[發明專利]一種基于EM算法與貪心策略的紅細胞序列樣本分割方法

有效

• 申請號: 201810280871.1
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108537783B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 王娜
• 申請（專利權）人: 福建師范大學福清分校
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/215
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明提供一種基于EM算法與貪心策略的紅細胞序列樣本分割方法，其主要步驟包括利用EM算法對對不可直接觀測到的狀態模型進行估算，然后根據這個初值進行不斷迭代，對模型參數進行不斷更新直至其收斂，并利用貪心策略對EM迭代過程進行優化。從而實現對樣本序列分割。本發明提高基礎醫學仿真的真實性與直觀性，在此基礎上減少仿真過程中的手動工作量。

技術領域

本發明屬于醫學圖像處理，具體涉及一種基于EM算法與貪心策略的紅細胞序列樣本分割方法。

背景技術

科學技術的發展使得對紅細胞的研究越發向微觀方向邁進，且研究方法也越發多樣。計算機的發展更是極大的推動了研究的進步。在此基礎上，科研者們進行了諸多的研究與探索：何曉川，崔建強等人對紅細胞的流動過程進行了基礎性的研究[1][2]，他們建立了紅細胞的模型，分析了紅細胞與相鄰流體的相互作用，最后利用在流體力學領域廣泛應用的軟件FLUENT對紅細胞的流動過程進行模擬，并著力于分析形成的流場。在此基礎上，楊婷[3]探究出了一種研究紅細胞形變的新方法：她將紅細胞模擬為含有牛頓流體的雙凹面碟形彈性薄膜膠囊，然后采取多塊策略改善細胞模型附近的網格，提高了三維計算的效率及結果的準確度。陳春暉[4]總結了前人的研究成果，在此基礎上加入水平集法追蹤仿真血液中的紅細胞。結果表明這種方法可模擬紅細胞的運動，且準確性也得到了極大的提升。隨后，趙立國將任意拉格朗日方法(ALE)和LevelSet方法相結合[5]：引入ALE方法處理仿真中的邊界大尺度畸變問題，在保證計算精度的同時增強了靈活性；Level Set方法則是將低維閉合曲線中的問題轉化到高維空間中，從而追蹤模擬活動邊界。結果表明，該方法可應用于復雜拓撲結構變化。([1]何曉川.微循環中紅細胞流動的基礎性研究[D].濟南：山東大學，2009.[2]崔建強.微血管紅細胞流動特性的理論與仿真[D].濟南：山東大學，2010.[3]楊婷.紅細胞在微小血管中的流動理論分析[D].濟南：山東大學，2011.[4]陳春暉.毛細血管中紅細胞流變特性的基礎性研究[D].濟南：山東大學，2012.[5]趙立國.紅細胞在毛細血管中的流動形態分析與仿真[D].濟南：山東大學，2014.)

目前對紅細胞流動的仿真模擬方法還是側重于在流體力學的基礎上通過不同的方法對血漿運動進行模擬。

盡管技術的發展使得紅細胞相關的研究與仿真水平相較于從前已經得到了很大程度上的提升。但仍存在諸多不足：對細胞仿真研究現狀的分析顯示，以往的仿真方法多集中于對各類細胞靜態模型的建立。但紅細胞的形態會因為外部條件的變化而產生不同的形變，靜態模型方法難以展現這類變化的過程，所以需要實現動態過程的仿真。對紅細胞流動形態仿真研究現狀的分析顯示，目前對紅細胞流動的仿真重點是在流體力學的基礎上通過不同方法對血漿運動進行模擬，而我們希望能既展示出大量紅細胞的整體流動過程，又展示出在不同的外界條件下單個紅細胞形態的變化過程。因此，引入動態紋理技術，以實現對紅細胞流動過程的更具真實性的仿真。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種基于EM算法與貪心策略的紅細胞序列樣本分割方法提高基礎醫學仿真的真實性與直觀性，在此基礎上減少仿真過程中的手動工作量。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種基于EM算法與貪心策略的紅細胞序列樣本分割方法，其包括以下步驟：

步驟S1：將紅細胞序列樣本中所有可直接觀測到的狀態集合表示為Y，不可直接觀測到的狀態集合表示為X，用θ作為描述所有狀態集合聯合概率的模型參數，并以P(x,y|θ)對兩狀態集合的聯合概率進行表示；以y表示觀測所得數據，則顯然y是已知量；模型參數利用最大似然估計法實現估計，如式(1)所示：

步驟S2：對式(1)展開等價變化得到基于初始分布的EM算法的E，M兩步迭代過程F(P，θ)；步驟S3：用F(P，θ)表示EM算法的E，M兩步迭代過程，即有

1.E步：更新不可直接觀測到狀態的分布，即：