CN115684069B - 一种对精子头部无损层析成像的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种对精子头部无损层析成像的方法，属于太赫兹生物成像领域，主要解决精子头部无损层析成像问题。通过调节馈入精子头部太赫兹能量的大小控制太赫兹波进入精子头部的深度，达到层析成像的效果。利用太赫兹具有穿透性的特点，实现无损成像的效果。结合太赫兹近场系统使用，达到纳米级精度的超分辨成像。本发明不需要对精子头部进行染色、切片等处理，直接进行无损层析成像。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹生物成像领域，具体涉及一种对精子头部无损层析成像的方法。
背景技术
精子头部的主要结构为浓缩的细胞核和顶体，细胞核是遗传物质的携带者，顶体含有多种水解酶。当精子与卵细胞相遇时，精子顶体内水解酶释放，溶解卵细胞的透明带，使精子进入卵细胞中，精子细胞核和卵细胞细胞核结合完成受孕。精子头部的缺陷将会导致不育不孕的发生，头部形态是否正常是反应精子质量的一个有价值指标。目前对精子头部形态观察采取方法有光学显微镜，精度不高仅观察游动性难以清晰成像；有荧光显微镜，需进行特异性抗体染色；有电子显微镜，需要染色、切片。染色、切片这些过程相对复杂，费时费力。
发明内容
为解决精子头部无损层析成像问题，本发明提供一种对精子头部无损层析成像的方法，其利用太赫兹成像系统，太赫兹信号利用探针或天线等为发射端馈入到精子头部，同时馈入到精子头部的信号在内部不同深度会有部分被反射到接收端，接收的信号结合算法处理进行成像。通过调节馈入太赫兹能量的大小控制太赫兹进入精子头部的深度，从而达到层析成像的效果。由于太赫兹具有一定的穿透性，可实现无损成像的效果。最终不需要对精子头部进行染色、切片等处理，可有效对精子头部进行无损层析成像。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种对精子头部无损层析成像的方法，结合太赫兹近场成像系统，将太赫兹近场成像系统的探针放置在精子头部表面，采用轻敲模式；大功率的太赫兹波由太赫兹功率源发出通过太赫兹光路，到达抛物面镜聚焦到探针的针尖上，形成待馈入的太赫兹波；探针的针尖作为发射端，形成以针尖为球心的发射球面，发射球面的直径大小由到达探针的太赫兹波功率决定；精子头部位于探针下部，发射球面发射的太赫兹波中有部分已穿透精子头部的内部；精子头部的内部对太赫兹波进行反射，通过探针形成反射的太赫兹波从而反射到抛物面镜上，反射的太赫兹波结合太赫兹近场成像系统进行成像；通过调节馈入精子头部的太赫兹能量的大小控制太赫兹波进入精子头部的深度，进行层析成像。
进一步地，所述调节馈入精子头部的太赫兹能量的大小有两种调节方式，第一种方式是对馈入的太赫兹功率源的功率进行调节；第二种方式是通过改变探针和精子头部之间距离进行调节。
进一步地，太赫兹功率源的输出功率达到1W时，采取所述调节方式的第一种方式。
进一步地，所述第二种方式中，探针和精子头部之间距离越近进入精子头部内部的能量功率越大，扫描器的扫描参数将电压和高度距离进行对应，在太赫兹近场成像系统中参数上表现为Z轴电压值的改变，Z轴电压值工作范围为-180V～180V，正常工作时Z轴电压值为-20～20V；进行层析成像时，Z轴电压值变至-50V～-120V之间，不超过-120V。
进一步地，精子头部无损层析成像的精度取决于太赫兹近场成像系统精度，所述精度为40纳米。
本发明的优点是，利用太赫兹对精子头部进行无损成像，利用发射端馈入太赫兹能量的强弱，经精子头部内部不同位置反射，到接收端接收反射太赫兹信号不同，可实现对不同深度的精子头部进行层析成像，结合近场太赫兹系统使用，还可以达到纳米级精度的超分辨成像。成像不需对精子进行染色处理，也不要对精子进行切片，可无损成像，调节馈入太赫兹能量的强弱实现层析成像的效果。
本发明对精子头部进行无损层析成像，操作简单、快速。其采取一种对精子头部无损层析成像的方法，采取太赫兹成像技术，不需切片不需染色，直接进行无损层析成像，不仅可看到表面还可看到内部图像，可清晰观察内部结构。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的精子头部层析成像示意图；
图2是本发明的精子头部层析成像对比图；
图3是本发明的精子头部层析成像另一对比图。
其中图1中：1-待馈入的太赫兹波；2-反射的太赫兹波；3-发射球面；4-探针；5-精子头部。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明的精子头部无损层析成像的方法，利用太赫兹近场成像系统，将精子样本固定在材料为低阻硅片的基底上，将带有精子样本的低阻硅片固定在太赫兹近场成像系统的磁片底座上，磁片底座吸附在太赫兹近场成像系统的载物台上，将太赫兹近场成像系统的探针4放置在精子头部5表面，采用轻敲模式。
大功率的太赫兹波由太赫兹功率源发出通过太赫兹光路，到达抛物面镜聚焦到探针1的针尖上，形成待馈入的太赫兹波1。探针4的针尖作为发射端，形成以针尖为球心的发射球面3，发射球面3的直径大小由到达探针4的太赫兹波功率决定。精子头部5位于探针4下部，发射球面3发射的太赫兹波中有部分已穿透精子头部5的内部。精子头部5的内部对太赫兹波进行反射，通过探针4形成反射的太赫兹波2从而反射到抛物面镜上，反射的太赫兹波2结合太赫兹近场成像系统进行成像。由于太赫兹波具有穿透性，所以可得到无损的内部信息，通过调节进入精子头部5的太赫兹波能源大小，可以对内部的深度进行调节，相当于逐层分析，就形成无损层析成像。
对进入精子头部5的太赫兹能量的调解，第一种方法是对馈入的太赫兹功率源的功率进行调节。采取正常的太赫兹近场成像系统工作模式，将太赫兹功率源输出功率调到最大值，系统进入自动进针状态，在参数上主要表现为Z轴电压值为-20～20V区间。对精子头部进行扫描，形成内部成像图，此时为内部成像的最深状态。然后将功率源输出功率降低至90％、80％等，再次重复操作，形成内部成像图。这样就得到不同深度的层析图像。但是由于太赫兹功率源的输出功率目前没有足够大，目前系统最大为300mW(300GHz下)很难进行内部多层的成像，暂不采取这种方法。待太赫兹功率源输出功率达到1W时，再采取这种调节方式。
第二种方法是通过改变探针4和精子头部5之间距离进行调节进入内部的太赫兹功率，距离越近进入内部的功率越大。采取正常的太赫兹近场系统工作模式，系统进入自动进针状态，在参数上主要表现为Z轴电压值为-20～20V区间，Z轴电压值工作范围为-180V～180V，扫描器的扫描参数将电压和高度距离对应，这样180V可以认为探针和精子头部完全没接触，-180V可以认为探针和精子头部之间完全接触。在系统自动进针后，再逐点进针，改变Z轴电压值至-50V、-100V等，一般范围为-30V～-120V之间。使探针4和精子头部5接触紧密，进入内部的太赫兹波能量较多，深入到精子头部5内部，太赫兹近场成像系统进行扫描，可得到内部多层的成像，如图2和图3所示。其中图2中，左图Z轴电压值为-50V，右图电压值为-100V，图中黑色部分为精子致密的细胞核；图3中，左上图Z周电压值为0V，右上图电压值为-50V，左下图电压值为-80V,右下图电压值为-110V，图中黑色部分为精子致密的细胞核。目前采取这种方法进行无损层析成像。由于探针4的针尖为尖端，Z轴的电压值不能超过-120V，超过时扫描容易将精子的头部切断，达不到无损成像的目的。
对精子头部5的无损层析成像精度主要取决于太赫兹近场成像系统精度，本实验采取的近场系统精度为40纳米。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种对精子头部无损层析成像的方法，其特征在于：结合太赫兹近场成像系统，将太赫兹近场成像系统的探针放置在精子头部表面，采用轻敲模式；大功率的太赫兹波由太赫兹功率源发出通过太赫兹光路，到达抛物面镜聚焦到探针的针尖上，形成待馈入的太赫兹波；探针的针尖作为发射端，形成以针尖为球心的发射球面，发射球面的直径大小由到达探针的太赫兹波功率决定；精子头部位于探针下部，发射球面发射的太赫兹波中有部分已穿透精子头部的内部；精子头部的内部对太赫兹波进行反射，通过探针形成反射的太赫兹波从而反射到抛物面镜上，反射的太赫兹波结合太赫兹近场成像系统进行成像；通过调节馈入精子头部的太赫兹能量的大小控制太赫兹波进入精子头部的深度，进行层析成像；
通过改变探针和精子头部之间距离进行调节；
探针和精子头部之间距离越近进入精子头部内部的能量功率越大，扫描器的扫描参数将电压和高度距离进行对应，在太赫兹近场成像系统中参数上表现为Z轴电压值的改变， Z轴电压值工作范围为-180V~180V，正常工作时Z轴电压值为-20~20V；进行层析成像时，Z轴电压值变至-50V~-120V之间，不超过-120V，使得太赫兹能量进入精子内部。
2.根据权利要求1所述的一种对精子头部无损层析成像的方法，其特征在于：精子头部无损层析成像的精度取决于太赫兹近场成像系统精度，所述精度为40纳米。
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