CN110724627B - 单细胞分选仪的样品菌落定位装置与定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明单细胞分选仪的样品菌落定位装置与定位方法，包括：样品芯片、运动控制模块、样品芯片固定机构、成像模块、计算机以及显示模块；所述样品芯片固定机构连接在所述运动控制模块上，可由所述运动控制模块带动其一起进行水平与垂直方向上的运动；保证样品芯片上的生物样品清晰成像，并将成像传送到所述计算机与显示模块中，本发明样品菌群的自动定位大大节省了用户的操作时间，智能化的定位过程优化了操作流程，减少了人工位置对准带来的时间消耗；定位精度高，大大降低了人为操作误差产生的观测不准，数据有误的情况。

Description

单细胞分选仪的样品菌落定位装置与定位方法

技术领域

本发明涉及一种生物样品定位装置与定位方法，尤其是一种单细胞分选仪的样品菌落定位装置与定位方法。

背景技术

单细胞分选仪是用于单一细胞分离的仪器，在仪器进行细胞分选操作前，用户需要在样品芯片上滴入生物样品，生物样品由细胞群组组成，使用单细胞分选仪可以将细胞群组中的单一细胞准确分离到细胞接收装置中；

由于同一样品芯片经常会滴入不同种类样品进行分选，所以需要在样品芯片上加入辅助标记，便于用户进行位置选择操作，区分不同种类样品，节省操作时间；同时，某些用户会在其他检测设备上对细胞进行检测分析，并在分选仪器上对符合检测要求的细胞进行分离操作；此时，为了快速定位到待处理的细胞位置，一套优选的方法与装置就显得尤为重要；

现有技术中，为了达到待检测细胞的快速定位，目前的生物检测芯片多用微点阵技术实现对细胞和基因的检测定位，但此种方式主要针对抽取针探测的检测方式，并不能适用与所述分选仪上的快速定位操作，例如：专利号为CN201620713125.3，发明名称为：一种定位检测生物芯片的专利，包括芯片本体，所述芯片本体上均匀开设有通孔，所述通孔上端开口为滴入口，所述通孔下端开口为抽离口，所述滴入口比抽离口大，所述滴入口到抽离口逐渐缩小，所述通孔内壁设置有钝化层，所述钝化层表面设置有检测层，本实用新型可以将每一个待检测物精准定位在设定的容器区，且容器区外覆盖有钝化层和检测层，使得每一个检测体被精准定位于单一容器区，可进行后续检测；该专利技术无法应用在分选仪上进行快速分选定位操作。

发明内容

本发明的目的是，提供一种单细胞分选仪的样品菌落定位装置与定位方法，通过科学的结构设计以及优化的方法定位，大大缩短了样品菌落的定位时间，加快了样品分选流程，为用户进行后续其他检测提供了位置基准。

一种单细胞分选仪的样品菌落定位装置与定位方法，其中：

单细胞分选仪的样品菌落定位装置，包括：样品芯片、运动控制模块、样品芯片固定机构、成像模块、计算机以及显示模块；

进一步的，所述样品芯片固定机构用于夹持、固定住所述样品芯片；所述样品芯片固定机构连接在所述运动控制模块上，可由所述运动控制模块带动其一起进行水平与垂直方向上的运动；所述样品芯片经由所述运动控制模块带动后传送到所述成像模块的成像处；

作为一种举例说明，所述成像处位于所述成像模块的上方或者下方位置上；

进一步的，所述成像模块用于实现样品芯片照明，保证样品芯片上的生物样品清晰成像，并将成像传送到所述计算机与显示模块中；

作为一种举例说明，所述样品芯片为方形结构，表面绘制有大小形状相同，且对称均匀呈矩阵排列的若干辅助标记；

作为一种举例说明，所述辅助标记为圆形，圆形中心点设置有横向与纵向坐标轴，将圆形分为四个区域，每个区域均设置有图形标记；

单细胞分选仪的样品菌落定位方法，以样品芯片上的辅助标记呈矩阵M(m*n)分布为例，生物样品置于所述辅助标记上，矩阵中的每个元素a(i,j)是一个图形或者多个图形的组合，其中0≤i＜m,0≤j＜n；当要运行到第p行q列，也就是运行到a(p,q)元素位置处时，精确定位方法包括如下步骤：

步骤一、将矩阵的行列数m*n与矩阵中的每个元素之间的间距Δd录入操作软件中，所述操作软件预先设置在计算机内；

步骤二、将矩阵中元素a(i,j)的整体图形或者图形特征作为图像处理的模板；此步骤可根据图形特征进行选择，如图形特征可实时计算则不需要预存模板；

步骤三、在样品芯片的辅助标记处滴入生物样品，然后将样品芯片放入样品芯片固定机构中；

步骤四、运动控制模块带动所述样品芯片运行到成像模块处，并让所述样品芯片矩阵上的生物样品在成像模块中成像，记录生物样品的中心；令生物样品中心与成像视野的中心重合；所述生物样品选取a(0,0)，在视野中成像，使得a(0,0)的图形中心与成像视野中心p(0,0)重合，同时读取运动位置坐标r(0,0)；则根据公式计算第p行q列的运动位置坐标是r(p,q)＝r(0,0)+(p*Δd,q*Δd)，当用户需要切换到样品芯片的第p行第q个样品菌群时，点击相应位置区，运动系统即会运行到相应坐标处；

步骤五、由于单细胞分选仪分选的细胞尺寸最小为0.5μm，微小的系统误差或振动都会造成定位误差，故所述步骤四中的公式求解只是提供理论位置；为了实现更准确的定位，再引入图像处理算法；

当运动位置坐标位于第p行q列位置后，进行图像的自动聚焦，保证样品芯片上的图形标记可以清晰成像；由于存在系统误差或者其他随机误差，此时样品芯片上的生物样品中心已经偏离成像视野中心p(0,0)，则需计算此时生物样品中心在图像中的位置；

所述图像处理算法利用模板匹配或者灰度提取图像处理算法，计算此时a(p，q)图形的中心p(x,y)；

计算运动坐标的调整值Δr_x＝K*(p_x-p₀),Δr_y＝K*(p_y-p₀)；其中，所述K是运动系统与成像视野的比例系数；

作为一种举例说明，所述K值计算方法包括：

方法一：识别图形中心p₁(x₁,y₁)，运动系统在水平方向运动一段距离如X方向运动距离S，再次识别图形中心p₂(x₂,y₂)，则K＝S/(x₂-x₁)。

方法二：使用带标准刻度的芯片使其在视场中成像，根据刻度A与成像分辨率W计算K＝A/W。

步骤六、运动控制模块运行(Δr_x，Δr_y)使得所述生物样品中心居于所述成像视野中心，达到精确定位操作；

本发明的有益效果：

本发明采用带有标记的样品芯片可以帮助用户区分点样区域，避免不同种类的样品间互相污染；同时带有特定设计的标记，可以帮助用户在不同设备间进行细胞检测与分选时，在成像模块中可以快速找到同一细胞(也就是在其他设备检测到一个细胞需要被分离出来后，把芯片挪到分选仪上后可以快速找到这个细胞)；

样品菌群的自动定位大大节省了用户的操作时间，智能化的定位过程优化了操作流程，减少了人工位置对准带来的时间消耗；

定位精度高，大大降低了人为操作误差产生的观测不准，数据有误的情况。

附图说明

图1是本发明单细胞分选仪的样品菌落定位装置之样品芯片结构示意图

图2是本发明单细胞分选仪的样品菌落定位装置之辅助标记结构示意图

图3是本发明单细胞分选仪的样品菌落定位装置之实际操作时，生物样品中心已经偏离成像视野中心的举例图

图4是本发明单细胞分选仪的样品菌落定位装置之整体结构示意图

图5是是本发明单细胞分选仪的样品菌落定位装置之滴入生物样品后的样品芯片示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

详见图1至图5所示，一种单细胞分选仪的样品菌落定位装置与定位方法，其中：

单细胞分选仪的样品菌落定位装置，包括：样品芯片101、运动控制模块201、样品芯片固定机构202、成像模块203、计算机以及显示模块204；

进一步的，所述样品芯片固定机构202用于夹持、固定住所述样品芯片101；所述样品芯片固定机构202连接在所述运动控制模块201上，可由所述运动控制模块201带动其一起进行水平与垂直方向上的运动；所述样品芯片101经由所述运动控制模块201带动后传送到所述成像模块203的成像处；

作为一种举例说明，所述成像处位于所述成像模块203的上方或者下方位置上；

进一步的，所述成像模块203用于实现样品芯片照明，保证样品芯片上的生物样品清晰成像，并将成像传送到所述计算机与显示模块中204；

作为一种举例说明，如图1所示，所述样品芯片101为方形结构，表面绘制有大小形状相同，且对称均匀呈矩阵排列的若干辅助标记102；

作为一种举例说明，所述辅助标记102为圆形，圆形中心点设置有横向与纵向坐标轴，将圆形分为四个区域，每个区域均设置有图形标记；

单细胞分选仪的样品菌落定位方法，以样品芯片101上的辅助标记102呈矩阵M(m*n)分布为例，生物样品置于所述辅助标记102上，矩阵中的每个元素a(i,j)是一个图形或者多个图形的组合，其中0≤i＜m,0≤j＜n；当要运行到第p行q列，也就是运行到a(p,q)元素位置处时，精确定位方法包括如下步骤：

步骤一、将矩阵的行列数m*n与矩阵中的每个元素之间的间距Δd录入操作软件中，所述操作软件预先设置在计算机内；

步骤二、将矩阵中元素a(i,j)的整体图形或者图形特征作为图像处理的模板；此步骤可根据图形特征进行选择，如图形特征可实时计算则不需要预存模板；

步骤三、如图2所示，在样品芯片101的辅助标记102处滴入生物样品，详见图5所示，然后将样品芯片101放入样品芯片固定机构202中；

步骤四、运动控制模块201带动所述样品芯片101运行到成像模块203处，并让所述样品芯片101矩阵上的生物样品在成像模块203中成像，记录生物样品的中心；令生物样品中心与成像视野的中心重合；所述生物样品选取a(0,0)，在视野中成像，使得a(0,0)的图形中心与成像视野中心p(0,0)重合，同时读取运动位置坐标r(0,0)；则根据公式计算第p行q列的运动位置坐标是r(p,q)＝r(0,0)+(p*Δd,q*Δd)，当用户需要切换到样品芯片的第p行第q个样品菌群时，点击相应位置区，运动系统即会运行到相应坐标处；

步骤五、由于单细胞分选仪分选的细胞尺寸最小为0.5μm，微小的系统误差或振动都会造成定位误差，故所述步骤四中的公式求解只是提供理论位置；为了实现更准确的定位，再引入图像处理算法；

当运动位置坐标位于第p行q列位置后，进行图像的自动聚焦，保证样品芯片上的图形标记可以清晰成像；由于存在系统误差或者其他随机误差，此时样品芯片101上的生物样品中心已经偏离成像视野中心p(0,0)，如图3所示，则需计算此时生物样品中心在图像中的位置；

所述图像处理算法利用模板匹配或者灰度提取图像处理算法，计算此时a(p，q)图形的中心p(x,y)；

计算运动坐标的调整值Δr_x＝K*(p_x-p₀),Δr_y＝K*(p_y-p₀)；其中，所述K是运动系统与成像视野的比例系数；

作为一种举例说明，所述K值计算方法包括：

方法一：识别图形中心p₁(x₁,y₁)，运动系统在水平方向运动一段距离如X方向运动距离S，再次识别图形中心p₂(x₂,y₂)，则K＝S/(x₂-x₁)。

方法二：使用带标准刻度的芯片使其在视场中成像，根据刻度A与成像分辨率W计算K＝A/W。

步骤六、运动控制模块201运行(Δr_x，Δr_y)使得所述生物样品中心居于所述成像视野中心，达到精确定位操作；

本发明采用带有标记的样品芯片101可以帮助用户区分点样区域，避免不同种类的样品间互相污染；同时带有特定设计的标记，可以帮助用户在不同设备间进行细胞检测与分选时，在成像模块中可以快速找到同一细胞(也就是在其他设备检测到一个细胞需要被分离出来后，把芯片挪到分选仪上后可以快速找到这个细胞)；样品菌群的自动定位大大节省了用户的操作时间，智能化的定位过程优化了操作流程，减少了人工位置对准带来的时间消耗；定位精度高，大大降低了人为操作误差产生的观测不准，数据有误的情况。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单细胞分选仪的样品菌落定位装置的定位方法，其特征在于，一种单细胞分选仪的样品菌落定位装置的结构设计，包括：

样品芯片、运动控制模块、样品芯片固定机构、成像模块、计算机以及显示模块；

所述样品芯片固定机构用于夹持、固定住所述样品芯片；所述样品芯片固定机构连接在所述运动控制模块上，可由所述运动控制模块带动其一起进行水平与垂直方向上的运动；所述样品芯片经由所述运动控制模块带动后传送到所述成像模块的成像处；所述成像模块用于实现样品芯片照明，保证样品芯片上的生物样品清晰成像，并将成像传送到所述计算机与显示模块中；

所述样品芯片为方形结构，表面绘制有大小形状相同，且对称均匀呈矩阵排列的若干辅助标记；

所述辅助标记为圆形，圆形中心点设置有横向与纵向坐标轴，将圆形分为四个区域，每个区域均设置有图形标记；

所述样品芯片上的辅助标记呈矩阵M(m*n)分布，生物样品置于所述辅助标记上，矩阵中的每个元素a(i,j)是一个图形或者多个图形的组合，其中0≤i＜m,0≤j＜n；当要运行到第p行q列，也就是运行到a(p,q)元素位置处时，精确定位方法包括如下步骤：

步骤一、将矩阵的行列数m*n与矩阵中的每个元素之间的间距Δd录入操作软件中，所述操作软件预先设置在计算机内；

步骤二、将矩阵中元素a(i,j)的整体图形或者图形特征作为图像处理的模板；此步骤可根据图形特征进行选择，如图形特征可实时计算则不需要预存模板；

步骤三、在样品芯片的辅助标记处滴入生物样品，后将样品芯片放入样品芯片固定机构中；

步骤四、运动控制模块带动所述样品芯片运行到成像模块处，并让所述样品芯片矩阵上的生物样品在成像模块中成像，记录生物样品的中心；令生物样品中心与成像视野的中心重合；所述生物样品选取a(0,0)，在视野中成像，使得a(0,0)的图形中心与成像视野中心p(0,0)重合，同时读取运动位置坐标r(0,0)；则根据公式计算第p行q列的运动位置坐标是r(p,q)＝r(0,0)+(p*Δd,q*Δd)，当用户需要切换到样品芯片的第p行第q个样品菌群时，点击相应位置区，运动系统即会运行到相应坐标处；

步骤五、由于单细胞分选仪分选的细胞尺寸最小为0.5μm，微小的系统误差或振动都会造成定位误差，故所述步骤四中的公式求解只是提供理论位置；为了实现更准确的定位，再引入图像处理算法；

当运动位置坐标位于第p行q列位置后，进行图像的自动聚焦，保证样品芯片上的图形标记可以清晰成像；由于存在系统误差或者其他随机误差，此时样品芯片上的生物样品中心已经偏离成像视野中心p(0,0)，需计算此时生物样品中心在图像中的位置；

所述图像处理算法利用模板匹配或者灰度提取图像处理算法，计算此时a(p，q)图形的中心p(x,y)；

计算运动坐标的调整值Δr_x＝K*(p_x-p₀),Δr_y＝K*(p_y-p₀)；其中，所述K是运动系统与成像视野的比例系数；

步骤六、运动控制模块运行(Δr_x，Δr_y)使得所述生物样品中心居于所述成像视野中心，达到精确定位操作。

2.根据权利要求1所述的一种单细胞分选仪的样品菌落定位装置的定位方法，其特征在于，所述成像处位于所述成像模块的上方或者下方位置上。

3.根据权利要求1所述的一种单细胞分选仪的样品菌落定位装置的定位方法，其特征在于，所述K值计算方法包括：

方法一：识别图形中心p₁(x₁,y₁)，运动系统在水平方向运动一段距离如X方向运动距离S，再次识别图形中心p₂(x₂,y₂)，则K＝S/(x₂-x₁)；

方法二：使用带标准刻度的芯片使其在视场中成像，根据刻度A与成像分辨率W计算K＝A/W。

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