（一）項目背景

細胞分析對生物醫藥科研實驗、臨床醫學、藥物篩選、生物分類等領域有著 重大意義。在生物分類研究中，細胞分類學利用細胞學特征進行生物分類，通過 細胞分類可以解決常規形態分類難以解決的問題。在免疫疾病的診斷中，人們區 分間接免疫熒光方法下細胞的染色模式，以診斷系統性自身免疫性疾病。在癌癥 診斷領域，血液循環癌細胞對癌癥的診斷評估和個性化治療預后十分重要，從血 液中區分和發現癌細胞的技術在這里得到應用。在藻類生質燃料領域，研究員需 要區分含脂量高和含脂量低的藻類，以達到培育含脂量更高的藻類的目的。

當前一種有效的細胞分析是通過流式細胞儀實現的。流式細胞儀采集光散射信號，需要對待測細胞進行染色后才能進行測量，同時為了減少自發熒光干擾、 提高信噪比，在染料、激光和濾片光學系統的選擇上也需要進行考量。其次，流 式細胞儀的流動室中有樣品管與鞘液管，鞘液由鞘液管從四周流向噴孔，包圍在 樣品外周后從噴嘴射出，由于鞘液的作用，被測細胞被限制在液流的軸線上，僅 能以單列流出，在檢測速度上難免有限制。此外，當前市場上主流的流式細胞儀 主要來自于是國外 BD 公司（Becton, Dickinson and Company）與貝克曼庫爾特 有限公司(Beckman Coulter, Inc.)兩個商家，價格昂貴。

另一種有效的血液 CTC 檢查方式是通過顯微鏡下觀察制作好的血液組織涂片，以此觀察細胞。大視野高分辨是光學顯微成像技術長期追求的目標。光學明 場顯微鏡具有對微米級和亞微米級樣本成像的能力，其依賴于物鏡成像的特點導致了成像分辨率和視場互相限制，高分辨成像的同時會犧牲一定的成像視野，而大視野成像的同時會降低一定的成像分辨率。盡管可以通過掃描來解決這一問題，但是較大視野的成像可能需要結合額外的對焦操作才能得到高質量圖像。

（二）項目簡介

便攜式高通量細胞分析儀是一種用于細胞分析的儀器，能夠以亞厘米級大視野、微米級空間分辨率進行成像，成像速度可達20fps，可實現活細胞的無標記高通量計數與分類。該儀器基于無透鏡計算顯微成像原理，系統結構簡單，操作便攜，成本低；該高通量細胞分析儀的視野和景深均遠高于傳統光學顯微鏡，成像視野可達30平方毫米，空間分辨率優于1微米，能夠達到相當于20X-40X顯微鏡的放大倍數和空間分辨率，可同時對上萬個細胞進行高分辨率成像，通過集成相應的 算法還可以實現細胞的三維成像。通過USB接口同計算機連接，便于系統控制、數據傳輸。該儀器配備圖像采集與分析軟件，可以實現細胞全息圖像的采集、高質量圖像重建、存儲、去噪、細胞分類與計數等功能。細胞的二分類準確率可達到96%以上、三分類準確率可達到90%以上。本項目研發的高通量細胞分析儀還可以用于細胞形態學分析，細胞生長動態跟蹤，細胞遷移、侵襲、增殖等監測；此外還可以與微流控芯片相結合，構建流式細胞成像計數儀，實現更高通量的細胞計數。

（三）關鍵技術

本產品基于無透鏡計算顯微成像原理，結合人工智能分析技術，可以解決如下問題：

1）大視野高分辨率：本產品使用大視野的無透鏡計算顯微成像技術，不需要引入物鏡以避免限制顯微鏡的成像視野或者視場，視野大小可達30mm2；同時 本產品空間分辨率優于1 微米，能夠達到相當20X-40X顯微鏡的放大倍數和 空間分辨率。

2）快速高通量成像：本產品圖像的采集速度最高可達20fps，可自行調節；儀器成像有約30mm2 的大視野，可以同時對數萬個細胞同時成像，大幅提高了細胞計數的效率，實現高通量細胞分析。

3）無標記非侵入：傳統的細胞分析需要使用熒光標志物作為細胞標志示蹤物質，或者通過造影劑或染色劑來增強細胞與背景環境的對比度。本產品通過全息技術，獲取細胞的相位信息，反映細胞的折射率，能夠立體地展示細胞形態。

4）智能化分析：本產品通過對無透鏡計算顯微成像系統得到的圖像進行灰度化、膨脹腐蝕等操作突出特征目標，對圖像進行閾值分割將細胞從圖像背景中提取出，再通過人工智能算法對細胞進行分析，包括區分每一類細胞并進行準確計數。這種方法不需要額外的熒光染料或造影劑，能夠簡化分析流程，提高分類計數的速度與準確性。

5）低成本：與需要昂貴的光學鏡頭的傳統顯微成像技術相比，無透鏡計算顯微成像技術光路簡單，需要的光學元件較少，且不使用鏡頭，很大程度地降低了成像系統的經濟成本，同時不需要物理調焦。照明采用廉價的LED光源，信號采集采用CMOS探測器。