[发明专利]一种基于单相机双模态成像的免标记流式检测装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于单相机明场和散射双模态成像的免标记流式细胞检测装置及方法，光束发生单元，生成明场光束和激光光束，并将两者整合为混合光束，以激发样品悬液；样本控制单元，固定承载样品悬液的鞘流器组件，并带动其三轴可移动，调整样品悬液的成像区域；图像采集单元，包括两个采集通道，不同的采集通道分别用于获取明场信号和二维光散射信号，且两种信号通过光路设计和刀锋直角棱镜合并为双模态信号，由单相机记录双模态明场散射信号；成像分析单元，对捕获的双模态明场散射信号进行图像预处理、提取图像特征参数和分类。本发明同时获取样本的明场图样和二维光散射图样，并应用于单个微颗粒的尺寸鉴定及细胞亚型的无标记检测分类。

技术领域

本发明属于细胞检测与分析技术领域，具体涉及一种基于单相机明场和散射双模态成像的免标记流式细胞检测装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

临床上对细胞的检测分类主要依赖于流式细胞仪。流式细胞术可以测量流体中单个细胞或颗粒的理化性质，通常具有高通量和多参数等特点，该技术可以获取细胞大小、DNA含量、蛋白质和抗原表达等信息，在生物学中具有重要应用。传统流式细胞仪通常需要使用各种荧光染料对细胞进行复杂的染色标记，染色过程繁琐复杂且外力操作会对细胞的结构和功能产生一定的损害，此外荧光信号较弱，测量光路相对复杂，仪器设施较为昂贵。

与单细胞荧光测量相比，无标记光散射是一种快速、非侵入性、高灵敏度和实时监测的技术方法。各种光散射研究表明，细胞和细胞核的体积与前向散射(FSC)有关，而细胞的内部结构和细胞器的分布在侧向散射(SSC)中起着更重要的作用。传统流式细胞仪通过探测颗粒一维FSC光散射信号，可实现对颗粒的尺寸鉴别，但这种根据光强度的相对大小实现对尺寸的测量往往依赖于激发光源的稳定性、检测器灵敏度和信号转换器的高性能。考虑到细胞内部结构的复杂性，仅获得一维光散射可能会丢失细胞信息。而二维光散射测量方法沿着极角和方位角的光散射信号可以获得更多有关细胞内部结构的信息。在2007年，苏等人报道一种基于孔径的方法可以在微流体通道中流动的单个细胞中获得二维光散射信号。该方法进一步发展为基于显微镜的无标记细胞计数法，用于分析宫颈癌细胞、白血病细胞和卵巢癌细胞。

虽然二维光散射信号包含更多有关细胞结构的信息，但很难在光散射模式和细胞内部结构之间建立准确的分析模型，而之前的细胞二维光散射流式研究并不能同时提供传统意义上的细胞图像。开发基于单相机成像流式细胞仪以同时获得单细胞的二维光散射模态和明场模态来对细胞进行多模态分析是非常有意义的。商业成像流式细胞仪利用落射荧光激发方案和时间延迟积分(TDI)相机提供多路复用成像以在单探测器上同时获得单个细胞的明场和荧光成像，可以同时对样品进行多模态性检测以提高分析能力。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于单相机明场和散射双模态成像的免标记流式细胞检测装置及方法，本发明通过光路结构设计将单个颗粒或细胞的两种不同信号同时汇聚到一个相机芯片中，同时获取样本的明场图样和二维光散射图样，并应用于单个微颗粒的尺寸鉴定及细胞亚型的无标记检测分类。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种基于单相机明场和散射双模态成像的免标记流式细胞检测装置，包括：

光束发生单元，用于生成明场光束和激光光束，并将两者整合为混合光束，以激发样品悬液；

样本控制单元，用于固定承载样品悬液的鞘流器组件，并带动其三轴可移动，以调整样品悬液的成像区域；

图像采集单元，包括两个采集通道，不同的采集通道分别用于获取明场信号和二维光散射信号，且两种信号通过刀锋直角棱镜合并为双模态信号，同时汇聚到单个探测器上，实现单相机明场图像和二维光散射图像的同时一一对应获取；

成像分析单元，用于对捕获的双模态明场散射信号进行图像预处理、提取图像特征参数和分类。