CN118033882A - 时差培养箱照明系统、时差培养箱和照明方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种时差培养箱照明系统、时差培养箱和照明方法，属于医疗器械技术领域。该时差培养箱照明系统包括照明模组、成像模组和样品培养皿，照明模组固定设置于样品培养皿上方，包括光源、聚光系统和光束整形器件，光束整形器件上设置有微透镜阵列。成像模组设置于样品培养皿下方，包括物镜、镜筒透镜和相机，成像模组被配置为能够相对样品培养皿进行三轴运动。采用该时差培养箱照明系统、时差培养箱和照明方法，能够解决相关技术中时差培养箱中显微成像模组占用空间大，显微成像效率和成像精度低的问题。

Description

时差培养箱照明系统、时差培养箱和照明方法

技术领域

本发明涉及属于医疗器械技术领域，特别涉及一种时差培养箱照明系统、时差培养箱和照明方法。

背景技术

随着辅助生殖市场的需求不断增长，胚胎培养技术得到了更多的关注，传统的培养方式效率低，需要投入大量的人力资源，为了解决此问题，时差培养系统成了新兴的胚胎培养和筛选方法。时差培养箱能够动态观察胚胎的发育过程，评估胚胎的发育情况，筛选出最优质的胚胎进行移植，从而有效提高胚胎培养的成功率，提高着床率、缩短患者成功受孕时间。

时差培养箱中的显微成像模组是最为关键的部分，通过相机拍摄出具有立体感和层次感的生物组织图像，才能准确判断生物组织的形态和发育情况，提高胚胎评估和筛选的准确性。在相关技术中，传统的时差培养箱会针对培养皿设置配套的光源，光源在经过聚光系统后形成一个照明光斑，对培养皿的胚胎区域进行照明。

相关技术中的传统时差培养箱，其光源经过聚光系统后往往只能形成一个单独的照明光斑，对培养皿的一个小区域进行照明，当培养皿中存在多个胚胎区域需要进行成像时，需要将整个显微系统和照明模组和成像模组一起进行移动，这种方式需要的空间大，整个模组移动过程中精度低，容易对成像效果产生不良影响且无法同时对多个胚胎进行成像。

发明内容

本发明实施例提供了一种时差培养箱照明系统、时差培养箱和照明方法，能够解决相关技术中时差培养箱中显微成像模组占用空间大，显微成像效率和成像精度低的问题。技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种时差培养箱照明系统，包括照明模组、成像模组和样品培养皿，

所述照明模组固定设置于所述样品培养皿上方，包括光源、聚光系统和光束整形器件，所述光源、所以聚光系统和所述光束整形器件沿靠近所述样品培养皿的方向间隔布置，所述光束整形器件上设置有微透镜阵列；

所述成像模组设置于所述样品培养皿下方，包括物镜、镜筒透镜和相机，所述物镜、所述镜筒透镜和所述相机沿远离所述样品培养皿的方向间隔布置，所述成像模组被配置为能够相对所述样品培养皿进行三轴运动。

可选地，所述光束整形器件与所述照明模组可拆卸连接。

可选地，所述时差培养箱照明系统包括多个所述成像模组，多个所述成像模组与所述微透镜阵列一一对应。

可选地，所述光源设置有多个，多个所述光源间隔设置于照明模组顶部。

可选地，多个所述光源的数量和间距可调。

可选地，所述光束整形器件上设置有与所述透镜相匹配的狭缝板，所述物镜和所述镜筒透镜之间设置有与所述狭缝板相匹配的物镜调制板。

可选地，所述光束整形器件可以为液晶光调制器、空间光调制器或者液晶。

可选地，所述相机为电荷耦合元件相机或者互补金属氧化物半导体相机。

第二方面，本发明实施例提供了一种时差培养箱，包括如前述第一方面所述的时差培养箱照明系统。

第三方面，本发明实施例提供了这一种照明方法，基于前述第一方面所述的时差培养箱照明系统实现，其特征在于，包括:

将所述样品培养皿设置于所述照明模组和所述成像模组之间，所述样品培养皿上设置有多个含有样本的胚胎区域；

启动所述照明模组，利用所述光源发出光线，经过所述聚光系统将光线打到所述光束整形器件上，利用所述微透镜阵列将所述光线聚焦于所述多个胚胎区域；

移动所述成像模组，使所述物镜、所述镜筒透镜和所述相机移动到对应的所述胚胎区域下方，利用所述相机对所述胚胎区域中的所述样品进行成像。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

采用本发明实施例所提供的时差培养箱照明系统，其通过在照明模组的光源和聚光系统之后，以及样品培养皿之前设置光束整形器件，利用光束整形器件上的微透镜阵列对光源发出并聚光后的光束进行对应分光，以形成多个光斑对应照射于具有多个胚胎区域的样品培养皿上，再通过位于样品培养皿下方的可移动成像模组对不同胚胎区域中的胚胎样本进行对应成像。针对具有不同数量和种类的样本，照射于样品培养皿上不同胚胎区域的光斑具体数量以及照明角度，大小等参数均能通过光束整形器件进行调节，实现一个样品平面上具有多个独立的照明光斑进行同时照明。照明模组相对于样品培养皿整体固定设置，无需在时差培养箱中设置移动的照明模组来实现不同胚胎区域的照明，减少占用空间，提高胚胎显微成像效率和成像精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的单光源的时差培养箱照明系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的单光源的时差培养箱照明系统中成像模组移动后的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的具有多个成像模组的时差培养箱照明系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的多光源的时差培养箱照明系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的单光源的差培养箱照明系统中采用霍夫曼成像技术的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的多光源的差培养箱照明系统中采用霍夫曼成像技术的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的样品培养皿上单个胚胎区域被光斑照射时的示意图；

图8是本发明实施例提供的样品培养皿上多个胚胎区域被光斑照射时的示意图；

图9是本发明实施例提供的一种照明方法的流程图。

图中：

1-照明模组；2-成像模组；3-样品培养皿；11-光源；12-聚光系统；13-光束整形器件；21-物镜；22-镜筒透镜；23-相机；131-微透镜阵列；1311-透镜；132-狭缝板；211-物镜调制板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

时差培养箱中的显微成像模组是最为关键的部分，通过相机拍摄出具有立体感和层次感的生物组织图像，才能准确判断生物组织的形态和发育情况，提高胚胎评估和筛选的准确性。在相关技术中，传统的时差培养箱会针对培养皿设置配套的光源，光源在经过聚光系统后形成一个照明光斑，对培养皿的胚胎区域进行照明。

相关技术中的传统时差培养箱，其光源经过聚光系统后往往只能形成一个单独的照明光斑，对培养皿的一个小区域进行照明，当培养皿中存在多个胚胎区域需要进行成像时，需要将整个显微系统和照明模组和成像模组一起进行移动，这种方式需要的空间大，整个模组移动过程中精度低，容易对成像效果产生不良影响且无法同时对多个胚胎进行成像。

图1是本发明实施例提供的单光源的时差培养箱照明系统的结构示意图；图2是本发明实施例提供的单光源的时差培养箱照明系统中成像模组移动后的结构示意图；图3是本发明实施例提供的具有多个成像模组的时差培养箱照明系统的结构示意图；图4是本发明实施例提供的多光源的时差培养箱照明系统的结构示意图；图5是本发明实施例提供的单光源的差培养箱照明系统中采用霍夫曼成像技术的结构示意图；图6是本发明实施例提供的多光源的差培养箱照明系统中采用霍夫曼成像技术的结构示意图；图7是本发明实施例提供的样品培养皿上单个胚胎区域被光斑照射时的示意图；图8是本发明实施例提供的样品培养皿上多个胚胎区域被光斑照射时的示意图。如图1至图8所示，通过实践，本发明实施例提供了一种时差培养箱照明系统，包括照明模组1、成像模组2和样品培养皿3。

其中，照明模组1固定设置于样品培养皿3上方，包括光源11、聚光系统12和光束整形器件13。光源11、所以聚光系统12和光束整形器件13沿靠近样品培养皿3的方向间隔布置，光束整形器件13上设置有微透镜阵列131，微透镜阵列131阵列布置。

成像模组2设置于样品培养皿3下方，包括物镜21、镜筒透镜22和相机23。物镜21、镜筒透镜22和相机23沿远离样品培养皿3的方向间隔布置，成像模组2被配置为能够相对样品培养皿3进行三轴运动。

在本发明实施例中，该时差培养箱照明系统设置于时差培养箱内，在进行工作时，工作人员首先将装有胚胎样品的样品培养皿3装入时差培养箱中，当样品培养皿3装入到位后，其位于照明模组1与成像模组2之间。通过启动照明模组1，利用设置于顶部的光源11发出光线，经过聚光系统12将光线打到光束整形器件13上。光束整形器件13上通过阵列设置的微透镜阵列131实现对照射光束的分光处理，利用微透镜阵列131将光束聚焦于样品培养皿3上的多个胚胎区域。当培养皿3上的多个胚胎区域均分配到照明光斑后，工作人员进一步对时差培养箱照明系统进行操作，利用上位机中运行对应的控制软件驱动时差培养箱内的相关驱动机构移动成像模组2，使物镜21、镜筒透镜22和相机23移动到对应的胚胎区域下方，利用相机23对胚胎区域中的样品进行成像。

采用本发明实施例所提供的时差培养箱照明系统，其通过在照明模组1的光源11和聚光系统12之后，以及样品培养皿3之前设置光束整形器件13，利用光束整形器件13上的微透镜阵列131对光源11发出并聚光后的光束进行对应分光，以形成多个光斑对应照射于具有多个胚胎区域的样品培养皿3上，再通过位于样品培养皿3下方的可移动成像模组2对不同胚胎区域中的胚胎样本进行对应成像。针对具有不同数量和种类的样本，照射于样品培养皿3上不同胚胎区域的光斑具体数量以及照明角度，大小等参数均能通过光束整形器件13进行调节，实现一个样品平面上具有多个独立的照明光斑进行同时照明。照明模组1相对于样品培养皿3整体固定设置，无需在时差培养箱中设置移动的照明模组1来实现不同胚胎区域的照明，减少占用空间，提高胚胎显微成像效率和成像精度。

示例性地，在本发明实施例中，光源11采用波长范围为600-700nm的光源，在照明模组1中，照明方式可以采用临界照明或者柯勒照明，通过调整经过聚光系统12后照射与光束整形器件13上的照明和散射角度以调整模组照明形式，柯勒照明的照明均匀性好，适用于需要高精度、高分辨率的应用中，而临界照明结构简单，更适用于检查样品表面质量和缺陷。

可选地，光束整形器件13与照明模组1可拆卸连接。示例性地，在本发明实施例中，光束整形器件13可以作为一个独立可更换的器件通过插装或者拼接等方式设置于照明模组1或者时差培养箱中。对应具有不同胚胎区域分布的样品培养皿3，可以选取透镜131数量，以及透镜131阵列排布形式与样品培养皿3对应的光束整形器件13装配形成照明模组1。通过选取不同曲率、面型的透镜131去对照明光斑进行调控，微透镜阵列131可以为根据实际需求拼接成型的透镜组，也可以是预制集成的一个整体微透镜阵列，保证实现针对性的多点分光照明。工作人员可以针对不同的显微成像需求进行对应替换，提高了时差培养箱照明系统的适配性。

可选地，时差培养箱照明系统包括多个成像模组2，多个成像模组2与微透镜阵列131一一对应。参考图3，示例性地，在本发明实施例中，除了通过单个成像模组2通过三轴移动的方式与上方样品培养皿3具有光照的胚胎区域进行对应成像外。还可以通过增加模块化的成像模组2的数量，利用多组物镜21、镜筒透镜22和相机23实现多个胚胎区域样本的同时成像，无需移动成像模组2，进一步提高了显微成像效率。

可选地，光源11设置有多个，多个光源11间隔设置于照明模组1顶部。参考图4，示例性地，在本发明实施例中，在另一种可能实现的方式中，照明模组1顶部可以采用多颗光源11进行照明，能够通过控制光源11的开关动态调控样品培养皿3上不同胚胎区域的照明。例如在对一号胚胎进行照明时，2号胚胎位置能够实现没有光照，从而减小光照对其他胚胎区域样本发育的影响，在对2号胚胎进行成像时，同样能够通过控制光源实现其他胚胎区域均没有光照，依次类推。增加光源11和透镜131的个数，实现更多位置的同时成像，且光源11的数量并不一定要和光束整形器件13中的透镜131个数相同，可以根据设计进行修改，进一步提高胚胎显微成像效率和成像精度。

可选地，多个光源11的数量和间距可调。示例性地，进一步的，在采用多个光源11进行多个胚胎区域的同时成像时，与微透镜阵列131可以采用拼接形式安装于照明模组1中的结构类似，多个光源11也可以均采用独立工作，且在照明模组1内部位置可调节的安装形式，在工作时通过控制上位机对其相对间距，以及启停关闭进行适应性调节，保证与微透镜阵列131之间的准确对应，进一步提高了胚胎显微成像效率和成像精度。

可选地，光束整形器件13上设置有与透镜131相匹配的狭缝板132，物镜21和镜筒透镜22之间设置有与狭缝板132相匹配的物镜调制板211。示例性地，胚胎属于透明度较高的细胞，采用常规的明场成像方法时，对于胚胎成像效果很差，缺乏立体感和层次感，对于胚胎的发育状态无法进行准确评估和筛选，因此在时差培养箱中可以采用霍夫曼成像技术，提高成像的立体感和层次感，常规的霍夫曼成像系统，采用的是由照明光源经过聚光系统后打到培养皿上，通过成像模组采集图像信息，一次只能照明一个较小的样品区域，无法对多个胚胎进行成像。参考图5和图6，在本发明实施例中，在另一种可能实现的方式中，通过在光束整形器件13的每个透镜131的前焦面上设置狭缝板132，在物镜21的后焦面上设置物镜调制板211，狭缝板132和物镜调制板211上的狭缝开孔位置和大小对应以形成共轭关系。在进行成像时，光源11发出的光线经过聚光系统12后打在狭缝板132上，通过狭缝后在通过透镜131在样品培养皿3上的胚胎区域形成照明光斑。最后依次通过物镜21、物镜调制板211上的狭缝和镜筒透镜22，由相机23进行成像。光线穿过狭缝后照射到胚胎样本上，再经过物镜21上物镜调制板211上具有暗、灰、明区域的滤光作用，使最终的光线按照折射角不同呈明暗变化，使由相机23实现的成像上形成具有浮雕效果，更加具有立体感和层次感，进一步提高成像效果。

可选地，光束整形器件13可以为液晶光调制器、空间光调制器或者液晶。示例性地，在本发明实施例中，光束整形器件13除了通过成组阵列的透镜131实现分光，还可以采用液晶光调制器、空间光调制器或者液晶等相关器件配合光源11和聚光系统12将显微成像系统中的单个照明光斑氛围多个照明光斑，形成多焦点照明。

可选地，相机23为电荷耦合元件相机或者互补金属氧化物半导体相机。示例性地，在本发明实施例中，相机23可以采用CCD(Charge coupled Device，电荷耦合元件)相机或者CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)相机作为成像设备。

本发明实施例还提供了一种时差培养箱，包括如图1至图8所示的时差培养箱照明系统。

图9是本发明实施例提供的一种照明方法的流程图。如图9所示，本发明实施例还提供了一种照明方法，基于如图1至图8所示的时差培养箱照明系统实现，该方法包括以下步骤：

S1、将样品培养皿3设置于照明模组1和成像模组2之间，样品培养皿3上设置有多个含有样本的胚胎区域。

S2、启动照明模组1，利用光源11发出光线，经过聚光系统12将光线打到光束整形器件13上，利用微透镜阵列131将光线聚焦于多个胚胎区域。

S3、移动成像模组2，使物镜21、镜筒透镜22和相机23移动到对应的胚胎区域下方，利用相机23对胚胎区域中的样品进行成像。

采用本发明实施例所提供的时差培养箱照明系统并通过上述照明方法进行显微成像操作，其通过在照明模组1的光源11和聚光系统12之后，以及样品培养皿3之前设置光束整形器件13，利用光束整形器件13上的微透镜阵列131对光源11发出并聚光后的光束进行对应分光，以形成多个光斑对应照射于具有多个胚胎区域的样品培养皿3上，再通过位于样品培养皿3下方的可移动成像模组2对不同胚胎区域中的胚胎样本进行对应成像。针对具有不同数量和种类的样本，照射于样品培养皿3上不同胚胎区域的光斑具体数量以及照明角度，大小等参数均能通过光束整形器件13进行调节，实现一个样品平面上具有多个独立的照明光斑进行同时照明。照明模组1相对于样品培养皿3整体固定设置，无需在时差培养箱中设置移动的照明模组1来实现不同胚胎区域的照明，减少占用空间，提高胚胎显微成像效率和成像精度。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件极其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

以上所述仅为本发明的可选实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种时差培养箱照明系统，其特征在于，包括：照明模组(1)、成像模组(2)和样品培养皿(3)，

所述照明模组(1)固定设置于所述样品培养皿(3)上方，包括光源(11)、聚光系统(12)和光束整形器件(13)，所述光源(11)、所以聚光系统(12)和所述光束整形器件(13)沿靠近所述样品培养皿(3)的方向间隔布置，所述光束整形器件(13)上设置有微透镜阵列(131)；

所述成像模组(2)设置于所述样品培养皿(3)下方，包括物镜(21)、镜筒透镜(22)和相机(23)，所述物镜(21)、所述镜筒透镜(22)和所述相机(23)沿远离所述样品培养皿(3)的方向间隔布置，所述成像模组(2)被配置为能够相对所述样品培养皿(3)进行三轴运动。

2.根据权利要求1所述的时差培养箱照明系统，其特征在于，所述光束整形器件(13)与所述照明模组(1)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的时差培养箱照明系统，其特征在于，所述时差培养箱照明系统包括多个所述成像模组(2)，多个所述成像模组(2)与所述微透镜阵列(131)中的多个透镜(1311)一一对应。

4.根据权利要求1所述的时差培养箱照明系统，其特征在于，所述光源(11)设置有多个，多个所述光源(11)间隔设置于照明模组(1)顶部。

5.根据权利要求4所述的时差培养箱照明系统，其特征在于，多个所述光源(11)的数量和间距可调。

6.根据权利要求1所述的时差培养箱照明系统，其特征在于，所述光束整形器件(13)上设置有与所述微透镜阵列(131)相匹配的狭缝板(132)，所述物镜(21)和所述镜筒透镜(22)之间设置有与所述狭缝板(132)相匹配的物镜调制板(211)。

7.根据权利要求1至6任一项所述的时差培养箱照明系统，其特征在于，所述光束整形器件(13)可以为液晶光调制器、空间光调制器或者液晶。

8.根据权利要求1至6任一项所述的时差培养箱照明系统，其特征在于，所述相机(23)为电荷耦合元件相机或者互补金属氧化物半导体相机。

9.一种时差培养箱，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的时差培养箱照明系统。

10.一种照明方法，基于如权利要求1至8任一项所述的时差培养箱照明系统实现，其特征在于，包括:

将所述样品培养皿(3)设置于所述照明模组(1)和所述成像模组(2)之间，所述样品培养皿(3)上设置有多个含有样本的胚胎区域；

启动所述照明模组(1)，利用所述光源(11)发出光线，经过所述聚光系统(12)将光线打到所述光束整形器件(13)上，利用所述微透镜阵列(131)将所述光线聚焦于所述多个胚胎区域；

移动所述成像模组(2)，使所述物镜(21)、所述镜筒透镜(22)和所述相机(23)移动到对应的所述胚胎区域下方，利用所述相机(23)对所述胚胎区域中的所述样品进行成像。