CN113528340A - 一种肿瘤细胞的培养系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肿瘤细胞的培养系统；包括壳体、培养室；所述壳体的内部设有隔板，所述隔板的上方设有供氧机构，隔板的下方为所述培养室，所述供氧机构包括第一机构、第二机构、第三机构，所述第一机构、第二机构、第三机构均连接有曲轴，所述曲轴的一端连接有电机，所述第二机构的底部连接有导气管，所述导气管另一端连接有分流板；通过设置的供氧系统，保证肿瘤细胞在培养的过程中有充足的氧气含量，通过监测培养液中的溶氧量，通过工控机控制电机进行转动，为培养皿内加速通入新鲜空气，提高新鲜空气进入的速率，简化操作步骤，提高培养效率。

Description

一种肿瘤细胞的培养系统

技术领域

本发明属于细胞培养技术领域，尤其涉及一种肿瘤细胞的培养系统。

背景技术

肿瘤对人类是威胁最大的疾病，肿瘤细胞培养是研究癌变机理，抗癌药检测，癌分子生物学及其重要的手段，肿瘤细胞培养对阐明和解决癌症起着不可估量的作用，肿瘤细胞与体内的正常细胞相比，不论是在体外或者射在体内、在形态、生长增殖、遗传性状的方面都有显著的不同，生长在体内的肿瘤细胞和体外培养的肿瘤细胞它的差异较小但也并非完全相同。

目前肿瘤细胞一般在培养皿中进行培养，由于细胞的生理机制对环境温度、含氧量较高，所以细胞体外培养的难度较大，现有的培养肿瘤细胞的方法，直接将组织块防止在培养皿中，对放置培养皿的室内环境进行控制，导致对温度和溶氧量只能通过间接的方式测得，控制精确度较差，导致肿瘤细胞培养的环境产生不稳定因素，影响肿瘤细胞的培养质量，并且由于培养皿的密封环境，要定期进行打开通氧处理，供氧不足导致细胞培养质量下降，供养过程繁琐，效率低；同时目前在肿瘤细胞培养的过程中，缺少相应的肿瘤细胞质量监测系统，对于细胞培养的情况不能及时的把控，导致培养的细胞不及时处理发生老化，不能及时提取高质量的肿瘤细胞，从而导致肿瘤细胞培养的效率偏低，以上。

中国专利申请号201911369347.2公开了细胞培养系统和细胞培养装置；包括储液部件，其被构造为储存要被供应到细胞培养容器中的液体，该液体包括培养基或试剂；以及细胞收集部件，其被构造为收集在细胞培养容器中培养的细胞，其中细胞培养容器、储液部件和细胞收集部件至少在从向细胞培养容器供给液体到取出培养的细胞期间通过空间封闭系统的管线连接，并且其中细胞培养容器以包括供液/排液端口的多级搁板的形式设置在培养箱中。上述技术方案中，供氧系统不完善，容易导致细胞培养过程中出现死亡的现象，影响细胞的培养质量。

中国专利申请号201921126193.X公开了一种方便取细胞培养皿的细胞培养箱，涉及细胞培养箱技术领域，其包括细胞培养箱本体，所述细胞培养箱本体内壁的左右两侧面分别开设有若干个滑槽，且若干个滑槽两两相对，且其中两对滑槽内分别设置有四个滑块。该方便取细胞培养皿的细胞培养箱，通过阀门、蓄水盒、加水管、水箱、滑块、滑槽、转把、螺纹柱、螺纹帽、灯组、拉把、滑杆和卡槽之间的相互配合工作。上述技术方案中采用培养皿对细胞进行培养，虽然达到了取用方便，但是对于培养过程中细胞的培养质量难以把控和监测，还有待提高。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供了一种肿瘤细胞的培养系统，通过设置的供氧系统，保证肿瘤细胞在培养的过程中有充足的氧气含量，通过监测培养液中的溶氧量，通过工控机控制电机进行转动，为培养皿内加速通入新鲜空气，提高新鲜空气进入的速率，简化操作步骤，提高培养效率，提升细胞培养质量；通过对细胞图像的处理和分析，提升细胞培养过程中监测的准确性，有利于及时调整培养环境，提升细胞培养的成活率，保证细胞培养质量。

本发明提供如下技术方案：

一种肿瘤细胞的培养系统；包括壳体、培养室；所述壳体的内部设有隔板，所述隔板的上方设有供氧机构，隔板的下方为所述培养室，所述供氧机构包括第一机构、第二机构、第三机构，所述第一机构、第二机构、第三机构均连接有曲轴，所述曲轴的一端连接有电机，所述第二机构的底部连接有导气管，所述导气管另一端连接有分流板；所述培养室设有进料口，所述进料口设置在所述分流板的下方，培养室远离进料口的一侧设有放气阀，所述放气阀设置在分流板的上方，所述放气阀的下方设有出料口；

培养系统还包括控制传输模块、分析处理模块，所述控制传输模块包括多个传感器、数据采集卡、工控机、电机、恒温加热器；所述分析处理模块包括溶氧度测量模块、温度测量模块、细胞图像分析子模块；所述工控机通过串行通信方式从数据采集卡获取信号，多个所述传感器与数据采集卡之间通过数字信号频带传输。

优选的，所述第一机构与第三机构对称的设置在所述第二机构的两侧，所述第一机构和第三机构的结构相同，所述曲轴贯穿第三机构，且与第三机构构成转动连接，所述曲轴同时贯穿第一机构，且与第一机构构成转动连接，所述电机驱动曲轴转动。

优选的，所述第一机构包括第一筒体，所述曲轴设置在第一筒体内部靠近顶部的位置，所述曲轴上设有第一转块，第一转块与所述曲轴转动连接，所述第一转块的外侧壁连接有第一连杆，所述第一连杆的另一端通过销轴转动连接有第一推杆，所述第一推杆的另一端连接有第一活塞块，所述第一活塞块与第一筒体内壁通过橡胶垫滑动密封连接，所述第一筒体的底部设有进气口，所述进气口处在第一筒体的内侧设有第一气门，所述第一筒体的外侧壁靠近底部的位置连接有第一进气管，第一进气管的另一端与第二机构连接。

优选的，所述第二机构包括第二筒体，所述曲轴设在第二筒体外部的上方，曲轴上连接有第二转块，所述第二转块的外侧壁连接有第二连杆，所述第二连杆贯穿第二筒体的顶壁，第二连杆的另一端连接有第二推杆，所述第二推杆的另一端连接有第二活塞块，所述第二活塞块与第二筒体内壁通过橡胶垫滑动密封连接。

优选的，所述第二筒体的外侧壁靠近底部位置对称连接有第一进气管和第二进气管，第一进气管与第一机构连接，第二筒体与第二机构连接，所述第二筒体的底部连接有导气管，第二筒体通过导气管与分流板连通。

优选的，所述导气管与第二筒体之间设有盒体，所述盒体为密封结构，所述盒体内部设有第二气门，所述第二气门通过合页与第二筒体的外侧壁转动连接。

优选的，所述第一进气管与第二筒体的连接处对应设有第一进气口，所述第二进气管与第二筒体的连接处对应设有第二进气口，第一进气口与第二进气口均设有第三气门，所述第三气门设置在第二筒体的内壁，第三起门通过合页与第二筒体的内壁转动连接。

优选的，所述分流板上开设有多个出气孔，所述出气孔均匀的分布在分流板的一侧。

优选的，所述溶氧度测量模块和温度测量模块包括数据采集模块、数据分析模块、数据存储模块、数据显示模块四个子模块，所述数据采集模块控制传感器将培养室内的溶氧量和温度的信息进行采集，数据分析模块对采集的信息数据进行处理，通过显示屏显示，并对处理的数据进行存储。

优选的，所述细胞图像分析子模块包括细胞图像获取、细胞图像处理、测量对比、得出细胞质量结果，首先通过相差显微镜获取细胞图像，并且对图向进行预处理，降低图像中的噪声污染，之后将数据分段，设定感兴趣区域，进行数据提取，增加图像精致度；其次将获取的图像分为多个层级结构信息，并且基于细胞主要信息提出帧间关联方法，用于检测和跟踪细胞，对图像进行分割处理；最后将上述图像处理结果的几何参数与细胞图像的标准值进行对比，得出培养细胞质量结果。

优选的，多个所述传感器包括溶氧传感器、温度传感器，所述溶氧传感器设置在培养室的内部，通过信号线与信号采集卡连接，溶氧传感器测量培养液的溶氧量；温度传感器设置在培养室的内部，通过信号线与信号采集卡连接，温度传感器测量培养室内的温度。

优选的，所述所述数据采集卡型号（XLMJ-USB-9210），溶氧传感器型号（SOD2110M1-DO200）；温度传感器型号（602F-3500F）。

优选的，当溶氧传感器检测到培养室内的溶氧量低小于正常时值的时候，工控机控制打开电机，电机带动曲轴转动，曲轴在转动的过程中，当第一筒体内的曲轴带动第一连杆和第一推杆向上运行时，由于进气口的第一气门受到负压的作用，呈开启状态，空气进入第一筒体内，且第一进气管处设置的第三进气门呈受到负压作用成闭合状态；第二筒体与第一筒体状态相同；同时，第三筒体内的的第二连杆和第二推杆受到曲轴的作用向下运动，此过程中，由于第三气门受到负压作用呈闭合状态，第二筒体底部的导气管处设置的第二气门受到压力作用呈比开启状态，第二筒体内的空气受到压力作用快速进入到导气管中，从导气管进入到分流板，经分流板的出气孔均匀的输入到培养室内，相对于传统的培养皿，大大提高了输氧效率，使培养室内空气快速得到替换，保证新空气进入，提升细胞培养的质量。当曲轴带动第二连杆和第二推杆向上运动时，第一进气管和第二进气管出的第二气门受负压呈开启状，第一气门受到负压作用呈闭合状态，此时，第一筒体内的第一连杆带动第一推杆向下运动，第一活塞块挤压第一筒体内的空气，通过呈开启状态的第二气门快速进入到第三筒体内，完成对第三筒体注入新鲜的空气的及时补充，进一步提高了培养室内氧气供给的速率和废气更换速率。

优选的，当第三筒体内的压强P越大时，导气管内的空气流速v越快，为了进一步提高空气的快速注入，同时防止空气流速v不能过大，保证安全，培养室设有自动放气阀，防止第三筒体压强过大，所述压强P与空气流速v之间满足P=η·（P1+P2）v/2；上式中，P、P1、P2单位，kPa；v单位m³/小时；η为压强系数，取值范围为0.85-3.66；P1为第一筒体内的压强，P2为第二筒体内的压强。为了进一步保证培养室的使用安全，第三筒体的压强P大于等于1小于等于5，则η取1，已知P1+P2的压强值为定值2，则当P为1时，空气流速v为1，则当P为2时，空气流速v为2，则当P为3时，空气流速v为3，则当P为4时，空气流速v为4，则当P为5时，空气流速v为5；由此可知，安全空气流速v为大于等于1小于等于5。

温度测量模块的数据采集卡通过温度传感器进行温度采集时，处理步骤包括，a，培养室设置的采样频率为1Hz，且每隔1毫秒工控机的MCU（28M35）通过数据采集卡的AD芯片连续读取n个有效温度值；

b，去掉采集有效温度值中的最大值和最小值，取剩下数据的平均值，并且存储到对应的数组P里；

c，采用五阶小波分解数组P，得到对应的细节小波系数序列p1，p2，p3，p4，p5，在对每个细节小波系数序列进行给定阈值的滤波处理，得到p11，p22，p33，p44，p55；

d，对步骤C中得到的新数据组进行小波反变换，滤波完成得到干净的温度信号。

通过以上方法对采集的温度信号进行处理，温度精确度控制能够达到0.1℃以内，不仅能够抵抗外界随即噪声的抗干扰能力，又提高了培养室温度控制的准确性，有利于细胞的培养繁殖。

优选的，所述溶氧量度测量模块的测量和分析方法与上述方法一致。

另外，所述细胞图像分析子模块对于细胞图像处理的过程中，细胞图像的像素为Y，特征聚类类别数为3，最大允许误差为0.25，权重为1.5-4；根据细胞图片像素信息将数据特征信号分层，对每一层的数据均采用聚类算法找出每一层数据的类中心，得出新的数据集合，对于新的数据通过模糊均值算法确定最佳分类中心和聚类中心，采用此方法直到新的聚类中心与上次得到的聚类中心距离在允许误差范围内，最后得出图像多层级结构的信息抽取，多层级结构的信息抽取包括主要信息、中间信息、次要信息，同时对序列第一帧制作针对主要信息的目标初始化结果，之后，基于主要信息帧间传播的过程中会出现目标细胞粘连，为了减小细胞之间粘连对细胞检测的影响，提高细胞检测精度，需要将粘连的细胞进行分割，针对两个凸目标粘连的情况，必定存在有凹陷的边缘，通过求的当前粘连区域的凸集，能够检测到凹陷的线段，基于目标连接处必定存在凹陷的性质，凹陷的连接处存在对称的一对凹陷线段；设当前存在的一对凹陷线段A和B，D1是分割线的起始点，D2时分割线的终止点，则对于两条对称的凹陷线段评价指标满足L=r/(r+d1+d2)；A=(a1+a2)/2π；S=（L+A）/2；上式中，L为凹陷线段长度指标，A为凹陷线段角度指标，S为凹陷线段的综合指标；r是切割线D1D2的长度，d1时点D1到凹陷线段A一的垂直距离，d2时点D2到凹陷线段B的垂直距离，a1时分割线与凹陷线段A的夹角，a2时分割线与凹陷线段B的夹角；在实际应用时提出像素点小于某一阈值的凹陷线段。通过上述方法对图像中粘连细胞进行分割，有效解决目标细胞粘连情况，进一步增加了细胞识别的准确性，同时通过对图像像素采用层级结构处理的方法，得出精确的图像细胞几何参数，与细胞培养的标准参数做对比时，进一步增加了对比的精确性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明一种肿瘤细胞的培养系统，通过设置的供氧系统，保证肿瘤细胞在培养的过程中有充足的氧气含量，通过监测培养液中的溶氧量，通过工控机控制电机进行转动，为培养皿内加速通入新鲜空气，提高新鲜空气进入的速率，简化操作步骤，提高培养效率，提升细胞培养质量。

（2）本发明一种肿瘤细胞的培养系统，通过对细胞图像的处理和分析，提升细胞培养过程中监测的准确性，有利于及时调整培养环境，提升细胞培养的成活率，保证细胞培养质量。

（3）本发明一种肿瘤细胞的培养系统，供氧机构的过程中，第一筒体内的第一连杆带动第一推杆向下运动，第一活塞块挤压第一筒体内的空气，通过呈开启状态的第二气门快速进入到第三筒体内，完成对第三筒体注入新鲜的空气的及时补充，进一步提高了培养室内氧气供给的速率和废气更换速率。

（4）本发明一种肿瘤细胞的培养系统，通过对采集的温度信号进行处理，温度精确度控制能够达到0.1℃以内，不仅能够抵抗外界随即噪声的抗干扰能力，又提高了培养室温度控制的准确性，有利于细胞的培养繁殖。

（5）本发明一种肿瘤细胞的培养系统，通过对图像中粘连细胞进行分割，有效解决目标细胞粘连情况，进一步增加了细胞识别的准确性，同时通过对图像像素采用层级结构处理的方法，得出精确的图像细胞几何参数，与细胞培养的标准参数做对比时，进一步增加了对比的精确性。

（6）本发明一种肿瘤细胞的培养系统，通过两条对称的凹陷线段评价指标满足的标准做限定，将粘连细胞分割，减小细胞之间粘连对细胞检测的影响，提高细胞检测精度。

（7）本发明一种肿瘤细胞的培养系统，通过限定所述压强与空气流速之间的关系，为了进一步提高空气的快速注入，同时防止空气流速不能过大，保证安全，培养室设有自动放气阀，防止第三筒体压强过大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的供氧机构示意图。

图3是本发明的第一机构示意图。

图4是本发明的第三机构示意图。

图5是本发明的分流板示意图。

图6是本发明的第三机构局部放大示意图。

图7是本发明的溶氧度检测框图。

图8是本发明的温度检测框图。

图9是本发明的数据采集模块框图。

图10是本发明的数据流程图。

图11是本发明的温度数据处理流程图。

图12是本发明的细胞图像数据处理流程图。

图中：1、壳体；2、隔板；3、培养室；4、供氧机构；5、电机； 6、进料口；7、分流板；8、导气管；9、放气阀；10、出料口；41、第一机构；42、第二机构；43、第三机构；44、曲轴；45、第一进气管；46、第二进气管；411、第一筒体；412、第一转块；413、第一连杆；414、第一推杆；415、第一活塞块；416、进气口；417、第一气门；431、第二筒体；432、第二转块；433、第二连杆；434、第二推杆；435、第二活塞块；436、盒体；437、第二气门；438、第三气门；71、出气孔。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参考图1，一种肿瘤细胞的培养系统；包括壳体1、培养室3；所述壳体1的内部设有隔板2，所述隔板2的上方设有供氧机构4，隔板2的下方为所述培养室3，所述供氧机构4包括第一机构41、第二机构42、第三机构43，所述第一机构41、第二机构42、第三机构43均连接有曲轴44，所述曲轴44的一端连接有电机5，所述第二机构42的底部连接有导气管8，所述导气管8另一端连接有分流板7；所述培养室3设有进料口6，所述进料口6设置在所述分流板7的下方，培养室3远离进料口6的一侧设有放气阀9，所述放气阀9设置在分流板7的上方，所述放气阀9的下方设有出料口10；

实施例二：

请参考图2-6，在实施例一的基础上，所述第一机构41与第三机构43对称的设置在所述第二机构42的两侧，所述第一机构41和第三机构43的结构相同，所述曲轴44贯穿第三机构43，且与第三机构43构成转动连接，所述曲轴44同时贯穿第一机构41，且与第一机构41构成转动连接，所述电机5驱动曲轴44转动。

所述第一机构41包括第一筒体411，所述曲轴44设置在第一筒体411内部靠近顶部的位置，所述曲轴44上设有第一转块412，第一转块412与所述曲轴44转动连接，所述第一转块412的外侧壁连接有第一连杆413，所述第一连杆413的另一端通过销轴转动连接有第一推杆414，所述第一推杆414的另一端连接有第一活塞块415，所述第一活塞块415与第一筒体411内壁通过橡胶垫滑动密封连接，所述第一筒体411的底部设有进气口416，所述进气口416处在第一筒体411的内侧设有第一气门417，所述第一筒体411的外侧壁靠近底部的位置连接有第一进气管45，第一进气管45的另一端与第二机构42连接。

所述第二机构42包括第二筒体431，所述曲轴44设在第二筒体431外部的上方，曲轴44上连接有第二转块432，所述第二转块432的外侧壁连接有第二连杆433，所述第二连杆433贯穿第二筒体431的顶壁，第二连杆433的另一端连接有第二推杆434，所述第二推杆434的另一端连接有第二活塞块435，所述第二活塞块435与第二筒体431内壁通过橡胶垫滑动密封连接。

所述第二筒体431的外侧壁靠近底部位置对称连接有第一进气管45和第二进气管46，第一进气管45与第一机构41连接，第二筒体431与第二机构42连接，所述第二筒体431的底部连接有导气管8，第二筒体431通过导气管8与分流板7连通。

所述导气管8与第二筒体431之间设有盒体436，所述盒体436为密封结构，所述盒体436内部设有第二气门437，所述第二气门437通过合页与第二筒体431的外侧壁转动连接。

所述第一进气管45与第二筒体431的连接处对应设有第一进气口416，所述第二进气管46与第二筒体431的连接处对应设有第二进气口416，第一进气口416与第二进气口416均设有第三气门438，所述第三气门438设置在第二筒体431的内壁，第三起门通过合页与第二筒体431的内壁转动连接。

所述分流板7上开设有多个出气孔71，所述出气孔71均匀的分布在分流板7的一侧。

当溶氧传感器检测到培养室3内的溶氧量低小于正常时值的时候，工控机控制打开电机5，电机5带动曲轴44转动，曲轴44在转动的过程中，当第一筒体411内的曲轴44带动第一连杆413和第一推杆414向上运行时，由于进气口416的第一气门417受到负压的作用，呈开启状态，空气进入第一筒体411内，且第一进气管45处设置的第三进气门呈受到负压作用成闭合状态；第二筒体431与第一筒体411状态相同；同时，第三筒体内的的第二连杆433和第二推杆434受到曲轴44的作用向下运动，此过程中，由于第三气门438受到负压作用呈闭合状态，第二筒体431底部的导气管8处设置的第二气门437受到压力作用呈比开启状态，第二筒体431内的空气受到压力作用快速进入到导气管8中，从导气管8进入到分流板7，经分流板7的出气孔71均匀的输入到培养室3内，相对于传统的培养皿，大大提高了输氧效率，使培养室3内空气快速得到替换，保证新空气进入，提升细胞培养的质量。当曲轴44带动第二连杆433和第二推杆434向上运动时，第一进气管45和第二进气管46出的第二气门437受负压呈开启状，第一气门417受到负压作用呈闭合状态，此时，第一筒体411内的第一连杆413带动第一推杆414向下运动，第一活塞块415挤压第一筒体411内的空气，通过呈开启状态的第二气门437快速进入到第三筒体内，完成对第三筒体注入新鲜的空气的及时补充，进一步提高了培养室3内氧气供给的速率和废气更换速率。

实施例三：

请参考图7-12，在实施例一的基础上，培养系统还包括控制传输模块、分析处理模块，所述控制传输模块包括多个传感器、数据采集卡、工控机、电机5、恒温加热器；所述分析处理模块包括溶氧度测量模块、温度测量模块、细胞图像分析子模块；所述工控机通过串行通信方式从数据采集卡获取信号，多个所述传感器与数据采集卡之间通过数字信号频带传输。

所述溶氧度测量模块和温度测量模块包括数据采集模块、数据分析模块、数据存储模块、数据显示模块四个子模块，所述数据采集模块控制传感器将培养室3内的溶氧量和温度的信息进行采集，数据分析模块对采集的信息数据进行处理，通过显示屏显示，并对处理的数据进行存储。

所述细胞图像分析子模块包括细胞图像获取、细胞图像处理、测量对比、得出细胞质量结果，首先通过相差显微镜获取细胞图像，并且对图向进行预处理，降低图像中的噪声污染，之后将数据分段，设定感兴趣区域，进行数据提取，增加图像精致度；其次将获取的图像分为多个层级结构信息，并且基于细胞主要信息提出帧间关联方法，用于检测和跟踪细胞，对图像进行分割处理；最后将上述图像处理结果的几何参数与细胞图像的标准值进行对比，得出培养细胞质量结果。

多个所述传感器包括溶氧传感器、温度传感器，所述溶氧传感器设置在培养室3的内部，通过信号线与信号采集卡连接，溶氧传感器测量培养液的溶氧量；温度传感器设置在培养室3的内部，通过信号线与信号采集卡连接，温度传感器测量培养室3内的温度。

所述所述数据采集卡型号XLMJ-USB-9210，溶氧传感器型号SOD2110M1-DO200；温度传感器型号602F-3500F。

所述细胞图像分析子模块对于细胞图像处理的过程中，细胞图像的像素为Y，特征聚类类别数为3，最大允许误差为0.25，权重为1.5-4；根据细胞图片像素信息将数据特征信号分层，对每一层的数据均采用聚类算法找出每一层数据的类中心，得出新的数据集合，对于新的数据通过模糊均值算法确定最佳分类中心和聚类中心，采用此方法直到新的聚类中心与上次得到的聚类中心距离在允许误差范围内，最后得出图像多层级结构的信息抽取，多层级结构的信息抽取包括主要信息、中间信息、次要信息，同时对序列第一帧制作针对主要信息的目标初始化结果，之后，基于主要信息帧间传播的过程中会出现目标细胞粘连，为了减小细胞之间粘连对细胞检测的影响，提高细胞检测精度，需要将粘连的细胞进行分割，针对两个凸目标粘连的情况，必定存在有凹陷的边缘，通过求的当前粘连区域的凸集，能够检测到凹陷的线段，基于目标连接处必定存在凹陷的性质，凹陷的连接处存在对称的一对凹陷线段；设当前存在的一对凹陷线段A和B，D1是分割线的起始点，D2时分割线的终止点，则对于两条对称的凹陷线段评价指标满足L=r/(r+d1+d2)；A=(a1+a2)/2π；S=L+A/2；上式中，L为凹陷线段长度指标，A为凹陷线段角度指标，S为凹陷线段的综合指标；r是切割线D1D2的长度，d1时点D1到凹陷线段A一的垂直距离，d2时点D2到凹陷线段B的垂直距离，a1时分割线与凹陷线段A的夹角，a2时分割线与凹陷线段B的夹角；在实际应用时提出像素点小于某一阈值的凹陷线段。通过上述方法对图像中粘连细胞进行分割，有效解决目标细胞粘连情况，进一步增加了细胞识别的准确性，同时通过对图像像素采用层级结构处理的方法，得出精确的图像细胞几何参数，与细胞培养的标准参数做对比时，进一步增加了对比的精确性。

实施例四

在实施例二的基础上，当第三筒体内的压强P越大时，导气管8内的空气流速v越快，为了进一步提高空气的快速注入，同时防止空气流速v不能过大，保证安全，培养室3设有自动放气阀9，防止第三筒体压强过大，所述压强P与空气流速v之间满足P=η·P1+P2v/2；上式中，P、P1、P2单位，kPa；v单位m³/小时；η为压强系数，取值范围为0.85-3.66；P1为第一筒体411内的压强，P2为第二筒体431内的压强。为了进一步保证培养室3的使用安全，第三筒体的压强P大于等于1小于等于5，则η取1，已知P1+P2的压强值为定值2，则当P为1时，空气流速v为1，则当P为2时，空气流速v为2，则当P为3时，空气流速v为3，则当P为4时，空气流速v为4，则当P为5时，空气流速v为5；由此可知，安全空气流速v为大于等于1小于等于5。

实施例五

实施例一的基础上，温度测量模块的数据采集卡通过温度传感器进行温度采集时，处理步骤包括，a，培养室3设置的采样频率为1Hz，且每隔1毫秒工控机的MCU28M35通过数据采集卡的AD芯片连续读取100个有效温度值；

b，去掉采集有效温度值中的最大值和最小值，取剩下数据的平均值，并且存储到对应的数组P里；

c，采用五阶小波分解数组P，得到对应的细节小波系数序列p1，p2，p3，p4，p5，在对每个细节小波系数序列进行给定阈值的滤波处理，得到p11，p22，p33，p44，p55；

d，对步骤C中得到的新数据组进行小波反变换，滤波完成得到干净的温度信号。

通过以上方法对采集的温度信号进行处理，温度精确度控制能够达到0.1℃以内，不仅能够抵抗外界随即噪声的抗干扰能力，又提高了培养室3温度控制的准确性，有利于细胞的培养繁殖。

所述溶氧量度测量模块的测量和分析方法与上述方法一致。

通过上述技术方案得到的装置是一种肿瘤细胞的培养系统，通过设置的供氧系统，保证肿瘤细胞在培养的过程中有充足的氧气含量，通过监测培养液中的溶氧量，通过工控机控制电机进行转动，为培养皿内加速通入新鲜空气，提高新鲜空气进入的速率，简化操作步骤，提高培养效率，提升细胞培养质量。通过对细胞图像的处理和分析，提升细胞培养过程中监测的准确性，有利于及时调整培养环境，提升细胞培养的成活率，保证细胞培养质量；供氧机构的过程中，第一筒体内的第一连杆带动第一推杆向下运动，第一活塞块挤压第一筒体内的空气，通过呈开启状态的第二气门快速进入到第三筒体内，完成对第三筒体注入新鲜的空气的及时补充，进一步提高了培养室内氧气供给的速率和废气更换速率。通过对采集的温度信号进行处理，温度精确度控制能够达到0.1℃以内，不仅能够抵抗外界随即噪声的抗干扰能力，又提高了培养室温度控制的准确性，有利于细胞的培养繁殖。通过对图像中粘连细胞进行分割，有效解决目标细胞粘连情况，进一步增加了细胞识别的准确性，同时通过对图像像素采用层级结构处理的方法，得出精确的图像细胞几何参数，与细胞培养的标准参数做对比时，进一步增加了对比的精确性。通过两条对称的凹陷线段评价指标满足的标准做限定，将粘连细胞分割，减小细胞之间粘连对细胞检测的影响，提高细胞检测精度。通过限定所述压强与空气流速之间的关系，为了进一步提高空气的快速注入，同时防止空气流速不能过大，保证安全，培养室设有自动放气阀，防止第三筒体压强过大。

本发明中未详细阐述的其它技术方案均为本领域的现有技术，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，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 (10)

1.一种肿瘤细胞的培养系统；包括壳体（1）、培养室（3）；其特征在于，所述壳体（1）的内部设有隔板（2），所述隔板（2）的上方设有供氧机构（4），隔板（2）的下方为所述培养室（3），所述供氧机构（4）包括第一机构（41）、第二机构（42）、第三机构（43），所述第一机构（41）、第二机构（42）、第三机构（43）均连接有曲轴（44），所述曲轴（44）的一端连接有电机（5），所述第二机构（42）的底部连接有导气管（8），所述导气管（8）另一端连接有分流板（7）；所述培养室（3）设有进料口（6），所述进料口（6）设置在所述分流板（7）的下方，培养室（3）远离进料口（6）的一侧设有放气阀（9），所述放气阀（9）设置在分流板（7）的上方，所述放气阀（9）的下方设有出料口（10）；

培养系统还包括控制传输模块、分析处理模块，所述控制传输模块包括多个传感器、数据采集卡、工控机、电机（5）、恒温加热器；所述分析处理模块包括溶氧度测量模块、温度测量模块、细胞图像分析子模块；所述工控机通过串行通信方式从数据采集卡获取信号，多个所述传感器与数据采集卡之间通过数字信号频带传输。

2.根据权利要求1所述一种肿瘤细胞的培养系统，其特征在于，所述第一机构（41）与第三机构（43）对称的设置在所述第二机构（42）的两侧，所述第一机构（41）和第三机构（43）的结构相同，所述曲轴（44）贯穿第三机构（43），且与第三机构（43）构成转动连接，所述曲轴（44）同时贯穿第一机构（41），且与第一机构（41）构成转动连接，所述电机（5）驱动曲轴（44）转动。

3.根据权利要求2所述一种肿瘤细胞的培养系统，其特征在于，所述第一机构（41）包括第一筒体（411），所述曲轴（44）设置在第一筒体（411）内部靠近顶部的位置，所述曲轴（44）上设有第一转块（412），第一转块（412）与所述曲轴（44）转动连接，所述第一转块（412）的外侧壁连接有第一连杆（413），所述第一连杆（413）的另一端通过销轴转动连接有第一推杆（414），所述第一推杆（414）的另一端连接有第一活塞块（415），所述第一活塞块（415）与第一筒体（411）内壁通过橡胶垫滑动密封连接，所述第一筒体（411）的底部设有进气口（416），所述进气口（416）处在第一筒体（411）的内侧设有第一气门（417），所述第一筒体（411）的外侧壁靠近底部的位置连接有第一进气管（45），第一进气管（45）的另一端与第二机构（42）连接。

4.根据权利要求2所述一种肿瘤细胞的培养系统，其特征在于，所述第二机构（42）包括第二筒体（431），所述曲轴（44）设在第二筒体（431）外部的上方，曲轴（44）上连接有第二转块（432），所述第二转块（432）的外侧壁连接有第二连杆（433），所述第二连杆（433）贯穿第二筒体（431）的顶壁，第二连杆（433）的另一端连接有第二推杆（434），所述第二推杆（434）的另一端连接有第二活塞块（435），所述第二活塞块（435）与第二筒体（431）内壁通过橡胶垫滑动密封连接。

5.根据权利要求4所述一种肿瘤细胞的培养系统，其特征在于，所述第二筒体（431）的外侧壁靠近底部位置对称连接有第一进气管（45）和第二进气管（46），第一进气管（45）与第一机构（41）连接，第二筒体（431）与第二机构（42）连接，所述第二筒体（431）的底部连接有导气管（8），第二筒体（431）通过导气管（8）与分流板（7）连通。

6.根据权利要求5所述一种肿瘤细胞的培养系统，其特征在于，所述导气管（8）与第二筒体（431）之间设有盒体（436），所述盒体（436）为密封结构，所述盒体（436）内部设有第二气门（437），所述第二气门（437）通过合页与第二筒体（431）的外侧壁转动连接。

7.根据权利要求5所述一种肿瘤细胞的培养系统，其特征在于，所述第一进气管（45）与第二筒体（431）的连接处对应设有第一进气口（416），所述第二进气管（46）与第二筒体（431）的连接处对应设有第二进气口（416），第一进气口（416）与第二进气口（416）均设有第三气门（438），所述第三气门（438）设置在第二筒体（431）的内壁，第三起门通过合页与第二筒体（431）的内壁转动连接。

8.根据权利要求1所述一种肿瘤细胞的培养系统，其特征在于，所述分流板（7）上开设有多个出气孔（71），所述出气孔（71）均匀的分布在分流板（7）的一侧。

9.根据权利要求1所述一种肿瘤细胞的培养系统，其特征在于，所述溶氧度测量模块和温度测量模块包括数据采集模块、数据分析模块、数据存储模块、数据显示模块四个子模块，所述数据采集模块控制传感器将培养室内的溶氧量和温度的信息进行采集，数据分析模块对采集的信息数据进行处理，通过显示屏显示，并对处理的数据进行存储。

10.根据权利要求1所述一种肿瘤细胞的培养系统，其特征在于，所述细胞图像分析子模块包括细胞图像获取、细胞图像处理、测量对比、得出细胞质量结果，首先通过相差显微镜获取细胞图像，并且对图向进行预处理，降低图像中的噪声污染，之后将数据分段，设定感兴趣区域，进行数据提取，增加图像精致度；其次将获取的图像分为多个层级结构信息，并且基于细胞主要信息提出帧间关联方法，用于检测和跟踪细胞，对图像进行分割处理；最后将上述图像处理结果的几何参数与细胞图像的标准值进行对比，得出培养细胞质量结果。

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