CN110057743A - 基于光学虚拟染色的血涂片免标记细胞三维形态检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光学虚拟染色的血涂片免标记细胞三维形态检测方法，激光通过剪切偏振干涉光学系统后，携带了含有人体外周血涂片细胞的三维形态信息，经过剪切偏振干涉，样本相关形态信息包含在产生的剪切干涉条纹图中，将携带样本信息的剪切干涉条纹图进行相应的相位解调算法处理，获得细胞横向与径向的三维形态信息，采用数字图像处理方法将细胞三维形态信息与图像色彩信息对应匹配，通过色彩表达细胞三维形态信息，达到细胞三维形态数字化虚拟染色，即实现对样本轴向与径向全方位、高信息度的三维形态检测。本发明可以实现静态固定样品、悬浊液中活性样品，以及快速流动状态下的活性样品实时三维形态识别与检测。
Description
技术领域
本发明属于免标记细胞光学识别与检测方法研究领域，涉及一种基于干 涉条纹偏振光场虚拟染色技术的免标记血细胞三维形态检测方法。
背景技术
人体外周血细胞形态与多种疾病，乃至重大疾病，都有极其密切的联系。 人体出现疾病时，红细胞、白细胞及血小板等形态、数量等均会出现多样性 的变化。通过对人体外周血细胞的形态进行镜检，可以实现疾病的诊断，甚 至重大疾病的早期预测，为疾病的后续治疗提供有效的科学依据。
传统的血涂片镜检方法需要进行生物化学染色，获取细胞二维形态信 息，从而实现细胞识别与病变状态诊断。因此，化学染色方法对细胞识别具 有至关重要的作用。不同类型的化学染色方法，甚至对于同种染色方法在试 剂配制等过程中的随机因素，均会造成镜检结果的不确定性；同时，染色方 法与处理流程的差异也会造成细胞识别判据的不一致性。另一方面，传统血 涂片镜检方法仅能观察到细胞轴向的二维形态信息，然而细胞膜及各亚细胞 器的生物力学特性不同，细胞径向形态特征也具备细胞识别的能力，传统血 涂片镜检方法则无法实现轴向与径向全方位、高信息度的三维形态检测。
故此，传统血涂片细胞形态镜检方法的不足集中表现在：
(1)需要进行生物化学染色处理，属于一种灭活性、接触性、破坏性的 检测方法。
(2)染色方法、染色处理条件等差异会造成细胞识别的不一致性，乃至 识别结果错误。
仅可获取细胞水平轴向的二维形态信息，无法获取携带不同细胞组分、 生物力学特性等的细胞垂直径向的形态信息。
样品准备、染色标记处理等环节严重依赖于操作人员的经验，并且生物 染料毒性大，对操作人员健康状态以及生态环境构成了威胁。
发明内容
本发明的是提出一种基于光学虚拟染色的血涂片免标记细胞三维形态 检测方法，实现无须对样品进行任何生物化学等复杂处理的三维空间、高信 息含量的血细胞形态检测技术。
本发明的技术方案是这样实现的：
一束激光通过剪切偏振干涉光学系统后，携带了含有人体外周血涂片细 胞的三维形态信息，经过剪切偏振干涉，样本相关形态信息包含在产生的剪 切干涉条纹图中，将携带样本信息的剪切干涉条纹图进行相应的相位解调算 法处理，获得细胞横向与径向的三维形态信息，采用数字图像处理方法将细 胞三维形态信息与图像色彩信息对应匹配，通过色彩表达细胞三维形态信息， 达到细胞三维形态数字化虚拟染色，即实现对样本轴向与径向全方位、高信 息度的三维形态检测。
采用数字图像处理方法将细胞三维形态信息与图像色彩信息对应匹配， 构建细胞高度等轴向信息与图像色彩信息的匹配机制，通过色彩表达细胞轴 向信息，实现细胞横向、轴向信息同步表达，达到细胞三维形态数字化虚拟 染色。
剪切偏振干涉光学系统包括入射光束调制系统，样品光束获取系统，剪 切偏振干涉形成系统，剪切干涉采集系统，光束经过入射光束调制系统后被 调制，携带细胞三维形态信息；被调制的光束进入样品光束获取系统后，实 现了细胞三维形态的放大；后光束进入剪切偏振干涉形成系统，通过偏振分 光器件分成两束可以产生干涉的线偏振光，双光束形成剪切干涉后，被剪切 干涉采集系统采集。
对携带样本信息的干涉条纹图进行的相位解调算法处理，包括Hilbert 变换、相位提取、离散余弦变换相位去包裹、背景相位去除、基准标定算法， 进而获得细胞横向与径向的三维形态信息。
本发明无需改变生物原始生理状态，无需对生物样本进行任何化学染色 等处理，样本准备方法简单，无需依赖操作人员的从业经验，同时无需使用 任何具有毒性、环境破坏性等化学物质，可以实现静态固定样品、悬浊液中 活性样品，以及快速流动状态下的活性样品实时三维形态识别与检测，有望 为临床医学检测提供一种绿色化的活体细胞与固定细胞的普适检测新方法。
附图说明
图1为发明系统结构示意图。其中：1激光器Laser，2针孔滤波器Hole， 3平凸透镜,4第一偏振器件，5显微物镜，6第一反射器件，7平凸透镜,8 偏振分光器件，9第二反射器件，10第三反射器件，11光学波片器件，12 第二偏振器件，13
含有生物图像采集镜头的高速CCD；
图2为无样本时规则的剪切干涉光场；
图3为携带细胞样品信息的剪切干涉光场；
图4为外周血红细胞虚拟染色结果。其中：(a),(d)为两个红细胞虚拟 染色结果，(b),(e)为虚拟染色不同界面位置的径向高度结果，(c),(f) 为两个红细胞测量获得的横向与径向三维形态；
图5为T淋巴细胞虚拟染色结果。其中：(a),(d)为两个T淋巴细胞 虚拟染色结果，(b),(e)为虚拟染色不同界面位置的径向高度结果，(c), (f)为两个T淋巴细胞测量获得的横向与径向三维形态；
图6为去除第二偏振器件后获得的普通红细胞显微观察结果；
图7为实施例一的人体外周血免标记红细胞虚拟染色三维形态检测结 果。7(a)为红细胞干涉变形条纹图，7(b)为剪切干涉背景条纹图，7(c)为红 细胞三维形态图，7(d)为去除第二偏振器件(12)的非干涉显微镜结果；
图8为实施例二的免标记聚苯乙烯颗粒虚拟染色三维形态检测结果，8(a) 为聚苯乙烯干涉变形条纹图，8(b)为剪切干涉背景条纹图，8(c)为聚苯乙烯 三维形态图，8(d)为去除第二偏振器件(12)的非干涉显微镜结果；
具体实施方式
参照图1所示，激光器Laser1，针孔滤波器Hole2，平凸透镜3,第一偏 振器件4，显微物镜为入射光束调制系统5；第一反射器件6，平凸透镜为样 品光束获取系统7；偏振分光器件8，第二反射器件9，第三反射器件10，光 学波片器件11，第二偏振器件为剪切偏振干涉形成系统12；含有生物图像采 集镜头高速CCD为剪切干涉采集系统13。光束依次通过四个系统后形成携带 样本三维信息的剪切干涉图。
参照图2所示，无样本时规则的剪切干涉光场作为相位提取时候的背景 图，对其进行Hilbert变换。
参照图3所示，携带细胞样品信息的剪切干涉光场，在相位提取时，先 对其进行Hilbert变换，后与参照图2进行相减，得到含有样本三维信息的 相位差。
参照图4所示，对外周血红细胞进行虚拟染色，其中(a)(d)产生虚拟 染色结果，模拟血红细胞的形状，(b)(e)为虚拟染色x轴和y轴的径向高 度结果，从二维角度观察血红细胞的形状，(c)(f)为两个血红细胞测量获 得的横向与径向三维形态，从三维角度观察血红细胞的形状。利用模拟结果 和实验结果进行对比，进一步验证所使用方法的正确性。
参照图5所示，对T淋巴细胞进行虚拟染色，其中(a)(d)产生虚拟染 色结果，模拟T淋巴细胞的形状，(b)(e)为虚拟染色x轴和y轴的径向高 度结果，从二维角度观察T淋巴细胞的形状，(c)(f)为两个T淋巴细胞测 量获得的横向与径向三维形态，从三维角度观察T淋巴细胞的形状。利用模 拟结果和实验结果进行对比，进一步验证所使用方法的正确性。
参照图6所示，去除第二偏振器件后，即可看到普通红细胞显微观察结果， 为产生干涉时找准细胞位置提供了便利。
参照图7所示，为实施例一，通过实验进一步验证基于光学虚拟染色的血 涂片免标记细胞三维形态检测方法的可实施性及准确性。
参照图8所示，为实施例二，通过实验进一步验证基于光学虚拟染色的血 涂片免标记细胞三维形态检测方法可进一步应用于高分子化学材料的检测。
本发明基于光学虚拟染色的血涂片免标记细胞三维形态检测方法系统， 分为入射光束调制系统、样品光束获取系统、剪切偏振干涉形成系统、剪切 相位采集系统以及图像处理系统；包括激光器，针孔滤波器，平凸透镜，反 射镜，显微物镜，偏振分光棱镜，光学波片，光学偏振片，CCD相机。
主要发明内容为：一束激光经过入射光束调制系统，获得适宜生物三维 形态检测的均匀偏振光束；通过样品光束获取系统后，光束携带被测信息并 被显微放大；经过剪切偏振干涉形成系统，形成具备虚拟染色特征的双偏振 光束信息场，再通过偏振器件后，双信息光束即产生剪切干涉现象；经过剪 切相位采集系统，获得携带样本信息的干涉条纹图；经过图像处理系统对剪 切干涉图像进行Hilbert变换，经过相位提取、离散余弦变换相位去包裹、 背景相位去除、基准标定等算法，获得细胞横向与径向的三维形态信息，构 建细胞高度等轴向信息与图像色彩信息的匹配机制，通过色彩表达细胞轴向 信息，实现细胞横向、轴向信息同步表达的细胞三维形态数字化虚拟染色方 法。
本发明基于横向剪切干涉原理，当携带细胞测量信息的光波沿着横向距 离s分为两束光波B1和B2,在两束光波交叠的区域将出现干涉现象。当光 路中没有待测细胞样品时，由于两束光波B1和B2的光程差形成规则的干涉 条纹。当光束携带细胞样品信息时，两束光产生部分，规则的干涉条纹发生 变形，该变形量由不同细胞组分生物特性产生的径向高度等形态学信息调制 形成。
所述的样品光束获取显微放大系统具备两个功能，第一，直接获取细胞 横向形态信息；第二，通过受到细胞三维形态调制的剪切干涉光场，获得细 胞径向形态信息。根据显微物镜的成像结果，细胞的全场三维形态通过对剪 切光场进行Hilbert变换与重构获得。变换后，进行背景相位去除、基准标 定等算法，获得细胞的横向与径向的三维形态信息。采用图像处理方法，将 三维形态信息通过颜色匹配方式表达，实现数字化虚拟染色。
按照本发明所提供的去除第二偏振器件12实现虚拟染色方法同时与传 统生物染色方法识别结果相对比的方法，将传统化学染色的血涂片放置于本 发明系统的样本采集区，通过剪切干涉方法获取细胞的空间三维形态，确定 待测细胞识别结果；将光学系统中的偏振器件12去除，获得传统染色细胞的 二维形态结构，检验人员根据经验对待测细胞进行识别；对比虚拟染色细胞 识别结果与染色细胞识别结果，对光学虚拟染色识别方法的准确性进行评定。
步骤1：将样本放置在高精度三维调节平台上；
步骤2：激光器发出的光束通过针孔滤波器和透镜，过滤掉杂散光并扩束 准直为质量较好的平面波。为保证分束后的两束光能量大致相同，偏振片设 置为45°偏振，线偏振光通过被测细胞，调制成携带细胞三维形态特征的光 束，被显微放大系统成像并经过CCD获取显微放大结果；
步骤3：携带样品信息的线偏振光经过偏振分光器件分成两束光路，两光 束分别被第二反射器件、第三反射器件和第三反射器件、第二反射器件反射， 在偏振分光器件汇合，两干涉光束经过所述光学系统中的光学波片器件(四分 之一波片)和第二偏振器件,变为相同振动方向的线偏振光，发生剪切干涉被 CCD采集；
步骤4：取下样品玻片，放置干净无菌的空载玻片，重复步骤2、3得相 同条件下无待测细胞样品的剪切干涉背景条纹图；
步骤5：对被测细胞干涉条纹图进行降噪滤波图像处理，截取一小范围内 的单细胞条纹变形图进行频域高通滤波，再次去除噪声及直流分量；
步骤6：对经过处理之后的条纹图进行希尔伯特变换提取相位；
步骤7：对未放置细胞样品的背景条纹图进行处理，重复步骤5、6；
步骤8：将步骤6获得的样品相位减去步骤7获得的背景相位，得被测细 胞相位结果；
步骤9：选取被测细胞条纹变形图区域，采用数字图像处理技术进行细胞 基准平面标定；
步骤10：构建细胞高度等轴向信息与图像色彩信息的匹配机制，通过色 彩表达细胞轴向信息，将虚拟染色的细胞三维形态模型与传统显微镜检细胞 识别结果进行比对，验证细胞三维形态光学虚拟染色识别方法的准确性与误 差表达。
实施例一：人体外周血免标记红细胞虚拟染色三维形态检测
实验样本涂片制备
1.取液：获取适量人体外周血，采用移液枪将少量外周血注入干净的空 试管中。
2.稀释：换掉无菌吸头后，再用移液枪取适量PBS溶液注入试管，不断 吹打，使其均匀混合。
3.刮片：吸取少量混合溶液滴至干净载玻片，取另一薄波片将混合溶液 轻轻推开，形成单细胞液层。
4.静置：将处理好的单细胞液层载玻片静置，待其风干后即可使用。
免标记红细胞虚拟染色三维形态检测
⑴将基于光学虚拟染色方法的人体外周血涂片免标记细胞三维形态 检测系统中的各类光学元件放置在既定位置，确保光学元件光轴共处于同一 直线上，并保证相关光学元件的垂直度和平行度。
⑵将激光器，CCD相机，计算机与电源相连；
⑶将制备好的红细胞涂片放置于显微物镜载物台上，基于横向剪切干 涉原理，当携带红细胞测量信息的光波沿着横向距离s分为两束光波B1和 B2,在两束光波交叠的区域产生干涉现象，在CCD靶面上能够呈现清晰的背 景干涉条纹图及红细胞干涉条纹变形图，如附图6.(a),(b)所示；
设两光波B1为w(x,y)，B2为w(x+s,y)，两个光束形成的干涉光场光 强分布为:
I(x,y)＝I0(x,y)+I1(x,y)cos(k0Δwx(x,y))
其中,Δwx(x，y)＝w(x+s，y)-w(x，y)，k0＝4π/λ，λ为激光波长。I0(x，y),I1(x，y)分别为背景光强和调制光强。在光学测量中干涉条纹图的光强表达式通常由相 位信息表示，
I(x,y)＝I0(x,y)+I1(x,y)cos(Δφ(x,y))
Δφ(x，y)为两束光强的相位差。当光路中没有红细胞涂片时，由于两束光波B1和B2的光程差形成规则的干涉条纹。当光束携带细胞样品信息时，光束产生 Δφ(x，y)部分，规则的干涉条纹发生变形，该变形量由携带不同细胞组分生物 力学特性的细胞径向高度等形态学信息调制形成。综合上述两式可得光束相 位差与细胞组分径向形态学信息(高度)的关系为：
(4)根据显微物镜的成像结果，红细胞的全场三维形态学信息通过对调 制剪切光场进行Hilbert变换和重构而获得
根据前述相位与波前的关系可以得到波前wx(x,y)，后通过形貌重构获得w(x,y)，即红细胞的横向与径向三维形态学信息。
(5)采用图像处理方法，将三维形态学信息通过颜色匹配方式表达，实 现数字化虚拟染色。
(6)去除光学系统中的偏振器件(12)，观察非干涉方式的细胞显微二维 形态结构。
实施事例二：免标记聚苯乙烯颗粒虚拟染色三维形态检测
实验样本涂片制备
1.刮片：吸取特定浓度的聚苯乙烯颗粒悬浊液，滴至干净载玻片，取另 一薄波片将混合溶液轻轻推开，形成单细胞液层。
2.静置：将处理好的单细胞液层载玻片静置，待其风干后即可使用。
聚苯乙烯颗粒虚拟染色三维形态检测
(1)将各类光学元件放置在既定位置，确保光学元件光轴共处于同一直 线上，并保证相关光学元件的垂直度和平行度；
(2)将激光器，CCD相机，计算机与电源相连；
(3)将制备好的免标记聚苯乙烯涂片放置于显微物镜载物台上，基于 横向剪切干涉原理，当携带聚苯乙烯颗粒测量信息的光波沿着横向距离s分 为两束光波B1和B2,在两束光波交叠的区域产生干涉现象，在CCD靶面上 能够呈现清晰的背景干涉条纹图及聚苯乙烯颗粒干涉条纹变形图，如附图 7.(a),(b)所示；
(4)采用实施事例一相同的原理，根据显微物镜成像结果，聚苯乙烯 颗粒的全场三维形态学信息通过对调制剪切光场进行Hilbert变换提取相 位，后通过背景相位去除、基准标定等算法，获得聚苯乙烯颗粒的横向与径 向的三维形态学信息。
(5)采用图像处理方法，将三维形态学信息通过颜色匹配方式表达，实 现数字化虚拟染色，如附图7.(c)所示。
(6)去除光学系统中的第二偏振器件(12)，观察非干涉方式的聚苯乙烯 颗粒显微二维形态结构，如附图7.(d)所示。
实验结论：
本发明无需改变生物原始生理状态，通过其本征物理属性准确获取细胞 等微小颗粒的横向与径向空间三维形态信息；无需对生物样本进行任何化学 染色等处理，避免了试验操作中不一致性等问题导致的样品识别错误等问题； 样本准备方法简单，无需依赖操作人员的从业经验，同时无需使用任何具有 毒性、环境破坏性等化学物质；本发明方法可以实现静态固定样品、悬浊液 中活性样品，以及快速流动状态下的活性样品实时三维形态识别与检测。基 于光学虚拟染色方法的人体外周血涂片免标记细胞三维形态检测，有望为临 床医学检测提供一种绿色化的活体细胞与固定细胞的普适检测新方法。
Claims (4)
1.基于光学虚拟染色的血涂片免标记细胞三维形态检测方法，其特征在于，一束激光通过剪切偏振干涉光学系统后，携带了含有人体外周血涂片细胞的三维形态信息，经过剪切偏振干涉，样本相关形态信息包含在产生的剪切干涉条纹图中，将携带样本信息的剪切干涉条纹图进行相应的相位解调算法处理，获得细胞横向与径向的三维形态信息，采用数字图像处理方法将细胞三维形态信息与图像色彩信息对应匹配，通过色彩表达细胞三维形态信息，达到细胞三维形态数字化虚拟染色，即实现对样本轴向与径向全方位、高信息度的三维形态检测。
2.如权利要求1所述的基于光学虚拟染色的血涂片免标记细胞三维形态检测方法，其特征在于，采用数字图像处理方法将细胞三维形态信息与图像色彩信息对应匹配，构建细胞高度等轴向信息与图像色彩信息的匹配机制，通过色彩表达细胞轴向信息，实现细胞横向、轴向信息同步表达，达到细胞三维形态数字化虚拟染色。
3.如权利要求1所述的基于光学虚拟染色的血涂片免标记细胞三维形态检测方法，其特征在于，剪切偏振干涉光学系统包括入射光束调制系统，样品光束获取系统，剪切偏振干涉形成系统，剪切干涉采集系统，光束经过入射光束调制系统后被调制，携带细胞三维形态信息；被调制的光束进入样品光束获取系统后，实现了细胞三维形态的放大；后光束进入剪切偏振干涉形成系统，通过偏振分光器件分成两束可以产生干涉的线偏振光，双光束形成剪切干涉后，被剪切干涉采集系统采集。
4.如权利要求1所述的基于光学虚拟染色的血涂片免标记细胞三维形态检测方法，其特征在于，对携带样本信息的干涉条纹图进行的相位解调算法处理，包括Hilbert变换、相位提取、离散余弦变换相位去包裹、背景相位去除、基准标定算法，进而获得细胞横向与径向的三维形态信息。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112992275A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-18 | 西安交通大学 | 一种用于免标记活细胞虚拟染色的马赫-曾德尔干涉系统 |
| TWI733442B (zh) * | 2019-11-14 | 2021-07-11 | 財團法人工業技術研究院 | 光學量測系統 |
| US11507020B2 (en) | 2019-11-14 | 2022-11-22 | Industrial Technology Research Institute | Optical measurement system for obtaining and analyzing surface topography of object |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101680749A (zh) * | 2007-04-13 | 2010-03-24 | 迈克尔·施韦特纳 | 具有深度鉴别的光学再现的方法和装置 |
| US20100309479A1 (en) * | 2007-11-16 | 2010-12-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Interference measuring device |
| CN106520535A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-03-22 | 山东大学 | 一种基于光片照明的免标记细胞检测装置及方法 |
| CN107218903A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-09-29 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 隐性结构光三维成像方法 |
| CN108120393A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-05 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种多光场调制的三维形貌测量方法 |
| CN108319815A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-24 | 志诺维思（北京）基因科技有限公司 | 一种用于细胞虚拟染色的方法及其系统 |
| CN207675118U (zh) * | 2017-11-30 | 2018-07-31 | 青岛全维医疗科技有限公司 | 数字全息三维显微系统 |
-
2019
- 2019-05-06 CN CN201910372335.9A patent/CN110057743A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101680749A (zh) * | 2007-04-13 | 2010-03-24 | 迈克尔·施韦特纳 | 具有深度鉴别的光学再现的方法和装置 |
| US20100309479A1 (en) * | 2007-11-16 | 2010-12-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Interference measuring device |
| CN106520535A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-03-22 | 山东大学 | 一种基于光片照明的免标记细胞检测装置及方法 |
| CN107218903A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-09-29 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 隐性结构光三维成像方法 |
| CN207675118U (zh) * | 2017-11-30 | 2018-07-31 | 青岛全维医疗科技有限公司 | 数字全息三维显微系统 |
| CN108120393A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-05 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种多光场调制的三维形貌测量方法 |
| CN108319815A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-24 | 志诺维思（北京）基因科技有限公司 | 一种用于细胞虚拟染色的方法及其系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LU ZHANG 等: ""3D label free virtual dyeing method based on single-shot polarizing coupled sheared interferometer for living cells"", 《BIO-OPTICS: DESIGN AND APPLICATION 2019》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI733442B (zh) * | 2019-11-14 | 2021-07-11 | 財團法人工業技術研究院 | 光學量測系統 |
| US11507020B2 (en) | 2019-11-14 | 2022-11-22 | Industrial Technology Research Institute | Optical measurement system for obtaining and analyzing surface topography of object |
| CN112992275A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-18 | 西安交通大学 | 一种用于免标记活细胞虚拟染色的马赫-曾德尔干涉系统 |
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