高速细胞检测一直是生物、医学领域非常有挑战性的工作，而流式细胞检测以其较大的 检测通量成为高速细胞检测的首选方案。本成果超高速流式成像分析仪灵活运用了高速光纤通信、微波光子技术及光信号处理技术，结合高速数据处理和生物医学技术，实现了对传统 细胞成像速度的巨大突破。与此同时，在获取了海量的细胞图像之后，根据具体应用的需求 进行快速数据压缩、人工智能图像分类处理、细胞特征提取等操作。通过细胞图像获取每一 个细胞的核心参数，从而将复杂的生物学现象（细胞）快速转换为直观可读的信息呈现形式， 为细胞特性的分析以及疾病的诊断提供第一手的，准确的资料。 创始团队基本来自于清华大学，拥有雄厚的研发能力，并与北京大学、武汉大学、东京 大学、加州大学洛杉矶分校、北京天坛医院实验室等知名高校及科研机构建立项目合作。同时获得天使轮投资，拥有发明专利两项，并获得第二十二届全国发明展览会—金奖，第十二届北京发明创新大赛—金奖，受到业内一致好评。 超高速流式成像分析仪是数字显微技术、微流体力学和图像处理技术的综合应用，用于自动分析颗粒或液体中的悬浮细胞。当样品流过检测区时，仪器会捕捉样品的影像，影像中的每个颗粒将被分析，生成关于颗粒的数量、尺寸、透明度、形态等方面的数据。也能用于实时分析颗粒的动态过程。形态分析软件还可用于分析特殊形态的颗粒，或者用于分离一些 亚颗粒群体。该成像仪器利用高速重复频率的激光脉冲作为主动照明光源，利用时空频映射 对成像区域进行频分扫描，该扫描完全利用光源本身的光谱特性实现，没有使用机械或电子 的扫描装置，因此可以大大提升扫描成像的速度。目前实现了超高速成像仪的帧率可以达到 1 百万帧/秒至 20 亿帧/秒的帧率，可以连续记录 10 万帧以上的影像数据，成像分辨率小于1 微米，可以连续观察非周期性的无规律的偶发事件。

项目成果/简介:高速细胞检测一直是生物、医学领域非常有挑战性的工作，而流式细胞检测以其较大的 检测通量成为高速细胞检测的首选方案。本成果超高速流式成像分析仪灵活运用了高速光纤通信、微波光子技术及光信号处理技术，结合高速数据处理和生物医学技术，实现了对传统 细胞成像速度的巨大突破。与此同时，在获取了海量的细胞图像之后，根据具体应用的需求 进行快速数据压缩、人工智能图像分类处理、细胞特征提取等操作。通过细胞

本实用新型公开了一种新型多角度环状光学照明显微成像系统。本实用新型中单模光纤、准直透镜、四分之一波片、4f二维扫描振镜系统依次位于激光器出射光束的光轴之上，所述扫描振镜系统包含两个一维振镜和两个透镜，两个透镜组成4f系统，两个一维振镜的反射面分为位于4f系统的共轭面上；聚焦镜、二色镜依次位于经4f二维扫描振镜系统射出光束的光轴上；TIRF显微物镜、样品台依次位于二色镜反射光束光轴上，滤波片、第二场镜、探测器依次位于二色镜透射光束光轴上；所述样品台位于TIRF显微物镜的焦平面处，所述探测器的采集孔位于第二场镜的焦平面处。本实用新型实现方便快捷、高分辨率和低噪声的显微实验观察。

产品详细介绍万深RootGA根系动态生长监测分析和显微成像系统1、用途：定时自动成像雾培、水培、琼脂培养基培、土培、沙培的盆栽农作物根系，并动态监测其根系生长速度，动态跟踪根系细微结构、根尖数和根毛变化，以及根尖病变情况，宏观动态统计分析不同时刻点根系的整体发展变化，还可分析洗净根系情况，获得根系生长的动态数据，以便科学客观地评价植物生长质量相应关键因素，如分析：光照、水肥、温湿度环境对生长与抗逆性的影响。2、系统组成：多组的自动对焦800万像素多关节的大景深拍摄仪+背光套件+透明培养器皿套件，连续变焦单筒体视测量显微镜、500万像素显微相机、手动X-Y移动显微平台+上下光源，根系分析软件和电脑（酷睿i5 8400 CPU /8G内存/500G硬盘/1G显存/ 19.5”彩显/无线网卡）。3、 主要性能指标：1）多关节的大景深拍摄仪+背光成像套件可在植物侧面等位置上，在不同时刻点自动拍照跟踪监测根系，自动生成根系的整体发展变化和生长的动态数据，动态图示标记活体根系每天的新生长区和统计其对应的新生长根量，包括不同深度位置上的根量变化。系统具备对根系生长异常的预警机制。该动态跟踪分析的根系成像视野为240mm宽*380mm高，自动拍照分析的时间间隔0.5-48小时可调（若定时拍照时间点前接入电脑，即可自动启动拍照。1台电脑能自动轮巡监测10个视野以内的作物植株原位根系动态变化（标配默认提供4套动态生长监测成像硬件，若要实时监测10个视野的作物植株原位根系，需配10套拍照成像组件）。1分钟内自动拍完全部照片后，该监控电脑即可另做他用（不用被独占）。2）可按被监控根系分块区域图像显示根量随时间变化的密度热力图，各部位的变化精细度可由分块监控大小来自定义控制。根系软件能自动生成根系生长的视频，以便按时间节点来回溯查看。3）可对原位土培根系图像进行交互引导分析、锁定编辑根系路径、修正根系的长短、粗细、位置等。具有鼠标编辑点的跟随放大镜。能自动拼接多张原位根系图。4）可做洗净根系分析：1)根总长；2)根平均直径；3)根总面积；4)根总体积；5)根尖计数；6)分叉计数；7)交叠计数；8)根直径等级分布参数；9)根尖段长分布，10)可不等间距地自定义分段直径，自动测量各直径段长度、投影面积、表面积、体积 等，及其分布参数；11)能进行根系的颜色分析，确定出根系存活数量，输出不同颜色根系的直径、长度、投影面积、表面积、体积。12)能进行根系的拓扑分析，自动确定根的连接数、关系角等，还能单独地自动分析主根或任意一支侧根的长度和分叉数等，可单独显示标记根系的任意直径段相应各参数（分档数、档直径范围任意可改，可不等间距地自定义），并能进行根的分叉裁剪、合并、连接等修正，修正操作能回退，以快速获得100%正确的结果。13)能用盒维数法自动测根系分形维数。可分析根瘤菌体积在根系中的占比，以客观确定根瘤菌体贡献量。14)大批量的全自动根系分析，对各分析结果图可编辑修正。15)能做根系生物量分布的大批量自动化估算。16)能自动测量油菜、大豆等果荚的果柄、果身、果喙部分的粗细、长、弧长、玄高等参数。能自动测量各种粒的芒长。17)能测各类针叶的叶面积、长度、粗细。18)各分析图像、分布图、结果数据可保存，分析结果输出至Excel表，可输出分析标记图。5）可单筒体视显微镜500万像素彩色成像（最高可放大270倍），能自动拼接多张显微根系图，可分辨小至0.01mm的根毛，方便观察根际细微结构、根尖数和根毛变化，以及根尖病变情况；手动X-Y移动显微平台可二维扫描微观根系，获得超高分辨率的大幅面根系图像。

产品详细介绍 PlantScreen植物表型成像分析系统（植物自动传送版）   PlantScreen植物表型成像系统由捷克PSI公司研制生产，整合了LED植物智能培养、自动化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、自动条码识别管理、RGB真彩3D成像、自动称重与浇灌系统等多项先进技术，以最优化的方式实现大量植物样品——从拟南芥、玉米到各种其它植物的全方位生理生态与形态结构成像分析，用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。作为全球第一家研制生产植物叶绿素荧光成像系统的厂家，PSI公司在植物表型成像分析领域处于全球的技术前列，大面积叶绿素荧光成像分析功能使PlantScreen成为植物表型分析与功能成像分析的最为先进的仪器设备，使植物生长、胁迫响应等测量参数达100多个。 左图为整套PlantScreen系统，中图为成像室，右图为成像室中的玉米 PlantScreen系统包括如下成像分析功能：   1. 叶绿素荧光成像分析：单幅成像面积35x35cm，成像测量参数包括Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd等几十个叶绿素荧光参数 2. RGB成像分析：成像测量参数包括： 1) 叶面积（Leaf Area: Useful for monitoring growth rate） 2) 植物紧实度／紧密度（Solidity/Compactness. Ratio between the area covered by the plant’s convex hull and the area covered by the actual plant）   3) 叶片周长（Leaf Perimeter: Particularly useful for the basic leaf shape and width evaluation (combined with leaf area)） 4) 偏心率（Eccentricity: Plant shape estimation, scalar number, eccentricity of the ellipse with same second moments as the plant (0...circle, 1...line segment)） 5) 叶圆度（Roundness: Based on evaluating the ratio between leaf area and perimeter. Gives information about leaf roundness） 6) 叶宽指数（Medium Leaf Width Index: Leaf area proportional to the plant skeleton (i.e. reduction of the leaf to line segment)） 7) 叶片细长度SOL (Slenderness of Leaves) 8) 植物圆直径（Circle Diameter. Diameter of a circle with the same area as the plant） 9) 凸包面积（Convex Hull Area. Useful for compactness evaluation）   10) 植物质心（Centroid. Center of the plant mass position (particularly useful for the eccentricity evaluation)） 11) 节间距（Internodal Distances） 12) 生长高度（Growth Height） 13) 植物三维最大高度和宽度（Maximum Height and Width of Plant in 3 Dimensions） 14) 相对生长速率（Relative growth rate） 15) 叶倾角（Leaf Angle） 16) 节叶片数量（Leaf Number at Nodes） 17) 其它参数如用于植物适合度估算的颜色定量分级、绿度指数（Other parameters such as color segmentation for plant fitness evaluation, greening index and others） 3. 高光谱成像分析（选配），可成像并分析如下参数： 1) 归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)） 2) 简单比值指数（Simple Ratio Index, Equation: SR = RNIR / RRED） 3) 改进的叶绿素吸收反射指数（Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI1), ?Equation: MCARI1 = 1.2 * [2.5 * (R790- R670) - 1.3 * (R790- R550)]） 4) 最优化土壤调整植被指数（Optimized Soil-Adjusted Vegetation Index (OSAVI)?, Equation: OSAVI = (1 + 0.16) * (R790- R670) / (R790- R670 + 0.16)） 5) 绿度指数（Greenness Index (G), Equation: G = R554 / R677） 6) 改进的叶绿素吸收反射指数（Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI), ?Equation: MCARI = [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550)] * (R700/ R670)） 7) 转换类胡罗卜素指数（Transformed CAR Index (TCARI)?, Equation: TSARI = 3 * [(R700- R670) - 0.2 * (R700- R550) * (R700/ R670)]） 8) 三角植被指数（Triangular Vegetation Index (TVI)?, ?Equation: TVI = 0.5 * [120 * (R750- R550) - 200 * (R670- R550)]） 9) ZMI指数（Zarco-Tejada & Miller Index (ZMI), Equation: ZMI = R750 / R710） 10) 简单比值色素指数（Simple Ratio Pigment Index (SRPI), Equation: SRPI = R430 / R680） 11) 归一化脱镁作用指数（Normalized Phaeophytinization Index (NPQI), Equation: NPQI = (R415- R435) / (R415+ R435)） 12) 光化学植被反射指数（Photochemical Reflectance Index (PRI), Equation: PRI = (R531- R570) / (R531+ R570)） 13) 归一化叶绿素指数（Normalized Pigment Chlorophyll Index (NPCI), NPCI = (R680- R430) / (R680+ R430)） 14) Carter指数（Carter Indices?, Equation: Ctr1 = R695 / R420; Ctr2 = R695 / R760） 15) Lichtenthaler指数（Lichtenthaler Indices?, Equation: Lic1 = (R790 - R680) / (R790 + R680); Lic2 = R440 / R690） 16) SIPI指数（Structure Intensive Pigment Index (SIPI), Equation: SIPI = (R790- R450) / (R790+ R650)） 17) Gitelson－Merzlyak指数（Gitelson and Merzlyak Indices?, ?Equation: GM1 = R750/ R550; GM2 = R750/ R700）   4. 热成像分析（选配）：用于成像分析植物在光辐射情况下的二维发热分布，良好的散热可以使植物耐受较长时间的高光辐射或低水条件（干旱） 5. 近红外成像分析（选配）：用于观测分析植物的水分状态及其在不同组织间的分布变异，处于良好浇灌状态的植物表现出对近红外光谱的高吸收性，而处于干旱状态的植物则表现出对近红外光谱的高反射性，通过分析软件可以监测分析从干旱胁迫到再浇灌过程中的整个过程动态及植物对干旱胁迫的响应和水分利用效率，并形成假彩图像，可以与植物的形态指数及叶绿素荧光指数进行相关分析研究。   系统配置与工作原理：   整套系统由自动化植物传送系统、光适应室、RGB成像、FluorCam叶绿素荧光成像、高光谱成像、植物热成像、植物近红外成像、自动浇灌施肥与称重系统、植物标识系统等组成，光适应室内的植物可由传送带传送到成像室进行成像分析等。   技术指标：   1. 自动装载与卸载植物样品，通过条形码或RFID标签识别跟踪样品 2. 光适应室：用于光照适应或植物培养，LED光源光照强度达1000μmol/m2.s，无热效应，强度0－100%可调，可通过实验程序预设光照周期变化，可选配通用型或专用型如水稻生长观测室等，还可选配三维扫瞄成像分析功能（包括XYZ三维扫瞄成像系统和软件） 3. 标配托盘架30x30cm，用于安放盆栽植物或可以盛放多个小花盆的托盘 4. 自动传送系统由光适应室到成像室形成一个环形传送通道，传送带采用具变速器的三相异步马达，200-1000W，传送带宽320mm，负载力130kg，速度9m/min 5. 移动控制系统中央处理单元：CJ2M-CPU33；数字I/O：最大2560点；PLC通讯：通过以太网100Mb/s高端PC；OMRON MECHATROLINK-II 最大16轴精确定位 6. 植物成像测量室：150cm(长)x150cm(宽)x220cm(高)，与环境光隔离（light-isolated），快速自动开启关闭门，开启关闭周期小于3秒，传送带入口具光幕传感系统、条码识别器和RFID读取器 7. RFID读取器辨识距离：2-20cm；通讯：RS485；条码识别器可读取1维、2维和QR码，具LED光源便于弱光下辨识，RS485通讯 8. F3EM2光幕系统，精确测量植物高度和宽度以便进入成像测量室后摄像头自动精确定位，测量范围150cm，分辨率5mm 9. 叶绿素荧光成像：包括光隔离成像室、自动开启与关闭门、传送带、PLC控制自动上下移动聚焦系统、4个LED光源板、8位绿波轮等，单幅成像面积35x35cm，测量光橙色620nm，橙色和白色双波长光化学光，饱和光闪为白色或蓝色 10. 自动灌溉与称重，可同时对5个植物种植盆进行浇灌和称重，精确度±1g；称重后精确浇灌，可通过实验程序（protocol）预设浇灌过程（regime）或干旱胁迫状态，还可选配营养供给系统随浇灌定量供给植物营养（如氮肥等）；称重前自动零校准，还可通过已知重量（如砝码）物品自动进行再校准；防护级别：IP66 11. 称重系统由4个称重单元组成，安全承载限：150% Ln；温度补偿：-10－40°C，标配测量范围7kg，可选配10kg、15kg或20kg 12. RGB成像：顶部和侧面三维成像（3个摄像头），每个摄像头各自拥有独立的控制面盘以设置曝光时间、增益、白平衡等，通过控制面盘的快照键可即时拍照并显示分辨率等信息，还可通过自动模式自动成像并存储至数据库，每次扫瞄成像时间小于10秒 13. RGB成像系统包括成像室（光隔离）、传送带及位置传感器、3个摄像头、光源及成像分析软件，标配成像范围150cm(长)x150cm(宽)x150cm(高)，LED冷白光源（不对植物产生热效应） 14. 标配USB以太网摄像头，有效像素4008x2672，像素大小9.0μm，比特分辨率12比特，光量子效率：蓝光峰值465nm，绿色峰值540nm，红色峰值610nm；28mm光学镜头，口径43.2mm，光圈范围2.8－F16 15. NIR近红外成像单元：可成像采集1450－1600nm水吸收波段，以反映植物水分状况，在供水充沛情况下表现出高NIR吸收值，干旱胁迫情况下则表现出高NIR反射，NIR假彩色成像可以通过软件反映和分析植物水分状况 16. 高光谱成像单元包括光隔离成像测量室、自动开启关闭门、传送带、PLC控制自动移动聚焦镜头包括SWIR和VNIR镜头、光源、成像分析系统等，VNIR镜头波段380nm－1000nm，光圈F/0.2，缝隙宽度25μm，缝隙长度18mm，帧速12－236 fps；SWIR镜头波段900－2500nm，光圈F/0.2，缝隙宽度25μm，缝隙长度18mm，帧速60或100 fps，视野150x100cm 17. 用户可通过实验程序选择SWIR成像、VNIR成像或两个镜头全波段成像，每个镜头成像时间分别为15秒 18. 热成像单元：分辨率640x480像素，温度范围20－120°C，灵敏度NETD<0.05°C@30°C/50mK，成像面积可达150x150cm 19. 可选配人工气候室，植物生长面积9.5m2，生长高度2.0m，温度稳定性±1°C，430nm－730nm白色和IR LED 光源，1000μmol/m2/s（距离植物100cm高度的光强）,可预设自动光照周期动态， 20. 系统控制与数据采集分析系统： Ø 用户友好的图形界面 Ø 用户定义、可编辑自动测量程序（protocols） Ø MySQL数据库管理系统，可以处理拥有上千万条记录的大型数据库，支持多种存储引擎，相关数据自动存储于数据库中的不同表中 Ø 植物编码注册功能：包括植物识别码、所在托盘的识别码等存储在数据库中，测量时自动提取自动读取条形码或RFID标签 Ø 触摸屏操作界面，在线显示植物托盘数量、光线强度、分析测量状态及结果等，轻松通过软件完全控制所有的机械部件和成像工作站 Ø 可用默认程序进行所有测量，也可通过开发工具创建自定义的工作过程，或者手动操作LED光源开启或关闭、RGB扫面成像、叶绿素荧光成像、称重及浇灌等 Ø 实验程序（Protocols）具备起始键、终止键、暂停键 Ø 可根据实验需求自动控制植物样品的移动和单一成像站的激活 Ø 可提供3个相机视角的RGB数字生长分析，包含阈值分析和颜色分析 Ø 对于叶绿素荧光成像图片，软件可批量进行淬灭参数分析，包含了在背景去除图像上用户感兴趣区域和像素值的平均。分析数据以原始图像和分析数据的形式存储在数据库中。 Ø 对FIR热成像图，16位图可直接导出到MATLAB或通过软件生成温度分布的假彩图像。   部分用户：   1. 国际水稻研究所（菲律宾）The International Rice Research Institute, Los Banos Philippines  2. 澳大利亚联邦科学与工业研究组织植物表型组学中心The CSIRO Plant Phenomics Center, Canberra, Australia  3. 澳大利亚国立大学The Australian National University, Canberra. Australia  4. 孟山都公司（美国）Monsanto Corporation, St. Louis, USA.  5. 杜邦先锋国际良种公司Pioneer-Dupont, Des Moines, Iowa  6. 巴斯夫公司Metanomics（柏林）Metanomics (BASF), Berlin, GDR  7. 巴斯夫公司CropDesign（比利时）CropDesign (BASF), Nevele, Belgium  8. 美国合成基因公司Synthetic Genomics, La Jolla, USA  9. Palacky 大学Palacky University Olomouc, Czech Republic 10. Masaryk 大学Masaryk University Brno, Czech Republic   产地：欧洲    

本发明公开了一种自聚焦物镜及微型荧光显微成像装置。所述 自聚焦物镜，包括自聚焦透镜和端面抛光的玻璃棒，所述端面抛光的 玻璃棒的一端面与所述自聚焦透镜的像方端面连接。所述荧光显微成 像装置，包括激发光源、聚焦透镜、二向色镜、所述自聚焦物镜、结 像透镜、以及面阵光电探测器；所述激发光源发出激发光经聚焦透镜 聚焦，透射在所述二向色镜上；所述二向色镜将经聚焦的激发光反射， 通过所述加长物镜透射在样品上；样品激发出的荧光，被所

一种三维像素超分辨显微成像方法，其特征在于，沿与图像采 集装置传感器平面水平方向 x、竖直方向 y 和显微镜的 z 轴方向各均成 非直角空间偏转角的空间矢量扫描样品，以能够使每两张相邻的图像 切片之间沿着 x,y,z 方向均有亚像素位移的步长进行扫描，通过图像采 集装置采集得到原始三维图像序列 A，将原始图像序列 A 根据无损采 样原则分割成多组三维图像序列 Bi，对 Bi 进行超分辨处理，生成三维 高分辨图像 E，

全自动控制显微镜图像分析软件系统，通过对显微镜自动控制载物台的x、y、z轴的控制，实现显微图像的自动聚焦、ROI目标的自动获取、大视野显微图像自动拼接（虚拟显微切片）、多层图像聚焦融合、聚焦深度显微表面三维成像。该系统可应用于显微病理、解剖、工业材料、印刷电路板等领域的图像处理、分析与三维成像。 国外相关产品从2000年以后开始在市场上出现，但由于其昂贵的价格，很难为国内用户广泛使用，限制了该技术的推广。本系统为国内自主知识产权开发的软件系统，可灵活外接各种显微镜和控制设备。 该软件系统与显微镜硬件接合可实现小批量的生产，为医学、工业等领域的科研和生产检测提供的技术支持。

1.痛点问题 1）人体软组织结构复杂力学性质和生理病理状态密切相关，尚需建立和采用合适的本构模型描述软组织在力学成像中的变形行为； 2）需要考虑反问题解的存在性、唯一性和稳定性，针对不同软组织建立鲁棒的反演方法。 2.解决方案 1）针对不同了软组织，考虑到典型生理和病理状态，建立了描述其准静态和动态变形特征的生物力学模型，揭示了生物力学成像中，软组织响应和力学特性之间的内在关联。 2）依据软组织力学响应和本构参数之间的关联，建立了针对典型软组织的反演方法，通过体模和在体实验验证了反方法的有效性。

研究团队面向生命科学发展的迫切需求，研制出具有可视化、微创化、定点化、定量化功能的，集检测分析与操作于一体的原位显微分析与操作仪。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 南开大学机器人与信息自动化研究所于1992年在国内率先开展面向生物医学工程的微操作机器人研究，并于1996年研制成功国内第一台面向生物医学工程的微操作机器人系统，2002年获得微纳机器人领域第一个国家技术发明二等奖。 近些年来，研究团队面向生命科学发展的迫切需求，研制出具有可视化、微创化、定点化、定量化功能的，集检测分析与操作于一体的原位显微分析与操作仪。研究团队利用该仪器实现了机器人化的细胞核移植流程，并致力于提高克隆操作发育率。首先，通过在核移植过程中分析细胞受力，提出了基于最小力的细胞拨动方法，攻破了自动化核移植最大的技术屏障；其次，探索了面向减小细胞伤害的微操作方法，提高了胚胎发育中最关键的指标——囊胚率；最终，在2017年，将510枚利用该仪器完成核移植的重构胚移植到代孕猪中，并于2017年4月底分两胎生下17头小猪。这是世界首例由机器人完成核移植操作的克隆猪，该成果已被国家自然科学基金委及新华社、人民日报、中央人民广播电视台等媒体进行报道。