红细胞的物理特性参数确定方法及装置、存储介质、终端制造方法及图纸

一种红细胞的物理特性参数确定方法及装置、存储介质、终端，所述方法包括：对微管中流动的红细胞进行拍摄，以确定多帧流动红细胞图像；根据所述多帧流动红细胞图像，确定所述红细胞的形态参数，所述形态参数选自所述红细胞的长度值以及所述红细胞的轮廓；根据所述红细胞的形态参数，确定所述红细胞的物理特性参数；其中，所述微管的直径数值范围为大于等于2.0微米且小于等于5.0微米。本发明专利技术能够在一次实验中获得红细胞的多种本征物理特性参数，且兼顾红细胞数量标准的同时，有效提高红细胞物理特性参数的测量速度和测量精度。理特性参数的测量速度和测量精度。理特性参数的测量速度和测量精度。

【技术实现步骤摘要】
红细胞的物理特性参数确定方法及装置、存储介质、终端


[0001]本专利技术涉及细胞的物理特性参数测量
，尤其涉及一种红细胞的物理特性参数确定方法及装置、存储介质、终端。

技术介绍

[0002]细胞的物理特性逐渐与细胞的生化表型一起，丰富着细胞力学的基础理论，逐渐成为个体化精准学诊疗技术发展中的新兴话题之一。红细胞是人类生命体中最为重要的一类细胞，其物理特性包括细胞面积、体积、膜剪切模量等，这些参数与人类的心血管疾病、代谢性疾病及神经性疾病中红细胞介导的流动阻力、物质传输等紧密相关。红细胞与其他细胞相比，优越的变形能力和它的海量统计数据采样要求，发展红细胞单细胞精准高通量测量具有重要的意义及挑战性。
[0003]现有的经典的单细胞物理特性参数测量方法包括：微吸管法、原子力显微镜法和光镊法，可以测量单个红细胞固有的力学特性，但测量速度仅为每小时10
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100个细胞，而人体每毫升血液存在血细胞为300
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500万数，采用上述方法在生物学和临床医学中难以兼顾时效和统计标准。近年来，许多学者发展了通过细胞变形后的形态参数表征有核细胞变形能力的高通量方法，比如：变形流式细胞仪(Deformability Cytometry，DC)、微通道悬臂共振仪(Suspended Microchannel Resonator，SMR)等，但这些高通量方法并不能反应细胞固有力学特性，并且获得的细胞变形参数与细胞尺寸相关；此外，将细胞视为粘弹性颗粒所获得的细胞变形参数耦合了细胞膜、核弹性以及细胞质粘性的综合影响，它们之间的权重无法一一区分。
[0004]为了在以流动为基础的高通量方法中消除细胞尺寸和变形特性之间的相互影响，更为复杂的方法开始利用狭窄通道中的流体
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细胞膜耦合特性，反演细胞弹性模量，如：使用实时变形流式细胞仪(Real
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Time Deformability Cytometry，RT
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DC)测量得到细胞的杨氏模量，这一方法将细胞视为弹性均匀的实心球体，忽略了狭窄通道中的流固耦合影响，且测量误差随着通量的增加而增大，更无法适用于具有优良变形特性的红细胞力学特性测量。在此基础上，Fregin等进一步开发了动态(dRT
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DC)高通量方法，将细胞弹性变形和粘性动态响应对应的细胞变形参数和变形特征时间分离并重构，得到细胞粘度参数。动态高通量方法基于弹性或者粘弹性球体颗粒力学模型，对于冗余面积较大的非球形、非均质细胞(例如红细胞)并不适用，且测量的准确性有待进一步验证。
[0005]因此，亟需一种红细胞的物理特性测量方法，可以实现在一次实验中获得红细胞的多种本征物理特性参数，且兼顾红细胞数量标准的同时，有效提高测量速度和测量精度。

技术实现思路

[0006]本专利技术实现的目的之一是提供一种红细胞的物理特性参数确定方法及装置、存储介质、终端，可以在一次实验中获得红细胞的多种本征物理特性参数，且兼顾红细胞数量标准的同时，有效提高测量速度和测量精度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术实施例提供一种红细胞的物理特性参数确定方法，包括以下步骤：对微管中流动的红细胞进行拍摄，以确定多帧流动红细胞图像；根据所述多帧流动红细胞图像，确定所述红细胞的形态参数，所述形态参数选自所述红细胞的长度值以及所述红细胞的轮廓；根据所述红细胞的形态参数，确定所述红细胞的物理特性参数；其中，所述微管的直径数值范围为大于等于2.0微米且小于等于5.0微米。
[0008]可选的，所述多帧流动红细胞图像拍摄自所述微管的管口区域，所述形态参数选自所述红细胞的长度值，所述红细胞的物理特性参数为所述红细胞的粘弹性参数；根据所述红细胞的形态参数，确定所述红细胞的物理特性参数包括：基于所述红细胞在所述多帧流动红细胞图像中的长度值，确定所述红细胞在所述微管的管口区域的蠕变函数；根据所述蠕变函数确定所述红细胞的粘弹性参数。
[0009]可选的，基于所述红细胞在所述多帧流动红细胞图像中的长度值，确定所述红细胞在所述微管的管口区域的蠕变函数包括：确定所述红细胞在各帧流动红细胞图像所属时刻的长度值；
[0010]采用下述公式，确定所述红细胞在各帧流动红细胞图像所属时刻的蠕变值：
[0011]ε＝2Lp/D；
[0012]基于各个时刻的蠕变值，拟合所述红细胞随时间变化的蠕变函数；
[0013]采用下述公式，根据所述蠕变函数确定所述红细胞的粘弹性参数：
[0014][0015]其中，ε(t)用于指示蠕变函数，t是指时刻，Lp是指不同时刻所述红细胞在所述微管内的长度值，D是指所述微管的直径，β是指所述红细胞的粘弹性参数，τ0是标准化时间参数，a是常数。
[0016]可选的，所述多帧流动红细胞图像拍摄自所述微管的稳定流动区域，所述形态参数选自所述红细胞的轮廓；根据所述多帧流动红细胞图像，确定所述红细胞的形态参数包括：对于所述多帧流动红细胞图像，选取其中包含所述红细胞的一帧图像作为实验图像，以及选取其中不包含所述红细胞的一帧图像作为背景图像；采用差分运动分析方法，对所述实验图像和所述背景图像进行差分处理，以确定差分图像；根据所述差分图像确定所述红细胞的轮廓。
[0017]可选的，所述多帧流动红细胞图像拍摄自所述微管的稳定流动区域，所述形态参数选自所述红细胞的轮廓，所述红细胞的物理特性参数为所述红细胞的表面积和体积；根据所述红细胞的形态参数，确定所述红细胞的物理特性参数包括：将所述红细胞的轮廓划分为多个圆台；对于每个圆台，分别确定所述圆台的左侧直径、右侧直径以及圆台高度；根据每个圆台的左侧直径、右侧直径以及圆台高度，确定每个圆台的圆台表面积和圆台体积；采用积分运算方法，将所述多个圆台的圆台表面积之和作为所述红细胞的表面积，以及将所述多个圆台的圆台体积之和作为所述红细胞的体积。
[0018]可选的，采用下述公式，确定所述红细胞的表面积：
[0019][0020]以及采用下述公式，确定所述红细胞的体积：
[0021][0022]其中，A用于表示红细胞的表面积，A
i
指第i个圆台的圆台表面积，V指红细胞的体积，V
i
指第i个圆台的圆台体积，D
left
指圆台的左侧直径，D
right
指圆台的右侧直径，h指圆台高度。
[0023]可选的，所述多帧流动红细胞图像拍摄自所述微管的稳定流动区域，所述形态参数选自所述红细胞的轮廓，所述红细胞的物理特性参数为所述红细胞的膜剪切模量；根据所述红细胞的形态参数，确定所述红细胞的物理特性参数包括：根据所述红细胞的轮廓，确定所述红细胞在所述微管内的拉伸长度，以及确定所述红细胞在所述微管的稳定流动区域的流速；采用机器学习算法，至少基于所述红细胞的拉伸长度和所述红细胞的流速确定所述红细胞的膜剪切模量。
[0024]可选的，采用机器学习算法，至少基于所述红细胞的拉伸长度和所述红细胞的流速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红细胞的物理特性参数确定方法，其特征在于，包括：对微管中流动的红细胞进行拍摄，以确定多帧流动红细胞图像；根据所述多帧流动红细胞图像，确定所述红细胞的形态参数，所述形态参数选自所述红细胞的长度值以及所述红细胞的轮廓；根据所述红细胞的形态参数，确定所述红细胞的物理特性参数；其中，所述微管的直径数值范围为大于等于2.0微米且小于等于5.0微米。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多帧流动红细胞图像拍摄自所述微管的管口区域，所述形态参数选自所述红细胞的长度值，所述红细胞的物理特性参数为所述红细胞的粘弹性参数；根据所述红细胞的形态参数，确定所述红细胞的物理特性参数包括：基于所述红细胞在所述多帧流动红细胞图像中的长度值，确定所述红细胞在所述微管的管口区域的蠕变函数；根据所述蠕变函数确定所述红细胞的粘弹性参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述红细胞在所述多帧流动红细胞图像中的长度值，确定所述红细胞在所述微管的管口区域的蠕变函数包括：确定所述红细胞在各帧流动红细胞图像所属时刻的长度值；采用下述公式，确定所述红细胞在各帧流动红细胞图像所属时刻的蠕变值：ε＝2Lp/D；基于各个时刻的蠕变值，拟合所述红细胞随时间变化的蠕变函数；采用下述公式，根据所述蠕变函数确定所述红细胞的粘弹性参数：其中，ε(t)用于指示蠕变函数，t是指时刻，Lp是指不同时刻所述红细胞在所述微管内的长度值，D是指所述微管的直径，β是指所述红细胞的粘弹性参数，τ0是标准化时间参数，a是常数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多帧流动红细胞图像拍摄自所述微管的稳定流动区域，所述形态参数选自所述红细胞的轮廓；根据所述多帧流动红细胞图像，确定所述红细胞的形态参数包括：对于所述多帧流动红细胞图像，选取其中包含所述红细胞的一帧图像作为实验图像，以及选取其中不包含所述红细胞的一帧图像作为背景图像；采用差分运动分析方法，对所述实验图像和所述背景图像进行差分处理，以确定差分图像；根据所述差分图像确定所述红细胞的轮廓。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多帧流动红细胞图像拍摄自所述微管的稳定流动区域，所述形态参数选自所述红细胞的轮廓，所述红细胞的物理特性参数为所述红细胞的表面积和体积；根据所述红细胞的形态参数，确定所述红细胞的物理特性参数包括：将所述红细胞的轮廓划分为多个圆台；对于每个圆台，分别确定所述圆台的左侧直径、右侧直径以及圆台高度；根据每个圆台
的左侧直径、右侧直径以及圆台高度，确定每个圆台的圆台表面积和圆台体积；采用积分运算方法，将所述多个圆台的圆台表面积之和作为所述红细胞的表面积，以及将所述多个圆台的圆台体积之和作为所述红细胞的体积。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用下述公式，确定所述红细胞的表面积：以及采用下述公式，确定所述红细胞的体积：其中，A用于表示红细胞的表面积，A
i
指第i个圆台的圆台表面积，V指红细胞的体积，V
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指第i个圆台的圆台体积，D
left
指圆台的左侧直径，D
right
指圆台的右侧直径，h指圆台高度。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多帧流动红细胞图像拍摄自所述微管的稳定流动区域，所述形态参数选自所述红细胞的轮廓，所述红细胞的物理特性参数为所述红细胞的膜剪切模量；根据所述红细胞的形态参数，确定所述红细胞的物理特性参数包括：根据所述红细胞的轮廓，确定所述红细胞在所述微管内的拉伸长度，以及确定所述红细胞在所述微管的稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚晓波，魏桥栋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：