本发明专利技术名称为显微线阵扫描器在测定活生物体的变化率上的应用,与显微扫描照象在生物学研究中的取样及定量方法有关。由于技术上和购买力的困难，目前绝大多数的生物科学研究中的定量性问题无法用有效的取样及定量工具来解答。广大的研究人员仍从被固定的死细胞中去收集数据，活体细胞在培养及日常观察过程中的宝贵信息被浪费了。本发明专利技术创造出用CCD线阵扫描器对活生物体中的一部分个体进行最低量光干扰的不重迭单线扫描取样方法。本发明专利技术进一步创造出一套手动式简单转盘机械系统，可使低档手动型倒置显微镜具备对活生物体的变化率进行定量测试的功能。
Application of micro linear scanner in determining the rate of change of living organisms
The invention relates to the application of a micro linear array scanner in determining the rate of change of living organisms, and relates to the method of sampling and quantification of microscopic scanning images in biological research. Because of the difficulties of technology and purchasing power, most of the quantitative problems in biological science can not be solved by effective sampling and quantitative tools. Large numbers of researchers still collect data from fixed dead cells, and precious information about the cells in the process of culture and daily observation is wasted. The invention provides a non overlapping single line scanning sampling method for performing minimum amount of light interference to a part of living organisms by using a CCD linear array scanner. The invention further creates a manual type simple turntable mechanical system, which can make the low hand manual inverted microscope have the function of quantitative testing the change rate of living organisms.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及显微扫描器在生物学上的应用。确切地说，本专利技术涉及用显微扫描器来测定活生物体的变化率并最大限度地降低扫描过程对活生物体的光干扰的方法。
技术介绍
CCD阵列传感器是常用的电子元件。它有两种类型线性阵列和区域阵列。区域阵列传感器多被用在数字照相机中，而线性阵列传感器则被用在扫描机中。目前线性阵列传感器在生物应用上的研发远远落后于区域阵列传感器的应用水平。举例来说，Aperio公司(位于美国加州维斯塔市，美国专利7，457，446)，利用显微镜上的线阵传感器来为病理学家们制作临床与教学上用的虚拟显微图像。为了将线阵扫描数据组成一幅完整的虚拟显微图像，病理组织标本必须经受反复的来回的一行行的扫描。 每行之间必须重迭。扫描的结果必须经由计算机程序处理后才能形成一幅巨大的电子虚拟图像。不幸的是，Aperio公司的技术只能用于死的病理切片而不能用于活生物体。另外， Aperio公司的超大型图像依靠强大的计算机处理能力从而使计算机成为瓶颈。Palcic等人在美国专利4700248中提出一种大面积扫描的方法来寻找低密度生长状态下的活体细胞。Palcic等人没有领悟到的是，在大面积扫描过程中，扫描器的光源。 如高强度紫外光束，正在杀死他们的活体细胞。由此产生的结果是，自从1984年专利申请以来，他们所提出的方法一直不被接受。延时电影在生物科研领域是一种已知的有效方法。延时电影的制作是对培养器皿中的一个活体细胞在不同的时间点上进行反复的延时显微照相，然后将所有照片快速回放，从而了解这段时间里这个活体细胞的变化。延时电影在科学上是有意义的，但是它的应用只限于少数的豪华用户而不能成为大众日常工作中负担得起的工具。延时电影需要一整套昂贵的系统，包括高档全自动显微镜，显微平台培养装置，摄像装置，计算机及特殊的操控程序。为了拍摄一个细胞，这一整套系统就必须被占用很长的一段时间，使得其他使用者无法工作。再者，一个未解的统计学上的疑问是在延时电影中所用的单个细胞能代表整个细胞群体吗？由于负担不起延时电影的费用，目前绝大多数细胞培养研究人员仍然是只能从已被固定的死细胞中去收集数据，活体细胞在培养过程中的宝贵信息被浪费了。科研中有两大类问题，定性问题和定量问题。对定性问题可以用是或不是来回答，而绝大多数科研问题是定量问题，其回答方式必须是精确的百分比或变化率。但是由于技术上的困难，目前绝大多数的科研定量问题没有办法用有效的定量工具来回答。
技术实现思路
本专利技术的目的是建立可行的生物学定量测试方法。经由综合学科知识的研发，使得本专利技术能做到在科学上意义重大，在实际中行得通，在价格上负担得起。本专利技术可使低挡手动显微镜具有测定活生物体的变化率的功能，从而将延时电影从豪华专品转化为日常工3为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案用由计算机程序控制的显微自动扫描系统对培养器皿中活生物体中的一部分个体进行扫描取样的方法，由如下步骤组成1.1.提供上述显微自动扫描系统并使之与上述培养器皿相匹配， 1. 2.预设上述计算机程序对上述培养器皿沿一系列XY坐标进行不重迭的单线扫描取样以求降低扫描对上述活生物体的光干扰，1. 3.第一次执行上述预设的计算机程序并收集到上述一部分个体在第一时间的图像A,1. 4.等待一段时间让上述活生物体在培养中发生变化，1.5.第二次执行上述预设的计算机程序并收集到上述一部分个体在第二时间的图像B。沿多组XY坐标在手动型显微镜下对培养器皿中的活生物体进行可快速回访的显微照象的方法，由如下步骤组成2.1.提供一套机械系统，该机械系统包括2. 1. 1. 一个锁栓装置可与上述手动型显微镜结合并绕过其原有的可动部件， 2. 1. 2. 一个移位装置确立上述多组XY坐标位置并使之可快速回访， 2. 1. 3. 一个报告装置与上述移位装置联动并显示出其移位的顺序， 2. 1. 4. 一个接口装置可与上述培养器皿匹配并提供上述显微照象的光通路， 2. 2.将上述机械系统与上述手动型显微镜相结合，使上述手动型显微镜具有对上述活生物体在两个时间点上沿上述多组XY坐标进行快速回访拍照的功能。在以上方法中，所述的移位装置做圆周运动。用具备图像传感器的显微装置来对培养器皿中的活生物体的一部分个体进行变化率测量的方法，由如下步骤组成4. 1.提供一个一号装置对多组XY坐标进行可回访性定位， 4. 2.提供一个二号装置使上述显微装置与上述培养器皿相匹配， 4.3.通过计算机操控或人力驱动移位，对上述一部分个体在第一时间点沿着上述多组XY坐标依次拍摄出第一套图像，4. 4.将上述活生物体培养一段适当的时间使其发生变化，4.5.通过计算机操控或人力驱动移位，对上述一部分个体在第二时间点沿着上述多组XY坐标依次拍摄出第二套图像，4. 6.计算变化率两套图像之间的净差异/时间长度=变化率。在以上方法中，一台全自动显微扫描仪器或者一台带有照相机的手动型倒置显微镜均可被用作为上述显微装置。在科研调查中，取样策略的关键是在数据可靠性与可行性之间取得适当的平衡。 Aperio公司的虚拟显微图像对整个群体进行全面扫描取样。这在临床诊断上是需要的，但作为科研调查来说则是典型的取样过量。其产生的问题往往大于收益。这也许就是为什么 Aperio公司的技术无法应用到活生物体上的原因。活生物体在体外培养中是非常脆弱的并对光线很敏感。扫描器所用的光源，如高强度的紫外光束，会对活体细胞产生光损伤及光毒性。因此，过量的曝光会导致活生物体的死亡。与取样过量相反，延时电影只对单一细胞拍摄，此为取样不足。用一个细胞来代表整个群体是不足以提供充分可信度的。本专利技术在理论上提出用“活体二次不重迭单线扫描取样法”从活生物群体的一部分个体中提取数据。二次扫描是指对活体细胞在两个不同的时间点上各进行一次拍摄，从而采集到两套图像数据。每个活体细胞在两次拍摄之间的生命变化被收集为数据，由此可以精确地计算出此活体细胞在单位时间的变化率。不重迭单线扫描是只对这些活体细胞中的一部分个体进行快速的扫描取样，从而最大限度的降低光束对活生物体的光干扰以确保活生物体作为样本的可行性。本专利技术认识到对培养器皿只需进行单线扫描就可以复盖足够的面积。举例来说，一个8毫米直径的圆型培养孔的培养面积为50. 24平方毫米。用一个4096象素的线阵扫描器按0. 23微米/ 象素的分辨率进行扫描时(相当于放大40倍的显微镜头)，其单线扫描宽度为0.94毫米。 所能扫描到的面积为7. 5平方毫米，占总培养面积的百分之14. 9。如果把分辨率降低为 0. 46微米/象素(相当于放大20倍的显微镜头)，则被扫描的面积更高达总培养面积的百分之29.80大多数生物细胞在体外培养中是均勻分布的。单线扫描所能达到的百分之14. 9 的面积覆盖比例代表着百分之14. 9的取样比例，这足以提供统计学上的充分可信度。另外，单线扫描不需要图像文件后处理及强大的计算机和程序。在自然界生命过程中，巨大的个体差异是不可避免的。绝大多数现行的研究手段都局限于在单一时间点对死的标本进行分析。这往往会导致不精确甚至错误的结论。为帮助理解，以下用甲乙两人赛跑的例子来加以说明。甲跑得慢但是起步早并已到半途中，然后乙才开始从后面快步追赶甲。现行的研究手段用单一本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．用由计算机程序控制的显微自动扫描系统对培养器皿中活生物体中的一部分个体进行扫描取样的方法， 由如下步骤组成：１．１．提供上述显微自动扫描系统并使之与上述培养器皿相匹配，１．２．预设上述计算机程序对上述培养器皿沿一系列ＸＹ坐标进行不重迭的单线扫描取样以求降低扫描对上述活生物体的光干扰，１．３．第一次执行上述预设的计算机程序并收集到上述一部分个体在第一时间的图像Ａ，１．４．等待一段时间让上述活生物体在培养中发生变化，１．５．第二次执行上述预设的计算机程序并收集到上述一部分个体在第二时间的图像Ｂ。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·立业·陈，
申请(专利权)人：斯蒂芬·立业·陈，
类型：发明
国别省市：US
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