CN108795762A - 一种时差成像培养系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时差成像培养系统及其方法，属于胚胎培养技术领域，本发明要解决的技术问题为如何能够简单、安全、可靠的对胚胎进行单独隔离培养和标记以及能够时刻观察胚胎的发育情况，减少开箱次数，增加胚胎培养的成功率，同时防止胚胎之间的相互混淆，采用的技术方案为：其结构包括培养箱、培养盒，若干个培养盒设置在培养箱上部，培养盒内设置有培养皿和照明装置，培养皿置于培养盒内，照明装置设置在培养盒内培养皿的上方，培养箱内设置有自动移动装置、自动成像装置及控制系统，控制系统包括微处理器，自动移动装置、自动成像装置、照明装置均与微处理器连接。本发明还公开了时差成像培养方法。

Description

一种时差成像培养系统及其方法

技术领域

本发明涉及胚胎培养技术领域，具体地说是一种时差成像培养系统及其方法。

背景技术

据世界卫生组织（WHO）估计，发达国家中10-15%的育龄夫妇受不孕症困扰。发展中国家中（包括中国在内），至2002年有1.86亿的育龄妇女患不孕症。2014年的统计数据显示，我国育龄人群不孕症的发生率为12.5%，不孕症人数大于4000万。体外受精-胚胎移植（in-vitro fertilization and embryo transfer, IVF-ET）技术是目前治疗不孕症的重要手段。自1978年在英国诞生世界上首例“试管婴儿”以来，目前发达国家通过IVF-ET助孕出生的婴儿已占出生婴儿总数的1-3%，估计全世界试管婴儿的出生人数已超过500万人。一些IVF-ET的衍生技术需要对患者所有胚胎进行单独区分和标记，以便于对每个胚胎的情况进行分析和追踪。例如，在实施植入前胚胎遗传学诊断（preimplantationgeneticdiagnosis, PGD）技术的过程中，需要对患者所有的胚胎进行单独的培养和标记，然后从这些胚胎中活检少量的胚胎进行遗传学分析，从而确定这些胚胎是否患有遗传性疾病，只有诊断正常的胚胎才能够移植入患者体内，异常的胚胎不能进行移植。此时，对于培养过程中胚胎的相互隔离和标记则非常关键，如果在培养的过程中胚胎发生混淆，则有可能导致异常的胚胎被移植入患者体内，出生患有遗传病的后代。

随着辅助生殖技术的发展，如何更准确地挑选出具有发育潜能的胚胎进行移植，并获得良好的临床妊娠率一直是生殖领域探讨的热门话题。目前，大多选用传统的形态学评价体系进行胚胎的筛选，在特定的时间点观察一系列的静态指标，包括卵母胚胎的形态、成熟度，早期原核数目、大小、对称程度，胚胎期的胚胎数目、卵裂球的对称程度、碎片率等以及囊胚期的囊腔分期、内胚胎团和滋养层胚胎的多少等。目前的常规培养系统的胚胎评价方法是根据伊斯坦布尔共识，在特定的时间点对胚胎进行观察，根据形态学参数及发育情况对胚胎进行筛选。将胚胎发育的动态过程，人为选取特定时间点来进行观察，存在一定的局限性；加之反复开箱，造成胚胎培养环境的温度、湿度及气体含量改变，对胚胎培养环境产生影响；同时，胚胎评估人员存在主观因素，使传统评价体系弊端逐渐暴露。

人类胚胎的体外培养是在培养皿中进行的，目前大多数体外受精实验室进行卵母胚胎与胚胎的体外培养是采用普通的胚胎培养皿（如35mm、60mm或100mm陪替氏培养皿）。进行IVF-ET治疗的患者往往有多个胚胎需要进行体外培养,由于每个胚胎的形态较为接近，无法直接对胚胎进行标记。如果需要对于每个胚胎进行单独的区分，最常用的方法是在培养皿内根据胚胎的数量制备相应数量的微滴，在每个微滴中放置1个胚胎，然后在每个微滴上标记数字。由于人类胚胎接近于球形，并且有透明带的保护，胚胎也不会发生像普通胚胎一样的贴壁固定生长，非常容易在培养基内发生移动。另外，培养基和石蜡油均是液体，容易发生微滴的漂移。另外，目前有一些商品化的培养皿（如WOW培养皿)能够在皿底有若干小孔可以单独放置每个胚胎，以便于通过微型摄像机对每个胚胎的发育过程进行延时（timelapse）成像。但是这些小孔都是在同一个培养基微滴下，胚胎之间并非是相互隔离的，而且小孔较浅也较小，轻微的晃动就可能导致胚胎从小孔中漂浮出。相比于每个微滴单独培养而言，更容易导致胚胎混淆。 最为保险的方法是为每个胚胎制备一个培养皿并进行单独的标记和培养，但是当患者胚胎数量较多时（例如10-20个甚至更多），则需要大量的培养皿，这将显著增加成本、操作时间及难度。 因此，如何能够简单、安全、可靠的对胚胎进行单独隔离培养和标记，防止胚胎之间的相互混淆是目前需要解决的技术难题。

人类胚胎的体外培养还存在一个工作人员熟练操作问题，将受精卵从受精液中转移到培养皿的微滴中继续生长发育，直至第三天胚胎进行冷冻或者胚胎移植。在第三天患者选择将胚胎进行移植、冷冻或者继续培养后，继续培养至囊胚的胚胎仍然需要再次转移至新的胚胎培养皿中，因为第一天至第三天与第三天至第六天胚胎发育所需要的营养成分不同，必须更换新的培养皿才可以保证胚胎发育良好。因此每天需要制作大量的胚胎培养皿，同时还需要保证每一个胚胎培养皿内不同的胚胎培养液不会出错，目前多数的胚胎培养手动换液，在一定程度上减小了胚胎培养的成功率，所以实现培养液的自动换液也是需要解决的一个问题。

发明内容

本发明的技术任务是提供一种时差成像培养系统及其方法，来解决如何能够简单、安全、可靠的对胚胎进行单独隔离培养和标记以及能够时刻观察胚胎的发育情况，减少开箱次数，增加胚胎培养的成功率，同时防止胚胎之间的相互混淆的问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种时差成像培养系统，包括培养箱、培养盒，若干个培养盒设置在培养箱上部，所述培养盒内设置有培养皿和照明装置，培养皿置于培养盒内，照明装置设置在培养盒内培养皿的上方，培养箱内设置有自动移动装置、自动成像装置及控制系统，所述控制系统包括微处理器，所述自动移动装置用于带动自动成像装置实现三维移动，所述自动成像装置用于对培养皿中的样品成像，自动移动装置、自动成像装置、照明装置均与微处理器连接；

所述培养皿上设置有至少一个培养区域，以及与培养区域连通的自动换液机构。

作为优选，所述控制系统还包括图像捕获分析模块、供气模块、显示器和环境监测模块，微处理器分别连接图像捕获分析模块、供气模块、显示器和环境监测模块；

其中，图像捕获分析模块用于通过自动成像装置捕捉培养皿中胚胎的图像并进行分析；

供气模块用于给培养箱充气；

环境监测模块用于实时监测培养箱的环境变化并进行偏离预警；

显示器用于显示培养箱内环境情况及图像捕获分析模块对培养皿中胚胎的分析结果。

作为优选，所述培养区域包括培养池和废液池，自动换液机构包括新培养液存放箱、蠕动泵一和蠕动泵二，新培养液存放箱、蠕动泵一、培养池、蠕动泵二、废液池通过管道依次连通；蠕动泵二安装在培养盒的上侧壁上，蠕动泵二的接口与培养皿采用螺纹连接，培养皿更换方便。

更优地，所述自动换液机构还包括废液收集箱和蠕动泵三，废液池、蠕动泵三和废液收集箱通过管道依次连通；新培养液存放箱与蠕动泵一之间的管道上设置有开关阀一，培养池与蠕动泵二之间的管道上设置有开关阀二，废液池与蠕动泵三之间的管道上设置有开关阀三。

更优地，所述培养区域还包括围绕培养池设置的清洗池一和清洗池二，清洗池一和清洗池二用于待胚胎清洗后放置到培养池中。

更优地，所述培养池底部设置有若干个培养室，培养室呈圆周分布且培养室的横截面呈倒梯形状，培养室上部开设有凹槽，凹槽底部呈圆弧状，凹槽用于放置待培养的胚胎。

作为优选，所述培养皿的上方和下方均设置有加热层，加热层设置在培养盒内且加热层的两端分别固定在培养盒盒盖的两侧内壁上。

作为优选，所述照明装置包括灯架、LED照明模组和聚光镜模组，灯架设置在培养盒的盒盖内壁，LED照明模组和聚光镜模组均设置在灯架上且聚光镜模组位于LED照明模组的下方。

更优地，所述LED照明模组包括底座，底座上设置有多个LED芯片，LED芯片呈正六边形分布。

更优地，所述聚光镜模组包括连接架、聚光镜组一和聚光镜组二，聚光镜组一和聚光镜组二通过连接架设置在灯架的中间位置且聚光镜组一位于聚光镜组二上方；聚光镜组一和聚光镜组二均包括框架和聚光镜，聚光镜嵌在框架内且聚光镜的延伸出框架，聚光镜组一的聚光镜和聚光镜二的聚光镜相对设置。

作为优选，所述自动移动装置包括导轨、转动驱动装置、移动驱动装置和设置在导轨上的滑块，导轨设置在培养箱内且导轨的两端固定设置在培养箱的两侧内壁上，转动驱动装置设置在滑块上端，自动成像装置通过连接轴安装在转动驱动装置的输出端；移动驱动装置设置在滑块的一侧且移动驱动装置穿过培养箱的侧壁且固定在培养箱的外侧壁上。

更优地，所述移动驱动装置采用气缸，气缸的缸体端固定在培养箱的外侧壁上，气缸的活塞杆端穿过培养箱的侧壁且固定连接滑块；气缸缸体通过安装固定板设置在培养箱的外侧壁上；其中，驱动装置还可以采用电机和齿轮齿条传动结构。

更优地，所述转动驱动装置采用伺服电机，伺服电机固定设置在滑块上端，伺服电机通过连接轴转动连接自动成像装置。

作为优选，所述自动成像装置包括相机安装架、相机和有限远校正物镜，相机安装架通过连接轴转动连接伺服电机输出端，相机设置在相机安装架上端，有限远校正物镜设置在相机上端且有限远校正物镜位于培养皿下方。

一种时差成像培养方法，该方法包括如下步骤：

（1）、培养盒间隔排列在培养箱的上部，打开培养盒的盒盖，将培养皿放入培养盒内；

（2）、自动换液机构将培养室内添加新培养液，将待培养的胚胎放置到培养室内进行培养，并盖上培养盒的盒盖；

（3）、微处理器控制启动供气模块、自动移动装置、自动成像装置、照明装置和环境监测模块，实时监测培养箱的环境变化并进行偏离预警；

（4）、自动移动装置带动自动成像装置完成三维移动，调成好自动成像装置的位置，自动成像装置对培养皿中的样品进行成像处理，并传送到图像捕获分析模块；

（5）、图像捕获分析模块根据自动成像装置的样品成像情况，捕捉培养皿中胚胎的图像并进行分析；

（6）、培养箱内环境情况及图像捕获分析模块对培养皿中胚胎的捕获的图像及分析结果通过显示器显示，工作人员便可根据现实做出选择。

本发明的时差成像培养系统及其方法与现有技术相比具有以下优点：

（1）、时差成像技术是一种瞬间曝光连续拍摄的成像技术，具有极高的分辨率，本发明采用时差成像技术对胚胎筛选评价，实时监控对胚胎进行动态观察，并可利用形态动力学参数将胚胎发育过程进行量化，使其更加客观化；

（2）、自动成像装置与培养箱相结合，有效减少开箱频率，确保观察过程中胚胎发育环境的稳定性，在辅助生殖过程中，提供了一个可温控（接近人体温度）的环境，具有对胚胎培养环境实时监控、对胚胎发育状态实时拍摄分析的功能，实现自动化综合检测胚胎发育情况；

（3）、本发明的培养箱上能同时放置多个培养盒，每个培养盒内放置一个培养皿，每个培养皿中至少一个培养池，培养池中设置一圈培养室，不仅可以同时对不同人的胚胎进行培养且不容易混淆，而且可以对同一个人进行多个胚胎的培养且不容易出现混淆，大大提高了胚胎培养的效率及成功率；

（4）、培养皿可以通过自动换液机构实现自动换液，避免人工操作过程中，对胚胎造成损害，影响胚胎培养的成功率。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为培养箱的结构示意图；

附图2为培养箱的内部结构示意图；

附图3为培养盒的结构示意图；

附图4为照明装置的结构示意图；

附图5为LED照明模组的结构示意图；

附图6为聚光镜模组的结构示意图；

附图7为培养皿及自动换液机构的结构示意图；

附图8为培养室的结构示意图；

附图9为控制系统的结构框图；

附图10为图像捕获分析模块工作的流程图。

图中：1、培养箱，2、培养盒，3、培养皿，4、培养用油，5、微处理器，6、图像捕获分析模块，7、供气模块，8、显示器，9、环境监测模块，10、新培养液存放箱，11、培养池，12、废液池，13、废液收集箱，14、蠕动泵一，15、蠕动泵二，16、蠕动泵三，17、清洗池一，18、清洗池二，19、培养室，20、凹槽，21、加热层，22、灯架，23、LED照明模组，23-1、底座，23-2、LED芯片，24、聚光镜模组，24-1连接架，24-2、聚光镜组一，24-3聚光镜组二，24-4、框架，24-5聚光镜，25、导轨，26、滑块，27、连接轴，28、气缸，29、伺服电机，30、相机安装架，31、相机，32、有限远校正物镜，33、液晶触摸屏，34、安装固定板，35、胚胎，36、培养液。

具体实施方式

参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种时差成像培养系统及其方法作以下详细地说明。

实施例1：

如附图1所示，本发明的时差成像培养系统, 其结构包括培养箱1和培养盒2，六个培养盒2安装在培养箱1上部，培养盒2内安装有培养皿3和照明装置，培养皿3置于培养盒2内，照明装置安装在培养盒2内培养皿3的上方，培养箱1内安装有自动移动装置、自动成像装置及控制系统，控制系统包括微处理器5，自动移动装置用于带动自动成像装置实现三维移动，自动成像装置用于对培养皿3中的样品成像，自动移动装置、自动成像装置、照明装置均与微处理器5连接；培养皿3上设有培养区域，以及与培养区域连通的自动换液机构。其中，培养箱1具有占地面积小，承载容量大，设计应尽可能紧凑，能尽量多承载患者数量（目前设计的时差培养箱最大承载量可达到16个培养盒）；培养箱1构型采用独立培养盒2，每位患者胚胎培养互不影响，同时应尽可能减小装载培养皿时对整体培养环境的影响。培养箱1上部斜面处安装有液晶触摸屏33，液晶触摸屏33能直接在培养箱1上对患者胚胎发育情况及当前的培养条件（温度、CO2浓度、氧气浓度等参数的设定值及实际值）进行观测，以及单点拍摄照片，并对照片进行播放和重放。培养箱为胚胎培养提供全周期密闭环境，可进行自动温度、湿度、气体浓度调节，避免环境温度、湿度及气体含量的改变对胚胎机理研究的影响。通过内置的三气混合舱室结合HEPA/VOC过滤器，为胚胎提供非常稳定和可控的培养环境。全面严格的环境采样监控和独特的培养皿3隔离装载区域设计确保打开舱门添加或移除培养皿时内部培养室中的培养环境不会发生改变。

培养皿3上为患者预留尽可能多的胚胎量（目前设计的时差培养箱配套培养皿单皿最多可承载16枚胚胎），且培养皿上预留有添加患者信息条形码/二维码识别标签的位置，可自动完成患者信息登记读取。16微孔培养皿能够实现培养皿的6微孔的均匀性、防气泡及自动换液。

如附图7所示，培养皿3能够在一个培养皿中对患者的所有胚胎进行单独的隔离培养和标记，避免胚胎之间的相互混淆，同时自动换液机构能够减少人工换液的繁琐。培养区域位于皿体内侧底面，培养其余由外侧围挡和中间围挡隔成四个，分别为培养池11、清洗池一17、清洗池二18和废液池12，清洗池一17和清洗池二18用于待胚胎清洗后放置到培养池11中，隔离高度1mm。培养皿3上还设有皿盖，皿盖高为6mm,外径为41mm，厚度为1mm，内径为39mm；培养皿高为11mm,外径为38mm，培养皿边缘围挡厚内径为1mm, 培养皿底厚度为1mm。培养皿中的培养池11、清洗池一17、清洗池二18和废液池12外径为9mm,内径为7.5mm。在整个培养皿的中间培养池11中设有自动换液机构，自动换液可以减少胚胎在培养箱1外暴露的时间，影响胚胎的质量和活性。自动换液机构包括新培养液存放箱10、蠕动泵一14和蠕动泵二15，新培养液存放箱10、蠕动泵一14、培养池11、蠕动泵二15、废液池12通过管道依次连通，蠕动泵二15安装在培养盒1的上侧壁上，蠕动泵二15的接口与培养皿3采用螺纹连接，以便培养皿3更换。废液池12的体积大约是中间培养池11的三倍，防止出液管道蠕动泵二15受污染。培养皿3的材料为各种生物安全级别的塑料，如聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯，优选聚丙烯。自动换液机构还包括废液收集箱13和蠕动泵三16，废液池12、蠕动泵三16和废液收集箱13通过管道依次连通；新培养液存放箱10与蠕动泵一14之间的管道上安装开关阀一，培养池11与蠕动泵二15之间的管道上安装开关阀二，废液池12与蠕动泵三16之间的管道上安装有开关阀三。

如附图8所示，培养池11内设有16个小的培养室19，16个培养室19周围设有数字，以便单个胚胎培养标记观察。16个培养室19呈圆周分布且培养室19的横截面呈倒梯形状，培养室19上部开设有凹槽20，凹槽20底部呈圆弧状，凹槽20用于放置待培养的胚胎35。培养室19内充满培养液36，培养室19底部凹槽20内放置胚胎35后，在培养液36上放置培养用油4，起到密封的作用。培养室19的体积设计为450ul，人类受精卵及卵裂期胚胎直径大约120-150微米，囊胚大约200-300微米,每个培养室可以放置1个胚胎。培养室上圆口直径为500um，小圆直径400um。培养室的底部水平，便于工作台底部显微镜的观察。

如附图3所示，培养皿3的上方和下方均安装有加热层21，加热层21安装在培养盒2内且加热层21的两端分别固定在培养盒2盒盖的两侧内壁上。

如附图4所示，照明装置包括灯架22、LED照明模组23和聚光镜模组24，灯架22安装在培养盒2的盒盖的上端内壁上，LED照明模组23和聚光镜模组24均安装在灯架22上且聚光镜模组24位于LED照明模组23的下方。其中，LED照明模组23照明拍照时，每个图像的持续时间应尽可能短（目前参考数据0.064s）,光照强度要尽可能低，以减少光对胚胎发育的影响（参考：635nm红色LED光源）。照明装置能够进行明场成像和暗场成像。

如附图5所示，LED照明模组23包括底座23-1，底座23-1上安装有多个LED芯片23-2，LED芯片23-2呈正六边形分布。LED照明模组23采用阵列LED芯片，波长为635nm；其中一个LED芯片在中心位置，其他六个LED芯片在半径为20mm的环形上。当明场成像时，中间位置的LED芯片点亮，而其他六个LED芯片关闭；当暗场成像时，中间位置的LED芯片关闭，其他六个LED芯片点亮，通过控制阵列LED芯片的开关，避免传统暗场成像需要机械切换环形挡板或者聚光镜的问题，并利于照明光开关时序与相机采图时序的同步控制，暗场LED芯片产生光束入射角为26°，满足数值孔径大于物镜NA的要求。聚光镜针对LED芯片阵列进行了优化，照明视场8mm，数值孔径0.46，能够保证对于整个孔板完全覆盖，在对不同胚胎样本成像时，照明光源无需移动位置，同时照明光数值孔径大于成像物镜数值孔径，能够实现暗场成像。

如附图6所示，聚光镜模组24包括连接架24-1、聚光镜组一24-2和聚光镜组二24-3，聚光镜组一24-2和聚光镜组二24-3通过连接架24-1安装在灯架22的中间位置且聚光镜组一24-2位于聚光镜组二24-3上方；聚光镜组一24-2和聚光镜组二24-3均包括框架24-4和聚光镜24-5，聚光镜24-5嵌在框架24-4内且聚光镜24-5的延伸出框架24-4，聚光镜组一24-2的聚光镜24-5和聚光镜二24-3的聚光镜24-5相对设置。

如附图2所示，自动移动装置包括导轨25、转动驱动装置、移动驱动装置和设置在导轨上的滑块26，导轨25安装在培养箱1内且导轨25的两端固定安装在培养箱1的两侧内壁上，转动驱动装置安装在滑块26上端，自动成像装置通过连接轴27安装在转动驱动装置的输出端；移动驱动装置设置在滑块26的一侧，移动驱动装置穿过培养箱1的侧壁且固定在培养箱1的外侧壁上。自动成像装置能够实现微米级胚胎的自动定位及清晰观察。移动驱动装置采用气缸28，气缸28的缸体端固定在培养箱1的外侧壁上，气缸28的活塞杆端穿过培养箱1的侧壁且固定连接滑块26；气缸28缸体通过安装固定板34安装在培养箱1的外侧壁上；其中，驱动装置还可以采用电机和齿轮齿条传动结构。转动驱动装置采用伺服电机29，伺服电机29固定安装在滑块26上端，伺服电机29通过连接轴27转动连接自动成像装置。

自动成像装置包括相机安装架30、相机31和有限远校正物镜32，相机安装架30通过连接轴27转动连接伺服电机29输出端，相机31安装在相机安装架30上端，有限远校正物镜32安装在相机31上端且有限远校正物镜32位于培养皿3下方。其中，相机31分辨率应不低于1280*1024像素、单色8位元、光学分辨率不低于2.22px/μm，3-7层对焦平面，循环拍照时间可自由设置（5分钟、10分钟等）。自动移动装置控制有限远校正物镜32对准胚胎成像位置，由LED照明模组23作为照明光源对胚胎培养皿3进行照明，培养皿3被光源照明后经过下方的有限远校正物镜32成像在后方的相机上，由相机31成像后的胚胎图像经过图像采集卡、图像处理设备进行图像放大处理后得到较为完善的图像，图像呈现在显示器8上，胚胎图像可以在显示器8上通过图像捕获分析模块6进行评估、分级处理。

成像采用长工作距离有限远校正物镜32，物方视场700um，数值孔径0.33，放大倍率17.5倍，能够满足对胚胎样品成像分辨率的要求。500μm视场要求CCD靶面大于8.7 mm，因此相机采用科研级高量子效率sCMOS相机，使采图所需要的光能量远远低于常规显微镜，为胚胎发育提供更安全的光学环境。在物镜与相机之间不设置tube lens，使得有限远校正物镜与相机构成一个紧凑的自动成像装置。自动成像装上安装在伺服电机上，能够在z方向移动实现对焦，最小移动步长0.1um；同时通过气缸能够在X和Y方向移动，对不同的胚胎样品成像，实现了保持样本位置始终不变，可最大限度地降低机械运动对样本的伤害。通过伺服电机的移动，使自动成像装置具有自动对焦功能，并实现单焦面成像和多焦面层扫成像模式（最多11层）。对于单焦面成像模式，5分钟内实现对全部胚胎样品成像观测；对于11层焦面层扫成像模式，10分钟可完成对全部胚胎样品的成像观测。

如附图9所示，控制系统还包括图像捕获分析模块6、供气模块7、显示器8和环境监测模块9，微处理器5分别连接图像捕获分析模块6、供气模块7、显示器8和环境监测模块9；

其中，图像捕获分析模块6用于通过自动成像装置捕捉培养皿中胚胎的图像并进行分析，提高无创胚胎质量自动评估分级的准确率；且具有如下功能：①能够识别患者条形码/二维码信息，进行病历核对；

②能够记录胚胎的培养条件（温度、CO2浓度、O2浓度）；

③能够对患者每一枚胚胎的发育情况进行智能分析并进行判定评分，能够显示时间轴；

④能够同时对患者多枚胚胎的发育情况进行比较分析；

⑤智能指导医师进行胚胎的移植、冷冻或放弃；

⑥每枚胚胎发育图片和相关信息可导出，做成影片（AVI\MOV\MP4）。

图像捕获分析模块6采用逐级淘汰制评分体系，最终得到的胚胎就是选择的可以移植或冷冻的优质胚胎。

如附图10所示，T5_PNF为从受精卵原核消失到发育为5细胞阶段所需时间（单位：小时）；S2:胚胎在3细胞阶段的持续时间，即由2细胞分裂为3细胞的那瞬间，到3细胞分裂为4细胞那瞬间所需的时间（单位：小时）。

供气模块7用于给培养箱充气；供气模块的供气方式包括如下两种：①预混气直充；②纯N2和纯 CO2，由内置混合机混合；培养箱上开设有气体检测口，可即时外接CO2检测仪进行培养气体浓度监测对比。

环境监测模块9用于实时监测培养箱的环境变化并进行偏离预警（包括温度和CO2浓度）；

显示器8用于显示培养箱内环境情况及图像捕获分析模块对培养皿中胚胎的分析结果。

实施例2：

本发明的时差成像培养方法，该方法包括如下步骤：

（1）、培养盒2间隔排列在培养箱1的上部，打开培养盒2的盒盖，将培养皿3放入培养盒2内；

（2）、自动换液机构将培养室11内添加新培养液，将待培养的胚胎放置到培养室11内进行培养，并盖上培养盒2的盒盖；

（3）、微处理器5控制启动供气模块7、自动移动装置、自动成像装置、照明装置和环境监测模块9，实时监测培养箱1的环境变化并进行偏离预警；

（4）、自动移动装置带动自动成像装置完成三维移动，调成好自动成像装置的位置，自动成像装置对培养皿中的样品进行成像处理，并传送到图像捕获分析模块6；

（5）、图像捕获分析模块6根据自动成像装置的样品成像情况，捕捉培养皿中胚胎的图像并进行分析；

（6）、培养箱1内环境情况及图像捕获分析模块6对培养皿中胚胎的捕获的图像及分析结果通过显示器8显示，工作人员便可根据现实做出选择。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (15)

1.一种时差成像培养系统，包括培养箱、培养盒，若干个培养盒设置在培养箱上部，其特征在于，所述培养盒内设置有培养皿和照明装置，培养皿置于培养盒内，照明装置设置在培养盒内培养皿的上方，培养箱内设置有自动移动装置、自动成像装置及控制系统，所述控制系统包括微处理器，所述自动移动装置用于带动自动成像装置实现三维移动，所述自动成像装置用于对培养皿中的样品成像，自动移动装置、自动成像装置、照明装置均与微处理器连接；

所述培养皿上设置有至少一个培养区域，以及与培养区域连通的自动换液机构。

2.根据权利要求1所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述控制系统还包括图像捕获分析模块、供气模块、显示器和环境监测模块，微处理器分别连接图像捕获分析模块、供气模块、显示器和环境监测模块；

其中，图像捕获分析模块用于通过自动成像装置捕捉培养皿中胚胎的图像并进行分析；

供气模块用于给培养箱充气；

环境监测模块用于实时监测培养箱的环境变化并进行偏离预警；

显示器用于显示培养箱内环境情况及图像捕获分析模块对培养皿中胚胎的分析结果。

3.根据权利要求1或2所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述培养区域包括培养池和废液池，自动换液机构包括新培养液存放箱、蠕动泵一和蠕动泵二，新培养液存放箱、蠕动泵一、培养池、蠕动泵二、废液池通过管道依次连通。

4.根据权利要求3所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述自动换液机构还包括废液收集箱和蠕动泵三，废液池、蠕动泵三和废液收集箱通过管道依次连通；新培养液存放箱与蠕动泵一之间的管道上设置有开关阀一，培养池与蠕动泵二之间的管道上设置有开关阀二，废液池与蠕动泵三之间的管道上设置有开关阀三。

5.根据权利要求4所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述培养区域还包括围绕培养池设置的清洗池一和清洗池二，清洗池一和清洗池二用于待胚胎清洗后放置到培养池中。

6.根据权利要求5所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述培养池底部设置有若干个培养室，培养室呈圆周分布且培养室的横截面呈倒梯形状，培养室上部开设有凹槽，凹槽底部呈圆弧状，凹槽用于放置待培养的胚胎。

7.根据权利要求1所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述培养皿的上方和下方均设置有加热层，加热层设置在培养盒内且加热层的两端分别固定在培养盒盒盖的两侧内壁上。

8.根据权利要求1或2所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述照明装置包括灯架、LED照明模组和聚光镜模组，灯架设置在培养盒的盒盖内壁，LED照明模组和聚光镜模组均设置在灯架上且聚光镜模组位于LED照明模组的下方。

9.根据权利要求8所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述LED照明模组包括底座，底座上设置有多个LED芯片，LED芯片呈正六边形分布。

10.根据权利要求8所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述聚光镜模组包括连接架、聚光镜组一和聚光镜组二，聚光镜组一和聚光镜组二通过连接架设置在灯架的中间位置且聚光镜组一位于聚光镜组二上方；聚光镜组一和聚光镜组二均包括框架和聚光镜，聚光镜嵌在框架内且聚光镜的延伸出框架，聚光镜组一的聚光镜和聚光镜二的聚光镜相对设置。

11.根据权利要求1或2所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述自动移动装置包括导轨、转动驱动装置、移动驱动装置和设置在导轨上的滑块，导轨设置在培养箱内且导轨的两端固定设置在培养箱的两侧内壁上，转动驱动装置设置在滑块上端，自动成像装置通过连接轴安装在转动驱动装置的输出端；移动驱动装置设置在滑块的一侧且移动驱动装置穿过培养箱的侧壁且固定在培养箱的外侧壁上。

12.根据权利要求11所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述移动驱动装置采用气缸，气缸的缸体端固定在培养箱的外侧壁上，气缸的活塞杆端穿过培养箱的侧壁且固定连接滑块；气缸缸体通过安装固定板设置在培养箱的外侧壁上。

13.根据权利要求11所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述转动驱动装置采用伺服电机，伺服电机固定设置在滑块上端，伺服电机通过连接轴转动连接自动成像装置。

14.根据权利要求1或2所述的时差成像培养系统，其特征在于，所述自动成像装置包括相机安装架、相机和有限远校正物镜，相机安装架通过连接轴转动连接伺服电机输出端，相机设置在相机安装架上端，有限远校正物镜设置在相机上端且有限远校正物镜位于培养皿下方。

15.一种时差成像培养方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）、培养盒间隔排列在培养箱的上部，打开培养盒的盒盖，将培养皿放入培养盒内；

（2）、自动换液机构将培养室内添加新培养液，将待培养的胚胎放置到培养室内进行培养，并盖上培养盒的盒盖；

（3）、微处理器控制启动供气模块、自动移动装置、自动成像装置、照明装置和环境监测模块，实时监测培养箱的环境变化并进行偏离预警；

（4）、自动移动装置带动自动成像装置完成三维移动，调成好自动成像装置的位置，自动成像装置对培养皿中的样品进行成像处理，并传送到图像捕获分析模块；

（5）、图像捕获分析模块根据自动成像装置的样品成像情况，捕捉培养皿中胚胎的图像并进行分析；

（6）、培养箱内环境情况及图像捕获分析模块对培养皿中胚胎的捕获的图像及分析结果通过显示器显示，工作人员便可根据现实做出选择。