一種基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜細胞識別裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種檢測細胞的裝置及方法，尤其是涉及一種能同時獲得細胞形態和主成分的細胞識別裝置及方法。
【背景技術】
[0002]早期癌癥檢測是目前醫學界的重大課題。傳統的檢測技術往往在腫瘤達到某種尺寸才能發現，這往往耽誤最佳治療時間。如果在細胞早期少量癌變時就能檢測出來，將會極大的幫助癌癥患者和醫生早發現，早干預，早治療，提高癌癥患者的生存時間和生存質量。
[0003]生物組織癌變過程中，癌變細胞的形態和結構相對正常細胞存在很大的差別，這些差別體現在:癌細胞的體積較正常細胞大，細胞核也明顯增大且外形不規則，細胞核包含的脫氧核糖核酸(DNA)內含物和染色體的質地也會有變化。據此，癌細胞形態和生化成分的差異和變化必然會對細胞的圖像和光學光譜特性產生重大影響，檢測和識別癌細胞同正常細胞的細胞圖像和光學光譜特性的異同程度可以作為輔助醫生識別早起癌細胞的一種指標。
[0004]醫學理論和臨床診斷實踐和研究結果表明，腫瘤診斷的金標準是病理切片的顯微觀察，但是顯微圖像也只是反應細胞的形態特征，另一方面分析費時費力，醫生的臨床經驗等主觀因素較多地影響診斷結果。當前開發的基于光學方法的檢測手段都存在一些缺陷:內窺式激光共聚焦顯微鏡作為當前研究的熱點，也只能得到組織細胞三維形態的變化，給出定性的疾病分析，與傳統的病理分析相比，只是可以實現在體，無創，實時地細胞成像分析，其結果仍然是定性的；光譜分析技術具有快速、靈敏、準確等獨特的優點，但目前光譜研究都是針對組織層面的，只能得到組織體的平均光學特性，沒有達到細胞層面，無法適應早期數量較少且沒有聚集的癌細胞的識別檢測，同時單個較少癌細胞的信號會煙沒在別的正常細胞中，必然導致檢測分析的分辨率不高，特異性較差。因而，開發一種輔助醫生實現對少量異常細胞的識別和監測從而可以定量的識別異常細胞同正常細胞的圖像和光譜信息差別程度的裝置和方法是有實際迫切需要的。
【發明內容】
[0005]本發明是為解決上述問題而提出的，提供了一種基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜細胞識別裝置，用于檢測待檢樣品中的早期癌變細胞，包括:
[0006]光源照明單元，用于發射和傳輸光，包括光源和光纖耦合器，耦合透鏡組；
[0007]相襯成像單元，設置于所述耦合透鏡組的光線照射的樣品后，包括相襯顯微鏡和相機，所述待檢樣品放置于所述相襯顯微鏡上，
[0008]—部分所述耦和透鏡組聚焦光照射到樣品，穿過所述待檢樣品，進入所述相襯顯微鏡，得到所述待檢樣品中細胞的相襯圖像，所述相機用于采集所述相襯圖像；
[0009]共焦光譜信息獲取單元，包括光譜儀，用于收集被所述待檢樣品散射的另一部分所述耦和透鏡組聚焦光照射到樣品，被樣品散射的光再被耦和透鏡接收和傳輸，得到含有所述細胞成分信息的光譜；
[0010]圖像處理與光譜分析單元，用于接收所述相襯圖像和所述光譜，并計算分析得出所述待檢樣品中的細胞的同正常細胞匹配的定性和定量結果；以及
[0011]控制單元，用于控制所述光源照明單元、所述相襯成像單元控制、所述共焦光譜信息獲取單元、所述圖像處理與光譜分析單元正常工作；
[0012]其中，所述光纖耦合器，設置于光源的光路上，和光源之間由光纖連接；耦合透鏡組，包括準直透鏡和匯聚透鏡；所述光纖耦合器有兩個通道，一個通道用于傳導所述光源發出的照明光進入所述耦合透鏡組后穿過所述待檢樣品并進入所述相襯顯微鏡，另一個通道用于傳輸被所述待檢樣品背向散射光到所述光譜儀。
[0013]本發明提供的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置，為了節省成本便于普及應用或者獲得更高準確度的結果，還可以具有這樣的特征:其中，所述的光源為白光光源，所述白光光源為齒素燈光源或白光激光器。
[0014]本發明提供的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置，還可以具有這樣的特征:所述共焦光譜信息獲取單元包括光纖耦合器和光纖束，光纖耦合器位于所述光譜儀和所述耦合透鏡之間，光纖束同光纖耦合器相連，耦合透鏡接收樣品散射光，再經光纖耦合器耦合并由光纖束傳輸到所述光譜儀。
[0015]本發明提供的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置，為了方便調節待檢樣品的位置來選擇目標細胞，以獲取高質量的相襯圖像和光譜信息，還可以具有這樣的特征:所述相襯成像單元還包括三維掃描平臺，設置于所述耦合透鏡組與相襯顯微鏡間，用于驅動所述待檢樣品在三維位置的掃描。
[0016]本發明提供的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置，為了便于信息交換，還可以具有這樣的特征:其中，所述相機為CCD相機，所述光譜儀為光纖CCD光譜儀。
[0017]本發明還提供一種利用本發明的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置進行早期癌細胞識別的方法，包括以下步驟:
[0018]步驟一，將所述待檢樣品放置在所述三維掃描平臺上；
[0019]步驟二，通過所述控制單元操縱裝置獲取所述光譜和所述相襯圖像；
[0020]步驟三，所述圖像處理與光譜分析單元分析處理所述光譜和所述相襯圖像，獲得所述待檢樣品中細胞與癌細胞的匹配程度的定性和定量結果。
[0021]本發明提供的利用基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置進行早期癌細胞識別的方法，還可以具有這樣的特征:其中，所述步驟三包括對所述光譜進行主成分分析得出所述待檢樣品中細胞的主要特征，即細胞的主成分，作為神經網絡的輸入信息，通過神經網絡組合算法自動得到細胞的類別；在利用圖像模糊識別算法識別所述待檢樣品中細胞結構上同正常細胞的定量差別結果。
[0022]發明作用與效果
[0023]基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置，利用共焦光譜信息獲取單元、相襯成像單元來獲取待檢樣品的相襯圖像和散射光譜，同時使用圖像處理與光譜分析單元對獲取的光譜和相襯圖像做分析，同時相襯圖像可以快速的獲取目標細胞的三維形態，綜合光譜提供的細胞主成份信息和相襯圖像提供的細胞形態信息，將這些信息同正常細胞對比，從而定性和定量的給出目標細胞是否為癌細胞的結論。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置結構框圖；
[0025]圖2為本發明的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置的光路圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結合附圖對本發明的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置作具體說明。
[0027]圖1為本實施例的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置組成示意圖。
[0028]如圖1所示，基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置100包括:
[0029]光源照明單元10，用于發射和傳輸光，
[0030]共焦光譜信息獲取單元11，用于收集被所述待檢樣品散射的另一部分所述平行光，得到含有所述細胞成分信息的光譜；
[0031]相襯成像單元12，設置于所述平行光的光路上，一部分所述平行光穿過所述待檢樣品，得到所述待檢樣品中細胞的相襯圖像；
[0032]圖像處理與光譜分析單元13，用于接收所述相襯圖像和所述光譜，并計算分析得出所述待檢樣品中的細胞的同正常細胞匹配的定性和定量結果；以及控制單元，用于控制所述光源照明單元10、所述共焦光譜信息獲取單元11、所述相襯成像單元11、所述圖像處理與光譜分析單元13正常工作。
[0033]其工作過程是:光源照明單元10發出的光照射到待檢樣品后分別將形成的圖像信息和散射光傳輸到所述相襯成像單元11和所述共焦光譜信息獲取單元11 ;
[0034]共焦光譜信息獲取單元11接收攜帶細胞信息的背向散射的光信號，獲取光譜信息進入圖像處理與光譜分析單元13進行分析；
[0035]相襯成像單元11獲取反映細胞形態和結構的相襯圖像信息進入圖像處理與光譜分析單元13 ；
[0036]圖像處理與光譜分析單元13同時獲取被測細胞的相襯圖像和反映生化成分的光譜信息，綜合分析光譜信息和相襯圖像信息得出待檢樣品中細胞同正常細胞的定量差別的定性和定量結果。
[0037]圖2為本實施例的基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置的光路圖
[0038]如圖2所示，在基于相襯圖像和共焦散射顯微光譜的細胞識別裝置的系統光路圖中，所述的所述光源照明單元10包括光源101和位于光源101光路上的光纖耦合器102和耦合透鏡組103 (包括準直透鏡和會聚透鏡)，所述光源101中的光源為傳統的白光光源一一鹵素燈光源，用于提供照明光，波長在390—2900nm，這樣可以大大降低系統成本；也可以采用白光激光器，這樣可以提供系統的分辨能力。光源101同光纖耦合器102之間用光纖連接。照明光經光纖耦合器102的一個通路傳輸進入耦合透鏡組103，光線經耦合透鏡組103由發散變為聚焦光線到被測樣品上。
[0039]所述的相襯成像單元12，包括相襯顯微鏡121和設置于其上的CXD相機122，其中相襯顯微鏡121具有相襯板1211，相襯顯微鏡121上安裝有三維樣品臺1212，用于代替一般的載物臺。將被照明的待檢樣品的待測細胞在三維樣品臺1212上定位，調節相襯顯微鏡121獲取被測細胞的相襯圖像，觀測細胞形態結構；通過CCD相機122接收相襯圖像并傳輸到圖像處理與光譜分析單元13，用于圖像的存儲和分析。
[0040]所述的光纖共聚焦光譜分析單元11，包括光纖束111和光纖