CN111909839A - 将物质传输到细胞内的系统、总控装置、微控制器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种将物质传输到细胞内的系统、总控装置、微控制器及方法，其中，系统包括：微流控芯片用于固定待测细胞；载物台，用于放置固定有待测细胞的微流控芯片；显微镜的物镜，用于在总控装置的控制下，对待测细胞进行光学采样得到采样图片；总控装置，用于对采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞对应的三维重构体；对三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；微控制器，用于根据位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达待测细胞内的最佳传输位置；微注射器，用于在总控装置的控制下，提供推射压力给微针，将微针内的待传输外界物质传输到细胞内部。上述技术方案实现了高效准确地将物质传输到细胞内，提高了传输成功率。
Description
技术领域
本发明涉及细胞内传输处理技术领域，特别涉及一种将物质传输到细胞内的系统、总控装置、微控制器及方法。
背景技术
在微组装和基因编辑，如DNA及RNA的转染操作中，涉及将外界物质传输到细胞内部的步骤。目前的细胞内传输的方案存在以下问题：
在传输操作前，需要对细胞进行固定处理，以防止操作时细胞的运动。传统的固定方法，例如利用微针吸附细胞方法等，在较短的时间内，无法固定并排列更多的细胞，使得细胞内传输效率低。
传统的细胞内传输方法一般为生物、化学传输方法，例如囊泡，病毒等作为载体等，以及物理方法：电穿孔，微流芯片，磁球等。利用这些传统方法进行传输，外部物质只能传输到细胞质内，并间接地扩散到目标细胞器内。而在DNA转染中，大部分的DNA物质必须在细胞核内实现功能，而细胞质的扩散将降低其的生物活性。因此，传统传输方法不适合细胞内物质的传输，传输精度低，使得转染等操作效果差。
早期的传输操作集中研究了贴壁细胞，而贴壁细胞具有较平整表面形态，其内部的细胞器较容易定位。而悬浮细胞在细胞培养液中呈现近似圆球的形态，相较于贴壁细胞具有更大的高度。因此，传输部件(内部有待传输外界物质)在不适宜的高度上将很难成功地穿破细胞膜，传输部件在刺破细胞膜过程中细胞会发生倾斜运动。目前一些研究提出了一些传输部件高度调整算法，例如模板匹配，熵计算法，但是由于细胞器与周围细胞质的图像具有高度地相似性，这些算法无法获取细胞核等细胞器及细胞内微小部件的位置，从而无法精确地将外界物质传输到细胞内部，细胞传输成功率低。
传统的诊所操作依赖训练有素的操作员完成细胞内操作，操作员必须人为手动地将微操作工具和目标物体对齐，凭借经验调节微操作工具的位置，实现将外界物质传输到细胞内部。疲劳和经验将不可避免地会导致实验的失败，从而降低了细胞传输的效率。
综上，现有将外界物质传输到细胞内部的方案存在：传输精确度低、效率低、成功率低的问题。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种将外界物质传输到细胞内的系统，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该系统包括：显微镜、载物台、物镜、微控制器、微针、微注射器、微流控芯片和总控装置，其中：
微流控芯片，用于固定待测细胞；
载物台，用于放置固定有待测细胞的微流控芯片；
显微镜的物镜，与总控装置连接，用于在总控装置的控制下，对所述待测细胞进行光学采样，得到采样图片；
总控装置，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞对应的三维重构体；对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
微控制器，与总控装置连接，用于根据所述位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质；
微注射器，与总控装置连接，用于在总控装置的控制下，提供推射压力给微针，将微针内的待传输外界物质传输到细胞内部。
本发明实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的总控装置，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该装置包括：
采样控制单元，用于控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；
三维重构单元，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；
最佳传输位置确定单元，用于对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
传输控制单元，用于在微控制器根据位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。
本发明实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的微控制器，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该微控制器包括：
接收单元，用于接收位置调整指令；所述位置调整指令中包括最佳传输位置；
位置调整控制单元，用于根据所述位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质。
本发明实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的方法，应用于系统，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该方法包括：
总控装置控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；
总控装置对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；
总控装置对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
微控制器根据所述位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质；
总控装置在微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。
本发明实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的方法，应用于总控装置，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该方法包括：
控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；
对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；
对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
在微控制器根据位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。
本发明实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的方法，应用于微控制器，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该方法包括：
接收位置调整指令；所述位置调整指令中包括最佳传输位置；
根据所述位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述将外界物质传输到细胞内的方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述将外界物质传输到细胞内的方法的计算机程序。
与传统的细胞内传输方案相比较，本发明实施例提供的技术方案的有益技术效果是：
首先，与传统的细胞内传输方案中固定细胞方法相比较，本发明实施例提供的技术方案中使用微流控芯片固定待测细胞，微流控芯片能够在较短的时间内固定并排列更多的细胞，提高了细胞内传输效率。
其次，与传统的传输方法相比较，本发明实施例提供的技术方案中利用微针传递待传输外界物质，采用的微针能够直接穿透多层细胞膜，同时具备精确的传输剂量和时间控制的能力，更适合细胞内物质的传输，提高传输的准确率和效率。
另外，与传统的细胞内传输方案中获取细胞器操作信息方法相比较，本发明实施例根据目标细胞的三维重构信息得到最佳的传输位置，极大地避免了微针在刺破细胞膜过程中细胞的倾斜运动，提高了传输成功率。
综上，本发明实施例提供的将外界物质传输到细胞内的方案实现了高效准确的细胞内传输，提高了传输的准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中将外界物质传输到细胞内的系统的结构示意图；
图2a是本发明又一实施例中将外界物质传输到细胞内的结构示意图；
图2b是本发明实施例中将外界物质传输到细胞内的原理示意图；
图3是本发明实施例中将外界物质传输到细胞内的方法流程示意图；
图4是本发明实施例中三维体重构的流程示意图；
图5a是本发明实施例中分析三维重构体获取最佳操作位置的流程示意图；
图5b是本发明实施例中三维重构体的示意图；
图6是本发明实施例中物镜、载物台、微流控芯片、待测细胞、微针之间位置关系的示意图；
图7是本发明实施例中三维信息引导下的细胞传输过程的运动控制的原理示意图；
图8是本发明实施例中将外界物质传输到细胞内的总控装置的结构示意图；
图9是本发明实施例中将外界物质传输到细胞内的微控制器的结构示意图；
图10是本发明实施例中应用于系统的将外界物质传输到细胞内的方法的流程示意图；
图11是本发明实施例中应用于总控装置的将外界物质传输到细胞内的方法的流程示意图；
图12是本发明实施例中应用于微控制器的将外界物质传输到细胞内的方法的流程示意图。
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。
由于发明人发现现有技术中细胞内传输方案的技术问题，于是提出了一种将外界物质传输到细胞内的方案，该方案为利用机器人辅助显微镜系统三维重构信息的自动化细胞内传输的方案。本发明采用微流控芯片将待测细胞固定在芯片沟道中，利用显微镜的可动物镜竖直方向移动，对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；将得到的采样图片进行去卷积，图形分割，以及三维重构处理，得到待测物体的三维重构体；通过对三维重构体的几何分析，并根据传输任务的不同，得到相应的最佳传输位置；在此位置的引导下，具有高鲁棒性的控制器(本发明实施例中的微控制器)操作系统内的微针将其内部的物质传输到目标细胞器内。使用本发明实施例的方法成功地进行了细胞核内的传输实验，与其他传统使用二维信息的传输方法相比，本发明实施例提供的方法具有更高的传输成功率，准确性和效率。本发明实施例提供方案具备较高的自动化，可以消除现有传输操作技术中对人力控制的需要，在微组装和基因编辑，如DNA及RNA的转染操作中，具有广阔的应用前景。下面对该将外界物质传输到细胞内的方案进行详细介绍。
图1是本发明实施例中将外界物质传输到细胞内的系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：
显微镜101、载物台102、物镜103、微控制器105、微针106、微注射器107、微流控芯片108和总控装置109，其中：
微流控芯片108，用于固定待测细胞200；
载物台102，用于放置固定有待测细胞200的微流控芯片108；
显微镜101的物镜103，与总控装置109连接，用于在总控装置109的控制下，对所述待测细胞200进行光学采样，得到采样图片；
总控装置109，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞200对应的三维重构体；对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器105；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
微控制器105，与总控装置109连接，用于根据所述位置调整指令，控制微针106和/或载物台102移动，使得微针106到达被固定待测细胞200内的所述最佳传输位置；所述微针106内预置有待传输外界物质；
微注射器107，与总控装置109连接，用于在总控装置109的控制下，提供推射压力给微针106，将微针106内的待传输外界物质传输到细胞内部。
与传统的细胞内传输方案相比较，本发明实施例提供的将外界物质传输到细胞内的系统实现了高效准确的细胞内传输，提高了传输的准确率。
具体实施时，本发明实施例提供的细胞内传输方法适用于待测悬浮细胞，可以提高待测悬浮细胞细胞内传输的准确率和效率，提高传输成功率。当然，本发明实施例提供的细胞内传输方法也适合于待测贴壁细胞的细胞内传输。
下面再结合附图2a至图7，对本发明提供的将外界物质传输到细胞内的系统的详细结构及其方法进行详细介绍。
具体实施时，本发明提供的将外界物质传输到细胞内的系统还可以称为：机器人辅助显微镜系统100。上述显微镜101可以是导致宽场荧光显微镜，采用导致宽场荧光显微镜，进一步提高细胞内传输的效率和准确率。载物台102可以是可动载物台。物镜103可以是可动物镜。上述总控装置109可以是计算机。上述微控制器105可以称为微操作平台。
为了便于理解，下面按照将外界物质传输到细胞内的系统的工作流程进行介绍。
一、首先，介绍该系统实施细胞内传输前的准备步骤。
1.首先介绍固定待测细胞的步骤。
具体实施时，待测细胞200通过微流控芯片108的沟道固定，并放置于可动载物台102上。具体地，可以用橡胶管连接微流控芯片并为其固定细胞提供负压。本发明更适合将微流控芯片与盖玻片贴合，从而形成真空的沟道。细胞悬浮在培养液中并被微流控芯片的沟道固定。上述固定待测细胞200的实施方案牢固，有利于实现高效准确地细胞内传输，进一步提高了细胞内传输的成功率。
具体实施时，微流控芯片108的沟道深度可以设计制备与待测细胞200相似的高度，从而使得固定的待测细胞能够在成像平面聚焦到沟道底面时能够被搜寻到，进一步提高了细胞内传输的效率。
2.接着介绍位置校准的步骤。
具体实施时，如图3所示，在固定好待测细胞200后，进行位置校准的步骤：在位置校准过程00中，系统将校准微针106针尖和初始聚焦平面的相对位置。具体地，可以通过总控装置109来控制完成校准，也可以通过总控装置给微控制器发送校准指令，让微控制器来完成校准。
在一个实施例中，可以将初始聚焦平面置于微流控芯片沟道的底面，从而保证可动物镜103能够扫描到整个被固定的待测细胞200，进一步提高传输准确率。
3.接着介绍细胞搜寻的步骤。
具体实施时，如图3所示，在位置校准后，接着开始进行搜寻过程10：系统100在当前视野内搜寻被成功固定的待测细胞200；如果当前视野内未发现，可动载物台102移动到下一个视野，直到成功找到固定的待测细胞200。具体地，可以通过总控制装置来控制实现该搜寻的步骤。
二、接着，介绍该系统实施光学采样的步骤。
如图3所示，在成功找到固定的待测细胞200后，实施光学采样的步骤。此时，总控装置控制开启荧光源110，并关闭白光源111。可动物镜103沿着z轴以步长Δz运动，对待测细胞进行光学采样，使得整个细胞200能够以相应的等效步长dz被系统扫描，并被CCD相机104成像得到采样图片201。
即，在一个实施例中，如图2a和图2b所示，将外界物质传输到细胞内的系统还可以包括：成像装置104，用于在显微镜101的物镜103对所述待测细胞200进行光学采样时成像得到采样图片。
具体实施时，在显微镜101的物镜103对所述待测细胞200进行光学采样时，利用成像装置104成像，进一步提高了细胞内传输的效率和准确率。该成像装置104可以是CCD相机。
即，在一个实施例中，如图2a和图2b所示，将外界物质传输到细胞内的系统还可以包括：荧光源110和白光源111；
所述总控装置109还用于：在控制显微镜101的物镜103对所述待测细胞200进行光学采样之前，控制开启荧光源110，关闭白光源111；在发送位置调整指令至微控制器105之前，控制关闭荧光源110，开启白光源111。
具体实施时，荧光源、白光源及其对应的控制方案，进一步提高了细胞内传输的效率和准确率。
具体实施时，聚焦平面在采样过程20中在可动物镜103每次移动采样后，可以停留一定时间(预设时间)，以得到稳定后的采样图片201，具体的停留时间(预设时间)可以大于此时观测时采用的曝光时间，有利于后续精确的三维重构体建立，进而进一步提高细胞内传输的准确率。计算机109(总控装置109)可以保存CCD相机中的采样图片201。采样过程可以在获取到一定数目(预设数目)的采样图片201后停止。
具体实施时，聚焦平面在采样过程20结束后，可以移动回初始聚焦平面，便于下一次采样进行，进一步提高细胞内传输的效率。
三、接着，介绍该系统实施重构三维重构体的步骤。
如图3所示，在得到采样图片后，采样图片201可以保存在计算机109内，并利用计算机109内的算法进行三维重构体过程30。
在一个实施例中，所述总控装置109具体可以用于：
将所述采样图片转换为灰度采样图片；
从所述灰度采样图片中提取目标区域，得到目标采样图片；
根据预先建立的点扩散函数PSF，得到目标采样图片对应的点扩散函数PSF值；
根据点扩散函数PSF值，对所述目标采样图片进行去卷积处理，得到去卷积采样图片；
对去卷积采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片；
根据所述分割采样图片，得到待测细胞对应的三维重构体。
具体实施时，上述得到三维重构体的实施方案进一步提高了细胞内传输的效率和准确率。下面结合图4，对该三维体重构的步骤进行详细介绍。
1.首先，介绍将所述采样图片转换为灰度采样图片的步骤：如图4所示，在步骤3001中，采样图片201首先转换为灰度图片202。
2.其次，介绍得到目标采样图片的步骤：
如图4所示，接着在步骤3002中，系统100(可以通过总控装置控制)自动选择含有目标细胞器的感兴趣区域ROI(即目标区域)，并截取灰度图片202中的ROI为ROI图片203(目标采样图片)。
具体实施时，系统100(可以通过总控装置)可以分析所有采样图片201的灰度值，并选取最大的平均灰度值的采样图片作为选取ROI的模板图片，有利于后续精确的三维重构体建立，进而进一步提高细胞内传输的准确率。
具体实施时，模板图片内的目标细胞器图像可以用椭圆进行边界拟合，ROI区域可以用将该椭圆包含的正方形区域表示。
具体实施时，ROI区域的中心可以选择为模板图片拟合图形的中心，其边长应该大于拟合图形的轴长，确保ROI区域包含整个目标区域。
具体实施时，ROI区域的大小可以根据目标细胞器的一般大小，进行提前设置。
3.接着，为了方便理解，下面一同介绍计算PSF值以及进行去卷积处理的步骤(如图4中步骤3003-3006)。
发明人发现一个技术问题：采样图片受到离焦模糊和外界噪声的干扰，导致三维体重构困难，因此，发明人提出需要进行图像恢复后才能被利用在重构过程30中生成三维体的方案。下面对图像恢复的过程进行详细介绍。
如图4所示，采样图片内含有本层内的聚焦图像和来自周围层的失焦模糊以及噪声，它们可以利用点扩散函数PSF和待测物体的卷积进行表示：
g(x,y)＝∑khk(x,y,z)×f(x,y,z)+N； (1)
式中，g(x,y)为采样图片201的光强度，f(x,y,z)为待测细胞200的光强度，hk(x,y,z)表示物空间内采样点(x,y,z)处的点扩散函数PSF，×表示卷积，N代表采样噪声，k表示此时采样点(x,y,z)所处的采样平面的层数。
具体实施时，PSF可以通过实验测量和理论计算获取。本发明实施例更适合使用基于Gibson-Lani模型(S.Gibson et al.,"Experimental test of an analytical modelof aberration in an oil-immersion objective lens used in three-dimensionallight microscopy",J.Opt.Soc.AmericaA,vol.8,no.10,p.1601,1991)的计算方法，其表达式hk如下：
式中，A为复数幅值常数，p为成像平面内点(xi,yi,zi)与待测物体点(x0,y0,z0)之间的归一化距离，NA为显微镜物镜数值孔径，λ为发射光波长，J0为零阶第一类贝塞尔函数，OPA为光程差。OPA表示物镜浸润介质和待测样本的折射率不同，其表达式为：
式中，nim、nc、ns分别为物镜浸润介质，盖玻片，待测物体的折射率，tim、tc、ts分别为其对应的厚度。
具体实施时，PSF内大部分的参数对于确定的系统100和待测细胞200而言是固定的，例如数值孔径NA，折射率，发射光波长λ等。PSF可以在重构前计算好并保存在计算机109内，从而可以极大地节省三维重构过程30消耗的时间。
如图4所示，PSF代入到去卷积步骤3004内。本发明实施例提出基于各采样深度的PSF的噪声控制的最大似然去卷积NRML算法，NRML算法基于最大似然估计法(J.Sibarita."Deconvolution microscopy"inMicroscopy Techniques.Berlin,Germany:Springer,2005,pp.201-243)和Conchello函数(seeJ.Conchello et al.,"Fast regularizationtechnique for expectation maximization algorithm for optical sectioningmicroscopy",Three-Dimensional Microscopy:Image Acquisition and ProcessingIII,1996)，其迭代表达式为：
式中，
分别为噪声控制前后的待测物体光强度估计值，α为噪声控制参数，Fourier-1()为逆傅立叶变换函数，(wxo,wyo,wzo)为待测物体点的频域坐标，
为第(n+1)迭代时采样图片g(xi,yi,zi)的迭代更新值，η为能量守恒常数。Hk(wxo,wyo,wzo)为第k个PSF函数hk(x,y,z)的傅立叶变换值。在第n+2次迭代中，
的频域值作为新的噪声，控制前的估计值
从而得到新的估计值
在一定的迭代次数后，去卷积结果将趋于稳定并达到较好的去模糊效果，有利于精确三维体重构，进而进一步提高细胞内传输的精确度。
在一个实施例中，去卷积计算更适合在频域内计算以减小运算时间，最终的去卷积结果的频域值可以在最后迭代运算后，转换到时域内得到
和
在其中的一个范例中，最佳的噪声控制参数α可以根据待测细胞的测量确定，最佳的数值应该确保去卷积结果具有最佳的图像去模糊效果。
如图4所示，获得待测物体迭代后的噪声控制光强度估计值后，步骤3005将判断迭代是否达到收敛停止。本发明实施例适合使用两次迭代后的归一化均方差(NMSE)进行判断，其表达式为：
若NMSE的数值趋于常数，去卷积步骤3004停止，此时的迭代结果作为去卷积图片204。
在一个实施例中，去卷积步骤3004也可以设定在一定的迭代次数后停止。
4.接着，为了便于理解，一同介绍采用过滤式基于区域的图形分割，进行得到三维重构体的步骤(如图4中步骤3007-3011)。
在一个实施例中，所述总控装置109还可以用于：
对去卷积采样图片进行图片过滤处理，得到图片过滤处理的采样图片；
对所述图片过滤处理的采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片。
具体实施时，如图4所示，去卷积图片204进行图形分割操作以得到清晰的图像边界。发明人还发现了一个技术问题：由于待测物体荧光强度的不均匀性，去卷积过程中产生的高估将会导致原本不含有物体的采样层内产生虚假的错误边界。由于发明人发现上述技术问题，于是提出了适合采用过滤式基于区域的图形分割算法。沿着采样深度，采样图片的荧光强度曲线近似方波，位于边界的图层将与其相邻的图层具有最大的强度差。过滤步骤3007将从去卷积图片204中选取位于上下边界的图层，图形分割算法将处理位于上下边界之间的图层。图形分割的边界基于最小平均能量(S.Lankton et al.,"LocalizingRegion-Based Active Contours",IEEE Trans.Image Processing,vol.17,no.11,pp.2029-2039,2008,T.Chan and L.Vese,“Active contours without edges,”IEEETransactions on Image Processing,vol.10,no.2,pp.266–277,2001)，其表达式为：
式中，I(φ)为边界φ的邻域，
为I(φ)对于边界φ的偏导数，M(xb,yb,xn,yn)表示边界点(xb,yb)和邻域点(xn,yn)的间隙区域，θ为边界弧长系数，μ、v分别为边界点(xb,yb)处内部和外部的平均光强度值。
如图4所示，步骤3009判定分割处理的图像边界是否达到收敛。本发明实施例提供的方案适合采用相邻两次迭代边界的NMSE数值进行判定。若NMSE保持近似恒定，将边界和其内部的区域灰度值设定为255，而边界外部点设定为0，从而得到分割图片205。在步骤3011中，分割图片205利用体绘制的方法生成三维重构体206。
在一个实施例中，图形分割步骤3008也可以设定在一定的迭代次数后停止。
四、接着，介绍该系统实施对三维重构体进行几何分析处理得到最佳传输位置的步骤。
具体实施时，系统100接着启动几何分布过程40对重构的三维体进行分析，根据传输任务中目标细胞器的不同，得到相应的最佳传输位置。
在一个实施例中，所述总控装置109具体可以用于：
搜寻三维重构体内具有最大截面积的平面；
获取具有最大截面积的平面的椭圆拟合边界的长轴值和短轴值；
根据所述长轴值和短轴值，确定被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积；
根据被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积，搜寻三维重构体内的平衡平面；
根据三维重构体内的平衡平面，得到最佳传输位置。
具体实施时，如图4、图5a、图5b所示，基于体积的几何模型将分析三维重构体206获取最佳操作位置以引导微针106的运动。通常情况下，大部分操作设定细胞器最大截面处作为实施微操作的位置。然而发明人发现一个技术问题：由于细胞核等细胞器结构的不规律性，在此最大截面位置进行的细胞内传输操作中，将会不可避免地导致细胞器在微针106进入细胞后产生较大的偏移运动，使微针无法成功地穿破细胞核膜。由于考虑到上述技术问题，发明人提出：几何分析过程40中首先搜寻重构体206内具有最大截面积的平面Pmax(如图5a中的步骤4001)，其边界可以利用长为轴amax和短轴为bmax的椭圆拟合，其余的分割图片205也可以利用椭圆拟合(如图5a中的步骤4002)。接着，进行如图5a中的步骤4003，重构体206将由最大平面Pmax分为体积为Vu的上部分和体积为Vl的下部分，其表达式为：
Vu＝∑i≥PmaxVui； (11)
Vl＝∑i≤PmaxVui； (13)
式中，Vui、Vli为上下部分(被最大截面积分开的两个部分)内相邻两图层所构成的体积，ai、bi为相应图层内的拟合椭圆的长短轴。Δz为相邻平面的间距。在步骤4004中，系统100搜寻平衡平面Pbal。Pbal使得新的上部分(被平衡平面分开的两个部分中的上部分)体积V′u＝Vu±Vbal等于新的下部分(被平衡平面分开的两个部分中的下部分)体积Vl′＝Vl±Vbal。Vbal为平衡体积，其表达式为：
式中，Vbali为平衡平面Pbal与最大截面积的平面Pmax之间相邻两图层的体积。
在步骤4005中，最佳传输位置ODP将根据目标细胞器在平衡平面Pbal内选取。
在其中的一个范例中，最佳传输位置ODP可以位于平衡平面Pbal拟合椭圆的圆心处。
在其中的一个范例中，分割图片205在步骤4002中也可以根据目标细胞器几何特征选取其他的图形进行拟合。
五、接着，介绍该系统实施在三维信息引导下的细胞传输过程的运动控制，及细胞内传输的详细过程。
接着在位置调整过程50中，系统关闭荧光源110，开启白光源111，调整微针106的高度，并将微针针尖与最佳传输位置横向对齐。
在一个实施例中，如图6所示，所述微针106的针尖朝向微流控芯片108固定有待测细胞200的一侧，所述微针106平行于所述载物台102；
如图7所示，所述微控制器105具体可以用于：根据所述位置调整指令，控制微针106在竖直方向上移动，以调整微针106高度至最佳传输位置所在平面；控制载物台102在与微流控芯片108固定有待测细胞200的一侧边平行的方向移动，以调整微针106与最佳传输位置对齐；控制载物台102朝向微针106的方向移动，以使微针到达被固定待测细胞200内的所述最佳传输位置。
具体实施时，上述控制微针106和载物台102移动，以调整微针到达细胞内最佳传输位置的方案进一步提高了细胞内传输的效率和准确率。当然，具体实施时，还可以单独控制微针或单独控制载物台移动，以到达细胞内最佳传输位置。
具体实施时，如图6和图7所示，系统100操作可动载物台102和微针106到达最佳传输位置OPD。微针106沿着z轴竖直方向调整高度到达平衡平面Pbal。可动载物台102横向沿y轴运动，使得微针106的针尖与OPD对齐。控制器移动载物台102沿x轴方向运动，使得微针106到达最佳传输位置后成功地穿破细胞膜，并完成传输任务。系统100(微控制器)的动力学模型如下：
式中，M、B、G为可动载物台102及微针106构成的运动模块的质量、阻尼、重力矩阵，τ为输入向量；τd为运动干扰量，q＝[x0,y0,z0]为物空间的载物台坐标向量，其与图像空间坐标向量[xi,yi,zi]T有如下关系：
式中，T＝diag[Tx,Ty,Tz]T为坐标转换系数矩阵，Tx、Ty为x，y轴坐标转换系数，
为z轴坐标转换系数，zd表示两个坐标下的竖直间距。发明人还发现了一个技术问题：传输操作很容易由于外界干扰和系统的不确定性而导致失败，因此，本发明人提出了基于滑模量的控制算法。
在其中的一个范例中，基于滑模量的控制算法假设σ为含有不确定量的3维向量，系统100的动力学模型有如下表达式：
式中，
为算法估计的运动模块(载物台102及微针106构成的运动模块)的质量、阻尼、重力矩阵，
定义为
qd为目标位置；ε为实常数；qe＝qd-q为位置误差。Y为回归矩阵，滑模向量S定义为
控制器设计如下，即在一个实施例中，所述微控制器105具体可以用于：根据所述位置调整指令，按照如下模型控制微针106和载物台102移动，使得微针106到达被固定待测细胞200内的所述最佳传输位置：
τ＝τ0+τs； (19)
式中，τ0为负责补偿模型内不确定参数的向量，τs负责补偿外部扰动的向量，其表达式如下：
τS＝-Karctan(S)； (21)
式中，K＝diag[Kx,Ky,Kz]为增益矩阵，arctan(S)为滑模量的反正切函数，Γ正则矩阵。此控制器能够在不受模型不确定量和外界干扰影响下，准确地操作微针106和载物台102完成传输操作，进一步提高了细胞内传输的准确率。
如图3所示，在过程60确保对齐后，系统100开启传输过程70，微针106穿破细胞质膜和细胞器膜后到达最佳传输位置，微注射器107提供正压将内部物质传递到细胞器内。系统100接着移动载物台102到下一个视野中，并为新的传输操作重新搜寻下一个固定细胞200，即开始步骤80。
本发明实施例提供的技术方案优势在于：
1)在传输操作前，细胞需要进行固定处理以防止操作时细胞的运动。本发明实施例使用微流控芯片固定待测细胞，相对于其他固定方法，例如利用微针吸附细胞，微流控能够在较短的时间内固定并排列更多的细胞。本方法将斜面开口的微针安装在机器人辅助显微镜系统的操作台上，利用微针传递外部物质。而生物、化学传输方法：囊泡，病毒等作为载体等，以及物理方法：电穿孔，微流芯片，磁球等，外部物质只能传输到细胞质内，并间接地扩散到目标细胞器内。而在DNA转染中，大部分的DNA物质必须在细胞核内实现功能，而细胞质的扩散将降低其的生物活性。本方法采用的微针能够直接穿透多层细胞膜，同时具备精确的传输剂量和时间控制的能力，更适合细胞内物质的传输。
2)获取最佳传输位置时成功的细胞内传输操作的关键。早期的传输操作集中研究了贴壁细胞，而贴壁细胞具有较平整表面形态，其内部的细胞器较容易定位。而悬浮细胞在细胞培养液中呈现近似圆球的形态，相较于贴壁细胞具有更大的高度。因此，微针在不适宜的高度上将很难成功地穿破细胞膜。目前一些研究提出了一些微针高度调整算法，例如模板匹配，熵计算法，但是由于细胞器与周围细胞质的图像具有高度地相似性，这些算法无法获取细胞核等细胞器及细胞内微小部件的位置。本方法提出基于宽场荧光显微镜采样图片的三维重构算法，并进行几何分析得到最佳的传输操作位置，极大地避免了微针在刺破细胞膜过程中细胞的倾斜运动，提高了传输成功率。
3)传统的诊所操作依赖训练有素的操作员完成细胞内操作，操作员必须人为手动地将微操作工具和目标物体对齐，凭借经验调节微操作工具的位置。疲劳和经验将不可避免地会引起导致实验的失败，从而降低了细胞操作的效率。本方法提出了能够补偿外部干扰的高鲁棒性控制算法，同时提出了细胞内自动化传输操作的策略，消除了人为操作带来的误差，提高了细胞内传输的效率。
综上，本发明实施例提出了使用机器人辅助显微镜系统利用三维图像重构信息进行精确自动化细胞内传输的方法。本方法通过对目标细胞器的进行三维图像重构，和几何分析获取最佳传输位置，并利用高鲁棒性控制器(微控制器)精确操作系统内的微工具完成外界物质的传输。本发明具有高成功率，高传输精度，低细胞损伤的特点，在如DNA/RNA转染等的基因编辑，微组装等生物医学操作中具有广泛的应用。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种将外界物质传输到细胞内的总控装置，如下面的实施例所述。由于将外界物质传输到细胞内的总控装置解决问题的原理与将外界物质传输到细胞内的系统相似，因此将外界物质传输到细胞内的总控装置的实施可以参见将外界物质传输到细胞内的系统的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图8是本发明实施例中将外界物质传输到细胞内的总控装置的结构示意图，如图8所示，该装置包括：
采样控制单元1091，用于控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；
三维重构单元1092，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；
最佳传输位置确定单元1093，用于对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
传输控制单元1094，用于在微控制器根据位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种将外界物质传输到细胞内的微控制器，如下面的实施例所述。由于将外界物质传输到细胞内的微控制器解决问题的原理与将外界物质传输到细胞内的系统相似，因此将外界物质传输到细胞内的微控制器的实施可以参见将外界物质传输到细胞内的系统的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图9是本发明实施例中将外界物质传输到细胞内的微控制器的结构示意图，如图9所示，该微控制器包括：
接收单元1051，用于接收位置调整指令；所述位置调整指令中包括最佳传输位置；
位置调整控制单元1052，用于根据所述位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种将外界物质传输到细胞内的方法，应用于系统，如下面的实施例所述。由于应用于系统的将外界物质传输到细胞内的方法，解决问题的原理与将外界物质传输到细胞内的系统相似，因此应用于系统的将外界物质传输到细胞内的方法的实施可以参见将外界物质传输到细胞内的系统的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图10是本发明实施例中应用于系统的将外界物质传输到细胞内的方法的流程示意图，如图10所示，该方法包括如下步骤：
步骤701：总控装置控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；该步骤对应图3中的步骤20光学采样；
步骤702：总控装置对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；该步骤对应图3中的步骤30三维重构；
步骤703：总控装置对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；该步骤对应图3中的步骤40；
步骤704：微控制器根据所述位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质；该步骤对应图3中的步骤50-步骤60；
步骤705：总控装置在微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部；该步骤对应图3中的步骤70。
如图3所示，在步骤70之后还包括移动到另一区域的步骤80，进行搜寻下一细胞，进行下一细胞内传输的过程。
在一个实施例中，上述将外界物质传输到细胞内的方法还可以包括：总控装置在控制显微镜的物镜对所述待测细胞进行光学采样之前，控制开启荧光源，关闭白光源；在发送位置调整指令至微控制器之前，控制关闭荧光源，开启白光源。
在一个实施例中，微控制器根据所述位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置，可以包括：
根据所述位置调整指令，控制微针在竖直方向上移动，以调整微针高度至最佳传输位置所在平面；
控制载物台在与微流控芯片固定有待测细胞的一侧边平行的方向移动，以调整微针与最佳传输位置对齐；
控制载物台朝向微针的方向移动，以使微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；
其中，所述微针的针尖朝向微流控芯片固定有待测细胞的一侧，所述微针平行于所述载物台。
在一个实施例中，总控装置对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体，可以包括：
将所述采样图片转换为灰度采样图片；
从所述灰度采样图片中提取目标区域，得到目标采样图片；
根据预先建立的点扩散函数PSF，得到目标采样图片对应的点扩散函数PSF值；
根据点扩散函数PSF值，对所述目标采样图片进行去卷积处理，得到去卷积采样图片；
对去卷积采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片；
根据所述分割采样图片，得到待测细胞对应的三维重构体。
在一个实施例中，对去卷积采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片，可以包括：
对去卷积采样图片进行图片过滤处理，得到图片过滤处理的采样图片；
对所述图片过滤处理的采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片。
在一个实施例中，总控装置对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置，可以包括：
搜寻三维重构体内具有最大截面积的平面；
获取具有最大截面积的平面的椭圆拟合边界的长轴值和短轴值；
根据所述长轴值和短轴值，确定被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积；
根据被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积，搜寻三维重构体内的平衡平面；
根据三维重构体内的平衡平面，得到最佳传输位置。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种将外界物质传输到细胞内的方法，应用于总控装置，如下面的实施例所述。由于应用于总控装置的将外界物质传输到细胞内的方法，解决问题的原理与将外界物质传输到细胞内的系统相似，因此应用于总控装置的将外界物质传输到细胞内的方法的实施可以参见将外界物质传输到细胞内的系统的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图11是本发明实施例中应用于总控装置的将外界物质传输到细胞内的方法的流程示意图，如图11所示，该方法包括如下步骤：
步骤801：控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；
步骤802：对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；
步骤803：对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
步骤804：在微控制器根据位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种将外界物质传输到细胞内的方法，应用于微控制器，如下面的实施例所述。由于应用于微控制器的将外界物质传输到细胞内的方法，解决问题的原理与将外界物质传输到细胞内的系统相似，因此应用于微控制器的将外界物质传输到细胞内的方法的实施可以参见将外界物质传输到细胞内的系统的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图12是本发明实施例中应用于微控制器的将外界物质传输到细胞内的方法的流程示意图，如图12所示，该方法包括如下步骤：
步骤901：接收位置调整指令；所述位置调整指令中包括最佳传输位置；
步骤902：根据所述位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述将外界物质传输到细胞内的方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述将外界物质传输到细胞内的方法的计算机程序。
本发明实施例的有益技术效果是：本发明实施例提供的将外界物质传输到细胞内的方案实现了高效准确地将物质传输到细胞内，提高了传输成功率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，包括：显微镜(101)、载物台(102)、物镜(103)、微控制器(105)、微针(106)、微注射器(107)、微流控芯片(108)和总控装置(109)，其中：
微流控芯片(108)，用于固定待测细胞(200)；
载物台(102)，用于放置固定有待测细胞(200)的微流控芯片(108)；
显微镜(101)的物镜(103)，与总控装置(109)连接，用于在总控装置(109)的控制下，对所述待测细胞(200)进行光学采样，得到采样图片；
总控装置(109)，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞(200)对应的三维重构体；对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器(105)；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
微控制器(105)，与总控装置(109)连接，用于根据所述位置调整指令，控制微针(106)和/或载物台(102)移动，使得微针(106)到达被固定待测细胞(200)内的所述最佳传输位置；所述微针(106)内预置有待传输外界物质；
微注射器(107)，与总控装置(109)连接，用于在总控装置(109)的控制下，提供推射压力给微针(106)，将微针(106)内的待传输外界物质传输到细胞内部。
2.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，还包括：成像装置(104)，用于在显微镜(101)的物镜(103)对所述待测细胞(200)进行光学采样时成像得到采样图片。
3.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，还包括：荧光源(110)和白光源(111)；
所述总控装置(109)还用于：在控制显微镜(101)的物镜(103)对所述待测细胞(200)进行光学采样之前，控制开启荧光源(110)，关闭白光源(111)；在发送位置调整指令至微控制器(105)之前，控制关闭荧光源(110)，开启白光源(111)。
4.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述微针(106)的针尖朝向微流控芯片(108)固定有待测细胞(200)的一侧，所述微针(106)平行于所述载物台(102)；
所述微控制器(105)具体用于：根据所述位置调整指令，控制微针(106)在竖直方向上移动，以调整微针(106)高度至最佳传输位置所在平面；控制载物台(102)在与微流控芯片(108)固定有待测细胞(200)的一侧边平行的方向移动，以调整微针(106)与最佳传输位置对齐；控制载物台(102)朝向微针(106)的方向移动，以使微针到达被固定待测细胞(200)内的所述最佳传输位置。
5.如权利要求4所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述微控制器(105)具体用于：根据所述位置调整指令，按照如下模型控制微针(106)和载物台(102)移动，使得微针(106)到达被固定待测细胞(200)内的所述最佳传输位置：
τ＝τ0+τs；其中：
τS＝-Karctan(S)；
式中，
为载物台(102)及微针(106)构成的运动模块的质量估计矩阵、
为所述运动模块的阻尼估计矩阵、
为所述运动模块的重力估计矩阵，K＝diag[Kx,Ky,Kz]为增益矩阵，arctan(S)为滑模量的反正切函数，Γ为正则矩阵，τd为运动干扰量，
为所述运动模块内参数估计矩阵。
6.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述总控装置(109)具体用于：
将所述采样图片转换为灰度采样图片；
从所述灰度采样图片中提取目标区域，得到目标采样图片；
根据预先建立的点扩散函数PSF，得到目标采样图片对应的点扩散函数PSF值；
根据点扩散函数PSF值，对所述目标采样图片进行去卷积处理，得到去卷积采样图片；
对去卷积采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片；
根据所述分割采样图片，得到待测细胞对应的三维重构体。
7.如权利要求6所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述总控装置(109)还用于：
对去卷积采样图片进行图片过滤处理，得到图片过滤处理的采样图片；
对所述图片过滤处理的采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片。
8.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述总控装置(109)具体用于：
搜寻三维重构体内具有最大截面积的平面；
获取具有最大截面积的平面的椭圆拟合边界的长轴值和短轴值；
根据所述长轴值和短轴值，确定被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积；
根据被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积，搜寻三维重构体内的平衡平面；
根据三维重构体内的平衡平面，得到最佳传输位置。
9.一种将物质传输到细胞内的总控装置，其特征在于，包括：
采样控制单元，用于控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；
三维重构单元，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；
最佳传输位置确定单元，用于对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
传输控制单元，用于在微控制器根据位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。
10.一种将物质传输到细胞内的微控制器，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收位置调整指令；所述位置调整指令中包括最佳传输位置；
位置调整控制单元，用于根据所述位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质。
11.一种将物质传输到细胞内的方法，应用于系统，其特征在于，包括：
总控装置控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；
总控装置对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；
总控装置对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
微控制器根据所述位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质；
总控装置在微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。
12.如权利要求11所述的将物质传输到细胞内的方法，其特征在于，还包括：
总控装置在控制显微镜的物镜对所述待测细胞进行光学采样之前，控制开启荧光源，关闭白光源；在发送位置调整指令至微控制器之前，控制关闭荧光源，开启白光源。
13.如权利要求11所述的将物质传输到细胞内的方法，其特征在于，微控制器根据所述位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置，包括：
根据所述位置调整指令，控制微针在竖直方向上移动，以调整微针高度至最佳传输位置所在平面；
控制载物台在与微流控芯片固定有待测细胞的一侧边平行的方向移动，以调整微针与最佳传输位置对齐；
控制载物台朝向微针的方向移动，以使微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；
其中，所述微针的针尖朝向微流控芯片固定有待测细胞的一侧，所述微针平行于所述载物台。
14.如权利要求11所述的将物质传输到细胞内的方法，其特征在于，总控装置对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体，包括：
将所述采样图片转换为灰度采样图片；
从所述灰度采样图片中提取目标区域，得到目标采样图片；
根据预先建立的点扩散函数PSF，得到目标采样图片对应的点扩散函数PSF值；
根据点扩散函数PSF值，对所述目标采样图片进行去卷积处理，得到去卷积采样图片；
对去卷积采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片；
根据所述分割采样图片，得到待测细胞对应的三维重构体。
15.如权利要求14所述的将物质传输到细胞内的方法，其特征在于，对去卷积采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片，包括：
对去卷积采样图片进行图片过滤处理，得到图片过滤处理的采样图片；
对所述图片过滤处理的采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片。
16.如权利要求11所述的将物质传输到细胞内的方法，其特征在于，总控装置对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置，包括：
搜寻三维重构体内具有最大截面积的平面；
获取具有最大截面积的平面的椭圆拟合边界的长轴值和短轴值；
根据所述长轴值和短轴值，确定被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积；
根据被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积，搜寻三维重构体内的平衡平面；
根据三维重构体内的平衡平面，得到最佳传输位置。
17.一种将物质传输到细胞内的方法，应用于总控装置，其特征在于，包括：
控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；
对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；
对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
在微控制器根据位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。
18.一种将物质传输到细胞内的方法，应用于微控制器，其特征在于，包括：
接收位置调整指令；所述位置调整指令中包括最佳传输位置；
根据所述位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质。
19.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求11至18任一所述方法。
20.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求11至18任一所述方法的计算机程序。
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|---|---|
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