术所采用的的第二种技术方案是，一种超分辨率细胞图像的采集方法，该方法应用本专利技术第一种技术方案的一种流式细胞仪进行采集，具体包括以下步骤：步骤1、向样品入口通入样品，向缓冲液入口通入缓冲液，样品与缓冲液在微通道a中交汇形成层流并向样品出口流动，两个线阵探测器采集样品相同细胞具有时间差的细胞图像分别为Rp1和Rp2；步骤2、以线阵探测器的线阵方向为x轴、与线阵探测器垂直方向为y轴建立平面直角坐标系，细胞的流动速度可沿x轴和y轴分解，根据两个线阵探测器在y轴方向上的前后间距d和微通道a与线阵探测器之间的夹角θ，计算两个线阵探测器在细胞流动方向的距离d'如下，d'＝d/sinθ(11)，根据两个线阵探测器在细胞流动方向的距离s，计算细胞的流动速度v如下，v＝d'·n/f(12)，式(12)中，n为细胞经过两个线阵探测器的帧间隔数，f为每个线阵探测器的帧频，由于n只能为不为0的自然数，其存在一定误差，当误差累计到1帧时，对其进行修正，修正帧间隔数为n'＝n+γ，其中γ为修正因子，0≤γ＜1，将细胞的流动速度分别沿x轴和y轴分解，得到x轴的分解速度vx和y轴的分解速度vy如下，vx＝v·cosθ(13)vy＝v·sinθ(14)，x轴的分解速度vx是细胞在线阵探测器采集的细胞图像上的横向速度，则细胞在线阵探测器采集的细胞图像帧间的横向位移s为，s＝vx/f(15)。步骤3、根据横向位移s计算细胞在线阵探测器采集的细胞图像帧间的修正横向位移s'，分别将细胞图像Rp1和Rp2中的每帧图像进行反向位移、纵向拼接处理后最终得到细胞恢复图像R'p1、R'p2；步骤4、通过插值放大算法分别对细胞恢复图像R'p1和R'p2进行缩放恢复出细胞超分辨率图像R”p1和R”p2；步骤5、将细胞超分辨率图像R”p1和R”p2通过高反差保留算法或多帧超分辨率算法处理，再次提高图像分辨率、增强图像细节，最终得到超分辨率细胞图像，超分辨率细胞图像的采集完成。本专利技术第二种技术方案的特点还在于，步骤2、步骤3、步骤4和步骤5均由数据处理装置(3)实施。步骤3具体为，将线阵探测器采集的细胞图像Rp1的第i帧图像Pi沿x轴负方向移动s·i+1帧，其中i＝1、2、3、…n，n为不为0的自然数，得到第i帧初步恢复图像q1＝1、2、3、…n，n为不为0的自然数，当与对应位置的像素差之和最小时，令q1＝i，此时γ造成的误差累加至1帧，则线阵探测器的修正帧间隔数的修正因子γ＝1/q1，则线阵探测器的修正帧间隔数为n'＝n+1/q1，根据修正帧间隔数n'计算细胞的修正流动速度v'如下，v'＝d·n'/f(16)，将细胞的修正流动速度分别沿x轴和y轴分解，得到x轴的修正分解速度vx'和y轴的修正分解速度vy'如下，vx'＝v'·cosθ(17)vy'＝v'·sinθ(18)，则细胞在线阵探测器采集的细胞图像Rp1帧间的修正横向位移s'为，s'＝vx'/f(19)。将第i帧图像Pi沿x轴负方向移动s'·i帧，得到第i帧最终恢复图像R'pi，pi＝1、2、3、…n，n为不为0的自然数，将i帧最终恢复图像R'pi进行拼接得到细胞恢复图像R'p1，同理根据细胞图像Rp2得到细胞恢复图像R'p2。步骤4具体为，根据线阵探测器的修正帧间隔数n'及线阵探测器采集的细胞图像Rp1的分辨率大小H×W，H和W分别表示，计算细胞恢复图像R'p1的分辨率为H'×W'，H'＝H，W＝n'W，通过插值放大算法对细胞恢复图像R'p1进行缩放恢复出细胞超分辨率图像R”p1，同理对细胞恢复图像R'p2进行缩放恢复出细胞超分辨率图像R”p2。本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种流式细胞仪，采用平行光源，使细胞在成像时的衍射非常小；利用双线阵探测器独立同时采集数据，并与微通道倾斜一定角度，便于计算每个细胞的流速，并根据各个细胞的流速采集细胞的超分辨率图像，同时对细胞计数，可以有效避免细胞的漏检。本专利技术一种超分辨率细胞图像的采集方法利用双线阵探测器采集的细胞图像恢复出两幅具有时间差的图像，可以进一步恢复出图像细节，最终得到的超分辨率细胞图像相比于其他流式细胞仪获取的图像分辨率更高，细节更清楚，更易处理，可以实现细胞追踪、细胞分割、多细胞计数、多细胞分类等。附图说明图1是本专利技术一种流式细胞仪的结构示意图；图2是本专利技术一种流式细胞仪内微流控芯片和平行光源的结构示意图；图3是本专利技术一种流式细胞仪内微流控芯片和线阵探测器的结构示意图；图4是本专利技术一种流式细胞仪内线阵探测器的采样模式示意图；图5是本专利技术一种超分辨率细胞图像的采集方法中细胞速度分解原理的示意图；图6是本专利技术一种超分辨率细胞图像的采集方法仿真验证过程中的原始细胞图像；图7是本专利技术一种超分辨率细胞图像的采集方法仿真验证过程中的常规面阵探测器采集的图像；图8是本专利技术一种超分辨率细胞图像的采集方法仿真验证过程中本专利技术的流式细胞仪中一个线阵探测器采集样品的细胞图像；图9是本专利技术一种超分辨率细胞图像的采集方法仿真验证过程中本专利技术的流式细胞仪中另一个线阵探测器采集样品的细胞图像；图10是本专利技术一种超分辨率细胞图像的采集方法仿真验证过程中仿真单线阵探测器对图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流式细胞仪，其特征在于，包括微流控芯片(1)，所述微流控芯片(1)下设置有两个相互平行的线阵探测器(2)，所述微流控芯片(1)下表面与线阵探测器(2)上表面贴合，两个所述线阵探测器(2)均与数据处理装置(3)连接；还包括有设置于微流控芯片(1)正上方的平行光源(5)，所述平行光源(5)照射在微流控芯片(1)上形成平行光区，所述微流控芯片(1)内部设置有直线型的微通道a(4)，所述微通道a(4)一端设置有样品入口(7)，所述微通道a(4)另一端设置有样品出口(9)，所述微通道a(4)与线阵探测器(2)之间形成夹角，且夹角θ满足如下关系：0°≤θ≤90°，所述微通道a(4)两侧均设置有微通道b(6)，所述微通道b(6)一端设置有缓冲液入口(8)，所述微通道b(6)另一端在靠近样品入口(7)处与微通道a(4)连通。

【技术特征摘要】
1.一种流式细胞仪，其特征在于，包括微流控芯片(1)，所述微流控芯片(1)下设置有两个相互平行的线阵探测器(2)，所述微流控芯片(1)下表面与线阵探测器(2)上表面贴合，两个所述线阵探测器(2)均与数据处理装置(3)连接；还包括有设置于微流控芯片(1)正上方的平行光源(5)，所述平行光源(5)照射在微流控芯片(1)上形成平行光区，所述微流控芯片(1)内部设置有直线型的微通道a(4)，所述微通道a(4)一端设置有样品入口(7)，所述微通道a(4)另一端设置有样品出口(9)，所述微通道a(4)与线阵探测器(2)之间形成夹角，且夹角θ满足如下关系：0°≤θ≤90°，所述微通道a(4)两侧均设置有微通道b(6)，所述微通道b(6)一端设置有缓冲液入口(8)，所述微通道b(6)另一端在靠近样品入口(7)处与微通道a(4)连通。2.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪，其特征在于，所述数据处理装置(3)为上位机PC。3.根据权利要求1所述的一种流式细胞仪，其特征在于，所述数据处理装置(3)包括连接在一起的数据传输模块和数据处理模块。4.根据权利要求4所述的一种流式细胞仪，其特征在于，所述数据处理模块内设置有ASIC芯片。5.根据权利要求4所述的一种流式细胞仪，其特征在于，所述数据处理模块内设置有FPGA芯片。6.根据权利要求1所述的基于微流控技术与线阵探测器的流式细胞仪，其特征在于，所述微流控芯片(1)外围套有角度刻度盘(10)。7.一种超分辨率细胞图像的采集方法，其特征在于，该方法应用如权利要求1-6任一项所述的一种流式细胞仪进行采集，具体包括以下步骤：步骤1、向样品入口(7)通入样品，向缓冲液入口(8)通入缓冲液，样品与缓冲液在微通道a(4)中交汇形成层流并向样品出口(9)流动，两个线阵探测器(2)采集样品相同细胞具有时间差的细胞图像分别为Rp1和Rp2；步骤2、以线阵探测器(2)的线阵方向为x轴、与线阵探测器(2)垂直方向为y轴建立平面直角坐标系，细胞的流动速度可沿x轴和y轴分解，根据两个线阵探测器(2)在y轴方向上的前后间距d和微通道a与线阵探测器(2)之间的夹角θ，计算两个线阵探测器(2)在细胞流动方向的距离d'如下，d'＝d/sinθ(11)，根据两个线阵探测器(2)在细胞流动方向的距离s，计算细胞的流动速度v如下，v＝d'·n/f(12)，式(12)中，n为细胞经过两个线阵探测器(2)的帧间隔数，f为每个线阵探测器(2)的帧频，由于n只能为不为0的自然数，其存在一定误差，当误差累计到1帧时，对其进行修正，修正帧间隔数为n'＝n+γ，其中γ为修正因子，0≤γ＜1，将细胞的流动速度分别沿x轴和y轴分解，得到x轴的分解速度vx和y轴的分解速度vy如下，v...

【专利技术属性】
技术研发人员：余宁梅，田典，方元，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61