一种用于细胞微损诱导的可视化装置及荧光监测方法制造方法及图纸

本申请涉及一种用于细胞微损诱导的可视化装置及荧光监测方法，其中可视化装置包括进样单元、超声发生单元、光学检测单元和处理单元，处理单元将各个明场图像分别输入到神经网络，通过特征分割处理得到对应的多个关于细胞的初始分割图像，提取目标细胞边界并从各个荧光图像中依次得到目标细胞的多个单细胞荧光图像，根据各个单细胞荧光图像形成的图像序列计算目标细胞随时间变化的荧光比例值，得到荧光比例时间曲线和荧光比例时间曲线上多项曲线参数，根据荧光比例时间曲线上的多项曲线参数对目标细胞的微损进行判断，得到目标细胞微损的分类结果。技术方案可以准确得知目标细胞微损变化状态，精准判断目标细胞微损程度和分类结果。类结果。类结果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于细胞微损诱导的可视化装置及荧光监测方法


[0001]本申请涉及医学检测
，具体涉及一种用于细胞微损诱导的可视化装置及荧光监测方法。

技术介绍

[0002]细胞微损是指在细胞膜上以微米级精度诱导产生的局部损伤，这种局部损伤会影响细胞膜的完整性，进而影响细胞的物质交换、信息传递、免疫应答、细胞分裂和分化等功能。细胞微损程度与其诱导方式的性质、强度和持续时间有关系，有的诱导方式会引起较微弱的可逆性损伤，而有的会引起严重的不可逆性损伤，甚至导致细胞死亡。细胞微损诱导技术在细胞生物物理研究和细胞修复医学研究领域有重要应用。
[0003]当前，诱导细胞发生微损的方式包括机械性微损、放射性微损和激光微损。其中，机械性微损是指当细胞受到摩擦力、压力、牵引力、剪切力等机械力刺激时所引起的细胞局部损伤，比如尖端为1～2微米的毛细玻璃管可以直接刺伤细胞膜引起微损情形。其中，放射性微损是指细胞在超出其所能耐受剂量的高能电磁辐射及粒子的作用下引起的损伤，放射线会破坏细胞结构，大剂量的放射线照射可以使细胞膜结构崩解，但较小剂量也可以引起膜通透性改变。激光微损是指细胞在激光照射下由于激光热效应、压强效应、电磁场效应影响下引起的细胞局部损伤，激光会对细胞表面产生一定的压力，能够使细胞膜局部压强急剧升高，引起微型爆炸，从而导致细胞膜发生损伤，激光对细胞的微损受多种因素的影响，其微损程度取决于激光波长、强度、照射时间等因素。
[0004]以上介绍的三种细胞微损诱导方式都能对细胞产生局部损伤，并且各自存在一定的局限性。比如，机械性微损需要高精度显微操作仪的辅助，放射性微损的控制精度较差，激光微损物理作用复杂且激光设备价格昂贵。

技术实现思路

[0005]本申请主要解决的技术问题是：如何克服现有细胞微损诱导方式的局限性，提供一种新的细胞微损诱导方式和基于荧光图像的细胞微损程度监测方法。为解决上述技术问题，本申请提出一种用于细胞微损诱导的可视化装置及荧光监测方法。
[0006]根据第一方面，一种实施例中提供一种用于细胞微损诱导的可视化装置，包括：进样单元，具有放置样本容器的检测台；所述样本容器用于容纳细胞悬浮溶液、细胞特异性荧光染料和细胞微损液混合形成的待测样本，所述待测样本包括多个细胞和贴附于每个细胞的若干个微泡；超声发生单元，设于所述检测台的一侧，用于向所述样本容器内的待测样本定向发射超声波；所述超声波用于激发所述待测样本中的微泡产生机械效应并诱导贴附的细胞发生微损；光学检测单元，设于所述检测台的一侧，用于对所述样本容器内的待测样本进行光学聚焦和取像，通过循环切换取像模式得到细胞发生微损前后的多个明场图像和多个荧光图像；处理单元，与所述光学检测单元连接，用于对各个所述荧光图像进行荧光强度随时间变化的比较处理，以得到目标细胞微损的分类结果；其中，所述处理单元将各个所述
明场图像分别输入到预设的神经网络，通过细胞和微泡的特征分割处理，得到对应的多个关于细胞的初始分割图像；所述处理单元对各个关于细胞的初始分割图像进行目标细胞边界的提取，根据提取的目标细胞边界从各个所述荧光图像中依次得到目标细胞的多个单细胞荧光图像；所述处理单元根据各个所述单细胞荧光图像形成的图像序列计算目标细胞随时间变化的荧光比例值，得到荧光比例时间曲线和所述荧光比例时间曲线上多项曲线参数；所述处理单元根据所述荧光比例时间曲线上的多项曲线参数对目标细胞的微损进行判断，得到目标细胞微损的分类结果。
[0007]所述超声发生单元包括波形发生器、功率放大器、超声换能器、声能量导管和声能量对焦尖端；所述波形发生器用于产生任意波形的波形信号；所述功率放大器与所述波形发生器连接，用于对所述波形信号进行功率的线性放大，产生超声激励脉冲信号；所述超声换能器与所述功率放大器连接，用于将所述超声激励脉冲信号转换为超声波，并将所述超声波定向发射到所述样本容器内的待测样本；所述声能量导管设于所述超声换能器的超声发射端，用于对所述超声波进行声能量的汇聚，通过汇聚输出端输出最大声能量；所述声能量对焦尖端设于所述声能量导管的汇聚输出端，用于指示所述最大声能量被作用在所述待测样本上的空间位置。
[0008]所述的可视化装置还包括三维移动机构，用于带动所述超声换能器进行三维方向上的移动，以调节所述声能量对焦尖端在所述待测样本上的对准位置；所述三维移动机构包括底座、夹具、多个导轨和多个调节旋钮；多个所述导轨按顺序固定连接且各自向不同的方向延伸，其中一个所述导轨固定在所述底座上；所述夹具固定在远离所述底座的所述导轨上，用于夹持所述超声换能器；多个所述调节旋钮分别设置在多个所述导轨上，各所述调节旋钮用于分别调节对应的所述导轨在延伸的方向上进行运动，从而带动所述夹具以及夹持的所述超声换能器进行三维方向上的移动，通过所述超声换能器的移动调整所述声能量对焦尖端在所述待测样本上的对准位置，使所述声能量对焦尖端对准于所述待测样本上的受检区域。
[0009]所述光学检测单元包括显微镜和相机；所述显微镜的镜头指向所述检测台上的样本容器，用于对所述样本容器内的待测样本进行光学聚焦，且光学聚焦的视野中心位置与所述待测样本上的受检区域重叠；所述相机与所述显微镜连接，用于对所述显微镜光学聚焦的视野中心位置进行取像，在未使用滤光通道下取像得到所述待测样本中细胞发生微损前后的多个明场图像，在使用滤光通道下取像荧光强度所述待测样本中细胞发生微损前后的多个荧光图像。
[0010]所述样本容器包括基体、载玻片和透明顶膜；所述基体内设有与外部空间连通的空腔，所述空腔的底部具有开孔；所述载玻片固定在所述空腔的底部开孔上；所述透明顶膜固定在所述空腔的底部，且与所述载玻片之间形成有培养室；所述透明顶膜上具有通向所述培养室的多个小孔，所述小孔用于向所述培养室内注入形成所述待测样本的细胞悬浮溶液、细胞特异性荧光染料和细胞微损液，以及用于排出所述培养室内的多余气体；所述细胞悬浮液中的细胞在经过培养后贴附于所述载玻片的表面，所述细胞特异性荧光染料能够对每个细胞的特定部位进行荧光标记，所述细胞微损液中的微泡为中性或带正电的脂质微型包膜且能够贴附在细胞的外壁上。
[0011]根据第二方面，一种实施例中提供一种细胞微损的荧光监测方法，包括：获取待测
样本中细胞发生微损前后的多个明场图像和多个荧光图像；将各个所述明场图像分别输入到预设的神经网络，通过细胞和微泡的特征分割处理，得到对应的多个关于细胞的初始分割图像；对各个关于细胞的初始分割图像进行目标细胞边界的提取，根据提取的目标细胞边界从各个所述荧光图像中依次得到目标细胞的多个单细胞荧光图像；根据各个所述单细胞荧光图像形成的图像序列计算目标细胞随时间变化的荧光比例值，得到荧光比例时间曲线和所述荧光比例时间曲线上多项曲线参数；根据所述荧光比例时间曲线上的多项曲线参数对目标细胞的微损进行判断，得到目标细胞微损的分类结果；输出所述分类结果。
[0012]所述神经网络的构建过程包括：获取细胞和微泡被分别标注的多个训练样本，将各个所述训练样本分别输入到预设的U...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于细胞微损诱导的可视化装置，其特征在于，包括：进样单元，具有放置样本容器的检测台；所述样本容器用于容纳细胞悬浮溶液、细胞特异性荧光染料和细胞微损液混合形成的待测样本，所述待测样本包括多个细胞和贴附于每个细胞的若干个微泡；超声发生单元，设于所述检测台的一侧，用于向所述样本容器内的待测样本定向发射超声波；所述超声波用于激发所述待测样本中的微泡产生机械效应并诱导贴附的细胞发生微损；光学检测单元，设于所述检测台的一侧，用于对所述样本容器内的待测样本进行光学聚焦和取像，通过循环切换取像模式得到细胞发生微损前后的多个明场图像和多个荧光图像；处理单元，与所述光学检测单元连接，用于对各个所述荧光图像进行荧光强度随时间变化的比较处理，以得到目标细胞微损的分类结果；其中，所述处理单元将各个所述明场图像分别输入到预设的神经网络，通过细胞和微泡的特征分割处理，得到对应的多个关于细胞的初始分割图像；所述处理单元对各个关于细胞的初始分割图像进行目标细胞边界的提取，根据提取的目标细胞边界从各个所述荧光图像中依次得到目标细胞的多个单细胞荧光图像；所述处理单元根据各个所述单细胞荧光图像形成的图像序列计算目标细胞随时间变化的荧光比例值，得到荧光比例时间曲线和所述荧光比例时间曲线上多项曲线参数；所述处理单元根据所述荧光比例时间曲线上的多项曲线参数对目标细胞的微损进行判断，得到目标细胞微损的分类结果。2.如权利要求1所述的可视化装置，其特征在于，所述超声发生单元包括波形发生器、功率放大器、超声换能器、声能量导管和声能量对焦尖端；所述波形发生器用于产生任意波形的波形信号；所述功率放大器与所述波形发生器连接，用于对所述波形信号进行功率的线性放大，产生超声激励脉冲信号；所述超声换能器与所述功率放大器连接，用于将所述超声激励脉冲信号转换为超声波，并将所述超声波定向发射到所述样本容器内的待测样本；所述声能量导管设于所述超声换能器的超声发射端，用于对所述超声波进行声能量的汇聚，通过汇聚输出端输出最大声能量；所述声能量对焦尖端设于所述声能量导管的汇聚输出端，用于指示所述最大声能量被作用在所述待测样本上的空间位置。3.如权利要求2所述的可视化装置，其特征在于，还包括三维移动机构，用于带动所述超声换能器进行三维方向上的移动，以调节所述声能量对焦尖端在所述待测样本上的对准位置；所述三维移动机构包括底座、夹具、多个导轨和多个调节旋钮；多个所述导轨按顺序固定连接且各自向不同的方向延伸，其中一个所述导轨固定在所述底座上；所述夹具固定在远离所述底座的所述导轨上，用于夹持所述超声换能器；多个所述调节旋钮分别设置在多个所述导轨上，各所述调节旋钮用于分别调节对应的
所述导轨在延伸的方向上进行运动，从而带动所述夹具以及夹持的所述超声换能器进行三维方向上的移动，通过所述超声换能器的移动调整所述声能量对焦尖端在所述待测样本上的对准位置，使所述声能量对焦尖端对准于所述待测样本上的受检区域。4.如权利要求1所述的可视化装置，其特征在于，所述光学检测单元包括显微镜和相机；所述显微镜的镜头指向所述检测台上的样本容器，用于对所述样本容器内的待测样本进行光学聚焦，且光学聚焦的视野中心位置与所述待测样本上的受检区域重叠；所述相机与所述显微镜连接，用于对所述显微镜光学聚焦的视野中心位置进行取像，在未使用滤光通道下取像得到所述待测样本中细胞发生微损前后的多个明场图像，在使用滤光通道下取像荧光强度所述待测样本中细胞发生微损前后的多个荧光图像。5.如权利要求1所述的可视化装置，其特征在于，所述样本容器包括基体、...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡亚欣，李玲茜，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：