基于图像识别的细胞计数分析方法、装置、电子设备、介质及系统与流程

本技术涉及细胞检测设备及细胞图像分析，具体而言，涉及一种基于图像识别的细胞计数分析方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质及系统。本技术尤其适用于采用可清洁重复使用样品台、多个测量通道、按通道照明以及横向移动成像结构的细胞计数设备，通过对样品层厚度、通道成像条件和通道计数结果进行连续约束，获得多通道细胞计数分析结果。本技术提供的细胞计数仪适用于细胞培养实验室的细胞浓度监测、药物研发过程中的细胞毒性评估、生物制品生产中的细胞密度检测以及环境监测中的微生物计数等应用场景。

背景技术：

1、细胞计数是细胞培养状态判断、细胞实验过程控制和生物样本定量分析中的基础环节。图像式细胞计数设备通常将细胞样品置于具有确定成像厚度的样品承载结构中，再由光源和图像采集组件获取细胞图像，并通过图像识别过程输出细胞数量。为提高检测效率，部分设备在同一样品台上设置多个测量通道，使多个测量通道能够依次或并行完成成像。

2、对于多测量通道样品台，样品台上盖与样品载物台之间的间隙决定细胞样品在测量通道中的铺展厚度和单个通道对应的有效样品体积。现有结构中，若样品台上盖两侧分别受力，或者不同位置的高度调节量不一致，样品台上盖容易相对于样品载物台产生倾斜，使不同测量通道形成不同的样品层厚度。即使各测量通道加入的是同一细胞样品，各通道细胞数量也可能因间隙差异而产生较大的离散程度，进而使通道变异系数升高。

3、同时，多测量通道需要在较小的测量间隙内完成进样和铺样。若各测量通道分别加样，操作次数较多且各次加样量难以保持一致；若未建立样品加样池与多个测量通道之间的稳定连通关系，细胞样品还可能出现局部未铺满、气泡占据成像区域或者通道间铺展程度不同等情况，从而影响后续图像采集的一致性。

4、在多通道成像过程中，不同测量通道相对于光源和图像采集组件的位置不同，若使用同一固定照明条件直接采集全部通道，容易使各通道产生不同的背景亮度、边缘阴影或反射响应；若反复移动样品台完成成像，则样品层可能受到扰动。现有图像处理过程若未将光源身份、图像采集位置和测量通道编号建立对应关系，也难以对各通道图像分别进行光照校正和计数区域限定。

5、此外，细胞图像中可能存在背景亮度起伏、测量通道边界、非成像区域以及相邻细胞相互粘连等情况。仅按照单一灰度阈值提取目标，可能将通道结构或非闭合边缘误识别为细胞目标，也可能把多个粘连细胞统计为一个目标。若在图像识别完成后直接汇总各通道数量，而未结合样品台间隙状态、各通道偏差和通道变异系数进行一致性校核，异常通道会直接影响最终细胞计数分析结果。

6、对于需要重复使用的样品台，样品台上盖朝向样品载物台的表面以及样品载物台朝向样品台上盖的表面均需要在测量后被清洁。若样品台上盖不便翻转，或者清洁后不能恢复至测量前的共同挡位位置，则残留样品可能影响下一次测量，重新装配产生的间隙变化也会破坏前后批次测量的一致性。因此，需要一种能够同时约束样品台测量间隙、多通道铺样、多通道成像、图像识别、结果校核和重复清洁复位的细胞计数分析方案。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于图像识别的细胞计数分析方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质及系统，以至少缓解多测量通道的测量间隙不一致、样品层厚度波动、通道成像条件差异、粘连细胞误计数以及重复使用样品台清洁复位困难中的一种或多种技术问题。

2、本技术提供的细胞计数仪具有以下特点：通过多通道并行检测提高检测通量，通过可更换样品台适配不同检测需求，通过可清洁重复使用样品台降低耗材成本，通过自动化图像识别减少人为误差，通过通道间一致性校核保证结果可靠性，通过横向移动成像保持样品稳定性，通过间隙标定状态实现不同测量批次间的结果可比性。

3、一种基于图像识别的细胞计数分析方法，包括：响应细胞计数指令，依据目标测量间隙调节分设于样品台两侧且分别连接高度调节横梁两端的两个高度调节旋钮，使高度调节横梁在样品台上盖与样品载物台之间同步升降，以形成目标测量间隙，并由共同挡位位置生成间隙标定状态；向样品加样池加入细胞样品，使细胞样品借助毛细作用进入多个测量通道，并在目标测量间隙内平铺以生成多通道样品层；控制多光源模块按照测量通道采集顺序形成通道照明状态，驱动图像采集组件沿测量通道排列方向横向移动以获取各测量通道的细胞图像，根据测量通道标识组合各细胞图像以生成多通道细胞图像；依据测量通道标识从多通道细胞图像中生成通道计数区域，识别候选细胞目标以生成候选细胞记录，根据候选细胞记录分离粘连细胞目标以生成单体细胞记录，按测量通道标识汇集单体细胞记录生成通道细胞记录，依据间隙标定状态校核各通道细胞记录，汇总校核通过的通道细胞记录以生成细胞计数分析结果。

4、可选地，所述响应细胞计数指令，依据目标测量间隙调节分设于样品台两侧且分别连接高度调节横梁两端的两个高度调节旋钮，使高度调节横梁在样品台上盖与样品载物台之间同步升降，以形成目标测量间隙，并由共同挡位位置生成间隙标定状态，包括：依据目标测量间隙确定两个高度调节旋钮的共同挡位位置；使两个高度调节旋钮分别在样品台两侧同步旋转至共同挡位位置，以带动高度调节横梁的两端等量升降；由高度调节横梁承托样品台上盖，使样品台上盖相对于样品载物台保持平行，以使多个测量通道具有相同的目标测量间隙。

5、可选地，所述向样品加样池加入细胞样品，使细胞样品借助毛细作用进入多个测量通道，并在目标测量间隙内平铺以生成多通道样品层，包括：在样品台上盖与样品载物台保持闭合且间隙标定状态表示达到目标测量间隙时，将细胞样品加入样品加样池；利用样品加样池与多个测量通道的通道入口之间的连通关系，使细胞样品在目标测量间隙产生的毛细作用下分别进入多个测量通道；由目标测量间隙限定每个测量通道内的样品层厚度，使细胞样品沿测量通道的通道成像范围平铺，并将完成平铺的多个测量通道登记为多通道样品层。

6、可选地，所述方法还包括：在生成细胞计数分析结果后，使样品台上盖绕连接样品台上盖与样品载物台的转动连接轴129翻转，以暴露样品台上盖朝向样品载物台的表面和样品载物台朝向样品台上盖的表面；对暴露的两个表面进行擦拭清洁以生成样品台清洁状态；将样品台上盖绕转动连接轴129复位，并按照间隙标定状态将两个高度调节旋钮恢复至共同挡位位置，以生成样品台可重复测量状态。

7、可选地，所述控制多光源模块按照测量通道采集顺序形成通道照明状态，驱动图像采集组件沿测量通道排列方向横向移动以获取各测量通道的细胞图像，根据测量通道标识组合各细胞图像以生成多通道细胞图像，包括：依据多个测量通道的排列次序生成通道采集序列；按照通道采集序列驱动水平移动组件150带动图像采集组件140依次移动至各测量通道对应的通道采集位置；在图像采集组件140到达当前通道采集位置时，选通多光源模块中与当前测量通道对应的光源以形成当前通道照明状态，并获取当前测量通道的细胞图像；将通道采集位置、光源身份和当前测量通道的通道编号关联为测量通道标识，并按照测量通道标识组合各细胞图像以生成多通道细胞图像。

8、可选地，所述依据测量通道标识从多通道细胞图像中生成通道计数区域，包括：按照测量通道标识将多通道细胞图像划分为与多个测量通道一一对应的通道图像；读取每一通道图像对应的通道照明状态，从通道图像中提取背景亮度响应以生成通道光照校正参数；利用通道光照校正参数对对应的通道图像进行亮度归一化以生成校正通道图像；从校正通道图像中识别测量通道边界，并在测量通道边界内排除非成像区域以生成通道计数区域。

9、可选地，所述在通道计数区域内识别候选细胞目标以生成候选细胞记录，包括：对通道计数区域执行背景抑制以生成细胞前景响应图；沿细胞前景响应图中的边界响应路径提取细胞轮廓连续片段；依据细胞轮廓连续片段的端点距离、端点延伸方向和边界走向生成轮廓闭合状态；将轮廓闭合状态表示形成闭合轮廓的细胞轮廓连续片段生成候选细胞记录，并将未形成闭合轮廓的细胞轮廓连续片段排除于候选细胞记录。

10、可选地，所述根据候选细胞记录分离粘连细胞目标以生成单体细胞记录，包括：从候选细胞记录的闭合轮廓中识别边界方向发生折返的边界折返位置；依据边界折返位置的相对位置和轮廓延伸方向生成分离端点对，并将具有分离端点对的候选细胞记录标记为粘连细胞记录；连接每一分离端点对以生成分离引导线，依据分离引导线对粘连细胞记录的闭合轮廓进行切分以生成多个闭合子轮廓；分别将多个闭合子轮廓生成单体细胞记录，并将分离端点对和分离引导线写入单体细胞记录以形成切分来源。

11、可选地，所述按照测量通道标识汇集单体细胞记录生成通道细胞记录，依据间隙标定状态校核各通道细胞记录，汇总校核通过的通道细胞记录以生成细胞计数分析结果，包括：按照测量通道标识将单体细胞记录写入对应的通道细胞记录，并由每一通道细胞记录中的单体细胞记录数量生成通道细胞数量；依据多个通道细胞数量生成通道计数均值和通道计数标准差，并以通道计数标准差与通道计数均值的比值生成通道变异系数；依据各通道细胞数量相对于通道计数均值的偏差生成通道偏差状态，结合间隙标定状态、通道偏差状态和通道变异系数生成一致性校核结果；将未通过一致性校核的通道细胞记录标记为通道异常记录，对通过一致性校核的通道细胞记录进行汇总以生成细胞计数分析结果，并依据通道异常记录生成间隙调节提示。

12、本技术还提供一种基于图像识别的细胞计数分析装置，包括：间隙配置模块，用于接收目标测量间隙，生成两个高度调节旋钮的共同调节指示，并依据共同挡位位置生成间隙标定状态；通道成像控制模块，用于控制多光源模块依次形成通道照明状态，控制图像采集组件140沿多个测量通道的排列方向横向移动并获取细胞图像，以生成携带测量通道标识和通道照明状态的多通道细胞图像；图像分析模块，用于依据测量通道标识从多通道细胞图像中生成通道计数区域，在通道计数区域内生成候选细胞记录，并根据候选细胞记录分离粘连细胞目标以生成单体细胞记录；通道统计模块，用于按照测量通道标识汇集单体细胞记录生成通道细胞记录，根据间隙标定状态对不同测量通道的通道细胞记录进行一致性校核，并汇总通过一致性校核的通道细胞记录以生成细胞计数分析结果。

13、本技术还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器读取所述计算机程序时执行本技术任一实施例所述的基于图像识别的细胞计数分析方法。

14、本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取时执行本技术任一实施例所述的基于图像识别的细胞计数分析方法。

15、本技术还提供一种基于图像识别的细胞计数分析系统，包括仪器壳体、样品台、多光源模块、图像采集组件140、水平移动组件150、控制模块和仪器屏幕170；所述样品台可拆卸安装于仪器壳体的样品台安装位，所述可更换样品台120包括样品载物台121、样品台上盖122、转动连接轴129、高度调节横梁123、两个高度调节旋钮124、样品加样池126和多个测量通道125，样品台上盖122通过转动连接轴129与样品载物台121转动连接，高度调节横梁位于样品台上盖与样品载物台之间，两个高度调节旋钮分设于样品台两侧并分别与高度调节横梁的两端传动连接，以共同驱动高度调节横梁同步升降，使样品台上盖与样品载物台之间形成目标测量间隙；所述样品加样池与多个测量通道连通，多个测量通道沿样品台排列并形成于样品台上盖与样品载物台之间，以使加入样品加样池的细胞样品借助毛细作用进入多个测量通道；所述多光源模块与多个测量通道对应设置，图像采集组件140安装于水平移动组件150并沿多个测量通道的排列方向移动，控制模块分别与多光源模块、图像采集组件140、水平移动组件150和仪器屏幕170通信连接，以控制多通道细胞图像采集，执行本技术任一实施例所述的方法，并通过仪器屏幕170显示细胞计数分析结果。

16、本技术提供的技术方案具有如下技术好处。针对背景技术中样品台上盖两侧高度调节量不一致而导致多测量通道样品层厚度不同的问题，本技术使两个高度调节旋钮分别连接高度调节横梁的两端，并使两个高度调节旋钮同步旋转至共同挡位位置。高度调节横梁的两端等量升降后共同承托样品台上盖，使样品台上盖相对于样品载物台保持平行，由此使多个测量通道形成相同的目标测量间隙。与分别压紧或仅调节单侧高度的方式相比，该结构把两侧调节量、横梁姿态和目标测量间隙纳入同一机械约束链路，有助于降低由样品层厚度差异引起的通道计数波动。

17、针对背景技术中多测量通道分别加样所导致的操作差异和铺样不一致问题，本技术使样品加样池与多个测量通道连通，并在样品台上盖与样品载物台形成目标测量间隙后加入细胞样品。细胞样品借助目标测量间隙产生的毛细作用分别进入多个测量通道，并由同一目标测量间隙限定各通道的样品层厚度。这样，单次加样能够形成多通道样品层，减少逐通道加样造成的加样量差异，并使各通道的铺样条件与前述间隙标定状态保持对应。

18、针对背景技术中固定照明和多通道位置差异造成的通道光照响应不同问题，本技术依据多个测量通道的排列次序形成通道采集序列，水平移动组件150带动图像采集组件140依次到达各通道采集位置，并在到达当前通道采集位置时选通对应光源。通过把通道采集位置、光源身份和通道编号关联为测量通道标识，各通道细胞图像从采集阶段即具有明确的空间来源和照明来源。由此能够逐通道形成通道照明状态，并避免通过反复移动样品台来改变成像位置，从而减少样品层受到扰动的可能性。

19、针对背景技术中背景亮度差异、通道边界和非成像区域影响目标识别的问题，本技术依据测量通道标识将多通道细胞图像划分为通道图像，并由背景亮度响应生成通道光照校正参数。完成亮度归一化后，再识别测量通道边界并排除非成像区域以生成通道计数区域。由此，候选细胞目标的识别对象不再是未经约束的整幅图像，而是经过通道归属、光照校正和区域限定的通道计数区域，有助于降低测量通道结构和光照差异对细胞轮廓提取的干扰。

20、针对背景技术中非闭合边缘和粘连细胞容易产生误计数的问题，本技术先依据细胞轮廓连续片段的端点距离、端点延伸方向和边界走向生成轮廓闭合状态，仅将形成闭合轮廓的细胞轮廓连续片段生成候选细胞记录；随后，从候选细胞记录中识别边界折返位置，生成分离端点对和分离引导线，并将粘连细胞记录切分为多个闭合子轮廓。该处理使候选细胞筛选和粘连细胞分离分别具有可追溯的轮廓依据，有助于减少非细胞边缘进入计数结果以及多个粘连细胞被合并计数的情况。

21、针对背景技术中异常测量通道直接参与汇总的问题，本技术根据各通道细胞数量生成通道计数均值、通道计数标准差和通道变异系数，并根据各通道细胞数量相对于通道计数均值的偏差生成通道偏差状态。间隙标定状态、通道偏差状态和通道变异系数共同生成一致性校核结果，使最终细胞计数分析结果来源于通过一致性校核的通道细胞记录。当出现通道异常记录时，还能够生成间隙调节提示，使计数结果异常与样品台间隙复核形成反馈关系。

22、针对背景技术中重复使用样品台不便清洁和复位的问题，本技术使样品台上盖通过转动连接轴129与样品载物台转动连接。测量完成后，样品台上盖能够绕转动连接轴129翻转，从而暴露相互朝向的两个表面供擦拭清洁；清洁后再按照间隙标定状态把两个高度调节旋钮恢复至共同挡位位置，使样品台形成可重复测量状态。由此，清洁操作、结构复位和测量间隙恢复被纳入同一使用流程，有助于维持不同测量批次之间的间隙一致性。。