[发明专利]一种基于相位成像生物细胞亚表面形态快速重建方法

说明书

本发明提供一种基于相位成像生物细胞亚表面形态快速重建方法，包括细胞样本相位图像提取和细胞样本形貌重建；本发明基于镜像倒置显微镜获取待测样本的相位图，应用相位梯度算法来确定样本的不同部分的边界，并且提取边界点以重建样本表面，这里提出了跳变点及判断方法，该跳变点的判定条件对折射率变换非常敏感，能准确反应出样本的边界信息。最后基于光学实验，通过该方法得到了聚苯乙烯微球以及红细胞的表面形态图。本发明在活细胞相位显微成像及实时识别方面有着广泛的实用价值与应用前景，具有无创性和无标记的明显优势，对生物细胞相位显微成像以及形态重建等领域具有重要意义。

技术领域

本发明属于相位显微成像领域，具体涉及一种基于相位成像生物细胞亚表面形态快速重建方法。

背景技术

细胞是生命的物理，结构和功能单元。每个细胞包含必需的细胞器，这些细胞器对于细胞的生存是必需的。一个活细胞是一个复杂的结构体，其中包含许多不同折射率的细胞器。因此，了解折射率对于监测活细胞的特性至关重要。当光穿过这样透明的相位物体时，能引起与折射率分布密切相关的相移。考虑到这一现象，定量相显微镜QPM被应用于获得细胞的形态和结构信息。作为全视野的非侵入性显微镜，QPM能进行非接触、无损伤和快速的高分辨率成像并且携带方便，几乎不需要维护。其为相位物体的三维静态、动态形貌观察和细胞动力学行为特征等研究提供了强有力的工具。但是，相位图像不能用于直接显示细胞的形状和结构，特别是对于有核细胞，因为样品的折射率信息和物理厚度信息在相位图中耦合。

因此，形状重建确实很重要。用于细胞形态重建的方法很多，例如双波长技术，熵层析重建方法等。使用这些方法可以获得样品的折射率信息并重建生物细胞的三维形态特征。但是这些任务要花费很多时间，并且实验设备的成本很高。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于相位成像生物细胞亚表面形态快速重建方法。基于镜像倒置显微镜获取待测样本的相位图，应用相位梯度算法来确定样本的不同部分的边界，并且提取边界点以重建样本表面，这里提出了跳变点及判断方法，该跳变点的判定条件对折射率变换非常敏感，能准确反应出样本的边界信息，最后基于光学实验，通过该方法得到了聚苯乙烯微球以及红细胞的表面形态图。本发明在活细胞相位显微成像及实时识别方面有着广泛的实用价值与应用前景，具有无创性和无标记的明显优势，对生物细胞相位显微成像以及形态重建等领域具有重要意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于相位成像生物细胞亚表面形态快速重建方法，包括以下步骤：

步骤S1、细胞样本相位图像提取：通过显微镜成像系统获得细胞样本相位图像；

步骤S2、细胞样本形貌重建：

步骤S2.1、记录样本的相位图，样本的相位图表达为：

其中，表示光穿过透明样本的总相移值，h(x，y)表示光穿过样本时的轴向物理厚度，n_c(x，y，z)表示样本的平均折射率折射率，n_m表示样本所处环境液的折射率，λ为光的波长；

步骤S2.2、记录样本的相位梯度曲线：

x_n＝n，n为正整数 公式三

x表示沿着X方向的轴向梯度曲线，n表示根据已获取的相位图的像素数即n×n将相位图划分为n条相位梯度曲线；

步骤S2.3、判断跳变点，确定样本的边界信息：

根据公式四判断每条相位梯度曲线上的跳变点的数目，

P_y(x，y)-P_y(x，y-1)＞0andP_y(x，y)-P_y(x，y-1)＞0 公式四