“眼见为实”一直是人们追求的观察方式，无论是宏观世界还是肉眼不可见的微观世界。如今，手机、相机等设备成像技术不断迭代，显微镜等精密器械也助力于微观细胞级的观测；然而，对大批量细胞的快速、全貌、高清成像依旧是微观成像难题，直接影响到医疗应用中的检测速度和质量。清华大学电子系教授陈宏伟多年从事光电子技术研究，通过在高速激光成像技术及应用上的深厚积累，研制出高速、高清、高通量细胞全貌成像的流式细胞检测设备及智能分析系统，每秒钟可给上万的细胞拍下清晰的“全身照”，不仅可以解决医学细胞检测中的难题，还为更多与微观成像打交道的领域提供了新的工具，如食品发酵、制药、环境检测、工业检测等。

陈宏伟教授

1、项目名称：超高速细胞成像及智能分析

2、发明人及团队：陈宏伟，清华大学电子系长聘教授、博士生导师，科技部中青年科技创新领军人才，教育部青年长江学者，中组部“万人计划”青年拔尖人才，国家自然科学基金优秀青年基金获得者，主要研究领域为光电子技术、集成光电子芯片、光谱信息处理与传感等。团队主要技术成员均来自清华大学，医院医生顾问及多年生物医疗行业经验的市场人员。

3、融资情况：年成立天津凌视科技有限公司，同年获得清华大学天津电子信息研究院万种子轮投资，目前寻求天使轮融资万，主要用于设备研发、测试及推广等。

4、核心竞争力：项目是全球首创且中国唯一利用光电子成像、人工智能、微流体和图像处理等技术，研发出突破性的高速高通量、基于图像的液态细胞检测设备兼智能分析系统，实现了细胞高清成像及智能分析的巨大突破，可解决系统生物学领域的多个需求。

5、市场前景：产品成像高速、全貌高清、高通量、自动化操作等优势，可快速适用于众多细胞分析的医疗场景，如宫颈癌早筛、细胞病理检测、泌尿检测等，国内市场规模千亿级。此外食品发酵、制药、环境检测、工业检测等领域，也在逐渐浮现新的应用场景。

显微镜是大众较为熟悉的细胞观测工具，其中最常见的观测方法是将样本切片、染色制片再观察。一方面，切片后无法观察到完整立体的细胞形态，另一方面，时间、操作者、试剂量等制片变量都可能对结果产生误差积累。

当大批量细胞需要检测时，逐个制片更是不切实际。因此，高通量细胞检测技术便成为大批量细胞检测的首选。

目前市面的流式细胞检测设备大多是荧光染色细胞仪，其工作原理是将荧光标记后的细胞从样本池通过，同时由荧光探测器捕获荧光细胞信号，并转换成不同角度和强度的信号，后经计算机处理成聚集式信号。

荧光染色细胞仪

这类检测的精度较高，却依赖于荧光标记，操作繁琐耗时长，所以常见病人长达上月的排队检测和结果等待时间。同时并无直接成像功能，能提供到的只有计算机处理后的片状聚集式的多细胞信号点位，无法进行单个细胞识别和形态观测。此外，进行过荧光标记的样本，也无法再次进行其他观测检测，只能丢弃。

市场对基于图像的流式细胞分析技术也曾有过探索。目前已经被默克收购的美国Amnis公司，曾经便推出过CCD细胞成像设备，但由于种种原因未能真正在临床上推广使用。

美国Amnis公司CCD细胞成像设备

陈宏伟教授团队的细胞成像技术是利用光电子技术克服荧光分析和CCD成像的弊端，实现高速高通量流式细胞成像，致力于打造“全世界最快的细胞照相机”，结合自创技术方法+智能算法，创建了无需制片、无标记、大通量、高速、高清全貌的细胞成像设备及智能分析系统。

项目样机示例

发现异常是我们检测的目的，在不破坏细胞原有结构的基础上能完整成像是最理想的状况。项目团队的技术便是用物理成像创新方法取代了化学荧光手段，以高速重复频率的激光脉冲作为主动照明光源，并对细胞区域连续扫描，最后进行单点探测接收。

项目技术流程图

激光脉冲间隔极短，每秒可以有几千万个脉冲，当细胞从样本池流过，细胞流动方向和激光脉冲方向形成垂直交叉，每个脉冲都可对细胞做一次扫描，因此可以快速成像。

细胞通量是由细胞流速和浓度决定的，浓度一定，流速越快，细胞通量越大。如果浓度完全饱和，项目技术能达到万/秒细胞通量的速度极限值；在实际样本细胞浓度条件下，速度也可高达万细胞通量每秒，远高于CCD图像设备。同时细胞流速可达到10米/秒，是目前流式仪器的流速最高值。

流速越快，对成像的要求越高，能做到10米/秒的流速，一定要有过关的成像技术支撑。作为“全世界最快的细胞照相机”，它的成像分辨率优于1微米，空间分辨率最高可达nm，参考对比显微镜分辨率-nm左右，所以最终生成图像的清晰度有质量保障。

项目设备生成的细胞图像

光学显微镜下细胞图像

同时，因未对细胞进行染色和切片等操作，相当于直接拍摄了细胞全身照片，所以最终生成的是高清全貌的未压缩的立体细胞图像。

不过，在激光脉冲扫描后，并非我们想象的，直接就生成了细胞最终图像，而是先进行单点探测接收，收到的是线状脉冲信号，再经计算机转换成图像信号，做图像的重构、处理和分析。

单点探测接收图像

单点探测接收作为扫描环节的最后一环，避免了直接接收超量细胞图片而肯定会出现的卡顿、宕机等影响速度的情况，将高速进行到底。

图像重构完成后，大量细胞高清照片生成，就进入了智能分析阶段。此时，项目团队自己开发的AI算法开始发挥作用，自动进行细胞识别和归类入库，既能有细胞高清全身画像可参考，又替代了大量人工基础操作，节省成本与时间。

细胞归类入库示例

当然即便是人工智能，也不是一开始就智能，它需要大样本的机器学习。“医院合作，医生给了我们一些样本，这些样本通过我们设备成像后，将成像结果给医生做标注，他们标注哪个是癌细胞，哪个是淋巴细胞等等，我们再将标注结果进行机器学习和AI训练”，陈教授介绍道，“经过训练后的智能分析结果，医生已经给肯定的反馈了。样本量肯定越多越好，随着我们设备的推广，我们计划建立开放的数据库，一方面可以给医学界更多样本数据参考，另一方面也有助于我们自己算法的更新迭代。”

作为一种细胞成像技术，医疗应用肯定是最直接的入口，尤其是细胞病理检测以及宫颈癌早筛，可将此为突破口快速占领市场。

“目前宫颈癌早筛方法如TCT、HPV检测等，都需要专业医师人工制片。在我们这项技术产品上，采用制作单细胞悬液取代制片，这个步骤非专业医师也能操作，我的学生第一次做半小时便完成了，然后就可以用仪器自动化处理，不仅提高效率，节省人力，同时在医疗条件较差的偏远地区，专业的宫颈癌早筛也能实现。”陈教授说。

项目技术宫颈癌早筛案例图像

细胞病理检测同样如此。细针穿刺、刷片等都需制片，医生甚至需要靠眼睛去数上千个细胞才可能有统计结果。“尤其当病人在手术中麻醉状态下做病理检测，用我们的仪器，过程中就能拿到分析结果。”陈教授介绍，“传统的染色制片是数细胞个数和看聚集效果，我们可以打散拆分，看每一个个体细胞的样子，识别和判断肿瘤细胞类型、比例等。”

项目技术细胞病理检测案例图像

除了疾病筛查检测，医院曾合作进行乳腺癌药物测试，所以药物研发测试、疑难杂症病人服药中的细胞反应测试等也将是技术应用场景。

此外，项目技术也为更多与微观成像打交道的领域提供了创新工具，如发酵食品、制药、环境检测、工业检测等。

之前便有国内知名酱油厂家想用陈教授的技术，观察酱油制造中的菌落分布，与此相似的酒类、制药类等，凡是涉及到微观检测的领域，皆可尝试贯通使用。不仅如此，实现微观成像的技术，也可向下兼容进行宏观应用，如有手机屏检测、工业检测等。

项目团队计划打造高中低三种性能机型，适用于各类平台和服务场景。

三种性能机型主要区别还在于细胞流速及流速影响的通量，但实际使用选择，并不能只以速度作为判断标准。

高端机各项性能最好，但成本和售价有些难控制，医院等采购方，门槛可能较高。不过，如科研机构或高校，对实验结果高标准要求的平台，采购高端机供以平台人员使用倒是不错的选择。

中低端机将会是市场未来主推，相对采购的资金难度不大，同时中端机00/秒细胞通量和低端机0/秒细胞通量的速度，在医院各科室、体检中心等不同场景下也足够使用，在价格和性能上都远优于市面上的CCD图像设备。

目前项目技术已走进成熟阶段，团队预计在今年年底完成合规样机，并已医院、全国连锁体检中心等达成意向合作，同时还在与北京、上海、医院、高校、生物公司等沟通实验室设备的应用。

除了设备推广，技术合作也是团队的业务部分，今年已经签订了0万左右的合同。“我们和某知名医疗公司达成了技术合作，以联合开发和技术授权模式，用我们的成像技术结合该公司现有设备，研发新产品。”团队CEO陈宏强介绍，“这样的合作方式，让我们在技术上有更多积累，有利于技术和产品迭代更新。”

团队项目在年曾获得清华大学天津电子信息研究院万种子轮投资，目前寻求天使轮融资万，主要用于设备研发、制造及市场推广等。

“持续创新是我们一直坚持和追求的，精准分选细胞、超分辨成像等是我们未来的技术努力方向，希望能够为人们创造更大的应用价值。”团队CEO陈宏强说道。

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