[发明专利]一种基于视觉反馈的生物显微操作装置

说明书

本发明公开了一种基于视觉反馈的生物显微操作装置，属于生物操作仪器技术领域。该装置包括显微图像采集模块、微位移平台、微操作手模块、主控制器和计算机。有别于传统的操作方式，引入了主控制器。在操作的整个过程中，使用本基于视觉的生物显微操作装置，可以在计算机端完成所有的操作，降低了对专业操作人员的依赖程度，使得操作更为简单、便捷，提高了显微操作的自动化程度。结合图像处理技术，可以对不同形状的被操作对象和操作器进行匹配，可以更有效的识别如微吸管、微注射针等工具，提高了操作的成功率。

技术领域

本发明涉及生物操作仪器技术领域，属于一种使用视觉反馈的显微操作装置，可以对细胞、染色体等目标进行操作和装配作业。

背景技术

在生物医学工程领域和科研中，存在着大量涉及对细胞、染色体等的显微操作，如单精子注射，胚胎移植前抽取单细胞遗传学诊断，细胞的分离、显微注射、染色体的切割等，这些生物医学实验均涉及对细胞的观察和显微操作，对于这类工作，不但要求操作的精度要高，准确性好，而且要求操作时间短、效率高等。

目前，显微操作都是人工通过显微操作仪器来完成的。这种显微操作设备一般包括括以下几部分，隔震台、显微镜、左微操作臂、右微操作臂，微夹持器(细胞吸附装置、微吸管等)、左操纵手柄、右操纵手柄等。其操作方式主要依靠操作人员观察显微镜目镜，在视野范围内根据观察到的微操作臂的位姿信息和细胞位置图像进行判断，并通过操纵手柄控制左右微操作臂进行作业。利用机械装置对人手的动作进行一定比例的缩放或者利用微电机运动，传递到微操作臂的操作工具(左操作臂上安装有微吸管，右操作臂上安装微注射针)，使之对细胞进行操作。一般来讲，左微操作臂完成被操作对象的捕捉与固定，右微操作臂对被固定住的操作对象进行显微操作(如基因注射，染色体切割等)。这类显微操作仪通常没有任何控制器，没有任何传感器(显微镜除外)。作业质量易受操作者个人技术、精神状态及心理、情绪的影响。作业时间长，效率低，成本高，精度一致性差，细胞成活率低。

随着新技术的发展，很多图像设备也引入了生物显微操作领域，如很多新型的显微镜都可配备CCD或CMOS相机，可以将物镜视野内的图像通过相机传送到PC端，这样操作人员可以坐在电脑前，观察大屏幕来进行显微操作，这样做的好处是解放了人眼，使得操作人员不必将眼睛一直以固定的姿势放在目镜前。但是这一类的操作，依然是使用人手控制手柄进行操作，比如要将细胞夹持器向注射器移动较长的一端距离，手只能不断的朝一个方向运动或者不断的转动操作码盘。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于视觉反馈的生物显微操作装置，可以实现对细胞进行精密的显微操作。并且引入了一个新的控制方式，有别于传统的细胞显微操作，可以将所有的工作全部在计算机端完成，不用人手通过手柄去控制微操作器，更加简化了操作，提高了准确性和效率。

本发明的技术方案如下：一种基于视觉反馈的生物显微操作装置，该装置包括显微图像采集模块、微位移平台、微操作手模块、主控制器和计算机。有别于传统的操作方式，引入了主控制器。

所述的显微图像采集模块为安装在显微镜侧面的CCD相机，CCD相机作为整个操作装置的反馈源，主要功能为捕捉显微镜物镜视野内的图像，并通过USB线缆传送到计算机端进行采集和处理。

所述的微位移平台包括XY水平平台、显微镜调焦电机和手柄控制器，其中XY水平平台托载被操作对象在垂直于物镜的平面上运动，显微镜调焦电机用来调节显微镜的物镜与被操作对象之间的距离，使得CCD相机采集到的图像足够清晰。手柄控制器是当操作装置工作在手动模式时，用来手动调节被操作对象和物镜之间的位置。