基于视觉反馈的自动化显微操作方法研究

摘要

随着生命科学研究走向批量化，通量化的发展进程，自动化已成为显微操作的必然趋势，而视觉反馈是实现自动化显微操作的必不可少的要素，本文对基于视觉反馈的自动化显微操作方法进行了较为深入的研究。良好的视觉反馈是自动化显微操作的基础，由于显微图像的质量对光强有很强的依赖，直接影响后期图像处理。
　　 本文首先面向视觉反馈对最优光强的需求，分析显微镜光源光照强度变化对显微图像的影响，得到了基于纹理特征的二维光强评价标准。迸一步，根据此评价标准设计了最优光照条件的获取方法并将其应用于显微操作中的亚细胞结构定位，使定位效果和成功率得到明显提高，为基于视觉反馈的自动化显微操作的实现奠定了基础。在得到有效的视觉反馈的基础上，实现了典型显微操作:核移植中体细胞操作的流程自动化。该流程包括在当前显微视野中识别体细胞并获取最优体细胞以供操作，并进一步控制注射针通过视觉伺服，自动移动至目标体细胞处等待吸取。将完整的操作流程应用于核移植实验，进行了12次自动体细胞操作实验，均获得了成功。进一步，对显微操作中的关键环节:显微注射进行了深入的研究。基于视觉反馈实现了纳升级定量注射控制，并将此方法应用于以斑马鱼胚胎为载体的自动批量胚胎注射实验中，成功地得到了应用。另外。作为显微注射技术的延伸，研究了基于视觉反馈的细胞特性测量方法，可对注射后细胞的特性进行原位，定量的测量。利用此方法成功测得了斑马鱼胚胎膜的剪切模量，在实验中取得了很好的效果。

目录

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摘要

第一章 绪论

第一节 基于视觉反馈的自动化显微操作研究背景

第二节 基于视觉反馈的自动化显微操作研究现状

第三节 本文的主要研究内容及章节安排

1．3．1 本文的主要研究内容

1．3．2 论文章节安排

第二章 面向最优视觉反馈的显微图像光强评价

第一节 基于纹理信息的显微图像光强评价标准

2．1．1 建立显微图像光强评价标准的意义分析

2．1．2 基于纹理信息的显微图像光强评价标准

第二节 最优光照条件的获取方法

第三节 最优光照在亚细胞结构定位中的应用

2．3．1 最优光照在卵母细胞极体定位中的应用

2．3．2 最优光照在斑马鱼胚胎卵裂球定位中的应用

第四节 小结

第三章 基于视觉反馈的体细胞自动化操作

第一节 面向核移植的体细胞操作流程分析

第二节 自动体细胞操作流程关键技术

3．2．1 基于纹理分割的体细胞定位

3．2．2 基于模板匹配的注射针定位

3．2．3 注射针路径规划

3．2．4 视觉伺服控制方法

第三节 基于视觉伺服的自动体细胞操作实验

第四节 小结

第四章 基于视觉反馈的细胞自动注射与力学特性测量

第一节 基于视觉反馈的自动定量注射方法

4．1．1 定量注射方法分析

4．1．2 纳升级定量注射控制

第二节 批量斑马鱼胚胎自动注射实验

4．2．1 批量斑马鱼胚胎自动注射实验流程

4．2．2 批量斑马鱼胚胎自动注射实验平台

4．2．3 批量斑马鱼胚胎自动注射实验结果

第三节 基于视觉反馈的胚胎特性测量

4．3．1 基于视觉反馈的胚胎膜力学特性测量方法

4．3．2 基于视觉反馈的斑马鱼胚胎膜剪切模量测量实验步骤

4．3．3 基于视觉反馈的斑马鱼胚胎膜剪切模量测量结果

第四节 小结

第五章 结论与展望

第一节 结论

第二节 展望

参考文献

致谢

个人简历、学术论文与研究成果