[发明专利]一种无透镜成像系统中的准球细胞高度方向位移测量方法

说明书

本发明公开了一种无透镜成像系统中的准球细胞高度方向位移测量方法，根据无透镜成像系统特点，建立菲涅尔衍射模型，并由此建立该无透镜成像系统的准球细胞高度方向位移测量模型，通过待测生物细胞样品中准球细胞的衍射图像得到准球细胞的衍射环到真实细胞边界的距离，代入测量模型，得到该准球细胞的高度方向位移大小。本发明能够解决准球细胞在微流控芯片中高度方向位移无法精确测量的问题，非常适合于微流控芯片和无透镜成像相结合的POTC，操作简单，实时性高，对于无透镜成像系统和微流控相结合的生物细胞检测具有十分重要的意义。

技术领域

本发明属于医疗图像分析技术领域，涉及一种无透镜成像系统中的准球细胞高度方向位移测量方法。

背景技术

生物细胞检测和分析是医学研究、疾病诊断等不可或缺的手段。对细胞检测设备和方法的研发是推动生物医学研究、疾病诊断技术进步的重要力量。其中准球细胞的检测和分析在其中占有重要地位。

传统的生物细胞检测方式主要分为两种，一种是人工的方法，使用光学显微镜进行细胞检测；另一种是借助流式细胞仪进行细胞检测。但是这两种方法的检测设备都存在其体积大，价格昂贵，对操作人员专业知识要求高等问题。近年来，低成本，便携，用户友好和操作简单的即时检测(Point-Of-Care Testing，POCT)越来越受到了人们的青睐。在POCT条件下实现生物细胞检测逐渐成为研究热点。

微流控能够准确控制样品和试剂的数量和流速，从而实现分析物的高精度、高灵敏度的分离和检测。基于微流控的POCT技术具有制备简便、试剂用量低、响应时间短、可连续监测分析等优点，为生物细胞检测提供了强大的平台。无透镜成像系统的成像的原理及系统的体积相比有透镜显微镜有巨大的优势，同时还有近乎无限的视野和低廉的价格。因此基于微流控技术的无透镜成像系统的发展使基于POCT技术的生物细胞检测成为可能。

基于微流控的典型无透镜成像系统由光源、微流控芯片和CMOS图像传感器(CMOSImage Sensor，CIS)组成。将含有细胞的微流控芯片直接置于CIS上，由于细胞和CIS之间没有透镜，在CIS上不能真正形成细胞图像，只能形成细胞的衍射条纹。同时，由于微流控芯片的引入，也会给无透镜成像带来一些技术困难。由于微流控芯片的微通道具有一定高度，当细胞在微通道内移动时，细胞将沿高度方向移动。从细胞到成像面的距离会发生变化，而且这种变化是随机的。细胞到成像面距离的不确定性将严重影响无透镜成像系统的成像效果，不利于对图像更进一步的分析。因此如何利用衍射图像来获取细胞在微流控芯片中高度方向的位移信息，在生物细胞检测中具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种无透镜成像系统中的准球细胞高度方向位移测量方法，利用准球细胞衍射条纹实现对准球细胞高度方向位移的测量。

本发明所采用的技术方案是，一种无透镜成像系统中的准球细胞高度方向位移测量方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备含有标准球细胞的标准生物细胞样品；

步骤2、将微流控芯片放置于无透镜成像系统的CMOS图像传感器上，并将生物细胞样品通入到微流控芯片中；

步骤3、打开无透镜成像系统的单色光源，使光线照射在通有标准生物样品的微流控芯片上；

步骤4、打开图像采集装置，利用CMOS图像传感器采集标准生物细胞样品中准球细胞的衍射图像；

步骤5、根据无透镜成像系统成像原理及特点，建立菲涅尔衍射模型；

步骤6、计算菲涅尔衍射的衍射光强振幅，得到衍射环的位置与准球细胞到成像表面距离的关系式，建立该无透镜成像系统的准球细胞高度方向位移测量模型，准球细胞到成像表面的距离即为标准生物细胞样品到CMOS图像传感器的距离；