[发明专利]一种用于贴壁细胞的自动化显微注射系统及注射方法

权利要求书

1.一种用于贴壁细胞的自动化显微注射系统，其特征在于，包括：

载物台，带贴壁细胞再X、Y方向移动，将贴壁细胞移至显微镜视野内；

显微镜，倒置在载物台正上方，用来监控贴壁细胞注射的整个流程；

多自由度机器人，与微量移液器连接，并将微量移液器运送至指定位置；微量移液器与注射泵连接，将待注射液体注入到贴壁细胞内；

图像采集器，用于采集载物台上的图像数据，送入到上位机中，为系统提供视觉反馈。

2.根据权利要求1所述的用于贴壁细胞的自动化显微注射系统，其特征在于，多自由度机器人采用视觉伺服将微量移液器运送到指定位置。

3.根据权利要求1所述的用于贴壁细胞的自动化显微注射系统，其特征在于，所述贴壁细胞是使用胶原蛋白将细胞固定在培养皿表面。

4.根据权利要求1所述的用于贴壁细胞的自动化显微注射系统，其特征在于，多自由度机器人包括三自由度、四自由度、五自由度或六自由度机器人。

5.根据权利要求1-4任一所述的用于贴壁细胞的自动化显微注射系统的注射方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）将待注射细胞放置在载物台上，移到显微镜视野内，将通过多自由度机器人将微量移液器到指定位置完成系统初始化；

步骤2）分割出图像中的细胞，并储存细胞位置；

步骤3）使微量移液器落在焦平面内，调整焦平面位置，并用图像采集器获取的图像与存储的移液器模板图像进行对比，当匹配相似度达到最大时即认为微量移液器落在了焦平面内；

步骤4）用运动历史图像MHI算法计算出微量移液器的与细胞的垂直距离H微米；

步骤5）使用贪心算法求出最短注射路径；

步骤6）使用光流法跟踪微量移液器末端，将其运送到指定的注射位置；

步骤7）将微量移液器沿z轴下降H+h微米，其中h为微量移液器的注射深度，使用注射泵将液体注入到细胞内；

步骤8）将微量移液器抬升到初始高度，根据求出的注射路径，重复步骤6和7直到视野内所有细胞都注射完毕。

6.根据权利要求5所述的用于贴壁细胞的自动化显微注射系统的注射方法，其特征在于，步骤2）中使用segnet语义分割模型对显微镜视野内的细胞进行分割。

7.根据权利要求5所述的用于贴壁细胞的自动化显微注射系统的注射方法，其特征在于，步骤3）中采用模板匹配算法监控显微镜焦平面的运动，使微量移液器落在焦平面内。

8.根据权利要求5所述的用于贴壁细胞的自动化显微注射系统的注射方法，其特征在于，步骤4）中用MHI算法计算方法包括：把运动历史图像中所有像素强度之和记为S(H)， u为移液器n次实验中未接触细胞时S(H)的平均值,当S(H)大于u时即移液器与细胞接触，记录此时移液器的z轴数值，将其与初始位置作差，即得移液器与细胞之间的垂直距离H。

9.根据权利要求5所述的用于贴壁细胞的自动化显微注射系统的注射方法，其特征在于，步骤5）中，贪心算法引入的数组为D[n][n]用于存储两个细胞之间的欧式距离，将数组D赋值为

(1)

其中(x_i,y_i)表示第i个细胞图像位置，(x_i+1,y_i+1)表示第i+1个细胞的图像位置。

10.根据权利要求5所述的用于贴壁细胞的自动化显微注射系统的注射方法，其特征在于，图像采集器包括CCD相机，以每秒30~50帧的速率采集图像信息。