一种细胞分选仪的液滴监测方法、系统及存储介质

本发明涉及细胞分选领域，尤其是涉及一种细胞分选仪的液滴监测方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、流式细胞分选技术是利用流式细胞分选仪，以高能量激光照射高速流动状态下被荧光色素染色的单细胞或微粒，根据其产生的散射光和发射荧光的强度和波长，实现目标细胞的分选回收。分选后的细胞可用于培养、移植、核酸提取、单细胞pcr扩增或原位杂交等，也可进一步用于细胞基因、蛋白、功能水平的异质性研究。

2、常规流式细胞分选是通过液滴包裹细胞来实现的，即通过液滴高频震荡生成装置，将流经喷嘴的连续液流按需断裂，完成液滴生成的同时也实现了细胞的包裹。本质上而言，流式细胞分选是针对含有细胞的液滴进行操作的。因此，液滴的稳定生成，是流式细胞分选仪实现目标细胞有效获取的重要前提保障。

3、流式细胞术的最大优势在于高通量分析或分选，通常而言，从流体池喷出的液滴特点有二：（1）流速快，达数十米/秒，如40 m/s；（2）体积小，纳升/皮升级，如100 um直径的喷嘴，生成的液滴平均体积约为0.5 纳升。如何确保纳升/皮升级高速液滴的稳定生成，是流式细胞分选技术需要解决的重要问题。

4、现有的方法或策略主要针对细胞分选仪整个系统，即通过设置和调整高频振荡器参数，根据分选后细胞的性能指标（如纯度、得率等）来评估液滴生成是否合适。考虑到影响流式细胞分选性能的因素众多，此类间接性回溯方法，带来（1）方法学上往往不能监测和评估当前液流是否稳定；（2）分选后回溯造成细胞/微粒材料的浪费，特别是一些稀有且贵重的细胞样本，有可能直接带来不可逆的实验失败。

5、因此，非常有必要对流式细胞分选时液滴的生成质量在细胞分选实验中进行前置直接监测。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种在细胞分选过程中，对液滴的生成质量进行前置直接监测的监测方法。

2、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供一种在细胞分选过程中，对液滴的生成质量进行前置直接监测的监测系统。

3、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之三在于提供一种在细胞分选过程中，对液滴的生成质量进行前置直接监测的计算机可读存储介质。

4、本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

5、一种细胞分选仪的液滴监测方法，包括以下步骤

6、s1：设置相机参数以及滴液参数，生成滴液，采集每一滴液的多个图像；

7、s2：对每一图像进行分割，生成液滴的二值图像，根据液滴区域的面积和位置，识别出液滴根部、正常液滴、卫星液滴，根据已识别出的液滴根部、正常液滴和卫星液滴区域提取表征液滴稳定性的多个量化特征，生成液滴多个图像的特征矩阵；

8、s3：特征矩阵行归一化，计算液滴稳定性的当量特征及其均值、方差，生成质控图；

9、s4：根据质控图给出液滴质量评价结果。

10、进一步地，在步骤s1中，设置相机参数以及滴液参数具体为：设置液滴生成装置的流体速度和液滴震荡频率，设置相机成像的曝光时间、图像分辨率和拍摄帧率并根据所述液滴震荡频率设置照明光源的频闪频率。

11、进一步地，液滴生成的震荡频率为 f drop，照明光源的频闪频率为 f light，；震荡频率 f drop和频闪频率 f ligh两者信号的相位差为0。

12、进一步地，在步骤s1中，还包括设置相机拍摄的感兴趣区域，感兴趣区域具体为：液滴的下落序列的纵行中心线为图像的纵向中轴线，并确保图像的纵向分辨率能覆盖数个正常液滴，横向宽度的像素个数大于细胞/微粒的宽度以提升图像数据处理速度。

13、进一步地，在步骤s1中，采集每一滴液的多个图像具体为：按给定的时间分辨拍摄液滴图像，生成液滴监测采样视频，根据相机设置的成像帧率，逐帧解析出液滴图像。

14、进一步地，步骤s2具体包括以下步骤：

15、s21：对滴液图像手动标记液滴区域，构建液滴图像训练集、验证集和测试集；

16、s22：根据带标记的液滴图像数据集，训练液滴图像的语义分割模型，并将训练后的语义分割模型进行精度优化，将模型权重文件进行转化；

17、s23：针对每一滴液图像，使用优化后的语义分割模型生成二值图像；

18、s24：根据液滴区域的面积和位置，识别出液滴根部、正常液滴、卫星液滴；

19、s25：根据已识别出的液滴根部、正常液滴和卫星液滴区域，计算出drop1、gap、液滴间距、卫星液滴个数和模糊液滴个数共5个表征液滴稳定生成的量化特征，drop1为：卫星液滴归并后，液滴图像中第一个液滴的质心纵向像素坐标值；gap为液滴根部区域的下边界至卫星液滴合并后drop1区域的上边界之间的空白纵向像素距离；

20、s26：生成液滴多个图像的特征矩阵。

21、进一步地，在步骤s24中，识别液滴根部具体为：遍历二值图像上的液滴前景区域，计算出每个前景区域的像素面积和形心位置坐标，当液滴区域像素面积占比图像前景总像素面积大于0.45且小于0.80并且几何中心位置的纵向坐标值在所有液滴前景区域中最小，则判断为液滴根部。

22、进一步地，在步骤s24中，识别正常液滴、卫星液滴具体为：将二值图像中的液滴根部区域排除，将剩余液滴区域中的最大面积和最小面积之和的二分之一设置为卫星液滴的判定阈值，排除液滴根部后的剩余液滴区域，当像素面积大于所述阈值时，判定为正常液滴，当像素面积小于等于所述阈值时，判定为卫星液滴。

23、进一步地，在步骤s24中，当液滴区域像素面积占比图像前景总像素面积小于等于0.45或大于等于0.80，则给出工况异常警示。

24、进一步地，在计算形心位置坐标时，需要将附近的卫星液滴归属划定后一并计算，卫星液滴的归属划定具体为：遍历卫星液滴的质心纵向坐标，针对每一个卫星液滴，计算与其最近的上方正常液滴和下方正常液滴的笛卡尔欧式距离，将卫星液滴归属至与其最短距离者，当卫星液滴上方无正常液滴时，则归属至最近的下方正常液滴，当卫星液滴下方无正常液滴时，则归属至最近的上方正常液滴。

25、进一步地，液滴是沿其中心线形成的密度均匀分布的回转体，二值图像中的液滴前景区域是液滴回转体的边界明确的二维剖面，因此液滴质心的纵向像素坐标为，其中 y j为回转体积片至参考线的距离，即回转体积片的纵向坐标； d j为回转体积片横截面的长度。

26、进一步地，在步骤s3中，计算液滴稳定性的当量特征具体为：液滴稳定性的当量特征为drop1、gap和液滴像素间距的特征各赋权重30%，卫星液滴个数、模糊卫星液滴个数特征各赋权重5%，

27、，并给出液滴当量特征的均值、标准差sd，分别计算和绘制中心线、上质控界限、下质控界限、上警告界限、下警告界限，生成质控图。

28、本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

29、一种细胞分选仪的液滴监测系统，用以实施上述细胞分选仪的液滴监测方法，包括处理器、存储器以及相机，所述相机以及所述存储器与所述处理器通信连接，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行以上述细胞分选仪的液滴监测方法。

30、本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

31、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述细胞分选仪的液滴监测方法。

32、相比现有技术，本发明细胞分选仪的液滴监测方法设置相机参数以及滴液参数，生成滴液，采集每一滴液的多个图像；对每一图像进行分割，生成液滴的二值图像，根据液滴区域的面积和位置，识别出液滴根部、正常液滴、卫星液滴，根据已识别出的液滴根部、正常液滴和卫星液滴区域提取表征液滴稳定性的多个量化特征，生成液滴多个图像的特征矩阵；特征矩阵行归一化，计算液滴稳定性的当量特征及其均值、方差，生成质控图；根据质控图给出液滴质量评价结果，通过上述步骤，液滴监测方法具有直观、精准、有效等特点，无需过多的人为操作即可自动完成，简单方便，并且液滴的生成质量进行前置直接监测避免浪费材料。