精子自动制动与吸取方法及系统与流程

本发明涉及显微细胞操作，尤其涉及一种基于单一定位器的精子自动制动与吸取方法及系统。

背景技术：

1、胞浆内单精子注射 (icsi) 是是体外受精中的重要程序，其主要步骤包括精子操作（精子制动及精子吸取）与细胞注射。传统上，通过人工操作实现精子操作，但该技能的学习周期较长，且成功率受制于操作者的熟练程度。在过去的十年间，精子操作自动化得到了广泛研究，但是现有的精子操作技术大多依赖于多种定位器的联合操作，使得精子操作系统的成本高昂，且与当前多数医院所配备的仪器设备具有较大差异。如若简化精子操作系统，仅使用单一的定位器，用于控制精子操作工具，则该问题可以得到明显改善。

2、将现有的精子操作技术应用于上述简化精子操作系统主要存在以下缺陷：

3、（1）精子选取过程未考虑精子脱离图像采集设备视野的问题。在操作过程中，精子于液态基底中始终保持运动。因此，那些在视野边缘或距离操作工具末端较远的精子有较大可能在操作过程中脱离视野范围致使操作失败。

4、（2）目前多数精子操作方法首先将待操作精子与操作工具末端调整至图像平面的同一位置，然后在图像平面法向执行制动操作。然而，在操作工具末端追踪精子的过程中，操作工具末端在包含精子的液态基底中快速运动。由于液态基底的粘滞性，工具末端的运动对基底及其中的精子造成扰动，使它们产生了不期望的运动，导致精子跟踪误差。

5、因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于单一定位器的精子自动制动与吸取方法及系统，以克服现有技术中存在的不足。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种精子自动制动与吸取方法，其包括以下步骤：

3、s1、将容纳精子的液态基底置于工作台上，并使其位于图像数据显示单元的成像范围内，使用图像数据获取单元采集精子操作工具尖端与精子及液态基底的图像并传输至主机单元；

4、s2、主机单元根据图像中精子操作工具尖端与精子之间的距离，通过控制定位器操纵精子操作工具，使其尖端在平行于图像平面的方向追踪移动精子，直至精子操作工具尖端与精子在图像平面内处于同一位置；

5、s3、使用定位器，使精子操作工具尖端与移动精子在图像平面保持相对静止，并于图像平面法向运动，通过精子操作工具尖端与移动精子物理交互实现精子制动；

6、s4、调整精子操作工具腔内压力，自动吸取并定位制动精子。

7、作为本发明方法的改进，所述步骤s1还包括系统自动或操作者主动选取待操作精子的步骤。

8、作为本发明方法的改进，所述方法还包括通过精子与液态基底的视觉反馈，根据各精子预期运动轨迹、各精子朝向以及各精子与视野中心的距离生成各精子分数，以实现系统自动或辅助操作者主动选取待操作精子。

9、作为本发明方法的改进，所述方法还包括：

10、根据由各精子运动导致的朝向、距离与预期运动轨迹的变化，实时更新各精子分数，并在此操作过程中考虑更换精子所产生的操作目标切换成本，进而在在必要时更换待操作的精子；

11、所述方法还包括：

12、在自动选取与更换待操作精子的过程考虑操作目标切换成本，以避免频繁更换待操作精子。

13、作为本发明方法的改进，所述步骤s2还包括在图像平面追踪精子的步骤，其包括：

14、开环方法：首先根据精子操作工具尖端的图像反馈确定其在图像平面中的位置，然后使用定位器在图像平面法向抬升其尖端，并根据移动精子实时图像开环控制精子操作工具尖端位置实现精子追踪；或者：

15、闭环方法：在焦平面实时观察精子操作工具尖端与精子位置并进行闭环运动控制，同时补偿因运动的精子操作工具扰动液态基底所导致的待操作精子被动运动的过程，以加快精子操作工具尖端追踪待操作精子。

16、作为本发明方法的改进，所述步骤s3还包括：

17、预测并补偿移动精子的运动，以减小跟踪移动精子的相对误差，并通过在图像平面法向运动精子操作工具尖端，使其与液态基底底部接触并挤压移动精子，从而制动待操作精子的步骤。

18、为实现上述发明目的，本发明提供一种用于实现如上所述的精子自动制动与吸取方法的系统，其包括：工作台、图像数据显示单元、图像数据获取单元、微量移液单元以及主机单元；

19、所述工作台设置于所述图像数据显示单元的成像范围内；

20、所述图像数据获取单元与所述图像数据显示单元通过光路进行图像传输；

21、所述微量移液单元包括一个定位器，所述定位器与一精子操作工具相连接；

22、所述精子操作工具的操作端延伸至所述工作台的上方；

23、所述主机单元与所述图像数据获取单元数据传输，并对所述图像数据获取单元发送的图像数据进行处理，以获得所述图像数据中精子与精子操作工具操作端之间的距离，所述主机单元根据所述距离控制所述定位器带动所述精子操作工具进行制动及吸取动作。

24、作为本发明系统的改进，所述精子操作工具为一尖端为空心针状的微量移液管。

25、作为本发明系统的改进，所述微量移液单元还包括压力机构，所述压力机构通过管道与所述精子操作工具相连通，且所述压力机构由所述主机单元控制以使得所述精子操作工具进行吸取动作。

26、作为本发明系统的改进，所述压力机构为压力泵。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首次提出了通过操纵微量移液管即可执行精子自动制动与吸取的方法，无需使用可控的精子液态基底工作台。得益于本发明的精子评分机制与运动控制策略，本发明能够自主选择或辅助操作者快速选择视野中适于进行操作的精子；能够避免或补偿精子操作工具运动对于含精子的液态基底的扰动。本发明简化了精子操作系统的构成，更加贴近当前多数医院的设备条件，降低了精子操作系统的开发成本。

技术特征：

1.一种精子自动制动与吸取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1还包括系统自动或操作者主动选取待操作精子的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过精子与液态基底的视觉反馈，根据各精子预期运动轨迹、各精子朝向以及各精子与视野中心的距离生成各精子分数，以实现系统自动或辅助操作者主动选取待操作精子。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2还包括在图像平面追踪精子的步骤，其包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3还包括：

7.一种用于实现权利要求1-6任一项所述的精子自动制动与吸取方法的系统，其特征在于，所述系统包括：工作台、图像数据显示单元、图像数据获取单元、微量移液单元以及主机单元；

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述精子操作工具为一尖端为空心针状的微量移液管。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述微量移液单元还包括压力机构，所述压力机构通过管道与所述精子操作工具相连通，且所述压力机构由所述主机单元控制以使得所述精子操作工具进行吸取动作。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述压力机构为压力泵。

技术总结
本发明提供一种精子自动制动与吸取方法及系统。本发明首次提出了通过操纵微量移液管即可执行精子自动制动与吸取的方法，无需使用可控的精子液态基底工作台。得益于本发明的精子评分机制与运动控制策略，本发明能够自主选择或辅助操作者快速选择视野中适于进行操作的精子；能够避免或补偿精子操作工具运动对于含精子的液态基底的扰动。本发明简化了精子操作系统的构成，更加贴近当前多数医院的设备条件，降低了精子操作系统的开发成本。

技术研发人员：岳春峰,顾皓元,黄宗杰
受保护的技术使用者：苏州博致医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11