(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210965377.5 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 杭州电子科技大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2 号大街 (72)发明人 杨珊珊　张浩　王玲　徐铭恩　 (74)专利代理 机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 33240 专利代理师 朱亚冠 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06V 20/69(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/80(2022.01) C12M 3/00(2006.01)C12M 1/00(2006.01) (54)发明名称 基于内窥OCT的微流控平台原位监测装置及 其方法 (57)摘要 本发明公开基于内窥OCT的微流控平台原位 监测装置及其方法。 相比基于传统显微镜的原位 监测设备， 本发明装置利用OCT可实现实时监测 细胞球等三维组织的内部结构， 进而可实现评估 三维组织的培养状态， 是否存在坏死； 若存在坏 死则需要终止实验， 及时取出三维组织， 避免造 成培养基的浪费； 同时也可实现评估三维组织生 长状态； 若已达到预期目标， 则可及时停止培养， 进行下一步实验操作。 若未达到预期目标则继续 培养。 权利要求书3页 说明书8页 附图5页 CN 115330717 A 2022.11.11 CN 115330717 A 1.一种基于内窥OCT的微流控平台原位监测装置， 其特征在于包括微流控芯片、 位于微 流控芯片下 方的内窥OCT探 头； 所述微流控芯片从下至上依次包括PMMA底板、 PDMS膜和PMMA盖板； 所述PDMS膜上表面 开有一流道； 所述PMMA盖板位于所述PDMS膜上方， 所述PMMA盖板开有两个通孔， 分别与流道 的两端连通； 所述PM MA底板位于所述P DMS膜下方； 所述内窥OCT探头包括外壳、 以及设置在外壳内的光纤、 聚焦透镜、 反射棱镜； 所述光纤 出射的光线至所述聚焦透镜， 所述聚焦透镜会聚光至所述反射棱镜， 所述反射棱镜将光线 反射至所述 微流控芯片流道内。 2.如权利要求1所述装置， 其特征在于所述PMMA底板开有位于流道下方的通道； 所述内 窥OCT探头位于上述 通道内。 3.一种基于内窥OCT的微流控平台原位监测方法， 基于权利要求1或2装置， 其特征在于 该方法包括以下步骤： 步骤S1： 在无菌环境下将三维组织 植入微流控芯片的流道内并立即封装微 流控芯片； 步骤S2： 装有培养基的培养瓶和微流控芯片的入口通过灭菌后的硅胶软管连接， 微流 控芯片的出口和废液回收瓶 通过灭菌后的硅胶软 管连接； 步骤S3： 启动蠕动泵， 待硅胶软管和微流控芯片内的空气完全排除后， 将所述内窥OCT 探头位于微 流控芯片流道的下 方， 并移入培 养箱内培 养； 步骤S4： 通过所述内窥OCT探头实时采集微流控芯片流道内三维组织细胞生长情况的 OCT数据； 根据OCT数据分析三维组织的生长状态。 4.一种基于内窥OCT的微流控平台原位监测装置， 其特征在于包括微流控芯片、 内窥 OCT探头、 微流控平台； 所述微流控芯片从下至上依次包括PMMA底板、 PDMS膜和PMMA盖板； 所述PDMS膜上表面 开有一流道； 所述PMMA盖板位于所述PDMS膜上方， 所述PMMA盖板开有两个通孔， 分别与流道 的两端连通； 所述PM MA底板位于所述P DMS膜下方； 所述内窥OCT探头包括外壳、 以及设置在外壳内的光纤、 聚焦透镜、 反射棱镜； 所述光纤 出射的光线至所述聚焦透镜， 所述聚焦透镜会聚光至所述反射棱镜， 所述反射棱镜将光线 反射至所述 微流控芯片流道内； 所述微流控平台包括底座、 以及设置在所述底座上端面的升降台、 X轴向移动机构、 Y轴 向移动机构。 5.如权利要求4所述装置， 其特征在于所述升降台包括台阶轴、 套管、 丝杆、 传动机构、 驱动电机、 台面， 所述底座上端面固定有台阶轴， 在台阶轴上连接有套 管， 套管内设有丝杆， 丝杆与套管螺纹连接， 丝杆下端支承在轴承座上并通过传动机构与驱动电机连接； 所述套 管上固定有台面； 所述台面设有缺口， 该缺口尺 寸小于所述微流控芯片， 且大于所述微流控 芯片的流道。 6.如权利要求4所述装置， 其特征在于所述X轴向移动机构包括X向电机、 X向移动导轨、 X向滑块， 所述Y轴向移动机构包括Y向电机、 Y向移动导轨； X向滑 块滑动连接在X向移动导轨 上， 并由X向 电机通过丝杠螺母结构驱动进行直线移动； Y向滑块滑动连接在Y向移动导轨 上， 并由Y向电机通过丝杠螺母结构驱动进行直线移动； X向滑块与Y向移动导轨固定 。 7.一种基于内窥OCT的微流控平台原位监测方法， 基于权利要求4或5或6装置， 其特征权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115330717 A 2在于该方法包括以下步骤： 步骤S1： 在无菌环境下将三维组织 植入微流控芯片的流道内并立即封装微 流控芯片； 步骤S2： 装有培养基的培养瓶和微流控芯片的入口通过灭菌后的硅胶软管连接， 微流 控芯片的出口和废液回收瓶 通过灭菌后的硅胶软 管连接； 步骤S3： 启动蠕动泵， 待硅胶软管和微流控芯片内的空气完全排除后， 将所述内窥OCT 探头位于微 流控芯片流道的下 方， 并移入培 养箱内培 养； 步骤S4： 通过所述内窥OCT探头实时采集微流控芯片流道内三维组织细胞生长情况的 OCT数据； 根据OCT数据分析三维组织的生长状态； 具体是： 4‑1： 获取目标的位置范围 在X‑Y平面内， 通过X轴向移动机构、 Y轴向移动机构， 使得内窥OCT探头在 X、 Y轴向移动， 获取目标位置范围(X0， Y0)， x1≤X0≤x2、 y1≤Y0≤y2， x1、 x2表示X0的上下界数值， y1、 y2表示Y0 的上下界数值； 4‑2： OCT数据采集 内窥OCT探头的最大采集范围为(X1， Y1)， 若X1≥X0且Y1≥Y0时， 通内窥OCT探头前后移动 和旋转， 实现对目标组织的三维OCT数据采集； 若X1、 Y1至少存在一个 参数小于目标位置范围 时， 则通过X轴向移动机构、 Y轴向移动机构扩大内窥OCT探头的采集范围， 得到多个视场的 三维OCT数据； 4‑3对多个视场的三维OCT数据进行拼接； 具体是： 4‑3‑1特征区域提取： ①从步骤4‑2采集到的多个视场的三维OCT数据中筛选得到两个具有部分重叠区域的 三维OCT数据Data1和Data2； ②根据采集时设定的坐标参数和视场参数确定Data1和 Data2的重叠区域； 为了排除采 集数据时电机运动导致的误差， 将Data1和Data2的重叠区域向外扩展θ ％， 将扩展面积后的 Data1和Data2作为特 征区域Area1和Area2； 4‑3‑2特征点提取： 使用复数互相关算法， 提取特征区域Area1和Area2内的静态组织信息D1和D2， 并作为 数据Area1和Area1拼接的特征点； 对特征点数据D1和D2进行降采样， 转化为点云数据p1和 p2； 4‑3‑3特征点配准： 采用简化的迭代最近点 算法对p1和p2进行迭代计算， 得到刚性变换矩阵T； 4‑3‑4数据融合： 根据步骤4 ‑3‑3得到的刚性变换矩阵T， 对Data1和Data2进行拼接得到融合后数据； 4‑3‑5重复上述 步骤直至所有视场的三维OCT数据拼接 完成。 8.如权利要求7 所述方法， 其特 征在于所述简化的迭代最近点 算法具体是： 在拼接OCT数据时只需考虑数据的平移而无需考虑数据的旋转， 以内窥OCT探头运动的 位移量确 定点云配准的初始位置， 对p1和p2进行迭代计算， 直到p1和p2对应点集的平均距 离小于d， 达到退出条件， 得到平移变换矩阵T， 再由矩阵T完成数据的融合； 待拼接点云数据 平均距离具体的公式如下：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115330717 A 3