[實用新型]一種腫瘤細胞自動識別與分類系統

有效

• 申請號: 201420071872.2
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN203894760U
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 許佩佩;歐陽建;陳兵
• 申請（專利權）人: 南京大學醫學院附屬鼓樓醫院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王云

技術領域

本實用新型涉及一種腫瘤細胞自動識別與分類系統，通過現有軟件與本實用新型硬件的結合，實時高效地對醫學細胞圖像進行識別與分類，并將結果無線發送給醫務人員終端，屬于醫學圖像處理技術領域。

背景技術

在醫學診斷中，利用計算機技術進行自動的細胞識別與分類對于病況分析具有重要意義。當前研究人員多采用顯微鏡圖像來采集病人血清圖像，醫生利用該血清圖像檢查腫瘤細胞的存在，從而判斷是否存在腫瘤細胞。由于該方法在醫療診斷中的有效性，近些年該方法已經得到廣泛普及。然而，憑借醫生的判斷是十分主觀的方法，對于醫生的經驗依賴性較高，因此不易實現高效準確的診斷。基于此，醫學診斷領域迫切需要自動的腫瘤細胞識別與分類裝置，以輔助醫生實現便捷和高效的醫療診斷。

隨著醫學圖像處理技術的發展，對圖像處理系統的實時性和準確性提出了更高的要求，目前傳統的醫學圖像處理系統要么處理速度較慢，無法滿足現代圖像處理系統的實時性要求；要么專業性太強，應用受到一定的限制。

實用新型內容

實用新型目的：針對現有技術中存在的問題與不足，本實用新型提供一種腫瘤細胞自動識別與分類系統，采用了DSP+FPGA的硬件系統，將DSP芯片運算速度快、通信機制強大的優點與FPGA芯片快速靈活的優點相結合，兼顧處理速度和靈活性，能夠實時高效地對腫瘤細胞圖像進行識別與分類，之后及時將分類結果通過無線網絡傳送到醫務人員終端。

技術方案：一種腫瘤細胞自動識別與分類系統，以FPGA和DSP為核心器件，具體包括圖像采集模塊、存儲模塊、FPGA-DSP圖像處理模塊、電源模塊、無線網絡收發模塊和終端客戶端。圖像采集模塊負責通過顯微鏡采集圖像，并將采集的細胞圖像存儲到存儲模塊中，FPGA-DSP圖像處理模塊從存儲模塊中讀取細胞圖像數據并進行計算。FPGA用于完成數據傳輸的時序控制，包括各接口的數據傳輸及對SDRAM訪問的時序控制及狀態切換控制；DSP芯片用于對腫瘤細胞進行特征提取和SVM分類。無線網絡收發模塊通過以太網接口與圖像處理模塊相連，實現與醫務人員終端（終端客戶端）間進行通信和數據交換，及時將識別與分類結果通過無線網絡收發模塊傳回到醫務人員終端，最終可實時高效地在終端客戶端獲得腫瘤細胞的識別與分類結果。

FPGA-DSP圖像處理模塊

（1）FPGA?芯片

為滿足實時圖像處理的特點，本實用新型采用了Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C6Q240C8。該芯片具有5980個邏輯單元；內嵌RAM共有92160bits；包含2個PLL；包含34個差分通道；最大用戶I/O數有98個。

本系統用一片FPGA芯片實現時序與邏輯控制功能。用FPGA進行系統時序控制、同步電路、地址發生器和數據/地址輸出電路等，實現對整個系統的控制。圖像處理這部分采用的是ENVI軟件，它是美國Exelis?Visual?Information?Solutions公司的旗艦產品，由遙感領域的科學家采用交互式數據語言IDL(Interactive?Data?Language)開發的一套功能強大的遙感圖像處理軟件。我們主要使用ENVI的主成分分析(PCA)功能進行特征提取，使用其支持向量機（SVM）進行分類。具體為：計算輸出主成分維，第一主成分包含最大的數據方差百分比，第二主成分包含第二大的方差，以此類推，最后的主成分維由于包含很小的方差，選擇前三個至四個主成分，并以矩陣形式存儲起來。由于在本系統中，底層的信號處理要處理的數據量很大，對處理速度要求高，但算法結構相對簡單，適于FPGA進行硬件實現，這樣能同時兼顧速度及靈活性。

（2）DSP芯片

根據實時性和數據處理精度的要求，本系統采用了TI公司的TMS320C6713浮點DSP處理器，具有改進的哈佛總線結構，主頻高達255MHz，內部有容量為192KB的高性能存儲器，同時有一個外部存儲器擴展接口，一個32b總線擴展接口可以進行同步和異步存儲器擴展。在讀取到圖像數據后，按照特征提取和SVM分類器對腫瘤細胞完成識別與分類。

（3）FPGA與DSP接口

FPGA和DSP都具有很高的數據處理速度，如何將這兩個器件的處理速度協調起來，直接影響整個系統的運行速度。TMS320C6713采用EMIF的方式接口，同時，FPGA內部的存儲器主要是Block?RAM，可用作雙口RAM，正好可接FPGA模塊中的結果緩沖器設為雙口RAM，這樣就將FPGA與DSP有機地連接在了一起。

存儲模塊