一种机器人化的贴壁细胞三维定位方法技术

本发明专利技术公开机器人化的贴壁细胞三维定位方法，包括以下步骤：微针针尖的三维定位：对微针针尖进行垂直定位和水平定位；贴壁细胞的水平定位：利用显微镜对贴壁细胞进行自动聚焦，再利用正负方向的细胞离焦图像定位贴壁细胞水平位置，确定每个贴壁细胞的中心位置；贴壁细胞的垂直定位：微针针尖从目标细胞中心位置上方下降，微针阻值超过一定数值时，认为微针接触到贴壁细胞的上表面，完成贴壁细胞的垂直定位。本发明专利技术定位过程中无需人为干预，实现了贴壁细胞的全自动三维定位；细胞水平定位的成功率和误差分别是94.7％和0.3μm，细胞垂直定位的精度是0.2μm，在贴壁细胞膜片钳封接应用中，细胞封接的成功率可以达到80％，定位速度和准确率都要高于现有技术。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人化的贴壁细胞三维定位方法
本专利技术属于细胞级别的定位
，特别涉及一种机器人化的贴壁细胞三维定位方法。
技术介绍
贴壁细胞的三维定位在自动化膜片钳和细胞微注射领域有着重要作用，不精确的细胞定位将会影响细胞注射和封接等微操作的成功率，甚至损坏微针和损伤细胞。为了更好的定位细胞的三维位置，科学家们研发了多种细胞定位方法。细胞的水平定位即细胞分割方法主要有分水岭算法，阈值法和深度学习方法，其中分水岭算法对图像的噪声比较敏感，而阈值法对透光性比较好的贴壁细胞很难进行精准的图像分割，深度学习方法则需要大量的数据集，不利于在线实时水平定位。细胞的垂直定位方法主要有原子力显微镜扫描法和基于细胞形变接触检测法，由于原子力显微镜比较昂贵，而且和基于细胞形变接触检测法都是用微针接触细胞产生力反馈或者细胞形变才能定位细胞的垂直位置，这样造成了很大的定位误差。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种机器人化的贴壁细胞三维定位方法，采用基于离焦图像的水平定位和基于微针电阻信号的接触检测的垂直定位，不仅能够简单、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人化的贴壁细胞三维定位方法，其特征在于：包括以下步骤：/na.微针针尖的三维定位：对微针针尖进行垂直定位和水平定位；/nb.贴壁细胞的水平定位：利用显微镜对贴壁细胞进行自动聚焦，再利用正负方向的细胞离焦图像定位贴壁细胞水平位置，并筛选出符合要求的目标细胞，确定每个贴壁细胞的中心位置；/nc.贴壁细胞的垂直定位：微针针尖从目标细胞中心位置上方下降，微针阻值超过一定数值时，认为微针接触到贴壁细胞的上表面，完成贴壁细胞的垂直定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人化的贴壁细胞三维定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.微针针尖的三维定位：对微针针尖进行垂直定位和水平定位；
b.贴壁细胞的水平定位：利用显微镜对贴壁细胞进行自动聚焦，再利用正负方向的细胞离焦图像定位贴壁细胞水平位置，并筛选出符合要求的目标细胞，确定每个贴壁细胞的中心位置；
c.贴壁细胞的垂直定位：微针针尖从目标细胞中心位置上方下降，微针阻值超过一定数值时，认为微针接触到贴壁细胞的上表面，完成贴壁细胞的垂直定位。


2.如权利要求1所述的机器人化的贴壁细胞三维定位方法，其特征在于：步骤a中，对显微镜下离焦的微针利用清晰度评价函数进行自动聚焦完成微针针尖的垂直定位，再利用针尖模板匹配方法完成微针针尖的水平定位。


3.如权利要求2所述的机器人化的贴壁细胞三维定位方法，其特征在于：清晰度评价函数是将微针显微图像进行OTSU二值化后，绘制针尖区域的最小外接矩形，并把矩形的长作为清晰度评价指标，然后再按照爬山算法对清晰度评价函数进行搜索最大值即针尖的垂直位置；在针尖对焦的基础上，对微针图像进行针尖模板匹配搜索，根据匹配结果就可以获得微针图像上的针尖水平位置。


4.如权利要求1所述的机器人化的贴壁细胞三维定位方法，其特征在于：步骤b中，把图像的对比度作为对焦评价指标，自动对焦的搜索算法采用爬山算法，根据离焦显微镜模型，当贴壁细胞图像的对比度最小时，认为是贴壁细胞的焦平面，然后采集正负一定离焦量的细胞离焦图像，两幅离焦图像直接做差，随后对做差结果图像进行OTSU二值化处理，再筛选出符合条件的细胞区域，并计算出每个细胞的中心位置作为细胞的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵启立，赵新，韩宇，贾祎晴，孙明竹，于宁波，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12