CN110684657A - 造血干细胞集落自动计数装置及集落计数方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种造血干细胞集落自动计数装置及集落计数方法涉及造血干细胞集落检测领域,目的是为了克服现有细胞集落计数中人工计数不准的问题,其中造血干细胞集落自动计数装置包括壳体、位于壳体内的控制单元、平移单元和显微镜单元;壳体密封、且壳体上壁透明,壳体上壁的上方用于放置多孔细胞培养板;平移单元设置于壳体内;显微镜单元的镜头朝向壳体上壁;控制单元分别用于控制平移单元带动显微镜单元移动、用于以设定频率控制显微镜单元拍摄样本图像、以及用于分析图像得到样本中的干细胞集落类型和干细胞集落数量。本发明可以准确把握集落生长的过程,提高了计数的准确性,同时减小了人为误差。
Description
技术领域
本发明涉及造血干细胞集落检测领域,具体涉及一种利用连续拍照图片进行造血干细胞集落的计数方法。
背景技术
造血干细胞是人体内存在于造血组织中的一群原始造血细胞,是所有血细胞的原始细胞。由造血干细胞定向分化、增殖为不同的血细胞系,并进一步生成血细胞。不管是脐带血或胎盘血的储存还是骨髓移植治疗,都需要对分离后的样本中的造血干细胞性能进行检测,检测的方式包括流式细胞学检测和集落检测。流式细胞学检测目的是对细胞表面特征性造血干细胞抗原CD34进行分析鉴定,确定其是否属于造血干细胞以及含量、组成,,无法确定其是否具备增殖分化的能力,集落培养实验则是鉴定造血干细胞是否具有分化能力的主要方法。
但在集落培养实验中,造血干细胞经过培养后增殖分化形成的集落形态各异,千差万别。检测人员通过显微镜进行计数,因每个人的判断标准、计数方法的差异,或集落生长密集,无法有效区分,导致不同检测人员所检测的集落数量差异较大,数据重复性较差,真实性不高,对样本后期的治疗与应用产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有细胞集落计数中人工计数不准的问题,提供了一种造血干细胞集落自动计数装置。
本发明的一种造血干细胞集落自动计数装置,包括壳体和位于壳体内的控制单元,还包括平移单元和显微镜单元;
壳体密封、且壳体上壁透明,壳体上壁的上方用于放置多孔细胞培养板;
平移单元设置于壳体内,并且平移单元能够带动显微镜单元在平行于壳体上壁的平面上运动;
显微镜单元的镜头朝向壳体上壁,显微镜单元能够透过壳体上壁观察并拍摄多孔细胞培养板中的样本;
控制单元分别用于控制平移单元带动显微镜单元移动、用于以设定频率控制显微镜单元拍摄样本图像、以及用于分析图像得到样本中的干细胞集落类型和干细胞集落数量。
基于上述造血干细胞集落自动计数装置的集落计数方法,步骤如下:
步骤一、按照多孔细胞培养板的每个培养孔位置,通过平移单元移动显微镜单元对任意一个培养孔内的样本进行观察;
步骤二、在培养周期内,通过控制单元控制显微镜单元以一定时间间隔拍摄任意一个培养孔内样本培养状况,得到连续的样本培养参照图片;
步骤三、通过连续的样本培养参照图片记录样本中干细胞集落连续生长状态,并跟踪干细胞集落分裂分化状态及多簇的形成,进而确定所述干细胞集落生长范围和完整边缘;
步骤四、根据干细胞集落生长范围和完整边缘区分各个干细胞集落,并识别干细胞集落数量。
本发明的有益效果是:
1、可以在二氧化碳培养箱内直接进行,对细胞培养环境不会造成波动,能准确反映细胞培养特性;
2、动态获得结果,可以准确把握集落生长的过程,对即使是集落数目相同但动态生长不同的样本,也可以准确反映样本之间的区别;
3、采用机器准确定位和图像识别,提高了计数的准确性,同时减小了人为误差。
附图说明
图1为本发明的造血干细胞集落自动计数装置的俯视剖视结构示意图;
图2为本发明的造血干细胞集落自动计数装置的主视剖视结构示意图;
图3为本发明的造血干细胞集落自动计数装置的中电气结构示意图;
图4为本发明的造血干细胞集落自动计数装置的使用方法流程图。
具体实施方式
具体实施方式一:本具体实施方式的造血干细胞集落自动计数装置,包括壳体1和位于壳体1内的控制单元2,还包括平移单元3和显微镜单元4;
壳体1密封、且壳体1上壁透明,壳体1上壁的上方用于放置多孔细胞培养板5;
平移单元3设置于壳体1内,并且平移单元3能够带动显微镜单元4在平行于壳体1上壁的平面上运动;
显微镜单元4的镜头朝向壳体1上壁,显微镜单元4能够透过壳体1上壁观察并拍摄多孔细胞培养板5中的样本;
控制单元2分别用于控制平移单元3带动显微镜单元4移动、用于以设定频率控制显微镜单元4拍摄样本图像、以及用于分析图像得到样本中的干细胞集落类型和干细胞集落数量。
具体地,如图1所示,本装置所有元器件均密封在装置内,该装置可配置人机交互单元11,人机交互单元11可以采用移动电脑、手机、台式电脑等搭载有操作系统的计算机装置,操作系统中安装有转为本装置配置的移动端APP及电脑端控制软件,用于通过控制单元2对平移单元3和显微镜单元4进行控制。
显微镜单元4用于对样本进行显微拍照使用,可透过壳体1上壁对样本进行拍照,为了减少观察干扰,壳体1上壁需采用高透过率玻璃制成,其透过率为越高越好。
平移单元3可承载显微镜单元4移动到任意位置进行拍照。
多孔细胞培养板5可以采用8孔培养板、12孔培养板或24孔培养板等,该多孔细胞培养板5放在透明的壳体1上壁的上方。
该装置配套软件中具有与多孔细胞培养板5相对应的图形,可直接点击对应孔的位置,控制单元2自动控制显微镜单元4对该孔的位置在整个培养周期中进行观察并连续拍照,然后对采集照片中的干细胞集落数量进行计数。其中,多孔培养板5的孔的位置和多孔培养板5本身位于显微镜单元4上方的相对位置,可以在制造时进行预先标定,然后在后续实际应用中通过控制平移单元3和人机交互单元11进行位置微调并保存。
显微镜单元4可通过平移单元3移动到任意位置进行观察并拍照,可对样本整个培养周期进行连续拍照,将照片实时传输至软件端,也可后期通过传输接口导出,得到照片后,可通过软件中自带现有图片分析算法对照片中的干细胞集落进行自动分析计数。当然,此时也依然可以靠人工手动计数。
本装置还包括无线信号收发单元8、数据存储单元9和电源10,其中无线信号收发单元8用于在连接人机交互单元11时接收指令及发射拍照数据;数据存储单元9用于储存拍照数据;电源10用于给整个装置供电,并且为了置于二氧化碳培养箱内,所以电源10优选采用独立内置电源用以供电。
并且,本装置壳体1的连接处均装有密封胶垫,各外部接口均装有密封胶塞,所有元器件均密封在装置内,可有效隔绝水汽进入到装置内部,防止高温高湿环境对各元器件的损坏。整个装置外形小巧,可直接放置在二氧化碳培养箱内使用,也可放置在试验台上与台式电脑(人机交互单元11)直接连接或无线连接使用。
最佳实施例:本实施例为对具体实施方式一的进一步说明,本实施例造血干细胞集落自动计数装置,平移单元3为电动十字滑台模组;
电动十字滑台模组包括第一直线滑台3-1和第二直线滑台3-2,第二直线滑台3-2固定在第一直线滑台3-1的滑块上,且第一直线滑台3-1的滑块运动方向垂直于第二直线滑台3-2的滑块运动方向;
第一直线滑台3-1的两端垂直固定在壳体1内相对的一对内侧壁之间;
壳体1内相对的另一对内侧壁上设有相对应的滑台槽6;
第二直线滑台3-2的两端嵌入滑台槽6内、能够沿滑台槽6移动;
所述显微镜单元4固定在所述第二直线滑台的滑块上。
具体地,如图1所示,电动十字滑台模组是由步进电机和丝杆传动配合构成,而十字滑台模组是由两个直线滑台垂直配合,通过步进电机的精确转动,控制电动十字滑台模组上的滑块到达任意坐标。
本装置配置的软件可对两台步进电机进行精确控制,来确保可以移动显微镜单元4到达多孔细胞培养板5任意培养孔的位置,并且能精准的重复到达某一特定位置,并控制显微镜单元4对该位置连续重复拍照。当存在多个样本同时培养时,基于该功能,显微镜单元4可对同时培养的多个样本的特定位置进行连续拍照。
最佳实施例:本实施例为对具体实施方式一的进一步说明,本实施例造血干细胞集落自动计数装置,显微镜单元4包括数码显微镜4-1和显微镜底座4-2;
显微镜底座4-2固定第二直线滑台的滑块上;
数码显微镜4-1固定在显微镜底座4-2上,该数码显微镜4-1将所观察和拍摄的样本图像传输至控制单元2。
具体地,如图1所示,显微镜底座4-2用于承载显微镜单元4,该显微镜底座4-2能够由电动十字滑台模组带动,能够到达平行于壳体1上壁的平面上的任一点坐标。
最佳实施例:本实施例为对具体实施方式一的进一步说明,本实施例造血干细胞集落自动计数装置,显微镜单元4还包括照明灯4-3;
照明灯4-3固定在显微镜底座4-2上,该照明灯4-3的发光方向朝向壳体1上壁。
具体地,如图1所示,在显微镜底座4-2上的四角配有照明灯4-3,照明灯4-3可以LED灯组,用于显微镜单元4在对多孔细胞培养板5中的样本进行显微拍照时进行光补偿和提供照明。
最佳实施例:本实施例为对具体实施方式一的进一步说明,本实施例造血干细胞集落自动计数装置,还包括培养盘固定装置7;
培养盘固定装置7固定在壳体1上表面四周,该培养盘固定装置7包围形成放置凹槽,多孔细胞培养板5放置于放置凹槽中。
具体地,如图1所示,培养盘固定装置7可以采用四个条状凸棱,该四个条状凸棱固定在壳体1上表面四周的四条边上,形成连接或非连接的框架,框架中形成放置凹槽,该放置凹槽能够与多孔细胞培养板5的大小匹配,因此可以将多孔细胞培养板5放置如放置凹槽中进行固定。
具体实施方式二:本实施方式的基于造血干细胞集落自动计数装置的集落计数方法,步骤如下:
步骤一、按照多孔细胞培养板5的每个培养孔位置,通过平移单元3移动显微镜单元4对任意一个培养孔内的样本进行观察;
步骤二、在培养周期内,通过控制单元2控制显微镜单元4以一定时间间隔拍摄任意一个培养孔内样本培养状况,得到连续的样本培养参照图片;
步骤三、通过连续的样本培养参照图片记录样本中干细胞集落连续生长状态,并跟踪干细胞集落分裂分化状态及多簇的形成,进而确定干细胞集落生长范围和完整边缘;
步骤四、根据干细胞集落生长范围和完整边缘区分各个干细胞集落,并识别干细胞集落数量。
具体地,本装置所配置的移动端APP及电脑端控制软件,可对该装置进行控制,收发数据。人机交互单元11的操作界面配有多孔细胞培养板5相对应的图形,可根据实际培养位置点击图形上相应位置,编辑样本信息,设置培养时间及周期,在培养全过程对该位置进行连续拍照得到连续的样本培养参照图片,样本培养参照图片实时传输到软件端,软件对样本培养参照图片连续分析,自动计数,培养结束后自动给出该样本集落数量数据。当然,也可仅对培养完的样本进行拍照计数,并且在该模式下支持手动计数。
本装置具有自动分析功能,可对某一特定培养孔的位置连续拍摄的照片进行自动分析判断。
在干细胞集落中,爆式红系集落内细胞较小,整个集落显红色或暗红色,集落边缘较致密,同一集落可分为单簇或形状大小类似、距离相隔较劲的多簇,当爆式红系集落数量较多发生重叠时,人工计数无法准确区分辨别,致使计数不准确。
而粒系集落内细胞较大,整个集落无色,边缘较松散,比较好计数。混合系为单一祖细胞既能分成爆式红系的同时又能分化成粒系,爆式红系集落和粒系集落二者混合生长,在爆式红系周围生长一些细胞较大的粒系细胞。当爆式红系、粒系及混合系集落共同生长且生长密度较大时,人工计数难度较大。
本装置的图像识别分析能力采用现有图像处理方法,如深度学习等,针对爆式红系、粒系及混合系集落的图像特征可有效识别出干细胞集落类型并对图片内干细胞集落数量计数。
在样本整个培养周期内本装置对同一位置连续拍照,可观察到干细胞集落的连续生长状态,可利用图像识别功能判断该干细胞集落类型,并对该干细胞集落的生长状态进行观察,并跟踪其分裂分化状态及多簇的形成,进而确定该干细胞集落生长范围(完整边缘),因此,即使各同类型干细胞集落生长密度较大,多簇集落相互间有重叠交叉时,也可根据该方法有效判断干细胞集落数量,减少计数误差。
同时,当样本未在正常时间内生长出集落,本装置未观察到有集落生成或观察到培养基因细菌污染而浑浊时,将自动报警,在软件端提示操作人员该份样本异常。
最佳实施例:本实施例是对具体实施方式二的进一步说明,本实施例的基于造血干细胞集落自动计数装置的集落计数方法,还包括,
当在设定时间内,通过连续的样本培养参照图片未识别到有干细胞集落生成、或识别到培养基因浑浊时,通过控制单元2发出警告信号。
如图2所示,本装置的具体使用方法如下:
1、打开设备电源及连接软件:打开造血干细胞集落自动计数装置的电源开关,通过网络或数据传输线缆与人机交互单元连接,与本装置所配置软件进行连接;
2、放置多孔细胞培养板:确认电源电量充足后,将装有待观察样本的多孔细胞培养板放置在壳体上壁上方固定好;
3、选择工作模式:如需进行干细胞集落的培养,选择连续拍照模式;如不需进行干细胞集落的培养,则选择直接计数模式;
4、在连续拍照模式下:
4.1、设置样本信息:样本信息包括样本在多孔细胞培养板上的培养位置以及培养周期等信息;
4.2、培养周期内连续拍照:将本装置整体放入二氧化碳培养箱内进行样本的培养,点击开始按钮,令本装置在培养周期内连续拍照,并将拍照获得的样本培养参照图片传输至软件;
4.3、软件分析计数:在培养结束后,软件对样本培养参照图片进行分析计数,系统自动给出该样本集落数量数据;
5、在直接计数模式下:
5.1、设定样本信息:样本信息包括样本在多孔细胞培养板上的培养位置等信息;
5.2、拍照并自动计数:点击计数按钮,软件开始执行拍照计数模式,人机交互单元11显示界面显示照片和干细胞集落数量数据;
5.3、确认数据:人机交互单元显示界面显示是否确认上述干细胞集落数量数据选项:
5.5.1、记录数据:点击“是”选项,将5.3干细胞集落数量数据记录到样本信息内并保存数据;
5.3.2、手动计数并录入数据:点击“否”选项,转到手动计数模式,需手动计数并录入人工测得的干细胞集落数量数据记录到样本信息内并保存数据。
Claims (7)
1.造血干细胞集落自动计数装置,包括壳体(1)和位于所述壳体(1)内的控制单元(2),其特征在于,还包括平移单元(3)和显微镜单元(4);
所述壳体(1)密封、且壳体(1)上壁透明,所述壳体(1)上壁的上方用于放置多孔细胞培养板(5);
所述平移单元(3)设置于壳体(1)内,并且所述平移单元(3)能够带动所述显微镜单元(4)在平行于壳体(1)上壁的平面上运动;
所述显微镜单元(4)的镜头朝向壳体(1)上壁,所述显微镜单元(4)能够透过壳体(1)上壁观察并拍摄所述多孔细胞培养板(5)中的样本;
所述控制单元(2)分别用于控制平移单元(3)带动显微镜单元(4)移动、用于以设定频率控制显微镜单元(4)拍摄样本图像、以及用于分析所述图像得到样本中的干细胞集落类型和干细胞集落数量。
2.根据权利要求1所述的造血干细胞集落自动计数装置,其特征在于,平移单元(3)为电动十字滑台模组;
所述电动十字滑台模组包括第一直线滑台(3-1)和第二直线滑台(3-2),所述第二直线滑台(3-2)固定在所述第一直线滑台(3-1)的滑块上,且所述第一直线滑台(3-1)的滑块运动方向垂直于所述第二直线滑台(3-2)的滑块运动方向;
所述第一直线滑台(3-1)的两端垂直固定在壳体(1)内相对的一对内侧壁之间;
壳体(1)内相对的另一对内侧壁上设有相对应的滑台槽(6);
所述第二直线滑台(3-2)的两端嵌入所述滑台槽(6)内、能够沿所述滑台槽(6)移动;
所述显微镜单元(4)固定在所述第二直线滑台的滑块上。
3.根据权利要求2所述的造血干细胞集落自动计数装置,其特征在于,显微镜单元(4)包括数码显微镜(4-1)和显微镜底座(4-2);
所述显微镜底座(4-2)固定所述第二直线滑台的滑块上;
所述数码显微镜(4-1)固定在所述显微镜底座(4-2)上,该数码显微镜(4-1)将所观察和拍摄的样本图像传输至控制单元(2)。
4.根据权利要求3所述的造血干细胞集落自动计数装置,其特征在于,显微镜单元(4)还包括照明灯(4-3);
所述照明灯(4-3)固定在显微镜底座(4-2)上,该照明灯(4-3)的发光方向朝向壳体(1)上壁。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的造血干细胞集落自动计数装置,其特征在于,还包括培养盘固定装置(7);
所述培养盘固定装置(7)固定在壳体(1)上表面四周,该培养盘固定装置(7)包围形成放置凹槽,所述多孔细胞培养板(5)放置于所述放置凹槽中。
6.基于造血干细胞集落自动计数装置的集落计数方法,其特征在于,步骤如下:
步骤一、按照多孔细胞培养板(5)的每个培养孔位置,通过平移单元(3)移动显微镜单元(4)对任意一个培养孔内的样本进行观察;
步骤二、在培养周期内,通过控制单元(2)控制显微镜单元(4)以一定时间间隔拍摄任意一个培养孔内样本培养状况,得到连续的样本培养参照图片;
步骤三、通过连续的样本培养参照图片记录样本中干细胞集落连续生长状态,并跟踪干细胞集落分裂分化状态及多簇的形成,进而确定所述干细胞集落生长范围和完整边缘;
步骤四、根据干细胞集落生长范围和完整边缘区分各个干细胞集落,并识别干细胞集落数量。
7.根据权利要求6所述的基于造血干细胞集落自动计数装置的集落计数方法,其特征在于,还包括,
当在设定时间内,通过连续的样本培养参照图片未识别到有干细胞集落生成、或识别到培养基因浑浊时,通过控制单元(2)发出警告信号。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB03 | Change of inventor or designer information | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhao Xinxin Inventor after: Zhang Yi Inventor after: Zhang Feiran Inventor after: Liu Yanqing Inventor before: Zhao Xinxin Inventor before: Zhang Yi Inventor before: Liu Yanqing |