[发明专利]用于分析细胞的样本的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及细胞分析领域。更具体而言，本发明涉及一种通过使用数字全息显微镜的手段，来分析和表征细胞培养容器中含有活细胞和/或死细胞的样本的非破坏性方法和装置。这可以用于测量样本中细胞的增殖和存活率。

背景技术

为了对几乎为透明的细胞进行分析，通常要对细胞进行染色或通过某种方式使其变得可见。因为这种方法可能会杀死标本，而又需要研究标本的生活过程，因此上述方法在很多方面都不令人满意。例如在测定细胞培养容器中的细胞数量时，上述方法还很耗费时间，因此成本较高。

因此，目前需要一种不影响样本的用于分析样本的新方法。

数字全息(DH)显微镜使用全息原理对目标成像。用激光器照射目标，散射光就会与由同一激光器发出的参比光源的光线发生干涉。可以在照相底板或数字传感器(例如CCD传感器)上记录干涉模式。

与例如相衬比显微镜或共焦显微镜的常规显微镜不同，在DH显微镜上可以同时记录相衬比图像和振幅衬比(amplitude contrast)图像。“同时的振幅衬比和相衬比图像”指的是所述目标的两个图像可以记录在同一个全息图上，其中一个图像具有振幅衬比，而另一个图像具有相衬比。可以对上述图像分别进行分析或彼此对比。可将它们含有的信息用于建立目标的计算机化三维图像。

在D.Carl等人出版于APPLIED OPTICS，vol.43，No.36，20 December2004的文献“Parameter-optimized digital holographic microscope forhigh-resolution living-cell analysis”中公开的实验结果显示，数字全息显微术可提供快速、非破坏性、全视野、高分辨率的定量振幅衬比和相衬比显微术，还能够检测在干涉仪灵敏度方向上的光通路长度的改变。所公开的方法是用来分析单个细胞的细胞结构。

现有技术的问题是不能够分析大量细胞的特征和测定样本中活细胞和/或死细胞的数量。

因此，需要一种新的非破坏性的方法和装置，用于分析包括多个细胞的样本和测量样本中细胞的增殖和存活率。

因此，一种改进的方法和装置，特别是灵活性更高和耗时更少的非破坏性方法是有利的。

发明内容

因此，本发明优选地通过提供一种用于分析包括透明的活细胞和/或死细胞的样本的方法、用途和装置，试图单独地或以任何组合的方式来缓解、减少或消除一种或多种上述的现有技术中的缺陷和弱点，并至少解决上述的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种通过数字全息显微术的手段以分析包括透明的活细胞和/或死细胞的样本的方法，其中所述样本被置于细胞培养容器中并暴露于来自激光器的光线之下，所述方法包括产生一个全息图，所述全息图包括至少一个矩阵元素，其中所述矩阵元素包括相和振幅信息。所述方法包括下述步骤：使用所述相信息计算在所述全息图中的每一矩阵元素的相移；使用所述振幅信息或组合的相和振幅的信息测定所述细胞的焦点深度；使用所述全息图中每一矩阵元素的相移构建所述全息图的相图像。此外，所述方法还包括：通过使用所述相图像测定所述样本中所述细胞的特征；以及使用所述特征分析所述细胞的发育阶段。

此外，所述方法还包括使用总相移测定样本中活细胞的体积分数的步骤。所述方法还可包括使用所述特征分析活细胞体积中细胞发育阶段的步骤。分析活细胞体积中细胞发育阶段的步骤可包括：记录至少两个全息图；在至少两个不同的时间点计算每一矩阵元素的相移，即第一相移和至少第二相移；并比较所述第一相移和至少第二相移。可以使用所述相移重建相图像和使用所述振幅信息重建振幅图像，将所述相移显示于所述相图像中或将所述振幅信息显示于所述振幅图像中，或以不同的灰色阴影或不同的颜色在组合的相和振幅图像中显示相移和振幅信息。所述方法可以使用相衬比显微镜采集的相衬比图像组合所述相图像。可使用计算机来进行计算和分析步骤。