一種加入明顯區域標示的細胞檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種加入明顯區域標示的細胞檢測方法，步驟包括：步驟1：設計微通道結構，然后利用微流控技術及鞘液原理將細胞液及鞘液注入微通道中，同時每隔一定時間加入特征明顯的標示球，實現對細胞進行區域標記；步驟2：采集細胞液流動過程中的視頻序列；步驟3：將細胞和標示從背景中分割出來；步驟4：在完成分割的基礎上對細胞進行追蹤、計數和種類識別。本發明在對細胞進行檢測的同時能夠采集到直觀的細胞圖像，通過在細胞流動過程中注入明顯標示的方法將復雜的細胞檢測算法轉化為簡單的基于區域的方法，減少了計算量，提高了處理速度。而且所提出的細胞檢測裝置不需要顯微鏡，激光源等，有體積小，成本低的優勢。
【專利說明】—種加入明顯區域標示的細胞檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微流控技術和圖像處理技術相結合的領域，在細胞液流動過程中通過加入明顯標示實現對細胞的精確檢測，具體涉及一種加入明顯區域標示的細胞檢測方法。
【背景技術】
[0002]醫學上的分析儀器正向著微型化、集成化的方向發展，微流控技術因其快速、微型、自動、低耗等特征在醫藥研究領域得到了越來越多的關注。目前主流的細胞分析儀器是流式細胞儀，將熒光染色的細胞懸液通過液流壓力作用射入樣品管，根據鞘液原理將細胞液限制在液流的軸線上；經熒光染色的細胞受到激光照射發出熒光，然后通過光電轉換器轉變成電信號并進行放大；經放大后的電信號被送往分析器；分析器根據電信號脈沖的道數和脈沖高度進行數據處理和分析，最后得出細胞檢測結果。
[0003]與上述細胞儀原理相似的也有一種電阻抗細胞分析儀，是根據細胞與溶液的電阻抗大小不同來工作的。將細胞懸液用等滲電解質溶液稀釋，給溶液中插入一根小孔管，小孔管內側充滿了細胞稀釋液并有一個內電極，外側細胞懸液中有一個外電極。電流接通后，位于小孔兩側的電極產生穩定的電流，當有一個細胞通過小孔時，由于細胞的導電性質比稀釋液低，在電路中小孔感應區內的電阻增加，在瞬間由于電壓變化出現一個脈沖信號，最后對脈沖進行分析得到結果。
[0004]上述的這兩種方法目前應用比較普遍，但都有一個缺點，那就是檢測結束后并不能留下直觀的被測對象的影像記錄，而且只是對細胞通過檢測區時的信息進行記錄，許多情況下，細胞的動態行為對病理診斷起著至關重要的作用，需要對細胞在不同時刻的動態信息進行綜合考評。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種加入明顯區域標示的細胞檢測方法，在檢測的同時采集直觀的細胞圖像，得到細胞在不同時刻的動態信息，完成細胞的追蹤、計數和種類識別。
[0006]本發明所采用的技術方案是:一種加入明顯區域標示的細胞檢測方法，具體按照以下步驟實施:
[0007]步驟1:設計微通道結構，然后利用微流控技術及鞘液原理將細胞液及鞘液注入微通道中，同時每隔一定時間加入特征明顯的標示球，實現對細胞進行區域標記；
[0008]步驟2:采集細胞液流動過程中的視頻序列；
[0009]步驟3:將細胞和標示從背景中分割出來；
[0010]步驟4:在完成分割的基礎上對細胞進行追蹤、計數和種類識別。
[0011]本發明的有益效果是，在進行細胞檢測的同時能夠采集到直觀的細胞圖像，進而得到細胞在不同時刻的動態信息，完成細胞的追蹤、計數和種類識別。通過加入明顯標示的方法將復雜的檢測算法轉化為基于區域的算法，例如將復雜的細胞追蹤算法轉化為細胞與明顯標示之間的簡單的距離計算；且本發明所提出的細胞檢測裝置具有體積小，成本低的優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明方法采用的微通道結構示意圖；
[0013]圖2為本發明方法采集到的視頻序列中有兩個標示球的一幀圖像；
[0014]圖3為本發明方法采集到的視頻序列中下一個標示球進入微通道時的圖像；
[0015]圖4為本發明方法實施例對圖2進行分割的結果；
[0016]圖5為本發明方法實施例對圖3進行分割的結果；
[0017]圖6為本發明方法實施例為待追蹤微球的圖像；
[0018]圖7為本發明方法實施例對圖6中藍色標記的微球的追蹤結果；
[0019]圖8為本發明方法實施例待追蹤細胞的圖像；
[0020]圖9為對圖8中橙色標記的細胞的追蹤結果。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0022]基于微流控技術和數字圖像處理技術，本發明提出了一種在細胞溶液流動過程中加入明顯標示的細胞檢測方法，在檢測的同時能夠采集到直觀的細胞圖像，進而可以得到細胞在不同時刻的動態信息，通過加入明顯標示的方法將復雜的細胞檢測算法轉化為簡單的基于區域的方法。
[0023]本發明加入明顯區域標示的細胞檢測方法，具體按照以下步驟實施:
[0024]步驟1:設計微通道結構，然后利用微流控技術及鞘液原理將細胞液(細胞懸液)及鞘液注入微通道中，同時每隔一定時間加入特征明顯的標示球；
[0025]如圖1所示微通道結構是，包括細胞液微通道，細胞液微通道主體部分為水平段，細胞液微通道水平段前后端分別設置有注入管(注入口)和排出管(出口)，細胞液微通道水平段前段水平左右對稱連接有兩個鞘液加入管，用于給細胞液中加入鞘液，兩個鞘液加入管之前的細胞液微通道水平段上還連接有一個標示加入管，用于給細胞液中加入標示(或標示球)，
[0026]微流控技術能夠在微米級、納米級結構中精確操控納升至皮升體積流體，流體的流速、流動方向等參數均可得到精確的控制，廣泛應用于物理、化學、微加工和生物技術等學科。本發明就是將微流控技術應用于生物醫學領域，使用如圖1所示的微通道結構，通過調整細胞液注入口處的壓力能夠精確控制流體的流速和方向，同時采用鞘液原理能夠將細胞液聚焦在微通道中間，不會造成貼壁現象，同時每隔一定時間加入特征明顯的標示球，實現對細胞進行區域標記。
[0027]步驟2:采集細胞液流動過程中的視頻序列
[0028]采集方法可以有很多種，例如CMOS圖像傳感器、CCD圖像傳感器、光電探測方法等，只要能夠得到細胞圖像即可。
[0029]步驟3:將細胞和標示從背景中分割出來
[0030]細胞圖像的分割算法在生物醫學與數字圖像處理相結合的領域一直處于熱門研究狀態，主流的分割算法有基于閾值分割的方法、基于邊緣檢測的分割方法、基于區域的分割方法、基于數學形態學的分割方法、基于小波變換的分割方法、基于特征提取的分割方法或基于遺傳算法的分割方法等。根據細胞樣品的特點采用相應的分割算法。
[0031]步驟4:在完成分割的基礎上對細胞進行追蹤、計數和種類識別
[0032]通過加入的標示(區域標示)，就能夠將復雜的細胞追蹤算法轉化為細胞和區域標示之間的簡單的距離計算，記住細胞在當前幀中與標示之間的距離，那么在下一幀中找出與標示同樣距離的細胞，即可完成追蹤；
[0033]在完成分割的基礎上，對每兩個相鄰標示之間的細胞進行計數，最后進行疊加即可完成細胞計數；(或者如下面一段所述)
[0034]在完成分割的基礎上，對第i (η)個和第i+l(n+l)個標示之間的細胞進行計數，i(n) = 1,2,3......n-1 (N-1), η (N)為標示球個數,最后進行疊加即可完成細胞計數；
[0035]另外，通過超分辨率重建的方法還可以對細胞進行預放大，得到更多的細節信息，根據這些細節信息實現對細胞進行種類的識別。
[0036]超分辨率重建方法是利用低分辨率圖像序列通過信號估計理論來生成高分辨率圖像，主要分為基于多幀的超分辨率重建算法和基于單幀的超分辨率重建算法，既可以根據基于單幀的超分辨率重建方法對當前細胞通過插值進行放大，也可以在追蹤的基礎上，得到當前細胞在相鄰幾幀中的像素值，然后通過基于多幀的超分辨率重建方法對當前細胞進行放大。放大后，可以得到更多的信息，例如形狀，大小和核質比等。然后根據這些信息對細胞進行分類。
[0037]實施例
[0038]實施例以加入微型標示球的細胞追蹤方式為例進行說明。
[0039]步驟1:將細胞懸液與鞘液分別注入微通道中，同時每隔一定時間注入標示球，利用微流控技術使得細胞不粘連，通過鞘液原理將細胞和標示球聚焦在微通道中軸線處并且按順序依次流過微通道，圖1為本實施例所采用的微通道結構示意圖，共有4個注入口，其中的兩個注入口用于注入細胞液和標示球，兩側的兩個注入口用于注入鞘液；
[0040]步驟2:采集視頻序列，本實施例采用CMOS圖像傳感器進行成像。參照圖2和圖3，分別為其中兩幀視頻的截圖；
[0041]步驟3:將細胞和標示球從背景中分割出來。本實施例采用的是基于塊的迭代閾值分割方法。圖4和圖5分別為對圖2和圖3兩幀圖像對應進行分割的結果示意圖，其中，用綠色框標志出來的是細胞，用紅色框標志出來的是標示球；
[0042]步驟4:對標示球進行追蹤。在注入標示球時,通過微流控技術控制標示球的間隔以及流速，保證每一幀圖像中出現I個或2個標示球，這樣可以通過對設定區域進行搜索來完成標示球的追蹤。圖6和圖7為在分割后的基礎上對標示球的追蹤結果，圖6中紅色框和藍色框標志的分別為兩個標示球，圖7中藍色框標志的即為圖6中藍色標志的微球，而紅色框標志的微球已經流出通道，圖7中黃色框標志的微球為新流進來的微球。
[0043]步驟5:根據待追蹤細胞與標示球的相對距離進行細胞追蹤，圖8和圖9為追蹤效果圖，對圖8中的橙色框標記的細胞進行追蹤，由圖8可以看出該細胞為藍色框標記的微球左邊第二個細胞，根據此距離信息在圖9中進行追蹤。步驟4中的追蹤算法已經得出藍色框標示球的位置，找出該標示球左側第二個細胞(圖9中橙色框標記)即為圖8中需要追蹤的細胞。
[0044]綜上所述，本發明基于微流控技術和基于數字圖像處理技術的細胞檢測方法，在細胞流動過程中加入明顯標示,采集細胞運動的視頻序列,用數字圖像處理技術對視頻序列進行分析，得出所需要檢測的信息。本發明在對細胞進行檢測的同時能夠采集到直觀的細胞圖像，通過在細胞流動過程中注入明顯標示的方法將復雜的細胞檢測算法轉化為簡單的基于區域的方法，減少了計算量，提高了處理速度。而且所提出的細胞檢測裝置不需要顯微鏡，激光源等，具有體積小，成本低的優勢。
【權利要求】
1.一種加入明顯區域標示的細胞檢測方法，其特點在于，具體按照以下步驟實施: 步驟1:設計微通道結構，然后利用微流控技術及鞘液原理將細胞液及鞘液注入微通道中，同時每隔一定時間加入特征明顯的標示球，實現對細胞進行區域標記； 步驟2:采集細胞液流動過程中的視頻序列； 步驟3:將細胞和標示從背景中分割出來； 步驟4:在完成分割的基礎上對細胞進行追蹤、計數和種類識別。
2.根據權利要求1所述的加入明顯區域標示的細胞檢測方法，其特點在于:所述的微通道結構是，包括細胞液微通道，細胞液微通道主體部分為水平段，細胞液微通道水平段前后端分別設置有注入管和排出管，細胞液微通道水平段前段水平左右對稱連接有兩個鞘液加入管，用于給細胞液中加入鞘液，兩個鞘液加入管之前的細胞液微通道水平段上還連接有一個標示加入管，用于給細胞液中加入標示。
3.根據權利要求1所述的加入明顯區域標示的細胞檢測方法，其特點在于:所述的步驟2中，采集方法選用CMOS圖像傳感器、CXD圖像傳感器或光電探測。
4.根據權利要求1所述的加入明顯區域標示的細胞檢測方法，其特點在于:所述的步驟3中，細胞圖像的分割算法選用基于閾值分割的方法、基于邊緣檢測的分割方法、基于區域的分割方法、基于數學形態學的分割方法、基于小波變換的分割方法、基于特征提取的分割方法或基于遺傳算法的分割方法。
5.根據權利要求1所述的加入明顯區域標示的細胞檢測方法，其特點在于:所述的步驟4中，分別實現以下功能: 通過加入的標示，就能夠將復雜的細胞追蹤算法轉化為細胞和區域標示之間的簡單的距離計算，記住細胞在當前幀中與標示之間的距離，那么在下一幀中找出與標示同樣距離的細胞，即可完成追蹤； 在完成分割的基礎上，對第i個和第i+Ι個標示之間的細胞進行計數，i = 1，2，3……η-1，η為標示球個數，最后進行疊加即可完成細胞計數； 另外，通過超分辨率重建的方法還可以對細胞進行預放大，得到更多的細節信息，根據這些細節信息實現對細胞進行種類的識別。
【文檔編號】G01N15/10GK104237108SQ201410181595
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】余寧梅, 任茹, 時小雨 申請人:西安理工大學
專業數控銑床產品供應商
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