應用影像處理於線上細胞計數與監測系統之研究｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	林俊杰 Jyun-Jie Lin
論文名稱：	應用影像處理於線上細胞計數與監測系統之研究 Research of On-Line Cell Counting and Inspection using Image Processing Technique
指導教授：	鄭正元 Jeng-Ywan Jeng
口試委員:	鄭逸琳 Yih-Lin Cheng 陳羿貞 Yi-Jane Chen
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 機械工程系 Department of Mechanical Engineering
論文出版年：	2009
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	98
中文關鍵詞：	線上細胞計數、影像處理、骨母細胞
外文關鍵詞：	On-Line Cell Counting, Image Processing, MG-63
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傳統的細胞培養過程中，並無法即時知道細胞的生長情況，為了得知細胞的即時情況必須建構一套線上即時檢測系統。
在本研究中，一個應用影像處理法結合顯微鏡構成的線上顯微光學檢測系統，將被使用在細胞培養的即時檢測上。本系統包含了細胞培養環境、顯微鏡光學平台、影像擷取系統及影像處理系統。利用影像處理的原理，搭配LabView來撰寫所需要的程式，將擷取自顯微鏡上的影像做細胞定義，使影像上屬於細胞部份的像素，能經過二值化後完全被顯示出來，並與培養液的像素作區隔。
所得的細胞像素經計算後可得整體培養皿的細胞數，然後利用血球計數器計算培養皿的細胞數為基準。經由實驗證實，線上顯微光學檢測系統可完全計算出真正的細胞數，以達到長時間細胞或組織培養期間線上即時監控細胞成長變化。

In the traditional cell culture process. It’s not readily know the growth of cells. In order to know the real-time cell must construct a set of online real-time detection system.
In this study, an application microscope with image processing method and composition of the online micro-optical detection system, will be used in cell culture on the real-time detection. The system includes a cell culture environment, optical-microscope platform, image acquisition systems and image processing system. The principle use of image processing, with LabView to write a program, will be extracted from the microscope images so cell definition images are part of the pixel cells can result after binarization completely displayed, and culture medium for the segmentation of the pixels.
The pixel of cells obtained by calculating the overall dish after the cell number, and then the use of blood cell counters calculate the number of Petri dishes as a benchmark. Confirmed by experiments, online micro-optical detection system can be fully calculated real cell number, so as to achieve long cells or tissue culture cells during the growth of online real-time monitoring of changes.

摘 要…………………………………………………………………………………I
Abstract………………………………………………………………………………II
誌 謝………………………………………………………………………………III
目 錄………………………………………………………………………………IV
圖索引………………………………………………………………………………Ⅶ
表索引……………………………………………………………………………Ⅹ

第一章  緒 論………………………………………………………………1
1 前 言………………………………………………………………………1
2 研究背景及目的…………………………………………………………1
3 論文架構…………………………………………………………………2

第二章  文獻回顧…………………………………………………………4
1 數位影像的簡介…………………………………………………………4
2細胞數位影像處理之簡介………………………………………………….5
2.1 影像處理原理…………………………………………………5
2.2細胞影像分割…………………………………………………6
2.3 影像處理原理…………………………………………………6
2.3.1 變異數計算……………………………………………6
2.3.2 邊緣檢測處理…………………………………………8
2.3.3 二值化處理……………………………………………9
2.3.4 去雜訊原理……………………………………………12
2.3.4.1 侵蝕(Erosion)…………………………………13
2.3.4.2 膨脹(Dilation)…………………………………14
2.3.4.3 開運算…………………………………………14
2.3.4.4 閉運算…………………………………………15
3 線上培養系統之簡介……………………………………………………15
3.1 活細胞培養系統……………………………………………………15
3.2 倒立式相位差顯微鏡成像原理……………………………………17
4細胞活性測試(MTT test)………………………………………………….20
5線上顯微光學細胞計數的相關研究………………………………………20


第三章  線上顯微光學檢測系統原理與設計…………………22
1線上顯微光學檢測系統之架構設計……………………………………25
1.1  CCD（Charge Coupled Device）……………………………27
1.2 影像擷取卡 ( Image Acquisition Board )………………………28
2 細胞培養箱(Incubator)…………………………………………………30
2.1腔體………………………………………………………………30
2.2 溫度控制系統……………………………………………………32
2.3 加熱器……………………………………………………………33
2.4氣體供應裝置………………………………………………………35
3自動更新培養液生物反應器………………………………………………35
4其餘設備之簡介……………………………………………………………37

第四章  實驗步驟…………………………………………………………40
1培養系統環境之測試………………………………………………..…40
1.1 細胞培養箱測試……………………………………………………40
1.2 自動更新培養液系統測試………………………………………41
2 細胞之培養………………...………………………………………………43
2.1 骨母細胞……………………………………………………………43
2.2 細胞之保存…………………………………………………………44
2.3 細胞計數方法………………………………………………………44
3 實驗藥品…………………………………………………………………45
4 影像處理的方法…………………………………………………………47
4.1 細胞數位影像之擷取………………………………………………48
4.2 影像處理方法………………………………………………………49
5 線上檢測細胞培養的實驗………………………………………………53
6.1 靜態培養實驗………………………………………………………54
6.2 添加双氧水的培養實驗……………………………………………55
6.3 改變溫度參數的培養實驗…………………………………………56
6.4 改變CO2濃度的培養實驗………………………………………57

第五章  實驗結果與討論………………………………………………59
1細胞的影像處理結果………………………………………………………59
1.1單一細胞與像素……………………………………………………60
1.2細胞像素值與數量之關係…………………………………………61
2細胞培養箱測試結果……………………………………………………69
3 線上檢測細胞培養實驗的結果…………………………………………72
3.1 靜態培養實驗結果…………………………………………….73
3.2 添加双氧水的培養實驗結果……………………………………81
3.3 改變溫度參數的培養實驗結果…………………………………85
3.4 改變CO2濃度的培養實驗結果…………………………………89

第六章  結論與未來研究方向…………………………………………94
1  結論…………………………………………………………………………94
2  未來研究方向………………………………………………………………95
參考文獻…………………………………………………………………………97

                                

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