一种白细胞分类检测系统及方法

本发明属于细胞检测分类，具体涉及一种白细胞分类检测系统及方法。

背景技术：

1、白细胞在人体的免疫系统中扮演着重要的角色，主要负责防止生物体受感染和入侵。白细胞的分类计数常用于检测生命体内的白细胞浓度是否有异常，便于进一步辅助判断疾病的存在及程度。目前对白细胞进行分类计数通常采用人工镜检、流式细胞仪和血细胞分析仪等。人工镜检需要专业人员通过制作血涂片的方式进行观察分类计数，由于属于劳动密集型，因此常作为一种辅助手段；流式细胞仪也需要专业的人员进行操作，需要操作的步骤多且较复杂，设备昂贵，需要的试剂耗材多且需要特定的保存环境；血细胞分析仪虽然价格没有流式细胞仪贵，但所需配套试剂方面和流式细胞仪差不多。

2、近年来，众多学者提出了白细胞分类计数的新方法，以弥补目前分类计数手段的不足，提高白细胞检测水平。有的学者为了降低检测仪器的成本，在现有流式细胞仪的光学结构基础上进行了一定的简化，或自制光路结构，构建了基于微流控和多种成像方式的白细胞分类检测系统，但仍需要多种抗体、磁颗粒、荧光染料等试剂耗材配合使用；有的学者利用数字全息显微镜，并在微流控芯片上对白细胞溶液进行流体动力学聚焦，重建白细胞图像，对白细胞进行无标记检测分类，但该类方法获取的白细胞图像效果较差，图像特征较单一，分类效果较差。

3、发明专利一种血红细胞质量检测系统及方法(公布号：cn115468895 a)公开了一种针对红细胞的识别及计数方法，简化了技术装置的设计和结构，并且可以有效避免细胞的重叠影响，实现精确计数；该发明主要依据不同存储时长的红细胞具有不同形态的特点，将红细胞划分了六种不同形态类别，对这六种不同形态类别的红细胞进行识别计数。本发明检测的对象白细胞有多种类别，部分类别间形态上并没有明显差异，仅依据白细胞形态难以实现有效地对白细胞类别的检测分类计数。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种白细胞分类检测系统及方法解决了现有白细胞分类计数手段存在的劳动密集型、设备昂贵、所需试剂耗材多、操作步骤多且较复杂、分类效果较差等问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种白细胞分类检测系统，包括白细胞分类微流控芯片、显微镜、装载于显微镜上的高速相机以及白细胞分类计数平台；

3、其中，所述白细胞分类微流控芯片包括基底和盖板；所述盖板设置于所述基底上方，所述盖板上设置有进样口和出样口，所述盖板面向基底的一侧设置有微通道；所述微通道中设置有检测结构区；所述微通道将进样口、出样口和检测结构区相连通；

4、所述检测结构区包括前段分类计数区、中段分类计数区和末段分类计数区；所述前段分类计数区由前段微柱阵列和前段微柱缝隙构成；末段分类计数区由末段微柱阵列和末段微柱缝隙构成。

5、所述白细胞分类微流控芯片主要用于提供区分不同类别白细胞的结构和提供白细胞图像采样微环境，所述显微镜以及装载于显微镜上的高速相机用于采集白细胞图像，所述白细胞分类计数平台用于部署跟踪检测不同类别白细胞的目标检测模型和计数不同类别白细胞的计数功能模块。

6、在本方案中，由于白细胞有多种类别，部分类别间形态上并没有明显差异，仅依据白细胞形态难以实现有效地对白细胞类别的检测分类计数。因此本发明主要依据白细胞的大小和可变形度设计了合适的微通道和检测结构区，可有效对淋巴细胞、粒细胞和单核细胞等白细胞产生不同的阻碍而造成其通过结构的时间快慢不同，实现对不同类别白细胞的区分。通过根据不同类别白细胞具有的大小、可变形度的不同，设计了具有特定尺寸范围的检测结构区、前段微柱阵列、前段微柱缝隙、末段微柱阵列和末段微柱缝隙等，从硬件上实现对不同类别白细胞的区分，为后续白细胞分类计数平台对不同类别白细胞进行分类计数创造了条件。

7、进一步的，所述进样口和出样口的孔半径为400μm-600μm；

8、进一步的，所述微通道的宽度为20μm-250μm。

9、上述进一步方案的有益效果为：进样口和出样口的孔半径较宽，便于白细胞混合液的通入及流出；合适的微通道宽度范围既便于显微镜在合适的放大倍数之下能够清晰地观察到白细胞形态，又刚好在显微镜的视野范围，同时在微通道高度较低的情况下，微通道不会塌陷。

10、进一步的，所述微通道和检测结构区的高度均为10μm-30μm；所述前段微柱阵列和末段微柱阵列的高度均为10μm-30μm；所述前段微柱阵列中各微柱间形成的前段微柱缝隙为9μm-12μm；所述末段微柱阵列中各微柱间形成的末段微柱缝隙为6μm-9μm；所述前段微柱阵列和末段微柱阵列均垂直于基底。

11、上述进一步方案的有益效果为：合适的微通道和检测结构区的高度范围能够保证不同大小的白细胞都能顺利地通入微通道和检测结构区，同时有效避免白细胞出现重叠现象，从而避免给目标检测模型的检测效果带来的负面影响；前段微柱阵列和末段微柱阵列的高度与微通道和检测结构区的高度保持一致可以有效避免白细胞在通过微柱间缝隙受挤压时不会从微柱与微通道底部形成的缝隙挤压通过，从而避免给目标检测模型的检测效果带来的负面影响；合适的前段微柱缝隙和末段微柱缝隙的宽度，能有效保证具有不同大小、不同变形度的白细胞通过不同宽度的微柱缝隙时，通过的时间快慢不同，为不同分类计数区内不同类别白细胞中的某一类的检测分类和计数提供条件，同时有效保证在缝隙出现较严重堵塞时能通过增加适度的流体压力清除堵塞情况，保证白细胞检测能继续顺利进行。

12、进一步的，所述基底的材料为玻璃，所述盖板为聚二甲基硅氧烷检测结构模块。

13、一种白细胞分类检测方法，包括以下步骤：

14、s1、将全血与血细胞分析用溶血剂混合，去除全血中的红细胞，接着将去除红细胞的混合液通过细胞过滤网筛过滤，去除混合液中较大的杂物、颗粒，得到白细胞混合液；

15、s2、将所述白细胞分类微流控芯片放置于显微镜的载物台上，将检测结构区置于物镜正下方；

16、s3、将s1中所得白细胞混合液通过微泵从进样口通入到微通道中；

17、s4、通过所述显微镜上的高速相机采集通过检测结构区的图像，将采集得到的图像输入白细胞分类计数平台，并在前段分类计数区、中段分类计数区和末段分类计数区内分别对不同类别白细胞中的某一类进行检测分类和计数。

18、进一步的，所述s1具体为：

19、将全血与血细胞分析用溶血剂按照体积比为1:3-20进行混合，将全血中的红细胞溶解；细胞过滤网筛的孔径为15μm-500μm，将过滤掉混合溶液中较大的杂物、颗粒。

20、进一步的，所述s2中，所述显微镜的放大倍数为100-1000倍。

21、上述进一步方案的有益效果为：全血与血细胞分析用溶血剂按体积混合的比例设置一个合适的范围，是为了将全血中的红细胞充分溶解，避免检测时红细胞对白细胞的干扰；合适的细胞过滤网筛的孔径范围能有效避免混合液中较大的杂物、颗粒在检测时对白细胞的干扰；显微镜设置一个合适的放大倍数范围是为了能够清晰地观察到白细胞的形态。

22、进一步的，所述s4中，采集得到的图像将输入白细胞分类计数平台中的目标检测模型，目标检测模型将在前段分类计数区、中段分类计数区和末段分类计数区内分别对不同类别白细胞中的某一类进行跟踪检测分类。

23、上述进一步方案的有益效果为：跟踪检测分类是指在白细胞检测分类的同时，还对运动中的白细胞进行了跟踪，以保证在某段分类计数区内同一个白细胞由于运动产生位置变化后不会被判定为另外一个细胞，避免同一个细胞被重复计数，从而造成计数错误。

24、进一步的，所述s4中，所述白细胞分类计数平台中的计数功能模块将在前段分类计数区、中段分类计数区和末段分类计数区内分别对不同类别白细胞中的某一类进行计数，完成三类白细胞的计数任务，核心算法如下：

25、if wbc_x＞mreg_lx and wbc_x＜mreg_rx and wbc_y＞mreg_tx

26、and wbc_y＜mreg_dx and wbc_type＝＝type0

27、wbc0←wbc0+1

28、if wbc_x＞freg_lx and wbc_x＜freg_rx and wbc_y＞freg_tx

29、and wbc_y＜freg_dx and wbc_type＝＝type1

30、wbc1←wbc1+1

31、if wbc_x＞lreg_lx and wbc_x＜lreg_rx and wbc_y＞lreg_tx

32、and wbc_y＜lreg_dx and wbc_type＝＝type2

33、wbc2←wbc2+1

34、其中，wbc_x和wbc_y分别为白细胞中心的x坐标和y坐标；mreg_lx、mreg_rx、mreg_tx、mreg_dx分别为中段分类计数区的左右上下边界线坐标；freg_lx、freg_rx、freg_tx、freg_dx分别为前段分类计数区的左右上下边界线坐标；lreg_lx、lreg_rx、lreg_tx、lreg_dx分别为末段分类计数区的左右上下边界线坐标；wbc_type为白细胞被检测出的类别，type0、type1、type2分别为预设的三类白细胞类别值；wbc0为在中段分类计数区内统计到的第一类白细胞的数量、wbc1为在前段分类计数区内统计到的第二类白细胞的数量、wbc2为在末段分类计数区内统计到的第三类白细胞的数量。

35、本发明的有益效果为：

36、(1)本发明提供的白细胞分类检测系统结构简单、制作成本低，根据不同类别白细胞具有的大小、可变形度的不同，设计了具有特定尺寸范围的检测结构区、前段微柱阵列、前段微柱缝隙、末段微柱阵列和末段微柱缝隙等；通过给微通道和检测结构区设置合适的宽高度范围，可使目标检测模型对白细胞的分类计数效果更好；通过设置合适的显微镜放大倍数范围，有利于获得合适的观察视野，进一步获得最佳的采样图像。

37、(2)本发明提供的目标检测模型和计数功能模块部署于白细胞分类计数平台，目标检测模型用于在前中末段区域内分别对白细胞进行跟踪检测分类，计数功能模块用于在前中末段区域内分别对不同类别白细胞中的某一类的计数。