[发明专利]一种多细胞培养过程自动显微成像系统

摘要

一种多细胞培养过程自动显微成像系统，用于长时间细胞培养过程自动成像及分析。系统具有自动观察目标切换功能、自动低功耗光源照明功能、自动对焦及图像融合功能、实现细胞生长状态智能在线分析功能，并且可以实现感兴趣的成像区域和运动细胞的追踪成像功能。包括光源系统、光学机构、楼房式多层细胞培养观察机构、多轴伺服系统、自动培养成像系统控制机构等，可以实现长时间无人参与的多种细胞同时培养成像。

主权项

一种多细胞培养过程自动显微成像系统，用于实现无人操作的，多个细胞培养器的长时间细胞培养的自动成像，并自动进行细胞生长状态分析；其特征在于：包括光源系统(1)、光学机构(2)、楼房式多层细胞培养观察机构(3)、多轴伺服系统(4)、自动培养成像系统控制机构(5)，共同构成细胞自动培养成像系统；其中，光源系统(1)包括：可编程的发光二极管LED阵列(101)，能够自动选择LED点亮区域，提供视场内可选择的照亮区域及照亮强度；大面积的静止光学部件(103)，其改善准直光的空间均匀性；静止的准直器(102)，其在所述大面积的静止光学部件之前，将源光转换成准直光，所述准直光具有适合于耦合进所述大面积静止光学部件的直径；聚焦透镜(104)和配合透镜组(105)，在所述大面积的静止光学部件之后，缩小所述准直光的直径以使所述准直光耦合进物镜(201)；光学机构(2)包括：自动的多物镜切换装置，其实现多种放大倍数的自动切换及物镜在显微视场上聚焦；楼房式多层细胞培养观察机构(3)包括：由多个细胞培养机构(301)组成的类似于楼房的多层结构设计，每层提供多个标准尺寸及位置的细胞培养器(302)放置位置，其能够实现多种标准尺寸细胞培养器内多种细胞的同时培养观察；楼式结构预留中空豁口位置(303)，其俯视面积不小于最大细胞培养器面积；多轴伺服系统(4)包括：多层式定角度伺服旋转机构(401)与楼房式多层细胞培养观察机构(3)的每层相连，构成观察切换机构，其实现每层旋转一定角度，使得楼式结构内任意一个细胞培养器(302)旋转至预留中空豁口位置(303)；X/Y轴伺服系统(402)和(403)、与楼房式多层细胞培养观察机构(3)整体相连，构成细胞定位机构，其实现楼式结构沿X/Y轴平稳高精度移动；Z轴伺服机构(404)，与光学机构(2)相连，构成对焦机构，实现光学机构沿Z轴平稳高精度移动；自动培养成像系统控制机构(5)包括：带不易失存储单元的微处理单元及数据库系统，执行整个多细胞培养过程自动显微成像系统的自动控制功能；在自动培养成像系统控制机构(5)的控制下，观察切换机构将待观察的某个细胞培养器(302)旋转至预留中空豁口位置(303)，控制光源系统(1)局部或者全部照亮细胞培养器(302)中的成像对象，摄像机系统获取显微图像，通过对焦机构调整光学机构(2)沿z轴移动，在不同位置获取多幅显微图像，通过比较图像的特征值找到极大值点，伺服机构控制光学机构(2)运动到极大值点图像对应的位置即实现对焦；记录对焦位置之前之后对称的两幅图像或多幅图像，与对焦的图像进行像素级融合，改进大景深物体成像清晰度，提高显微成像质量；获取清晰图像后，经过实时图像处理获取细胞的尺寸、边缘、灰度、数量特征，对所获取的特征信息进行存储，并且通过细胞定位机构对感兴趣的区域或运动目标进行追踪成像。