一种多通道精子质量分析仪的制作方法

1.本公开大体上涉及细胞分析领域，且更明确地说涉及一种多通道精子质量分析仪。


背景技术：

2.最早的精子检测室采用多次曝光的手段进行拍照，然后记录精子的轨迹，通过然后投影放大后通过测量而计算精子的运动特征，在精子研发的历程中，计算机辅助精子检测经历了黑白图像机、彩色图像检测后清华大学的研发人员又成功的推出荧光图像检测系统。
3.现在已经开发出了很多金子质量分析仪，经过我们大量的检索与参考，发现现有的分析仪有如公开号为kr101117318b1，kr101116034b1、cn101726578b和kr101777750b1所公开的系统，包括样本输入模块和微通道；所述测量主机包括芯片对接模块、流体驱动模块、信号检测处理模块和结果显示记录模块，精液样本在流体驱动模块的驱动下，在所述生物芯片的所述微通道中以设定的流速和方式流动，通过库尔特原理和独特的算法得出被检测精液样本中的精子总数、精子密度和精子活动率。但该分析仪在使用过程中需要多次的替换样片，并且不能自动的调整样片与仪器之间的相对距离，效率低，容易造成误差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种多通道精子质量分析仪，
5.本发明采用如下技术方案：
6.一种多通道精子质量分析仪，包括运动控制系统、光路系统、三轴运动单元和五片型样片托盘，所述五片型样片托盘用于同时放置多个精子样片，所述三轴运动单元用于控制所述光路系统与所述五片型样片托盘之间的相对位置，所述光路系统用于提供照明通道并采集图像，所述运动控制系统用于驱动所述三轴运动单元进行精确地移动；
7.所述光路系统包括明场照明通道、荧光照明通道、物镜单元、图像采集系统和目镜单元，所述明场照明通道位于所述五片型样片托盘下方，提供普通光照提高精子样片的亮度，所述荧光照明通道位于所述目镜单元与物镜单元之间，提供荧光经物镜照射到精子样片，精子样片上的标记物被荧光激发后发射更高波长的光信号，所述光信号经所述物镜单元后被所述图像采集系统捕捉形成荧光图，通过目镜能够直接观测精子样片或荧光图；
8.所述多通道精子质量分析仪还包括精子质量分析系统，所述精子质量分析系统对所述荧光图进行分析获得精子的浓度、活力和细胞形态指标；
9.所述精子质量分析系统在所述荧光图中确定多个精头区域，每个精头区域上连接有多条精尾链和待定公共段，则精子的浓度c为：
[0010][0011]
其中，n
l
为单个精头区域上精尾链的个数，n为单个精头区域上待定公共段的个
数，sa为荧光图对应的实际面积；
[0012]
精子的活力值v为：
[0013][0014]
其中，nz为荧光图中的精子总数，n为单个精头区域内的精子数，
△
s为精头区域的移动距离；
[0015]
所述精子质量分析系统通过计算精子头的奇异值y来体现细胞形态：
[0016][0017]
其中，数组a[n]表示精子头边线上的像素点到精子头中心的距离，数组b[n]为数组a[n]的相邻元素差的绝对值，k为阈值，n为精子头边线上的像素点个数；
[0018]
y等于0时，精子的细胞形态正常，y越大，细胞形态越不正常；
[0019]
进一步的，所述精子质量分析系统对荧光图中各个像素点的灰度值进行统计得到灰谱图，所述灰谱图中灰度值最低的波峰对应背景色，灰度值最高的波峰对应精子头，处于精子头灰度区域的像素点称为精头像素点，中间的波峰对应精子尾，处于精子尾灰度区域的像素点称为精尾像素点；
[0020]
进一步的，由相邻精头像素点构成的区域为精头区域，由与精头区域连接的精尾像素点构成的区域为精尾链，一个精头区域能够与多条精尾链相连；
[0021]
进一步的，所述精尾链包括精尾链头和精尾链尾，所述精尾链头为与所述精头区域直接相连的精尾链部分，所述精尾链尾为与所述精头区域简洁相连的精尾链部分了；
[0022]
进一步的，所述精尾链包括精尾链公共段和精尾链私有段，通过计算精尾链公共段和精尾链私有段上的宽度和方向矢量并进行匹配，未匹配到精尾链私有段的精尾链公共段作为待定公共段。
[0023]
本发明所取得的有益效果是：
[0024]
该发明创造性的采用五片型铝合金可拆卸托盘上样，解决了单片上样的低效问题，同时避免了片仓式上样的高成本和高机械故障，兼容了2种光路照射通道，同时配备有多倍率物镜组，如此可以多目标和多标记物的检测分析，极大的提高了设备使用效率，实现了图像的自动获取，避免了人为阅片时的主观操作导致的检测误差。
[0025]
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
[0026]
图1为本发明整体结构框架示意图；
[0027]
图2为本发明精子荧光示意图；
[0028]
图3为本发明光谱图处理后的灰谱图示意图；
[0029]
图4为本发明精尾链的宽度和方向矢量示意图；
[0030]
图5为本发明光路系统示意图。
具体实施方式
[0031]
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
[0032]
实施例一。
[0033]
本实施例提供了一种多通道精子质量分析仪，结合图1，包括运动控制系统、光路系统、三轴运动单元和五片型样片托盘，所述五片型样片托盘用于同时放置多个精子样片，所述三轴运动单元用于控制所述光路系统与所述五片型样片托盘之间的相对位置，所述光路系统用于提供照明通道并采集图像，所述运动控制系统用于驱动所述三轴运动单元进行精确地移动；
[0034]
所述光路系统包括明场照明通道、荧光照明通道、物镜单元、图像采集系统和目镜单元，所述明场照明通道位于所述五片型样片托盘下方，提供普通光照提高精子样片的亮度，所述荧光照明通道位于所述目镜单元与物镜单元之间，提供荧光经物镜照射到精子样片，精子样片上的标记物被荧光激发后发射更高波长的光信号，所述光信号经所述物镜单元后被所述图像采集系统捕捉形成荧光图，通过目镜能够直接观测精子样片或荧光图；
[0035]
所述多通道精子质量分析仪还包括精子质量分析系统，所述精子质量分析系统对所述荧光图进行分析获得精子的浓度、活力和细胞形态指标；
[0036]
所述精子质量分析系统在所述荧光图中确定多个精头区域，每个精头区域上连接有多条精尾链和待定公共段，则精子的浓度c为：
[0037][0038]
其中，n
l
为单个精头区域上精尾链的个数，n为单个精头区域上待定公共段的个数，sa为荧光图对应的实际面积；
[0039]
精子的活力值v为：
[0040][0041]
其中，nz为荧光图中的精子总数，n为单个精头区域内的精子数，
△
s为精头区域的移动距离；
[0042]
所述精子质量分析系统通过计算精子头的奇异值y来体现细胞形态：
[0043][0044]
其中，数组a[n]表示精子头边线上的像素点到精子头中心的距离，数组b[n]为数组a[n]的相邻元素差的绝对值，k为阈值，n为精子头边线上的像素点个数；
[0045]
y等于0时，精子的细胞形态正常，y越大，细胞形态越不正常；
[0046]
所述精子质量分析系统对荧光图中各个像素点的灰度值进行统计得到灰谱图，所述灰谱图中灰度值最低的波峰对应背景色，灰度值最高的波峰对应精子头，处于精子头灰度区域的像素点称为精头像素点，中间的波峰对应精子尾，处于精子尾灰度区域的像素点称为精尾像素点；
[0047]
由相邻精头像素点构成的区域为精头区域，由与精头区域连接的精尾像素点构成的区域为精尾链，一个精头区域能够与多条精尾链相连；
[0048]
所述精尾链包括精尾链头和精尾链尾，所述精尾链头为与所述精头区域直接相连的精尾链部分，所述精尾链尾为与所述精头区域简洁相连的精尾链部分了；
[0049]
所述精尾链包括精尾链公共段和精尾链私有段，通过计算精尾链公共段和精尾链私有段上的宽度和方向矢量并进行匹配，未匹配到精尾链私有段的精尾链公共段作为待定公共段。
[0050]
实施例二。
[0051]
本实施例主要由如图1所示的4部分组成，包括运动控制系统、光路系统、三轴运动单元和五片型样片托盘，其主要功能是对精子质量相关的多指标分析，该指标的分析以前需要多套设备协同才能完成检测分析，但有了该发明后，可以在一台设备上完成以上指标的全部检测和分析，该发明的主要创新点有以下几点：
[0052]
过去的同类型设备多用人工单片上样或片仓式上样方式，该发明创造性的采用五片型铝合金可拆卸托盘上样，同时该托盘的进出设备可以从上样窗口有x轴向电机按指令自行驱动，如此只需事先准备好备用标准托盘，则可上使样批量循环，该方案不仅解决了单片上样的低效问题，同时避免了片仓式上样的高成本和高机械故障；
[0053]
过去的同类型设备多数基于传统显微镜结构进行改装，导致设备空间利用率和自动化程度都较低，该发明为实现精子质量相关的多指标检测，定向开发了该光路系统，该光路系统的特点是物镜可切换倍率，光路照射可切换照射通道，针对不同检测目标时，可通过转动物镜底座的方式切换物镜倍率，根据不同标记物的检测时，则可通过切换光路照射通道的方式来激发对应的染料或探针显色，该发明上有2个光路照射通道，分别是侧向b2荧光通道和底部明场照明通道，两个通道的光源分别配有电源开关，如果只需要明场照射观察时，则关闭b2荧光光源的电源开关，如果只需要激发荧光信号时，则关闭明场照明光源的开关，明场照明光路是运用的光线透射的原理，从样本下面打光，上面观察，b2荧光通道运用的是荧光激发的原理，光线从物镜中照射到细胞上，细胞上的标记物被激发后会发出更高波长的光信号，通过物镜接收后通过光路系统照射到图像采集系统中，从而实现信号从激发到捕获的目的，该创新的优点是一套系统兼容了2种光路照射通道，同时配备有多倍率物镜组，如此可以多目标和多标记物的检测分析，极大的提高了设备使用效率；
[0054]
三轴运动单元由电机驱动，同时该电机由控制模块中的自动化程序控制，对焦和视野切换全部由电机和控制程序完成，可实现等距视野切换，该创新实现了图像的自动获取，避免了人为阅片时的主观操作导致的检测误差。
[0055]
实施例三。
[0056]
本实施例包含了上述实施例的全部内容，提供了一种多通道精子质量分析仪，包括运动控制系统、光路系统、三轴运动单元和五片型样片托盘，所述五片型样片托盘用于放置精子样片，所述光路系统用于提供照明并采集精子样片的图像，所述三轴运动单元用于
控制所述光路系统与所述五片型样片托盘的相对位置，所述运动控制系统用于控制所述三轴运动单元的运动并提供所述三轴运动单元运动的动力；
[0057]
所述五片型样片托盘包括夹层、x轴向电机和托盘，所述托盘位于所述夹层内部，夹层的侧向设有一开口，所述托盘在所述x轴向电机的作用下能够从开口处推出，方便工作人员更换精子样片，所述夹层与所述托盘之间通过弹簧连接，当所述托盘的一半露在所述夹层外面时，所述弹簧无弹力，当所述托盘在所述x轴向电机作用下推出一半面积后，所述弹簧因过长而提供阻力，防止所述托盘推出速度过快，而将托盘推进所述夹层一半面积时，所述弹簧因过短而提供阻力，防止托盘与所述夹层内部发生碰撞，所述夹层开口处设有锁扣，当托盘完全推进所述夹层内后，锁扣会锁住所述托盘，所述夹层外侧设有一按钮，所述按钮电性连接所述x轴向电机，所述按钮同时与所述锁扣机械连接，按压所述按钮后，所述锁扣打开同时所述x轴向电机工作，将所述托盘从所述夹层中推出；
[0058]
结合图5，所述光路系统包括明场照明通道、荧光照明通道、物镜单元、图像采集系统和目镜单元，所述明场照明通道设置与所述五片型样片托盘下方，用于提供普通的光线穿过精子样片和物镜，工作人员通过目镜直接观测精子样片的放大实际图像，所述荧光照明通道设置于目镜与物镜之间，通过激发荧光并通过物镜照射到所述精子样片上，所述精子样片上的细胞标记物被荧光照射后发出更高波长的光信号，所述更高波长的光信号经物镜返回并被所述图像采集系统捕获，所述图像采集系统对捕获的光信号进行处理生成荧光图，所述荧光图显示在目镜与物镜之间的微型显示屏上，工作人员通过目镜观看微型显示屏，所述微型显示屏具有切换结构，当明场照明通道工作时，所述微型显示屏切换到休闲状态，使目镜与物镜之间无阻碍，当荧光照明通道工作时，所述微型显示屏切换到工作状态阻挡在目镜与物镜之间，一方面是显示荧光图供工作人员查看，另一方面能够阻止精子样片上发出的高波长光信号直接照射到目镜，提高所述图像采集系统对光信号的收集率；
[0059]
所述分析仪还包括精子质量分析系统，所述精子质量分析系统能够根据荧光图分析出精子的浓度、活力和细胞形态指标；
[0060]
结合图2，所述荧光图中具有高亮部分的为精子头，低亮部分的为精子尾，黑色部分为背景色，所述精子质量分析系统对荧光图中各个像素点的灰度值进行统计，得到如图3所示的灰谱图，所述灰谱图中存在三个波峰，灰度值最低的波峰对应背景色，灰度值最高的波峰对应精子头，中间的波峰对应精子尾，记精子头对应的波峰灰度值为gh，记精子尾对应的波峰灰度值为gt，处在gh与gt之间的波谷的谷值记为gg，将灰度值处于[gg，2gh-gg]之间的像素点称为精头像素点，将灰度值处于[2gt-gg，gg]之间的像素点称为精尾像素点；
[0061]
所述精子质量分析系统在所述荧光图中扫描精头像素点，根据所述精头像素点是否相邻将其划分为若干个精头区域，每个精头区域代表至少有一个精子细胞，获取一个精头区域，在其相邻的像素点中扫描精尾像素点，将扫描得到的精尾像素点划分为若干个精尾链头，其中，相邻的精尾像素点属于同一个精尾链头，以精尾链头为基础，扫描相邻的精尾像素点，将这些精尾像素点加入至所述精尾链头对应的精尾链尾中，再以精尾链尾为基础，不断扫描相邻的精尾像素点并补充进精尾链尾直至扫描不到相邻的精尾像素点，一个精尾链头和对应的精尾链尾构成一个完整的精尾链；
[0062]
当两条及以上的精尾链相交时，部分精尾像素点能够同时属于多条精尾链，这些精尾像素点构成的部分称为精尾链公共段，其余精尾像素点构成的部分为精尾链私有段，
具体的判断方法为：
[0063]
两条精尾链从两个精尾链头出发，以第一次相交部分为分割点，分割点与精尾链头之间的部分为精尾链私有段，分割点与精尾链末端之间的部分为精尾链公共段；
[0064]
结合图4，所述精尾链在任意像素点位置上存在方向矢量和宽度，该任意像素点称为目标点，计算宽度和方向矢量的方法为：
[0065]
s1、获取所述目标点附近的两条精尾链边线；
[0066]
s2、分别计算两条精尾链边线上任意一个像素点之间的距离；
[0067]
s3、获取最小的距离为该目标点所在位置的精尾链宽度；
[0068]
s4、连接步骤s3中最小距离的两个像素点，得到直线l；
[0069]
s5、过目标点作直线l的垂线，所述垂线远离精尾链头的方向为目标点所在位置的方向矢量；
[0070]
精尾链的宽度和方向矢量具有连续性，当两条精尾链相交时，计算精尾链私有段靠近分割点位置的宽度与方向矢量，并与分割点后的多段精尾链公共段的宽度与方向矢量进行对比，将宽度接近且方向矢量夹角较小的精尾链私有段和精尾链公共段归为同一精尾链；
[0071]
一个精头区域的精子数n为：
[0072][0073]
其中，n
l
为精头区域上的精尾链的数量，n为未归入精尾链的公共段的数量；
[0074]
所述荧光图中精子的数量nz为所有精头区域的精子数的总和的取整值，再除以荧光图对应的面积得到精子的浓度；
[0075]
所述精子质量分析仪通过分析所述精头区域的移动距离
△
s来获得精子的活力值v：
[0076][0077]
需要注意的是，一个精头区域会随着精子的移动分裂成多个精头区域或与其他精头区域合并成一个精头区域，每当发生分裂或合并情况时，精头区域的移动距离
△
s需重新计算；
[0078]
当分析精子的细胞形态时，需要切换更高放大倍数的物镜获得对应的精子细胞荧光图；
[0079]
所述精子质量分析系统对精子细胞的精子头进行分析得到精子细胞的奇异值y；
[0080]
所述精子质量分析系统先确定精子头的中心坐标，再计算精子头边线上每个像素点到中心坐标的距离，将距离有序地排列得到数组a[n]，所述精子质量分析系统对数组a[n]进行如下处理得到数组b[n]：
[0081]
b[i]＝|a[i+1]-a[i]|，i∈[1，n]；
[0082]
其中，n为精子头边线上的像素点个数，特别的，a[n+1]＝a[1]；
[0083]
所述精子质量分析系统根据数组a[n]和b[n]计算出精子头的奇异值y：
[0084][0085]
其中，k为阈值；
[0086]
当奇异值为0时，表示精子细胞的形态正常。
[0087]
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。