(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210627931.9 (22)申请日 2022.06.06 (71)申请人 长春理工大 学中山研究院 地址 528400 广东省中山市 火炬开发区会 展东路16号数码大厦15 -17层 (72)发明人 宋正勋　初琪　吴文冀　董建军　 李昕宇　李秀楠　林雯莉　宋琦　 (74)专利代理 机构 滁州弘知润创知识产权代理 事务所(普通 合伙) 34222 专利代理师 赵静 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 5/00(2006.01) G06T 5/40(2006.01) G06T 17/20(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种通过力学模型对所建数据库中多种类 细胞应力分析的方法 (57)摘要 本发明属于细胞应力分析技术领域， 为一种 通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力 分析的方法， 包括如下步骤： S1： 使用原 子力显微 镜对待测细胞进行检测； S2： 测得待测细胞所具 有的力学特性、 高度图以及细胞形貌。 本发明通 过利用有限元仿真软件ABAQUS， 建立了一个细胞 的模型雏 形， 分析在探针下压过程以及模拟流体 剪切中细胞内部各接触面的应力分布情况， 以及 细胞各结构间的接触力情况及粘弹性材料对细 胞的力学性质的影 响， 它不仅能够与实验结果对 比来判断细胞的力学性质， 还弥补了不能用肉眼 观察到细胞的应力应变形态的缺陷， 将数据库与 模型相关联， 实现对 任意细胞的实时模型分析。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115017768 A 2022.09.06 CN 115017768 A 1.一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法， 其特征在于： 包括 如下步骤： S1： 使用原子力显微镜对待测细胞进行检测； S2： 测得待测细胞所具有的力学特性、 高度图和细胞形貌， 以及探针的参数， 通过细胞 形貌得到细胞二维图像， 并基于图像处理技术， 对细胞二维图像进行两次降噪处理以及 Gamma矫正， 以便获得更为高清的细胞二维图像， 接着对其进行灰度图直方化， 使细胞二维 图像与背景区分开来， 然后利用边缘检测算法与计算机深度学习技术相结合的方法， 得到 细胞的边缘图像， 最后利用8连通算法获得细胞的轮廓图， 计算出细胞二维图像的长宽比、 周长， 从而确定细胞的基本尺寸； S3： 建立MySQ L数据库， 在数据库中输入待测细胞的细胞名称以及相对应的力学 特性； S4： 将待测细胞的高度图以及细胞形貌数据输入到有限元仿真软件ABAQUS中， 通过有 限元仿真软件ABAQUS可以根据输入的细胞高度图和细胞形貌， 确定细胞基本尺寸， 并绘制 细胞二维模型图， 再根据二 维模型图， 构建三 维细胞模型， 且三 维细胞模型结构从外到内依 次设定为细胞膜、 细胞质和细胞核三个层状部分； S5： 然后通过Visual  Studio平台将MySQL数据库与有限元仿真软件ABAQUS进行链接， Visual Studio平台可以从MySQL数据库中调取所需细胞名称的力学特性灌输到ABAQUS所 建立的相对应细胞的模型当中， 进行分析； S6： 根据测得的细胞力学 特性， 确定细胞模型的材 料属性； S7： 对细胞模型进行网格划分， 并设置静力分析步骤和粘性分析步骤， 然后设置载荷， 确定载荷边界， 载荷分两种， 一种为探针针尖下压的压力载荷， 另一种为表面载荷， 模拟流 体剪切力； S8： 利用探针对细胞模型施加非线性的荷载力， 获得相对应的应力云图， 并得到各接触 面接触力变化曲线； S9： 对细胞进行自由选格对比， 分析它 们的应力云图， 以及各接触面接触力曲线。 2.根据权利要求1所述的一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方 法， 其特征在于： 所述S2中的细胞力学特性包括细胞膜、 细胞质和细胞核的弹性模量和泊松 比， 以及细胞质和细胞核的粘度， 探针的参数包括弹性模量和泊松比。 3.根据权利要求1所述的一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方 法， 其特征在于： 所述S 6中的细胞模 型材料属性中的细胞膜为线弹性， 细胞质与细胞核为黏 弹性。 4.根据权利要求1所述的一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方 法， 其特征在于： 所述S7中的网格划分是对细胞膜采用四边形为主进 行划分， 细胞核和细胞 质采用四边体为主 进行划分。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115017768 A 2一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的 方法 技术领域 [0001]本发明涉及细胞应力分析技术领域， 具体为一种通过力学模型对所建数据库中多 种类细胞应力分析的方法。 背景技术 [0002]细胞是组成生命体的基本单元， 由于细胞所处的体内环境较为复杂， 及其自身所 具有的粘弹性材料性质， 细胞的力学行为吸引了越来越多的研究者的目光。 Mahaffy等在原 子力显微镜下测量了细胞的应变， Sato等利用微 吸管装置测量了细胞的杨氏模量、 粘度系 数等， 以上都是通过实验技术来研究细胞力学特性。 目前绝大多数细胞力学性质的研究都 是以实验技术为手段。 但是目前的实验技术手段不能够用肉眼直观地观察到细胞 受到应力 时发生的应变， 在2009 年重庆大学程琴等人利用有限元平台构建了细胞受剪切力作用的三 维细胞模型， 分析单一细胞在不同部位的应力松弛， 但无法实现对不同类型 的细胞进行应 力分析， 其模型基本尺寸单一， 不能够准确的反应细胞形态， 且无法实现对细胞进行实时、 高效、 精准的应力分析。 数据库技术在20世纪8 0年代已经广泛使用， 对文本数值型数据管 理 方面已经比较成熟， 在1997年法国数学家F.Bouille提出了超图理论的基础上， 探索多类对 象的链接， 实现空间数据和属 性数据无缝联接， 因此我们提出了一种通过力学模型对所建 数据库中多种类细胞应力分析的方法来 解决上述问题。 发明内容 [0003](一)解决的技 术问题 [0004]针对现有技术的不足， 本发明提供了一种通过力学模型对所建数据库中多种类细 胞应力分析的方法， 解决了上述背景技 术中所提出的问题。 [0005](二)技术方案 [0006]本发明为了实现上述目的具体采用以下技 术方案： [0007]一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法， 包括如下步骤： [0008]S1： 使用原子力显微镜对待测细胞进行检测； [0009]S2： 测得待测细胞所具有的力学特性、 高度图和细胞形貌， 以及探针的参数， 通过 细胞形貌得到细胞二维 图像， 并基于图像处理技术， 对细胞二维 图像进行两次 降噪处理以 及Gamma矫正， 以便获得更为高清的细胞二维图像， 接着对其进行灰度图直方化， 使细胞二 维图像与背景区分开来， 然后利用边缘检测算法与计算机深度学习技术相结合的方法， 得 到细胞的边缘图像， 最后利用8连通算法获得细胞的轮廓图， 计算出细胞二维图像的长宽 比、 周长， 从而确定细胞的基本尺寸； [0010]S3： 建立MyS QL数据库， 在数据库中输入待测细胞的细胞名称以及相对应的力学特 性； [0011]S4： 将待测细胞的高度图以及细胞形貌数据输入到有限元仿真软件ABAQUS中， 通说　明　书 1/4 页 3 CN 115017768 A 3