【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法、设备和介质，属于微移液器建模。
技术介绍
1、毛细玻璃针，又称毛细微电极或微移液器，主要材料为硅酸盐，由于其具有透光性和加工性良好的特点被广泛应用于显微操作和神经科学研究领域。近年来，类器官技术的发展进一步推动了微移液器的应用，特别是针对不同的类器官操作场景，如类器官注射、拼接和转移等，不同尺度、形状的微移液器被加工和使用。因此，相较于传统商业化所使用的固定参数微移液器，定制化微移液器尺寸参数上更灵活，同时也给微移液器应用中的建模带来了挑战，特别是对于类器官自动化操作中的自动化移液操作，更精确的对微移液器建模能更好地描述操作过程，同时有助于提升操作精度。
2、在不同于传统显微操作的其他领域，如面向细胞、斑马鱼、线虫等模式动物的操作对象时，使用的微移液器包括商业化几何参数固定的微移液器和定制化的微移液器，其在几何模型上通常选择使用直线轮廓近似代替实际模型的曲线轮廓，在流体模型上二者均选择特定条件下通用流体模型进行近似来研究。使用固定几何参数的微移液器时，其参数上缺少灵活性，难以满足日益复杂的类器官操作任务，如类器官注射要求微移液器末端尺寸为几微米到十几微米，类器官转移要求微移液器末端尺寸为几十到几百微米，现有规格的移液器很难满足所有特定场景下的需求。使用定制化的微移液器时，往往使用近似的几何模型和通用的流体模型对其进行描述，这种描述方法虽然很大程度上简化了建模过程，但其对特定操作环境的描述存在偏差，在理论上难以准确预测操作对象的运动轨迹，最终会影响以类器官为代表
3、随着微移液器运用场景的多样化，固定规格尺寸的微移液器已经难以满足使用需求。定制化微移液器虽很大程度解决了这一问题，但尚缺少一种能够准确描述定制化微移液器内部流体运动规律的方法，这很大程度上影响了以类器官为典型代表的自动化显微操作的精度和效率。
技术实现思路
1、针对现有定制化微移液器的流体模型描述方法存在偏差，导致对内部流体运动规律描述不准确的问题，提供一种用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法、设备和介质。
2、本专利技术的一种用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，包括：
3、采集定制化微移液器的源图像，并进行图像处理，得到定制化微移液器的主体轮廓；计算主体轮廓的位姿并进行位姿矫正，使矫正后主体轮廓的轴线与直角坐标系的x轴重合；
4、对矫正后主体轮廓的轮廓像素点进行多项式拟合，得到直角坐标系下主体轮廓拟合曲线；将主体轮廓拟合曲线的像素尺寸转换为实际尺寸，得到定制化微移液器的几何模型；
5、使用几何模型进行流体静态和动态仿真，由流体静态和动态仿真结果得到定制化微移液器的理论流体流速规律；再采用微珠进行定制化微移液器的流体跟踪实验，获得定制化微移液器的实际流体流速规律；采用实际流体流速规律验证理论流体流速规律，基于验证结果获得有限元流体仿真模型。
6、根据本专利技术的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，所述定制化微移液器通过拉制仪器或手工拉制获得，材质为透明硼酸盐或者硅酸盐；
7、所述源图像为定制化微移液器的轴向剖面图像。
8、根据本专利技术的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，获得定制化微移液器的主体轮廓的方法包括：
9、对源图像采用高斯模糊进行噪声抑制，再提取感兴趣区域；对感兴趣区域采用canny算子进行轮廓检测，再对轮廓检测结果采用形态学闭运算消除边缘中空洞并平滑轮廓边缘，以及进行短轮廓滤除后得到主体轮廓。
10、根据本专利技术的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，计算主体轮廓的位姿并进行位姿矫正的方法包括：
11、计算主体轮廓的几何中心图像坐标及整体转角，根据几何中心图像坐标及整体转角对主体轮廓进行位姿矫正。
12、根据本专利技术的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，所述理论流体流速规律和实际流体流速规律均包括定制化微移液器轴线上每一点的流速规律。
13、根据本专利技术的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，所述微珠的大小和质量忽略不计；
14、采用微珠进行定制化微移液器的流体跟踪方法包括：
15、采用模板差法提取移动的微珠目标，并通过中值滤波抑制微珠目标的背景噪声；再基于常加速度模型设计卡尔曼滤波对微珠目标进行跟踪。
16、根据本专利技术的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，基于验证结果获得有限元流体仿真模型包括：
17、采用实际流体流速规律验证理论流体流速规律，若实际流体流速规律与理论流体流速规律的拟合度满足预设阈值，则基于理论流体流速规律确定有限元流体仿真模型；否则，基于实际流体流速规律对理论流体流速规律进行矫正，基于矫正结果确定有限元流体仿真模型。
18、根据本专利技术的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，所述定制化微移液器为末端为尖端的微移液器；
19、将主体轮廓拟合曲线的一侧壁外壁轮廓表示为f1′(x)、内壁轮廓表示为f2′(x)；另一侧壁外壁轮廓表示为f4′(x)、内壁轮廓表示为f3′(x)；f1′(x)与f4′(x)为对称轮廓，f2′(x)与f3′(x)为对称轮廓；
20、将f1′(x)、f2′(x)、f3′(x)和f4′(x)对应的几何模型分别表示为f1(x)、f2(x)、f3(x)和f4(x)：
21、f1(x)≈-f4(x)＝a1·x3-b1·x2+c1·x+d1，
22、f2(x)≈-f3(x)＝a2·x3-b2·x2+c2·x+d2
23、式中x为几何模型的x轴坐标，x∈[a,b]，a为几何模型的坐标最小值，b为几何模型的的坐标最大值；a1、b1、c1、d1分别为f1(x)的三次项系数、二次项系数、一次项系数和常数项；a2、b2、c2、d2分别为f2(x)的三次项系数、二次项系数、一次项系数和常数项。
24、根据本专利技术的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，定制化微移液器的理论流体流速规律描述为：
25、v(x)＝l(x)*vinput，
26、式中v(x)为定制化微移液器轴线上每一点的流体流速，l(x)为比例函数，vinput为定制化微移液器末端流体输入速度；
27、
28、将几何模型沿轴向分为尖端段和尖端后段，以尖端段和尖端后段的轴向相接点作为直角坐标系水平坐标的0点；α为尖端段曲度调节系数，β为尖端后段曲度调节系数，y0为幅值调节系数，θ为尖端后段函数渐近线系数。
29、本专利技术还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项所述方法的步骤。
30、本专利技术还提供了一种介质，所述介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，所述定制化微移液器通过拉制仪器或手工拉制获得，材质为透明硼酸盐或者硅酸盐；
3.根据权利要求2所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，获得定制化微移液器的主体轮廓的方法包括：
4.根据权利要求3所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，计算主体轮廓的位姿并进行位姿矫正的方法包括：
5.根据权利要求4所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，所述理论流体流速规律和实际流体流速规律均包括定制化微移液器轴线上每一点的流速规律。
6.根据权利要求5所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，所述微珠的大小和质量忽略不计；
7.根据权利要求6所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，基于验证结果获得有限元流体仿真模型包括：
8.根据权利要求7所述的用于类器官操
9.根据权利要求8所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，定制化微移液器的理论流体流速规律描述为：
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，
11.一种介质，其特征在于，所述介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行权利要求1至9中任一项所述方法。
...【技术特征摘要】
1.一种用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，所述定制化微移液器通过拉制仪器或手工拉制获得，材质为透明硼酸盐或者硅酸盐；
3.根据权利要求2所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，获得定制化微移液器的主体轮廓的方法包括：
4.根据权利要求3所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，计算主体轮廓的位姿并进行位姿矫正的方法包括：
5.根据权利要求4所述的用于类器官操作的定制化微移液器流体建模方法，其特征在于，所述理论流体流速规律和实际流体流速规律均包括定制化微移液器轴线上每一点的流速规律。
6.根据权利要求5所述的用于类器官操...
【专利技术属性】
技术研发人员：庄松霖，王晓飞，蔺笑天，高会军，
申请(专利权)人：甬江实验室，
类型：发明
国别省市：
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