一种用于精子活力分析的暗场显微镜及分析方法

本发明涉及光学显微成像、精子检测，具体涉及一种用于精子活力分析的暗场显微镜及分析方法。

背景技术：

1、精子分析是生殖障碍人群的一项常见的检查项目，通过检测精子形态、精子浓度、精子活力等相关参数，评估精子质量，确定相应的不孕不育治疗方案。临床上现有的精子分析装置，需要专业人员操作生物显微镜，并且设备体积大，成本高，操作方法复杂。较大的体积和设备的复杂性，并不适用于资源有限地区。

2、现在市面上使用的精子检测装置，大多数使用明场成像，这种成像方式无法提高精子与背景之间的对比度，在后续精子轨迹追踪时，可能会出现精子与背景识别错误或者精子无法识别等问题。另外，世界卫生组织精液处理实验室手册中要求的采集5个点，保证200个以上的精子，现有的便携式精子分析装置无法满足多点采集的条件，获得的精子参数误差较大。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于精子活力分析的暗场显微镜及分析方法，成本低、便携式、成像清晰、图片对比度高，以解决现有的便携式精子分析装置无法满足多点采集，以及明场成像中精子与背景识别错误或者精子无法识别的问题。

2、为此，本发明提出了一种用于精子活力分析的暗场显微镜，包括壳体、照明光源、二维移动载物台、物镜组件、成像透镜、轴向电控平台、反射镜组件、ccd相机和控制模块；所述物镜组件位于所述二维移动载物台下方，包括物镜和镜筒，所述物镜和所述镜筒两者中心轴线方向与竖直方向平行；同时所述成像透镜位于所述镜筒正下方；而所述轴向电控平台与所述镜筒连接，实现所述物镜聚焦。

3、所述反射镜组件设置在所述物镜组件下方，包括竖直反射镜镜架、横向反射镜镜架、反射镜一和反射镜二；所述反射镜一与所述反射镜二配合将所述成像透镜中形成的图像反射后传递给所述ccd相机，再通过精子检测模块实现精子活力分析；其中，所述照明光源包括环形阵列的彩色led灯珠，通过所述控制模块控制照明光的颜色和亮度，实现暗场成像；所述二维移动载物台上装有计数板；实现多点采集。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述二维移动载物台包括连接底板、下滑动板、上滑动板、丝杆电机组一和丝杆电机组二；所述下滑动板与所述连接底板纵向滑动配合并通过所述丝杆电机组二驱动，所述上滑动板与所述下滑动板横向滑动配合并通过所述丝杆电机组一驱动，而所述计数板放置在所述上滑动板上。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述镜筒侧边固定连接有一个物镜轴向调节架，所述物镜轴向调节架与所述轴向电控平台。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述竖直反射镜镜架和所述横向反射镜镜架整体都呈直角三棱柱形状，并且所述竖直反射镜镜架和所述横向反射镜镜架底部分别与壳体固定连接。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述反射镜一所在平面与所述物镜中心轴线方向呈°夹角，使从所述物镜传播出来的竖直方向光线反射成水平横向方向光线；所述反射镜二所在平面与所述ccd相机镜头轴线方向呈°夹角，使从反射镜反射而来的水平横向光线经过垂直反射呈水平纵向光线并射入所述ccd相机。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述壳体上还设有三轴滑动平台，所述照明光源通过支杆与所述三轴滑动平台连接，而所述三轴滑动平台包括z轴位移台和x-y轴位移台，用于调整光源的位置和高度。

9、作为本发明的一种优选技术方案，所述物镜为空气镜，na＝0.25，放大倍率为10×，可支持4×～100×各系列物镜的成像。

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述壳体包括底座和左右两个外壳，所述二维移动载物台固定安装在外壳左上端，而轴向电控平台与右侧外壳固定连接。

11、作为本发明的一种优选技术方案，述控制模块具有arduino uno单片机，用于控制照明光源、二维移动载物台、轴向位移平台、相机参数以及图像采集。

12、本发明提出了一种用于精子活力分析的暗场显微镜的分析方法，包括以下步骤：

13、s1、将精液进行稀释，记录稀释倍数，并充分混合后，加入精子计数板中；

14、s2、装载物镜，选用10×无限远物镜，na值为0.25；

15、s3、将装有样本的精子计数板装载在显微镜上；

16、s4、打开控制程序，打开led照明，调节照明na，使显微镜处于暗场成像的工作模式；

17、s5、打开相机，检查图像是否清晰，调节物镜轴向位置，寻找焦面，观察到清晰的精子图像；

18、s6、点击程序，调整ccd相机成像参数，确保曝光合适，每秒可以拍摄超过30帧图像；

19、s7、切换功能，预览二值化图像效果，通过调节亮度、对比度等参数，获得理想的二值化图像；

20、s8、选择精子分析功能，计算精子运动参数、精子个数等，并切换控制丝杆电机组切换视场；

21、s9、综合多个视野的分析结果，计算出平均的浓度和活力，以及运动信息。

22、本发明光路采用偏光轴设计，大幅度压缩装置体积，仅为164×139×250mm3，达到小型化目标的同时减少了造价成本；采用暗场成像，提高精子的对比度，解决运动追踪时精子无法识别或错误识别的问题，通过上位机集成控制，降低显微镜操作难度，编写一体化casa算法，直接获得精子运动参数。该系统具有采集图像清晰，自动化程度高，检测时间短，体积小等优点。

23、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本申请作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种用于精子活力分析的暗场显微镜，其特征在于，包括壳体、照明光源(1)、二维移动载物台、物镜组件、成像透镜、轴向电控平台、反射镜组件、ccd相机和控制模块；

2.根据权利要求1所述的用于精子活力分析的暗场显微镜，其特征在于，所述二维移动载物台包括连接底板(9)、下滑动板(8)、上滑动板(6)、丝杆电机组一(5)和丝杆电机组二(7)；所述下滑动板(8)与所述连接底板(9)纵向滑动配合并通过所述丝杆电机组二(7)驱动，所述上滑动板(6)与所述下滑动板(8)横向滑动配合并通过所述丝杆电机组一(5)驱动，而所述计数板放置在所述上滑动板(6)上。

3.根据权利要求1所述的用于精子活力分析的暗场显微镜，其特征在于，所述镜筒(11)侧边固定连接有一个物镜轴向调节架(12)，所述物镜轴向调节架(12)与所述轴向电控平台(16)。

4.根据权利要求1所述的用于精子活力分析的暗场显微镜，其特征在于，所述竖直反射镜镜架(14)和所述横向反射镜镜架(15)整体都呈直角三棱柱形状，并且所述竖直反射镜镜架(14)和所述横向反射镜镜架(15)底部分别与壳体固定连接。

5.根据权利要求1所述的用于精子活力分析的暗场显微镜，其特征在于，所述反射镜一所在平面与所述物镜(10)中心轴线方向呈45°夹角，使从所述物镜(10)传播出来的竖直方向光线反射成水平横向方向光线；所述反射镜二所在平面与所述ccd相机(17)镜头轴线方向呈45°夹角，使从反射镜反射而来的水平横向光线经过垂直反射呈水平纵向光线并射入所述ccd相机(17)。

6.根据权利要求1所述的用于精子活力分析的暗场显微镜，其特征在于，所述壳体上还设有三轴滑动平台，所述照明光源(1)通过支杆(2)与所述三轴滑动平台连接，而所述三轴滑动平台包括z轴位移台(3)和x-y轴位移台(4)，用于调整光源的位置和高度。

7.根据权利要求1所述的用于精子活力分析的暗场显微镜，其特征在于，所述物镜(10)为空气镜，na＝0.25，放大倍率为10×，可支持4×～100×各系列物镜的成像。

8.根据权利要求1所述的用于精子活力分析的暗场显微镜，其特征在于，所述壳体包括底座(19)和左右两个外壳(18)，所述二维移动载物台固定安装在外壳(18)左上端，而轴向电控平台(16)与右侧外壳(18)固定连接。

9.根据权利要求1所述的用于精子活力分析的暗场显微镜，其特征在于，所述控制模块具有arduino uno单片机，用于控制照明光源(1)、二维移动载物台、轴向位移平台(16)、相机参数以及图像采集。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于精子活力分析的暗场显微镜的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种用于精子活力分析的暗场显微镜及分析方法，该暗场显微镜包括壳体、照明光源、二维移动载物台、物镜组件、成像透镜、轴向电控平台、反射镜组件、CCD相机和控制模块；通过光路多次反射设计，达到小型化目标的同时减少了造价成本；采用环形LED阵列照明，可以调整任意照明颜色和照明亮度，实现不同波长照明的暗场成像；显微镜配套了自主编写的LabVIEW精子运动分析程序LabCASA，程序页面拥有显微镜控制面板和精子分析面板，可以实现实时成像、精子运动轨迹实时追踪处理，分析精子活力。该系统成像清晰，精子图像具有高对比度，可以降低精子活力检测的误差，系统尺寸便携，成本低廉，适合偏远地区或资源有限地区使用。技术研发人员：周金华,章志国,邵梦,李长旭受保护的技术使用者：安徽医科大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5