CN111192640B - 一种山梨醇溶液检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种山梨醇溶液检测系统及方法。该系统包括计算机、细胞图像采集模块、细胞放置模块、输送机构、用于滴山梨醇溶液的第一滴液装置和用于滴pbs缓冲液的第二滴液装置,输送机构包括导轨、可沿导轨滑动的滑块以及可驱动滑块沿导轨滑动的驱动机构,细胞放置模块设置在滑块上,细胞放置模块包括顶部开口的盒体,盒体中部设有向上凸起的凸台,凸台上设有玻片,细胞图像采集模块、第一滴液装置、第二滴液装置都位于导轨正上方,计算机分别与细胞图像采集模块、第一滴液装置、第二滴液装置、驱动机构电连接。本发明利用细胞成像的方法,不与被测细胞有接触,极大的降低了外界带来的干扰,排除了影响细胞瞬间生理状态的干扰因素。
Description
技术领域
本发明涉及溶液检测技术领域,尤其涉及一种山梨醇溶液检测系统及方法。
背景技术
现有的山梨醇溶液浓度检测技术方法有膜片钳方法、仿生味觉检测法、电化学细胞传感器方法。膜片钳方法虽然可以检测单细胞的离子通道响应信号,但是其仪器使用操作不方便,而且只能在实验室使用。仿生味觉检测技术虽然可以一定程度上实现味觉物质的分类,但是其重复性和准确性都有局限性。电化学细胞传感器方法虽然可以一定程度上实现味觉物质的检测目标,但是其重复性也存在局限性。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题,提供了一种山梨醇溶液检测装置及方法,其利用细胞成像的方法,不与被测细胞有接触,极大的降低了外界带来的干扰,排除了影响细胞瞬间生理状态的干扰因素,检测时效快,检测准确度高。
为了解决上述问题,本发明采用以下技术方案予以实现:
本发明的一种山梨醇溶液检测装置,包括计算机、细胞图像采集模块、细胞放置模块、输送机构、用于滴山梨醇溶液的第一滴液装置和用于滴pbs缓冲液的第二滴液装置,所述输送机构包括导轨、可沿导轨滑动的滑块以及可驱动滑块沿导轨滑动的驱动机构,所述细胞放置模块设置在滑块上,所述细胞放置模块包括顶部开口的盒体,所述盒体中部设有向上凸起的凸台,所述凸台上设有玻片,所述细胞图像采集模块、第一滴液装置、第二滴液装置都位于导轨正上方,所述计算机分别与细胞图像采集模块、第一滴液装置、第二滴液装置、驱动机构电连接。
在本方案中,检测时,将味觉受体细胞组织放置在玻片上,滑块带动玻片移动到细胞图像采集模块下方,细胞图像采集模块采集味觉受体细胞组织图像,从中选择F个轮廓清晰且不与其他细胞重叠的味觉受体细胞作为检测细胞。
之后,滑块带动玻片移动到第二滴液装置下方,第二滴液装置滴pbs缓冲液到味觉受体细胞组织上,清洗味觉受体细胞组织,接着,滑块带动玻片移动到第一滴液装置下方,第一滴液装置滴待测溶液到味觉受体细胞组织上进行刺激,然后,滑块带动玻片移动到细胞图像采集模块下方,细胞图像采集模块采集F个检测细胞的形态特征、颜色特征、纹理特征并输送到计算机,重复上述步骤多次,计算机综合分析检测细胞的形态特征、颜色特征、纹理特征的变化情况判断待测溶液是否是山梨醇溶液,如果是山梨醇溶液则计算出它的浓度。
检测过程中,温度保持在37℃±0.2℃。味觉受体细胞为LM3肝癌细胞。第一滴液装置和第二滴液装置都采用微量蠕动泵滴液。玻片上多余的废液流入盒体中。
作为优选,所述玻片上表面中部设有放置槽,所述玻片上表面还设有若干个导流槽,所述导流槽一端与放置槽连通,所述导流槽另一端延伸至玻片外缘与盒体内的空腔连通。
味觉受体细胞组织放置在放置槽内,pbs缓冲液清洗味觉受体细胞组织时,多余的液体沿导流槽流入盒体的空腔内。导流槽呈直线,导流槽从与放置槽连接的一端至外缘处向下倾斜设置,便于液体流出。
本发明的一种山梨醇溶液检测方法,包括以下步骤:
S1:采集味觉受体细胞组织图像,从中选择F个轮廓清晰且不与其他细胞重叠的味觉受体细胞作为检测细胞;
S2:将pbs缓冲液滴到味觉受体细胞组织上,清洗味觉受体细胞组织,将待测溶液滴到味觉受体细胞组织上刺激检测细胞,细胞图像采集模块采集F个检测细胞的形态特征、颜色特征、纹理特征并输送到计算机,计算机计算出每个检测细胞对应的评价指标KC1、评价指标KC2,将F个评价指标KC1取平均,得到均值KC1平均,将F个评价指标KC2取平均,得到均值KC2平均;
S3:重复执行步骤是S2N次,得到N个均值KC1平均、N个均值KC2平均;
S4:将N个均值KC1平均作为输入数据KC1(t)输入一层非线性动力学模型:
其中,V(x,t)为势函数,x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数,a、b、c为设定的常数,ξ(t)为激励噪声,D为激励噪声强度,为周期性正弦信号,A是信号幅度,f是信号频率,t为运动时间,/>为相位,设/>
计算V(x,t)对于x的一阶导数和二阶导数,并且使等式等于0,得到二层非线性动力学模型:
并计算:
其中,xn(t)为x(t)的第n阶导数,snn-1为S(t)的第n-1阶导数在t=0处的值,snn+1为S(t)的第n+1阶导数在t=0处的值,n=0,1,…,N-1;可以得到x1(t),x2(t),…,xn+1(t)的值;
以激励噪声强度D为X轴,信噪比SNR为Y轴建立直角坐标系,画出信噪比SNR曲线,找出信噪比SNR曲线中特征峰的横坐标值xe,并将横坐标值xe与预先取得的山梨醇溶液对应的特征峰横坐标值范围比较,如果xe位于山梨醇溶液对应的特征峰横坐标值范围内,则待测溶液即为山梨醇溶液,执行步骤S5,否则待测溶液不是山梨醇溶液,检测结束;
S5:将N个均值KC2平均取平均,得到平均值作为y′值代入对应山梨醇溶液的检测模型中y′=hx′+k,h、k为常数,x′为溶液浓度,计算出待测溶液的浓度。
作为优选,细胞图像采集模块采集单个检测细胞的形态特征、颜色特征、纹理特征,计算机计算出该检测细胞对应的评价指标KC1、评价指标KC2的方法包括以下步骤:
M1:细胞图像采集模块提取检测细胞的细胞面积A′、细胞周长PS、细胞偏心率ECR、细胞圆度RCR;
M2:细胞图像采集模块提取检测细胞的细胞像素值空间分布的均值MVS、标准差SDS、平滑度EVS、三阶矩TMS、一致性CSS、熵ENS;
M4:计算出评价指标KC1、评价指标KC2:
面积A′=∑f(x,y),即统计满足条件f(x,y)=1的像素点的个数。
周长PS:为细胞边界所占据的所有像素点的总和,通过计算细胞区域边界上相邻像素点的距离之和来表示,假设细胞区域的边界链码为{a1a2…an},并且每个码段ai的长度Δli表示,则周长的表达式为:
其中,nu为链码中偶数码的数量,ns为链码找那个奇数码的数量。
假设z表示灰度级的随机量,那么对应的直方图为:p(zi),i=0,1,2…,L-1,L表示灰度级数量,
评价指标KC1,是用来突出检测过程中形态、颜色对于细胞的影响,同时差异化使用了细胞纹理指标对细胞检测效果的距离拉大作用,主要体现在KC1定义式中,形态和纹理之乘积是被加和的,而分母中颜色与纹理之乘积是被减除的,这样可以进一步加大不同种类溶液刺激下细胞响应信号的差异化,有利于区分判别。
评价指标KC2,是综合利用了细胞的形态、颜色和纹理检测参量,分子上近似于采用这三个参数构建一个三坐标下类球形体系,将细胞的形态、颜色和纹理变化,映射到类球形体系的外部形状特征中去。同时在单次指数条件下,差异化使用了细胞纹理指标对细胞检测效果的拉大作用,也就是说分母中纹理质保是被减除的,这样可以进一步加大不同种类溶液刺激下细胞形态、颜色和纹理响应信号映射出类球形体系的区分,加强了区分判别的效果。
作为优选,取得山梨醇溶液的检测模型的方法包括以下步骤:
将g滴不同浓度的山梨醇溶液分别单独滴到味觉受体细胞组织上进行刺激,每次将一种浓度的山梨醇溶液滴到味觉受体细胞组织上刺激F个检测细胞时,得到每个检测细胞对应的评价指标KC2,将F个评价指标KC2取平均,得到均值KC2平均,将山梨醇溶液浓度作为x轴,均值KC2平均作为y轴,建立直角坐标系,每个山梨醇溶液浓度及其对应评价指标均值KC2平均构成的点在直角坐标系中标出,线性拟合得到山梨醇溶液的检测模型y′=hx′+k。
本发明的有益效果是:(1)利用细胞成像的方法,检测系统不与被测细胞有接触,因此对于被测细胞来说是无损非接触式的,这样对细胞成像来说,极大的降低了外界带来的干扰,排除了影响细胞瞬间生理状态的干扰因素。(2)检测时效好,几乎是瞬时就可以标定细胞的胞内生理状态,而诸如膜片钳或者电化学的方法,则需要一定的响应时间,因此,本发明所提出的方法具有很高的检测时效。(3)根据获取的细胞图像,综合性的将多个细胞图像特征量归纳为形态、颜色和纹理三个主要指标,可以较好的体现细胞在收到味觉物质刺激过程中的全方位生理变化,具有很高的检测准确度。
附图说明
图1是实施例的结构示意图;
图2是细胞放置模块的结构示意图;
图3是检测细胞的图像。
图中:1、细胞图像采集模块,2、第一滴液装置,3、第二滴液装置,4、导轨,5、滑块,6、盒体,7、玻片,8、放置槽,9、导流槽,10、空腔。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例:本实施例的一种山梨醇溶液检测系统,如图1、图2所示,包括计算机、细胞图像采集模块1、细胞放置模块、输送机构、用于滴山梨醇溶液的第一滴液装置2和用于滴pbs缓冲液的第二滴液装置3,输送机构包括导轨4、可沿导轨4滑动的滑块5以及可驱动滑块5沿导轨4滑动的驱动机构,细胞放置模块设置在滑块5上,细胞放置模块包括顶部开口的盒体6,盒体6中部设有向上凸起的凸台,凸台上设有玻片7,细胞图像采集模块1、第一滴液装置2、第二滴液装置3都位于导轨4正上方,计算机分别与细胞图像采集模块1、第一滴液装置2、第二滴液装置3、驱动机构电连接。
玻片7上表面中部设有放置槽8,玻片7上表面还设有多个导流槽9,导流槽9一端与放置槽8连通,导流槽9另一端延伸至玻片7外缘与盒体6内的空腔10连通。
在本方案中,检测时,将味觉受体细胞组织放置在玻片上,滑块带动玻片移动到细胞图像采集模块下方,细胞图像采集模块采集味觉受体细胞组织图像,从中选择F个轮廓清晰且不与其他细胞重叠的味觉受体细胞作为检测细胞。
之后,滑块带动玻片移动到第二滴液装置下方,第二滴液装置滴pbs缓冲液到味觉受体细胞组织上,清洗味觉受体细胞组织,接着,滑块带动玻片移动到第一滴液装置下方,第一滴液装置滴待测溶液到味觉受体细胞组织上进行刺激,然后,滑块带动玻片移动到细胞图像采集模块下方,细胞图像采集模块采集F个检测细胞的形态特征、颜色特征、纹理特征并输送到计算机,重复上述步骤多次,计算机综合分析检测细胞的形态特征、颜色特征、纹理特征的变化情况判断待测溶液是否是山梨醇溶液,如果是山梨醇溶液则计算出它的浓度。
检测过程中,温度保持在37℃±0.2℃。味觉受体细胞为LM3肝癌细胞。第一滴液装置和第二滴液装置都采用微量蠕动泵滴液。pbs缓冲液清洗味觉受体细胞组织时,多余的液体沿导流槽流入盒体的空腔内。导流槽呈直线,导流槽从与放置槽连接的一端至外缘处向下倾斜设置,便于液体流出。
本实施例的一种山梨醇溶液检测方法,包括以下步骤:
S1:采集味觉受体细胞组织图像,从中选择F个轮廓清晰且不与其他细胞重叠的味觉受体细胞作为检测细胞;
S2:将pbs缓冲液滴到味觉受体细胞组织上,清洗味觉受体细胞组织,将待测溶液滴到味觉受体细胞组织上刺激检测细胞,细胞图像采集模块采集F个检测细胞的形态特征、颜色特征、纹理特征并输送到计算机,计算机计算出每个检测细胞对应的评价指标KC1、评价指标KC2,将F个评价指标KC1取平均,得到均值KC1平均,将F个评价指标KC2取平均,得到均值KC2平均;
S3:重复执行步骤是S2N次,得到N个均值KC1平均、N个均值KC2平均;
S4:将N个均值KC1平均作为输入数据KC1(t)输入一层非线性动力学模型:
其中,V(x,t)为势函数,x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数,a、b、c为设定的常数,ξ(t)为激励噪声,D为激励噪声强度,为周期性正弦信号,A是信号幅度,f是信号频率,t为运动时间,/>为相位,设/>
计算V(x,t)对于x的一阶导数和二阶导数,并且使等式等于0,得到二层非线性动力学模型:
并计算:
其中,xn(t)为x(t)的第n阶导数,snn-1为S(t)的第n-1阶导数在t=0处的值,snn+1为S(t)的第n+1阶导数在t=0处的值,n=0,1,…,N-1;可以得到x1(t),x2(t),…,xn+1(t)的值;
以激励噪声强度D为X轴,信噪比SNR为Y轴建立直角坐标系,画出信噪比SNR曲线,找出信噪比SNR曲线中特征峰的横坐标值xe,并将横坐标值xe与预先取得的山梨醇溶液对应的特征峰横坐标值范围比较,如果xe位于山梨醇溶液对应的特征峰横坐标值范围内,则待测溶液即为山梨醇溶液,执行步骤S5,否则待测溶液不是山梨醇溶液,检测结束;
S5:将N个均值KC2平均取平均,得到平均值作为y′值代入对应山梨醇溶液的检测模型中y′=hx′+k,h、k为常数,x′为溶液浓度,计算出待测溶液的浓度。
细胞图像采集模块采集单个检测细胞的形态特征、颜色特征、纹理特征,计算机计算出该检测细胞对应的评价指标KC1、评价指标KC2的方法包括以下步骤:
M1:细胞图像采集模块提取检测细胞的细胞面积A′、细胞周长PS、细胞偏心率ECR、细胞圆度RCR;
M2:细胞图像采集模块提取检测细胞的细胞像素值空间分布的均值MVS、标准差SDS、平滑度EVS、三阶矩TMS、一致性CSS、熵ENS;
M4:计算出评价指标KC1、评价指标KC2:
面积A′=∑f(x,y),即统计满足条件f(x,y)=1的像素点的个数。
周长PS:为细胞边界所占据的所有像素点的总和,通过计算细胞区域边界上相邻像素点的距离之和来表示,假设细胞区域的边界链码为{a1a2…an},并且每个码段ai的长度Δli表示,则周长的表达式为:
其中,nu为链码中偶数码的数量,ns为链码找那个奇数码的数量。
假设z表示灰度级的随机量,那么对应的直方图为:p(zi),i=0,1,2…,L-1,L表示灰度级数量,
评价指标KC1,是用来突出检测过程中形态、颜色对于细胞的影响,同时差异化使用了细胞纹理指标对细胞检测效果的距离拉大作用,主要体现在KC1定义式中,形态和纹理之乘积是被加和的,而分母中颜色与纹理之乘积是被减除的,这样可以进一步加大不同种类溶液刺激下细胞响应信号的差异化,有利于区分判别。
评价指标KC2,是综合利用了细胞的形态、颜色和纹理检测参量,分子上近似于采用这三个参数构建一个三坐标下类球形体系,将细胞的形态、颜色和纹理变化,映射到类球形体系的外部形状特征中去。同时在单次指数条件下,差异化使用了细胞纹理指标对细胞检测效果的拉大作用,也就是说分母中纹理质保是被减除的,这样可以进一步加大不同种类溶液刺激下细胞形态、颜色和纹理响应信号映射出类球形体系的区分,加强了区分判别的效果。
取得山梨醇溶液的检测模型的方法包括以下步骤:
将g滴不同浓度的山梨醇溶液分别单独滴到味觉受体细胞组织上进行刺激,每次将一种浓度的山梨醇溶液滴到味觉受体细胞组织上刺激F个检测细胞时,得到每个检测细胞对应的评价指标KC2,将F个评价指标KC2取平均,得到均值KC2平均,将山梨醇溶液浓度作为x轴,均值KC2平均作为y轴,建立直角坐标系,每个山梨醇溶液浓度及其对应评价指标均值KC2平均构成的点在直角坐标系中标出,线性拟合得到山梨醇溶液的检测模型y′=hx′+k。
在本方案中,检测细胞的图像如图3所示。检测细胞为LM3肝癌细胞,能够区分辨别山梨醇溶液。预先取得山梨醇溶液对应的特征峰横坐标值范围,测得的待测溶液对应的特征峰横坐标值是否位于山梨醇溶液对应的特征峰横坐标值范围内,如果是,则待测溶液即为山梨醇溶液,并计算出浓度,否则待测溶液不是山梨醇溶液。山梨醇溶液对应的特征峰横坐标值范围:[68.5,70.4]。
采用实施例的方法检测出每个浓度山梨醇溶液刺激检测细胞得到相应的均值KC2平均,线性拟合得到山梨醇溶液的检测模型:
y′=1.32x′+1.72,R2=0.87141。
Claims (2)
1.一种山梨醇溶液检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:采集味觉受体细胞组织图像,从中选择F个轮廓清晰且不与其他细胞重叠的味觉受体细胞作为检测细胞;
S2:将pbs缓冲液滴到味觉受体细胞组织上,清洗味觉受体细胞组织,将待测溶液滴到味觉受体细胞组织上刺激检测细胞,细胞图像采集模块采集F个检测细胞的形态特征、颜色特征、纹理特征并输送到计算机,计算机计算出每个检测细胞对应的评价指标KC1、评价指标KC2:
细胞图像采集模块提取检测细胞的细胞面积A′、细胞周长PS、细胞偏心率ECR、细胞圆度RCR;
细胞图像采集模块提取检测细胞的细胞像素值空间分布的均值MVS、标准差SDS、平滑度EVS、三阶矩TMS、一致性CSS、熵ENS;
计算出评价指标KC1、评价指标KC2:
将F个评价指标KC1取平均,得到均值KC1平均,将F个评价指标KC2取平均,得到均值KC2平均;
S3:重复执行步骤S2 N次,得到N个均值KC1平均、N个均值KC2平均;
S4:将N个均值KC1平均作为输入数据KC1(t)输入一层非线性动力学模型:
其中,V(x,t)为势函数,x(t)为布朗运动粒子运动轨迹函数,a、b、c为设定的常数,ξ(t)为激励噪声,D为激励噪声强度,为周期性正弦信号,A是信号幅度,f是信号频率,t为运动时间,/>为相位,设/>
计算V(x,t)对于x的一阶导数和二阶导数,并且使等式等于0,得到二层非线性动力学模型:
并计算:
其中,xn(t)为x(t)的第n阶导数,snn-1为S(t)的第n-1阶导数在t=0处的值,snn+1为S(t)的第n+1阶导数在t=0处的值,n=1,2,…,N;可以得到x1(t),x2(t),…,xn+1(t)的值;
利用公式
计算二阶非线性动力学模型输出的信噪比SNR,其中,ΔU=3a3/20bc2,以激励噪声强度D为X轴,信噪比SNR为Y轴建立直角坐标系,画出信噪比SNR曲线,找出信噪比SNR曲线中特征峰的横坐标值xe,并将横坐标值xe与预先取得的山梨醇溶液对应的特征峰横坐标值范围比较,如果xe位于山梨醇溶液对应的特征峰横坐标值范围内,则待测溶液即为山梨醇溶液,执行步骤S5,否则待测溶液不是山梨醇溶液,检测结束;
S5:将N个均值KC2平均取平均,得到平均值作为y′值代入对应山梨醇溶液的检测模型中y′=hx′+k,h、k为常数,x′为溶液浓度,计算出待测溶液的浓度。
2.根据权利要求1所述的一种山梨醇溶液检测方法,其特征在于,取得山梨醇溶液的检测模型的方法包括以下步骤:
将g滴不同浓度的山梨醇溶液分别单独滴到味觉受体细胞组织上进行刺激,每次将一种浓度的山梨醇溶液滴到味觉受体细胞组织上刺激F个检测细胞时,得到每个检测细胞对应的评价指标KC2,将F个评价指标KC2取平均,得到均值KC2平均,将山梨醇溶液浓度作为x轴,均值KC2平均作为y轴,建立直角坐标系,每个山梨醇溶液浓度及其对应评价指标均值KC2平均构成的点在直角坐标系中标出,线性拟合得到山梨醇溶液的检测模型y′=hx′+k。
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霉变小麦的电子鼻区分及其传感器阵列选择优化;郑豪男;《传感技术学报》;第32卷(第05期);全文 * |
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Publication number | Publication date |
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CN111192640A (zh) | 2020-05-22 |
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