基于无透镜成像的细胞生理活动实时监测方法研究
生物样本中的检测在医学研究、疾病诊断、细胞毒理研究以及药物评价领域有着重要意义细胞生理活动。显微成像系统是观测细胞的常用工具,尽管细胞图像检测方法在不断进步，但是对于细胞生理活动实时监测方法的研究还面临很多困难。一个重要的原因是这些细胞图像检测设备离不开透镜等多种光学元件的相互作用，整个成像系统体积大且笨重，同时这些光学成像系统操作复杂，进一步限制了细胞实时监测的发展。无透镜成像技术避开了传统光学成像技术的缺点，基于无透镜的成像系统体积小重量轻。非荧光物质的无透镜成像技术分为无透镜阴影成像和无透镜数字全息成像，两种方法都可以实现细胞成像，但是无透镜数字全息成像直接获得的是细胞全息图，图像中的细胞模糊不清，需要通过再现算法得到清晰图像，而无透镜阴影成像能直接捕获清晰的细胞图像。本文旨在基于无透镜阴影成像技术开展对细胞生理活动实时监测方法的研究，主要的研究内容如下: 1.基于无透镜阴影成像技术搭建显微成像系统，系统采用发光二极管作为光源，使用图像传感器捕获细胞样本图像。结合图像梯度及图像对比度两种无参考图像质量评价方法研究影响无透镜成像质量的条件，优化成像系统结构参数以提高成像质量。 2.结合微流控芯片具有耗样量少且易与成像系统集成的优势，本文使用紫外光刻技术设计并制作了用于研究细胞生理活动的微流控芯片，并搭建无透镜片上成像系统对人早幼粒白血病细胞及海拉细胞成像，使用图像处理相关算法实现细胞自动计数，计数误差在10％以内。基于无透镜成像装置开发了界面控制程序，进一步提高细胞计数的自动化程度。 3.基于无透镜成像系统设计细胞迁徙模拟实验，采集细胞迁徙视频。通过目标追踪算法实现多细胞迁徙过程追踪,获取细胞迁徙轨迹并检测细胞平均迁徙速率。 4.通过细胞吸水膨胀实验，捕获细胞正常状态和吸水膨胀状态下的无透镜成像结果，使用支持向量机实现对上述两种状态的细胞分类检测,测试集准确度为96.7％。结合图像分割实现单幅图像中多个细胞的生理状态检测。 本文提出的基于无透镜成像的细胞生理活动实时监测方法对研究细胞增殖，细胞迁徙过程以及细胞生理状态有重要意义，对于生物医疗领域研发细胞即时检测设备有重要的应用价值。
细胞生理活动;无透镜成像;微流控芯片
北京化工大学
硕士
控制科学与工程
郭霄亮
2023
中文
TN911.7
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）