一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪制造技术

本发明专利技术提供了一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪，其特征在于，包括多通道微型荧光活体成像显微镜，所述多通道微型荧光活体成像显微镜包括光源、入射光调制光路、荧光接收光路和CMOS成像单元，所述光源发出的激发光通过入射光调制光路过滤后，由微型滤光片将过滤后的激发光导向样品方向，样品被照射之后发出的荧光渐变折射率微光学透镜进行收集，并通过荧光接收光路进行过滤后导向CMOS成像单元进行成像，并通过接口电路传输至上位计算机中进行处理，在上位计算机中存储有智能图像处理算法。本发明专利技术设计的构建多通道微型荧光活体成像显微镜，实现微型化、可穿戴，为自由运动小动物的循环肿瘤细胞监测研究提供一个新的技术手段。段。段。

【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪


[0001]本专利技术属于红外分析物检测
，具体涉及一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪。

技术介绍

[0002][0003]随着对癌症的深入研究，科学家们发现大部分癌症患者的死亡并非源于原发性肿瘤，而是源于肿瘤转移。肿瘤的转移是肿瘤增殖扩散的重要步骤之一，其中通过血液循环系统的血行转移是肿瘤转移的一种重要途经，肿瘤细胞脱离肿瘤原发部位，突破血管壁进而侵入血管中。这种转移扩散进入血液循环中的肿瘤细胞叫做循环肿瘤细胞，作为一种新兴的肿瘤转移标志，循环肿瘤细胞的研究越来越受到重视。
[0004]传统的循环肿瘤细胞检测技术通常都是基于病人血液样品的体外液体检测技术。上述循环肿瘤细胞富集、分离及分析技术为体外检测技术，而体外检测技术的局限是需要体外采血进行检测。体外采血过程使循环肿瘤细胞脱离了动物活体的血流环境，而血液参数及细胞生理环境发生变化可能会导致循环肿瘤细胞参数发生变化，致使检测结果不准确。此外由于采血量有限而导致检测灵敏度有限，且难以频繁抽血实现动态监测。
[0005]Charles Lin研究团队率先专利技术了在体流式细胞仪技术。在体流式细胞仪结合了传统流式细胞仪和活体共聚焦显微镜的优势，可以用来对血液循环中的细胞 (包括CTCs)进行实时、定量的活体检测，传统的在体显微成像技术可以实现在生物活体中观察肿瘤微环境中肿瘤免疫相关的活动。双光子显微镜可以用于观察血管周边的巨噬细胞。研究结果表明，血管周边的这些巨噬细胞提高了血管的通透性并且增强了肿瘤细胞的侵入作用。在T细胞免疫疗法的研究中，共聚焦显微镜用于观测T细胞疗法中实体肿瘤的破坏过程。转盘共聚焦显微镜用于观察循环肿瘤细胞黏着在肝血窦的情况，这种现象包含了中性粒细胞的促进作用。这些文献报道的研究方法，大部分的检测区域在实体肿瘤或者网状内皮器官中。实体肿瘤通常是肿瘤的原发区域，而网状内皮器官通常是肿瘤的转移区域。然而，在肿瘤的血行传播过程中，肿瘤细胞与免疫细胞在血液循环中的相互作用研究较少。这与缺少合适的活体高速和高灵敏成像方法和数据处理方法有关。
[0006]之前报道的在体图像流式细胞仪和计算机视觉
‑
在体流式细胞仪系统具有较高的时间分辨率，因此可以通过这些检测手段对血液循环中快速运动的细胞进行成像和计数。然而，这些方法受检测通道的限制，在某一时刻仅能对一种细胞进行监测。
[0007]为了解决以上技术难题，项目团队应用多通道高速荧光成像结合智能图像处理算法，实现了血液循环中循环肿瘤细胞与树突状细胞的同时示踪与空间共定位分析。该研究中引入人工神经元网络算法对图像数据中的血管和细胞进行识别。通过这种方法，研究人员观察了循环肿瘤细胞与树突状细胞之间的相互作用，并且进一步地分析了它们在血管中的运动速度。循环肿瘤细胞
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树突状细胞相互接触会形成细胞团块，这些细胞团块在血管内的运动速度较低且呈现贴血管壁运动。这为肿瘤转移的研究提供了一些新的观点和证据。
此外，在体流式细胞仪具有对生物活体中荧光物质的定量化动态监测能力。
[0008]上述这些活体成像方法都受限于小动物的麻醉状态，不能应用于自由移动的小动物的活体检测。因此微型化和可穿戴活体成像设备的研发成为一个重要的研究方向。

技术实现思路

[0009]针对上述问题，本专利技术提供了一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪，实现在自由运动的小动物肿瘤模型中对循环肿瘤细胞的实时监测。
[0010]本专利技术采用的技术方案为：
[0011]一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪，包括多通道微型荧光活体成像显微镜，所述多通道微型荧光活体成像显微镜包括光源、入射光调制光路、荧光接收光路和CMOS成像单元，所述光源发出的激发光通过入射光调制光路过滤后，由微型滤光片将过滤后的激发光导向样品方向，样品被照射之后发出的荧光渐变折射率微光学透镜进行收集，并通过荧光接收光路进行过滤后导向CMOS成像单元进行成像，并通过接口电路传输至上位计算机中进行处理。
[0012]优选的，所述入射光调制光路包括与光源同轴方向设置的入射光微型胶合滤光波片微型双凸镜和入射光微型胶合滤光波片，所述光源发出的激发光通过入射光微型胶合滤光波片微型双凸镜，被入射光微型胶合滤光波片过滤允许蓝色波段和红色波段的光线通过，所述微型滤光片将蓝色波段和红色波段的光线通过导向样品的方向，样品被照射后发出不同波长的荧光。
[0013]优选的，所述蓝色波段的光线波长范围为458.9nm
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489.7nm；所述红色波段的光线波长范围为623.1nm
‑
646.9nm。
[0014]优选的，所述荧光接收光路包括与CMOS成像单元同轴方向设置的发射光微型胶合滤光波片和平凸镜，所述蓝色波段和红色波段的光线通过光渐变折射率微光学透镜进行收集，经过发射光微型胶合滤光波片进行过滤后导向CMOS成像单元。
[0015]优选的，所述CMOS成像单元包括
[0016]绿色通道，用于检测497.0nm
‑
532.6nm波段的荧光信号；
[0017]红色通道，用于检测656.9nm
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804.1nm波段的荧光信号。
[0018]优选的，所述接口电路内嵌有图像处理器，通过图像处理器对图像数据进行实时处理与分析，并将提取到的目标检测物特征信息上传至上位计算机。
[0019]优选的，所述图像处理器中存储有智能图像处理算法，利用智能图像处理算法对图像数据进行处理的过程如下：
[0020]步骤1：对图像中的血管区域进行有效识别和分割，识别并除去血管外部的组织区域；
[0021]步骤2：通过过人工标记处理后的血管区域内的循环肿瘤细胞、树突状细胞以及循环肿瘤细胞
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树突状细胞团块的方式准备训练数据和测试数据，将训练数据和测试数据分别传递给卷积神经网络进行训练。
[0022]优选的，在步骤1中，对图像中的血管区域进行有效识别和分割的过程如下：
[0023](1)通过在血管区域中绘制矩形窗口来标记图像的感兴趣区域，并将这个感兴趣区域内的所有图像像素值提取出来，作为血管区域的训练数据，采用相同方法提取血管区
域内的另一感兴趣区域，并将该感兴趣区域内的所有图像像素值提取出来，作为血管区域的测试数据；
[0024](2)同样地，在周围组织区域绘制一个感兴趣区域，并将这个感兴趣区域内的所有图像像素值提取出来，作为周围组织区域的训练数据集，采用相同方法提取周围组织区域内的另一感兴趣区域，并将该感兴趣区域内的所有图像像素值提取出来，作为周围组织区域的测试数据；
[0025](3)将血管区域的训练数据和测试数据、周围组织区域的训练数据和测试数据依次输入到血管识别神经网络进行训练，识别并除去血管外部的组织区域。
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027]本专利技术设计的构建多通道微型荧光活体成像显微镜，实现微型化、可穿戴，为自由运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪，其特征在于，包括多通道微型荧光活体成像显微镜，所述多通道微型荧光活体成像显微镜包括光源、入射光调制光路、荧光接收光路和CMOS成像单元，所述光源发出的激发光通过入射光调制光路过滤后，由微型滤光片将过滤后的激发光导向样品方向，样品被照射之后发出的荧光渐变折射率微光学透镜进行收集，并通过荧光接收光路进行过滤后导向CMOS成像单元进行成像，并通过接口电路传输至上位计算机中进行处理。2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪，其特征在于，所述入射光调制光路包括与光源同轴方向设置的微型双凸镜和入射光微型胶合滤光波片，所述光源发出的激发光通过微型双凸镜，被入射光微型胶合滤光波片过滤允许蓝色波段和红色波段的光线通过，所述微型滤光片将蓝色波段和红色波段的光线通过导向样品的方向，样品被照射后发出不同波长的荧光。3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪，其特征在于，所述蓝色波段的光线波长范围为458.9nm
‑
489.7nm；所述红色波段的光线波长范围为623.1nm
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646.9nm。4.根据权利要求2所述的一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪，其特征在于，所述荧光接收光路包括与CMOS成像单元同轴方向设置的发射光微型胶合滤光波片和平凸镜，所述蓝色波段和红色波段的光线通过光渐变折射率微光学透镜进行收集，经过发射光微型胶合滤光波片进行过滤后导向CMOS成像单元。5.根据权利要求1所述的一种可穿戴式微型活体流式图像细胞仪，其特征在于，所述CMOS成像单元包括绿色通道，用于检测497.0nm
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532.6nm波段的荧光信号；红色通道，用于检测6...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞恺，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：