基于流式细胞术及定量相位显微下的血全细胞分类识别研究

发布时间：2020-05-20 05:54

【摘要】：人体血细胞的医学检验结果已经成为现代医疗诊断患者健康状况的重要参考。常见血细胞分析仪的计数和分类原理往往要结合三维流体聚焦技术、电阻抗分析技术、细胞荧光特异性显微技术、细胞光散射信号分析等,对目标细胞进行检测,并呈现其数据的统计结果。同样,由于细胞是一个纯相位体,不同的折射率分布和细胞光学厚度都会引起光波不同的相移,因此定量相位显微技术适合对不易观察的近透明血细胞成像。在未知细胞的内部亚结构信息获取、细胞核与细胞器的相对折射率测定、以及癌变细胞的检测中,定量相位成像都发挥了重要的作用。和光散射分析技术一样,定量相位显微成像是一种免标记、非入侵的光学分析技术,能够在不破坏细胞生物活性以及不改变细胞物理形貌的状况下,对细胞实施精准检测。本文首先针对传统流式细胞分析技术下,细胞亚结构形态识别过程中往往只利用细胞的前向、侧向散射光信号作为分类依据的不足,以及荧光染色又会改变细胞活性问题的研究需要,提出结合细胞前向、后向散射光强度信息作为白细胞亚类分类识别的方法。其次,依据实际淋巴细胞和嗜酸性粒细胞形态特征,建立了对应的偏心单核细胞模型及双核细胞模型。结合球形颗粒下的Mie散射公式和Rayleigh-Debye-Gans近似方法,在VirtualLab Fusion软件中,设计了可同时接收细胞前向和后向散射光谱的仿真实验光路,获得了这两种细胞模型下的散射分布图谱,由此建立了不同核质相对折射率下细胞的前、后向散射光光强与442nm、532nm及633nm入射波长关系。进一步,通过前、后向散射光谱特征分析,发现在以后向散射光信号为纵轴,前向散射光信号为横轴表征下,淋巴细胞和嗜酸性粒细胞具有明显的分类分区散点特征。最后,提出了一种淋巴细胞以及嗜酸性粒细胞的分类识别方法,并从分类结果中表明了该方法的有效性。不仅是白细胞亚类分析,全血细胞(白细胞、红血球和血小板)的形态分析和特征识别在生命科学和临床医学中也具有重要意义。本文针对定量相位成像技术较少用于不同种类血细胞的分类识别的问题,根据衍射定量相位成像(QPI)的光强传输方程(TIE)原理,在Biophase生物相位实验仪器的帮助下获得了红细胞、血小板以及中性粒细胞的光学相位信息。为了定量地对不同类型的血细胞进行分类识别,介绍了细胞相位测量的五个特征参数,包括相位峰谷差、相位体积、相位表面积、相位投影周长以及相位投影面积。同时,讨论了红细胞、中性粒细胞和血小板的对应相位特征值。此外,针对相位获取过程中细胞周围常出现的“光晕”(相位延迟)现象,还提出了一种相位梯度方法,用于去除待测物体周围的光晕,从而获得较为清晰的细胞边界轮廓。最后,结合细胞相位特征参数的阈值和相位梯度计算,建立了一种识别以上三种人类血细胞的分类识别方法。实验结果表明,该方法具有较好的精度和可行性,为基于定量相位成像的血细胞分析和分类提供了一种思路。
【图文】：

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国内外研究现状.1 流式细胞分析技术研究现状流式细胞术和细胞分选是临床诊断和生物医学研究中的常用技术。如图与检测试剂的混合溶液被放置在流体聚焦通道中，并逐个快速通过激光[6]。流式细胞分析仪能够快速和高度定量地检测单个细胞是否存在与细细胞内蛋白质表达、基因表达、细胞生理学等相关的各种荧光和光散射信厂商指定或用户定义的参数，数量庞大的细胞可以在高速运动的情况下光学信息，并以此为依据来进行有效的细胞分类分选。流式细胞分析是的重要技术，价格亲民、检测精度较高、检测速度较快的机器已被国内医院、诊所、医学研究所等广泛使用。

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江苏大学硕士学位论文此外，随着生物医学和生物光学技术的不断发展，以及对更复杂的细胞多维度参数分析、高通量分析的需求也在不断增加，这类机器已成为生物技术领域的强大应用工具，也在某种方面促进了细胞蛋白分析、临床药物筛选和细胞信号分析的发展。同时，计算机运算能力的提升和光学技术的进步促进了流式细胞仪较快速的发展以及较频繁的迭代更新，新的机器能够比以前更高地以数量级的速度处理细胞，并可以同时检测多达数十种的各类血细胞相关参数。因此，，以上的技术进步使细胞仪成为一种强有力的生物技术工具。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R446.1;TP391.41

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