基于3D成像技术的智能显微操作系统的制作方法

本发明涉及显微操作的技术领域，尤其是指一种基于3d成像技术的智能显微操作系统。

背景技术：

显微操作系统是采用计算机视觉技术和自动控制技术，在现有的显微镜硬件设备基础上组建能够方便完成各种显微操作的智能化系统，可以代替操作者在显微视野中长期操作，解决操作者在精力高度集中情况下易产生疲劳等问题，提高显微操作效率与成功率。

随着显微操作技术的不断成熟，显微视觉成像的研究已经成为国内外在微操作领域的研究热点，但由于传统显微操作系统主要通过ccd相机获取物体的二维图像，因此不能得到物体的深度信息及3d可视化效果，由此会造成显微操作过程中不能精准定位、待操作物体易受损等问题出现，从而降低了显微操作成功率。由于现有的显微操作系统存在上述缺点，对显微操作效率和成功率带来了不利影响，同时降低了稳定性。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中对显微操作效率和成功率有不利影响，同时稳定性低的问题，从而提供一种避免对显微操作效率和成功率产生不利影响，同时稳定性高的基于3d成像技术的智能显微操作系统。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于3d成像技术的智能显微操作系统，包括运动定位模块、视觉成像模块、以及控制模块，其中所述运动定位模块用于对待操作物体进行自动定位、吸附及注射，包括注射针和吸持针，所述视觉成像模块用于实现对待操作物体的图像实时3d可视化，所述控制模块包括工控机，所述工控机控制所述运动定位模块运动使被操作物体成像在视野范围内，以及控制所述视觉成像模块运动使被操作物体以及注射针和吸持针均3d成像在视野范围内，其中所述视觉成像模块获取所述注射针的针尖所在的第一位置、所述吸持针的针尖所在的第二位置,以及待操作物体所在的第三位置后，并将上述位置信息反馈给所述工控机，所述工控机接受并处理完反馈信息后，通过发送运动指令使所述吸持针的第一位置精准定位到所述待操作物体的第三位置并进行吸附，然后使所述注射针的第一位置精准穿过所述待操作物体的内部并进行注射。

在本发明的一个实施例中，所述视觉成像模块包括ccd相机、显微镜以及3d成像仪，其中所述ccd相机安装在所述显微镜上，所述显微镜与所述3d成像仪连接。

在本发明的一个实施例中，所述3d成像仪是光学相干断层扫描仪、纺锤体成像仪。

在本发明的一个实施例中，所述运动定位模块还包括第一操作手、第一操作手控制器、第二操作手、第二操作手控制器、载物台以及载物台控制器，其中所述第一操作手与所述第一操作手控制器相连，所述第二操作手与所述第二操作手控制器相连，所述载物台与所述载物台控制器相连。

在本发明的一个实施例中，所述注射针安装在所述第一操作手上，所述吸持针安装在所述第二操作手上。

在本发明的一个实施例中，还包括辅助模块，所述辅助模块用于实现系统的支撑、供液及供气的辅助功能。

在本发明的一个实施例中，所述辅助模块包括隔振台、注射泵及气泵，其中所述注射泵置放在所述隔振台的上面，且所述注射泵与所述注射针相连，所述气泵与所述吸持针相连。

在本发明的一个实施例中，所述工控机内设有图像采集卡以及运动控制板，所述运动控制板控制所述运动定位模块运动使被操作物体成像在视野范围内，所述图像采集卡控制所述视觉成像模块运动使被操作物体以及注射针和吸持针均3d成像在视野范围内。

在本发明的一个实施例中，所述第三位置是指所述待操作物体上最接近所述吸持针针尖的边缘点所在的位置。

在本发明的一个实施例中，所述待操作物体是贴壁细胞、悬浮细胞、组织中的任意一种形式。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的基于3d成像技术的智能显微操作系统，包括运动定位模块、视觉成像模块、以及控制模块，其中所述运动定位模块用于对待操作物体进行自动定位、吸附及注射，包括注射针和吸持针，有利于将待操作物体、吸持针、注射针自动定位到所述视觉成像模块下反馈的三维位置，从而提高其定位精准度，所述视觉成像模块用于实现对待操作物体的图像实时3d可视化，可以避免待操作物体受到损伤，提高显微操作成功率，所述控制模块包括工控机，所述工控机控制所述运动定位模块运动使被操作物体成像在视野范围内，以及控制所述视觉成像模块运动使被操作物体以及注射针和吸持针均3d成像在视野范围内，整个系统不但操作方便、易学，而且有利于避免对显微操作效率和成功率产生不利影响，提高稳定性以及操作效率。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明基于3d成像技术的智能显微操作系统的结构示意图；

图2是本发明在显微操作过程中3d可视化效果的俯视示意图。

说明书附图标记说明：11-注射针，12-吸持针，13-第一操作手，14-第一操作手控制器，15-第二操作手，16-第二操作手控制器，17-载物台，18-载物台控制器，21-ccd相机，22-显微镜，23-3d成像仪，31-工控机，41-隔振台，42-注射泵，43-气泵，51-细胞质，52-细胞膜内壁，53-透明带，54-第一极体。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例提供一种基于3d成像技术的智能显微操作系统，包括运动定位模块、视觉成像模块、以及控制模块，其中所述运动定位模块用于对待操作物体进行自动定位、吸附及注射，包括注射针11和吸持针12，所述视觉成像模块用于实现对待操作物体的图像实时3d可视化，所述控制模块包括工控机31，所述工控机31控制所述运动定位模块运动使被操作物体成像在视野范围内，以及控制所述视觉成像模块运动使被操作物体以及注射针11和吸持针12均3d成像在视野范围内，其中所述视觉成像模块获取所述注射针11的针尖所在的第一位置、所述吸持针12的针尖所在的第二位置,以及待操作物体所在的第三位置后，并将上述位置信息反馈给所述工控机31，所述工控机31接受并处理完反馈信息后，通过发送运动指令使所述吸持针12的第一位置精准定位到所述待操作物体的第三位置并进行吸附，然后使所述注射针11的第一位置精准穿过所述待操作物体的内部并进行注射。

本实施例所述基于3d成像技术的智能显微操作系统，包括运动定位模块、视觉成像模块、以及控制模块，其中所述运动定位模块用于对待操作物体进行自动定位、吸附及注射，包括注射针11和吸持针12，有利于将待操作物体、吸持针12、注射针11自动定位到所述视觉成像模块下反馈的三维位置，从而提高其定位精准度，所述视觉成像模块用于实现对待操作物体的图像实时3d可视化，可以避免待操作物体受到损伤，提高显微操作成功率，所述控制模块包括工控机31，所述工控机31控制所述运动定位模块运动使被操作物体成像在视野范围内，以及控制所述视觉成像模块运动使被操作物体以及注射针11和吸持针12均3d成像在视野范围内，其中所述视觉成像模块获取所述注射针11的针尖所在的第一位置、所述吸持针12的针尖所在的第二位置,以及待操作物体所在的第三位置后，并将上述位置信息反馈给所述工控机31，所述工控机31接受并处理完反馈信息后，通过发送运动指令使所述吸持针12的第一位置精准定位到所述待操作物体的第三位置并进行吸附，然后使所述注射针11的第一位置精准穿过所述待操作物体的内部并进行注射，整个系统不但操作方便、易学，而且有利于避免对显微操作效率和成功率产生不利影响，提高稳定性以及操作效率。

所述视觉成像模块包括ccd相机21、显微镜22以及3d成像仪23，其中所述ccd相机21安装在所述显微镜22上，所述显微镜22与所述3d成像仪23连接，从而可以实现对待操作物体的图像实时3d可视化。所述3d成像仪23可分别获取所述注射针11的针尖三维坐标位置a、吸持针12的针尖三维坐标位置d,以及被操作物体的三维坐标位置c，并把这些三维坐标位置信息反馈给所述工控机31。

所述3d成像仪23不限于光学相干断层扫描仪、纺锤体成像仪等。

所述运动定位模块还包括第一操作手13、第一操作手控制器14、第二操作手15、第二操作手控制器16、载物台17以及载物台控制器18，其中所述第一操作手13与所述第一操作手控制器14相连，所述第二操作手15与所述第二操作手控制器16相连，所述载物台17与所述载物台控制器18相连。

所述第一操作手13需要用所述第一操作手控制器14进行多自由度驱动，而所述注射针11安装在所述第一操作手13上；所述第二操作手15需要用第二操作手控制器16进行多自由度驱动，而所述吸持针12安装在所述第二操作手15上；所述载物台17需要用载物台控制器18进行二维驱动，从而可以实现对待操作物体进行自动定位、吸附及注射。

所述基于3d成像技术的智能显微操作系统还包括辅助模块，所述辅助模块用于实现系统的支撑、供液及供气的辅助功能。

具体地，所述辅助模块包括隔振台41、注射泵42及气泵43，其中所述注射泵42置放在所述隔振台41的上面，所述气泵43置放在所述隔振台41的下面。所述注射泵42与所述注射针11相连，从而有利于供液，实现对待操作物体进行注射；所述气泵43与所述吸持针12相连，从而有利于供气，实现所述吸持针12吸附在所述待操作物体上。所述显微镜22也置放在所述隔振台41上，有利于用户观测，所述隔振台41起支撑作用。

所述工控机内设有图像采集卡以及运动控制板，所述运动控制板控制所述运动定位模块运动使被操作物体成像在视野范围内，有利于使待操作物体、吸持针12、注射针11自动定位到视觉成像模块下反馈的三维位置，从而提高其定位精准度；所述图像采集卡控制所述视觉成像模块运动使被操作物体以及注射针和吸持针均3d成像在视野范围内，从而可以避免待操作物体受到损伤，提高显微操作成功率。

所述第三位置是指所述待操作物体上最接近所述吸持针12针尖的边缘点所在的位置，从而有利于通过所述吸持针12快速准确的吸附待操作物体。

下面以所述待操作物体是卵母细胞为例具体说明本发明所述的基于3d成像技术的智能显微操作系统如何工作：

所述工控机31向所述载物台控制器18发送运动指令，驱动所述载物台17进行二维运动，使卵母细胞成像在视野范围内，其中所述卵母细胞包括细胞质51、细胞膜内壁52、透明带53及第一极体54；另外，所述工控机31同时向第一操作手控制器14、第二操作手控制器16发送运动指令，驱动第一操作手13、第二操作手15进行多自由度运动，使所述注射针11、吸持针12成像在视野范围内；然后，所述工控机31向3d成像仪23发送3d成像指令，使注射针11、吸持针12、卵母细胞内部的细胞质51、细胞膜内壁52、透明带53及第一极体54均3d成像在视野范围内，所述3d成像仪23可分别获取注射针11的针尖三维坐标位置a、吸持针12的针尖三维坐标位置d,以及卵母细胞的三维坐标位置c，并把这些三维坐标位置信息反馈给所述工控机31；所述工控机31接受并处理完反馈信息后，分别发送运动指令给第一操作手控制器14、第二操作手控制器16，而所述第二操作手控制器16会驱动第二操作手15，使所述吸持针12的针尖位置d精准定位到卵母细胞位置c并进行吸附，然后所述第一操作手控制器14会驱动第一操作手13，使所述注射针11的针尖位置a精准穿过所述透明带53、细胞膜内壁52定位到卵母细胞内部的细胞质51的位置b并进行注射。

在上述工作过程中，吸附与注射分别是所述工控机31同时向所述气泵43、注射泵42发送指令而实现的。在显微操作过程中，第一极体54没有因操作定位不准而造成任何损伤，因此该显微操作系统在整个操作过程中具有3d可视化、可精准定位以及操作成功率高等特点。

本实施例中，所述待操作物体不限于贴壁细胞、悬浮细胞、组织等。所述第一操作手13是左操作手，所述第二操作手是右操作手。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。