非旋转非均匀电场对象旋转制造技术

一种三维对象建模方法可以包括：施加非旋转非均匀电场以向三维对象施加介电泳转矩来旋转三维对象，在对象旋转期间以不同角度捕获对象的图像，以及基于捕获的图像形成对象的三维模型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非旋转非均匀电场对象旋转
技术介绍
有时通过使用三维图像重建或对象的三维建模来分析或模拟对象，有时使用在对象旋转时捕获的多个图像来制作这样的三维模型。附图说明图1是图示示例对象旋转系统的部分的示意图。图2是图示图1的示例旋转系统施加非旋转非均匀电场来旋转示例对象的图解。图3是图示示例旋转系统施加非旋转非均匀电场来旋转示例对象的图解。图4是图示示例三维对象建模系统的部分的示意图。图5是示例三维对象建模方法的流程图。图6是示例三维体积建模方法的流程图。图7是示意性图示了以不同角度捕获旋转对象的二维图像帧的图解。图8是描绘了包括在第一角度位置处的对象的特征标识的示例图像帧的图解。图9是描绘了包括在第二不同角度位置处的对象的特征标识的示例图像帧的图解。图10是图示了用于合并和对齐来自帧的特征的不同标识特征的三角测量的图解。图11是图示了从图7和图8的示例图像帧产生的示例三维体积参数模型的图解。贯穿附图，相同的参考标号指定相似但不一定相同的元素。各图不一定是按比例的，并且一些部分的大小可能被放大以更清楚地图示所示的示例。此外，附图提供了与描述一致的示例和/或实现方式；然而，描述不限于附图中提供的示例和/或实现方式。示例的详细描述本文公开的是用于旋转非常小的对象以促进这样的对象的三维成像或建模的示例系统和方法。本文公开的是以较低的复杂度和成本旋转对象用于三维成像或建模的示例系统和方法。本文公开的是施加非旋转非均匀电场以便向三维对象施加管芯电泳转矩从而旋转该三维对象的示例系统和方法。示例系统和方法通过将非常小的对象悬浮在流体（诸如液体）中来促进非常小的对象的旋转。结果，该系统和方法非常适合于对象的成像，其中对象的直接物理接触和直接操纵是困难的。用于旋转对象的示例系统和方法可以采用少至间隔开的电极来形成非旋转非均匀电场，该非旋转非均匀电场创建介电泳转矩并且旋转三维对象。用于旋转对象的示例系统和方法促进对象绕平行于电极平面的旋转轴的旋转。在一些实现方式中，这促进对象绕旋转轴的旋转，该旋转轴也平行于包含在对象旋转期间悬浮对象的流体的微流体芯片、载玻片或平台/载物台的平面。由非旋转非均匀电场引起的对象旋转促进对象绕旋转轴的旋转，该旋转轴垂直于在对象旋转期间捕获对象图像的相机或成像器的光轴。因为旋转轴垂直于光轴，所以总体成像系统可以更紧凑并且不太复杂。在一些实现方式中，被旋转、成像和建模的三维对象可以包括生物元素，诸如细胞。在一些实现方式中，被旋转的三维对象可以包括细胞对象。出于本公开的目的，细胞对象包括3D培养物或类器官。3D培养物是在模拟生理相关环境的液滴或水凝胶中生长的细胞。类器官是在实验室中生长的从干细胞和组织簇得出的微型器官，其中特定的细胞模拟它们所建模的器官的功能。3D培养物和类器官可以用于研究特定器官内的基本生物过程或理解特定药物的效果。3D培养物和类器官可以在更自然的环境中为细胞和器官机制提供至关重要的见解。本文公开的是一种示例三维对象建模方法。该方法可以包括施加非旋转非均匀电场以向三维对象施加介电泳转矩，从而旋转该三维对象。在对象旋转期间，以不同角度捕获对象的图像。基于捕获的图像形成对象的三维模型。公开的是一种示例三维对象建模系统。该系统可以包括第一电极、第二电极、连接到第一电极和第二电极的电源、相机和控制器。控制器可以输出控制电源的控制信号，使得第一电极和第二电极协作以向悬浮在流体中的对象施加非旋转非均匀电场，从而旋转该对象。控制器可以进一步输出控制信号，该控制信号控制相机在对象旋转期间以不同角度捕获对象的图像，其中控制器用于基于捕获的图像形成对象的三维模型。本文公开的是一种用于与细胞对象成像系统一起使用的示例细胞对象旋转系统。该细胞对象旋转系统可以包括第一电极、第二电极、连接到第一电极和第二电极的电源以及控制器，控制器用于输出控制电源的控制信号，使得第一电极和第二电极协作以向悬浮在流体中的细胞对象施加非旋转非均匀电场，从而旋转该对象。图1示意性图示了用于与三维成像系统一起使用的示例对象旋转系统20的部分。在一个实现方式中，对象旋转系统20包括用于与细胞对象成像系统一起使用的细胞对象旋转系统。对象旋转系统20促进诸如细胞对象之类对象的低成本和不太复杂的旋转，因为这样的对象正被成像用于三维建模。对象旋转系统20包括电极60、电源61和控制器62。电极60包括一对间隔开的电极，它们协作以形成穿过细胞对象悬浮区域50的非旋转非均匀电场。细胞对象悬浮区域50包括一定体积的流体54，其中悬浮着诸如细胞对象52的三维对象。在图示的示例中，电极60包括位于细胞对象52一侧上的一对电极。在通过包含电极60的一个或多个平面执行成像的实现方式中，这样的电极60可以由诸如铟锡氧化物的透明导电材料形成。在其他实现方式中，电极可以由其他导电材料形成。在一个实现方式中，每个电极62包括平坦的平面电极，其中电极60是共面的。结果，对象旋转系统20可以更紧凑。电源61包括据称用于为至少一个电极60充电的电源。在一个实现方式中，电源61在控制器62的控制下向电极60供电。控制器62包括遵循包含在非暂时性计算机可读介质中的指令的处理单元。在一个实现方式中，控制器62可以包括专用集成电路。在一个实现方式中，控制器62用作控制非旋转非均匀电场的频率和电压的信号生成器。图2是图示了将非旋转非均匀电场施加于示例细胞对象52的示意图。如箭头63所指示的，电场向对象52施加介电泳转矩，以便使对象52绕旋转轴65旋转。这样的旋转促进以不同角度捕获细胞对象52的图像，以促进细胞对象52的三维重建或建模用于分析。在一个实现方式中，控制器62输出控制信号，使得电极60施加具有至少30kHz且不大于500kHz的频率的正弦非旋转非均匀交流电场。在一个实现方式中，非旋转非均匀电场具有至少0.1Vrms且不大于100Vrms的电压。在拍摄连续图像之间，细胞对象必须已经旋转了至少等于成像光学器件衍射极限dlim的距离。最小旋转角度θmin、半径r与衍射极限距离dlim之间的关系为θmin=dlim/r。例如，对于利用λ=500nm的光和0.5NA的透镜的成像，衍射极限dlim=λ/(2NA)=500nm。同时，细胞对象不能旋转太多，以至于在连续图像帧之间不存在重叠。所以连续图像之间的最大旋转角度θmax=180-θmin。在一个实现方式中，非均匀非旋转电场在细胞对象上产生介电泳转矩，以便以一速度旋转细胞对象，使得成像器可以每2.4度捕获图像，而同时以合理的及时方式产生输出。在其中成像器的捕获速度为每秒30帧的一个实现方式中，产生的介电泳转矩以至少12rpm且不大于180rpm的旋转速度旋转细胞对象。在一个实现方式中，产生的介电泳转矩使细胞对象在相邻帧之间旋转至少一个像素偏移，但是其中图片偏移不是太大以致没有被成像器280捕获。在其他实现方式中，细胞对象52可以以其他旋转速度旋转。图3图示了另一个示例三维对象旋转系统120的部分。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维对象建模方法，包括：/n施加非旋转非均匀电场以向三维对象施加介电泳转矩，从而旋转所述三维对象；/n在所述对象旋转期间，在所述对象的不同角度处捕获所述对象的图像；/n基于捕获的图像形成所述对象的三维模型。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种三维对象建模方法，包括：
施加非旋转非均匀电场以向三维对象施加介电泳转矩，从而旋转所述三维对象；
在所述对象旋转期间，在所述对象的不同角度处捕获所述对象的图像；
基于捕获的图像形成所述对象的三维模型。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，图像的捕获是利用具有光轴的相机进行的，并且其中非旋转非均匀电场的施加是为了施加介电泳转矩，以便绕垂直于光轴的旋转轴旋转所述对象。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象由在平面中延伸的载玻片支撑，并且其中非旋转非均匀电场的施加是为了施加管芯电泳转矩，以便绕平行于平面的旋转轴旋转所述对象。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，非旋转非均匀电场是在平行电极之间的正弦电场。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，非旋转非均匀电场的施加是利用在所述对象的一侧上的一对电极组成的电极进行的。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，非旋转非均匀电场是具有至少30kHz且不大于500kHz的频率的交流电场。


7.根据权利要求所述的方法，其中，非旋转非均匀电场具有至少0.1Vrms且不大于100vrms的电压。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象包括至少一个生物细胞。


9.一种三维对象建模系统，包括：
第一电极；
第二电极；
连接到第一电极和第二电极的电源；
相机；
控制器，用于：
输出控制信号，所述控制信号控制电源，使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·什科利尼科夫，辛黛西，雷阳，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US