CN109929752A - 一种便携式精子检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式精子检测系统，包括精子图像采集装置、带有显示屏的智能终端及服务器，所述图像采集装置包括显微镜镜头、摄像头电路板，玻片移动平台和照明光源，显微镜镜头在玻片的上方，照明光源在玻片的下方，摄像头电路板中的图像传感器在显微镜镜头的正上方，摄像头电路板采集到精子的图像，将压缩后的图像数据或者原始图像数据，通过有线或者无线方式传给带有显示屏的智能终端，智能终端接收到的精子图像，分析并显示出精子的各项参数。本发明的有一效果是：采用全封闭的光学系统，使用有线或无线的连接方式将图像传输给移动智能终端，利用移动智能终端分析图像，得到检测结果。该系统采集图像清晰，自动化程度高，检测时间短，体积小等优点。

Description

一种便携式精子检测系统

技术领域

本发明涉及一种体外检测系统，具体是一种家用型的精子检测系统。

背景技术

精子分析是男性生殖的一项常见的检查项目，现有的精子分析装置，需要使用生物显微镜，专业的人员操作，而且设备的体积大，成本高，操作复杂，检查时间长。精子的检测结果会收到环境光源的干扰和操作人员的影响。而且有些患者在医院采精困难，需要手术的方式来采集精子。

目前市面上已有的家用型的精子分析装置，使用手机摄像头对着显微镜的物镜拍摄，采集精子的图像，由于有外接的光源干扰，放大倍数等原因，成像不佳，很难得到准确的分析结果。而且镜头需要物镜和目镜，还有反光镜，成本高。现有的家用型的精子采集装置，一次只能采集到一个视野，不能实现世界卫生组织精液处理实验室手册中要求的采集多个点，保证200个以上的精子，导致误差较大。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种便携式的，操作简单，检测时间快的图像清晰，结果准确的精子检测方案。用户可以在家中使用手机或者电脑搭配精子图像采集装置自己检查精子的浓度和活力，是通过如下技术方案实现的。

一种便携式精子检测系统，包括精子图像采集装置、带有显示屏的智能终端及服务器，其中的精子图像采集装置包括显微镜镜头、摄像头电路板，玻片移动平台和照明光源和带有显示屏的智能终端，显微镜镜头在玻片的上方，照明光源在玻片的下方，摄像头电路板中的图像传感器在显微镜镜头的正上方，摄像头电路板采集到精子的图像，将压缩后的图像数据或者原始图像数据，通过有线或者无线方式传给带有显示屏的智能终端，智能终端接收到的精子图像，分析出精子的浓度和(或)活力等参数。

所述的显微镜镜头只包含物镜，所述的显微镜镜头的共轭距离小于150毫米，显微镜物镜的放大倍数大于或等于10倍、小于40倍，数值孔径在0.2NA到 0.6NA之间。

所述的摄像头电路板中的图像传感器像素大于一百万像素，所述的显微镜镜头与摄像头电路板通过镜筒连接，镜筒与镜头使用螺纹连接，镜筒与电路板端使用螺丝固定，镜筒内为黑色，有消光螺纹。

所述的便携式精子分析系统包括有高度调节装置，调节镜头与玻片之间的距离，所述的玻片使用的是单腔室的玻片，腔室的一边有加样口，另外一边有出气口，腔室的长大于或等于10毫米，宽大于或等于8毫米。

所述的照明光源在载玻片的下方，使用的是LED光源，照明光源的中心与镜头的中心重合。

采集装置采用双层外壳结构，减少外部光源干扰，采集装置采用半封闭系统，只留有一个载玻片插口可能会有少量光进入，减少外部光源的干扰。

所述图像数据传给电脑或手机，带有显示屏的智能终端有USB或Wi-Fi，能收到图像数据可以显示精子图像，可以分析图像，也可以上传到网络服务器来分析。

所述的带有显示屏的智能终端可以在显示分析报告，报告包括精子浓度，活力，总数，平均路径速度，平均曲线速度，平均直线速度，平均侧摆幅度，平均鞭打频率，运动直线性，运动前向性，运动摆动性，平均移动角度等信息等参数，可以把测试结果备份到网络服务器。

所述的便携式精子分析系统带有保温装置，温度在30度到38度之间。

本发明的有益效果是：采用全封闭的光学系统，使用有线或无线的连接方式将图像传输给移动智能终端，利用移动智能终端分析图像，得到检测结果。该系统采集图像清晰，自动化程度高，检测时间短，体积小等优点。

附图说明

图1是本发明的检测系统结构示意图。

图2是本发明实施例的图像采集装置结构示意图。

图3是本发明实施例的图像采集装置爆炸示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种便携式精子自动检测系统，系统包括通信连接的图像采集装置100和带有显示屏的智能终端200，图像采集装置100包括：图像传感器电路板5、显微镜镜头6、玻片7、移动平台10、高度调节装置、照明光源11、保温装置，上述部件设置在外壳1内并固定，底部安装底座18形成装置的外壳，显微镜镜头6在玻片的上方，照明光源11在玻片的下方，摄像头电路板中的图像传感器在显微镜镜头的正上方，摄像头电路板采集到精子的图像，将压缩后的图像数据或者原始图像数据，通过有线或者无线方式传给带有显示屏的智能终端，智能终端接收到的精子图像，分析出精子的浓度和(或)活力等参数。浓度的计算方法如下：

图像传感器单个像素的尺寸是长是L，宽是D，分辨率是X*Y，镜头放大倍数是M，玻片腔体的深度是h。

(1)把接收到的图像转换成灰度图；

(2)图像做阈值分割，转换成二值图；

(3)查找轮廓，根据轮廓内的图像特征识别出是否是精子，统计精子的个数i；

(4)视野面积S＝(DxXxLxY)/M；

(5)单个视野的体积V＝Sxh；

(6)单个视野的浓度c＝i/V；

(7)按照以上办法计算出1到n个视野的浓度c1，c2，c3...cn，计算平均浓度 C＝c1+c2+c3+...+cn/n。

活力的计算方法如下：

(1)根据前后两张图像中的精子的位置，精子的历史运动速度和运动方向，将两张图像中的精子匹配，计算出精子头部中心的位置变化，如果a大于某个阈值t，则认为精子是活的。如果小于阈值t则认为精子是不动的。按照此方法统计出单个视野中运动的精子个数e，所有视野的运动精子E＝e1+e2+...+en。

(2)所有视野的精子总数F＝f1+f2+...+fn。平均的活力g＝E/F。

图像传感器电路板5包括图像传感器，图像处理器，USB或Wi-Fi模块，电路板上还包括了马达控制和驱动模块和光源控制电路，在本发明其一实施例中五百万像素的COMS芯片是一种型号是MI5100的芯片，图像处理器是一种 SPCA2089芯片，SPCA2089芯片搭配美光的500W SENSOR MI5100，MI5100的图像数据通过MIPI接口与SPCA2089相连，并使用12C信号与SPCA2089通讯。即使不需要外部RAM也可以工作，输出像素达到2592*1944时的图象非常稳定，图像输出30FPS左右。马达驱动芯片是L293DD芯片，L293DD是一款单片集成的高电压、高电流、4通道电机驱动，设计用于连接标准DTL或TTL逻辑电平，驱动电感负载(诸如继电线圈、DC和步进电机)和开关功率晶体管等等。SPCA2089 输入控制信号给L293DD，实现马达的正转或反转，上述芯片位于电路板上，并电路连接。

显微镜镜头6优选放大倍数是大于10倍光学镜头，共轭距离(物体到像之间的距离)是100毫米，物体到像之间的距离比较小，可以降低产品的高度，实现小型化。

显微镜镜头6与图像传感器电路板5通过镜筒7连接，通过左右镜头牙箱盖 (3、4)将显微镜镜头6固定，然后安装在外壳1内，与镜头端使用螺纹连接，与电路板端使用两个螺丝固定，镜筒内为黑色，有消光螺纹。

玻片9优选单腔室的玻片，腔室的一边有加样口，另外一边有出气口，腔室的长大于或等于10毫米，宽大于或等于8毫米。

移动平台10包括有玻片插槽8，直线轴承，导轨，带有丝杆的马达13。直线轴承与玻片插槽固定，导轨从直线轴承中穿过。可以使用马达上有滑块带动玻片插槽沿着导轨直线运动。当采集完一个视野的图像数据后移动载玻片的位置，采集下一个位置的数据，检查完后自动弹出载玻片。

高度调节装置：用于调节镜头与载玻片之间的距离。调到合适的距离，摄像头可以采集到清晰的精子图像。优选LZ60高度升降平台。

照明光源11优选白色LED光源，且光源到玻片之间有固定直径的光阑。照明光源的中心与镜头的中心重合。

保温装置包括加热片15，温度传感器16和温度控制电路，温度传感器16 设置在温度控制电路中，温度传感器16是一种NTC热敏电阻，高精度NTC热敏电阻10K1％精度B值：395010K温度传感器温度探头。加热片是自动恒温加热片，温度范围是37℃-53℃，确保保温装置不会过热破坏标本。保温装置设置在外壳内，保温盖2闭合时，与外壳形成一体，加热片与取样杯14底部接触，使取样杯14持续保持一定的温度，温度控制电路与位于外壳上的按键17配合，用于切换温度控制电路的通断。优选的PTC加热片自动恒温，安全性能高。优选的NTC温度传感器，当温度高于设定温度，温度控制电路会停止给PTC供电加热，当温度低于设定温度，温度控制电路重新给PTC加热片供电加热。可设定温度在30度到38度之间。

图像采集装置100还包括为装置提供电源的电源控制板12，电源控制板上有USB插座19，可与外部的适配器通电连接，为设备供电。

如图1所示，带有显示屏的智能终端200有USB或WI-FI，能收到图像采集装置100上传的图像数据并显示精子图像，智能终端安装有精液图像分析的APP，可以本地分析图像或保存图像和视频，APP的按键可以控制开始检测，检测完后能在智能终端上显示分析结果，包括精子浓度，活力，总数，平均路径速度，平均曲线速度，平均直线速度，平均侧摆幅度，平均鞭打频率，运动直线性，运动前向性，运动摆动性，平均移动角度等信息，检测结果也可以上传到网络服务器300备份。精液图像分析的APP，可以记录多次检测的结果，绘制浓度，活力，总数的变化趋势图。

用户把采集的精子样本放在载玻片上，然后把载玻片插入移动平台的插槽内，点击电脑或者手机的应用程序，开始检测，装置会打开补光灯，采集多个视野的图像，检测完后电脑或者手机显示检查结果，生成检查报告，自动弹出载玻片。

作为本发明的进一步方案是水平方向移动镜头或者载玻片，支持插入多个载玻片，一次检测多份样本。

使用一种便携式精子自动检测系统的精子检测方法，以精子图像采集装置和手机为例，步骤包括：

步骤1、采集到的精液装在采集杯中，然后放在保温槽内，接通电源按下保温按键；

步骤2、精液样本液化后，使用滴灌，从加样口滴在玻片上；

步骤3、将玻片插入玻片移动平台的玻片插槽中；

步骤4、打开手机APP或者电脑程序，并与设备用USB或者Wi-Fi连接；

步骤5、在手机或者电脑等智能终端接收精子图像数据后显示在屏幕上；

步骤6、检查图像是否清晰，调节高度调节装置，观察到清晰的精子图像。

步骤7、点击手机APP或电脑程序中的按钮，开始分析图像中精子的个数和每个精子的运动信息；

步骤8、分析完一个视野的图像后，控制马达移动到下一个视野，采集下一个视野中的图像，并传给手机或者电脑等智能终端；

步骤9、综合多个视野的分析结果，计算出平均的浓度和活力，以及运动信息；

步骤10、分析完后在电脑或手机上查看分析报告，通过手机将分析报告备份到网络服务器。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种便携式精子检测系统，包括精子图像采集装置、带有显示屏的智能终端及服务器，其特征在于，所述图像采集装置包括显微镜镜头、摄像头电路板，玻片移动平台和照明光源，显微镜镜头在玻片移动平台的上方，照明光源在玻片移动平台的下方，摄像头电路板中的图像传感器在显微镜镜头的上方，摄像头电路板采集到精子的图像，将图像数据通过有线或者无线方式传给带有显示屏的智能终端，智能终端接收到的精子图像，分析并显示出精子的各项参数。

2.根据权利要求1所述的便携式精子检测系统，其特征在于，所述的显微镜镜头包含物镜，所述的显微镜镜头的共轭距离小于150毫米，显微镜物镜的放大倍数大于或等于10倍、小于40倍，数值孔径在0.2NA到0.6NA之间。

3.根据权利要求1所述的便携式精子检测系统，其特征在于，所述的摄像头电路板中的图像传感器像素大于一百万像素，所述的显微镜镜头与摄像头电路板通过镜筒连接，镜筒与镜头使用螺纹连接，镜筒与电路板端使用螺丝固定，镜筒内为黑色，有消光螺纹。

4.根据权利要求1所述的便携式精子检测系统，其特征在于，所述的便携式精子分析系统包括有高度调节装置，调节镜头与玻片移动平台之间的距离，所述玻片移动平台用于承载的玻片是单腔室的玻片，玻片的腔室一边有加样口，另外一边有出气口，腔室的长大于或等于10毫米，宽大于或等于8毫米。

5.根据权利要求1所述的便携式精子检测系统，其特征在于，所述的照明光源在载玻片的下方，使用的是LED光源，照明光源的中心与镜头的中心重合。

6.根据权利要求1所述的便携式精子检测系统，其特征在于，采集装置采用双层外壳结构，减少外部光源干扰，采集装置采用半封闭系统，只留有一个载玻片插口可能会有少量光进入，减少外部光源的干扰。

7.根据权利要求1所述的便携式精子检测系统，其特征在于，所述图像数据传给电脑或手机，带有显示屏的智能终端有USB或WI-FI，能收到图像数据，显示精子图像、分析图像或上传到网络服务器来分析。

8.根据权利要求1所述的便携式精子检测系统，其特征在于，所述的带有显示屏的智能终端可以在显示分析报告，报告包括精子浓度，活力，总数，平均路径速度，平均曲线速度，平均直线速度，平均侧摆幅度，平均鞭打频率，运动直线性，运动前向性，运动摆动性，平均移动角度等信息等参数，可以把测试结果备份到网络服务器。

9.根据权利要求1所述的便携式精子检测系统，其特征在于，所述的便携式精子分析系统带有保温装置，温度在30度到38度之间。

10.使用权利要求1-9任意一种便携式精子自动检测系统的精子检测方法，步骤包括：

步骤1、采集到的精液装在采集杯中，然后放在保温槽内，接通电源按下保温按键；

步骤2、精液样本液化后，使用滴管，从加样口滴在玻片上；

步骤3、将玻片插入玻片移动平台的玻片插槽中；

步骤4、打开手机APP或者电脑程序，并与设备用USB或者Wi-Fi连接；

步骤5、在手机或者电脑等智能终端接收精子图像数据后显示在屏幕上；

步骤6、检查图像是否清晰，调节高度调节装置，观察到清晰的精子图像。

步骤7、点击手机APP或电脑程序中的按钮，开始分析图像中精子的个数和每个精子的运动信息；

步骤8、分析完一个视野的图像后，控制马达移动到下一个视野，采集下一个视野中的图像，并传给智能终端；

步骤9、综合多个视野的分析结果，计算出平均的浓度和活力，以及运动信息；

步骤10、分析完后在电脑或手机上查看分析报告，通过手机将分析报告备份到网络服务器。