[發明專利]一種基于內外應力的低分化腺體分割方法

有效

• 申請號: 202010317512.6
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111507992B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 張堃;付君紅;朱洪堃;李子杰;吳建國;張培建
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/12;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于內外應力的低分化腺體分割方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)、基于ResUnet架構對病理組織染色圖像進行染色分離，得到蘇木精通道與背景通道圖像；

2)、基于改進符號壓力函數的變分水平集圖像分割算法從背景通道圖像中分割腺體流明區域；

3)、將蘇木精通道圖作為空間受限SC-CNN輸入特征，得到上皮細胞區域邊界，即上皮細胞核構成的腺邊界；

4)、基于最小慣性軸及鏈碼的圖形形狀描述方法根據流明形狀特征對腺體輪廓進行繪制；

所述步驟3)中使用核檢測的空間受限SC-CNN和用于核分類的softmax CNN方法，將染色分離得到的蘇木精強度作為CNN的輸入特征，得到表示上皮細胞核的像素集V以及上皮細胞核所在區域的外輪廓L；

所述步驟4)具體包括：以最小慣性軸為參考軸，通過它的垂線共同建立坐標系，圖像質心為坐標系原點O，然后根據方向鏈碼的做法再將坐標系的多個區域分別從多個方向上分成若干等分，這樣整個圖像就被從多個方向上生成一個鏈碼；規定與最小慣性軸垂直且與流明輪廓最近點方向為0方向，逆時針依次旋轉30°分別為0～11方向，則由O點作為頂點的12條直線將與流明輪廓C相交于C₀,C₁,...,C₁₁12個點構成表示流明輪廓的鏈碼，同理這些直線與上皮細胞核的像素集V的交點表示候選輪廓鏈碼；

步驟4)還包括：將檢索流明區域的第n個特征三角形的隸屬值μ_n及腺體區域的第n個特征三角形的隸屬值μ'_n以及所有特征值的全部相似度值進行相似度對比；

其中，確定腺體輪廓需要基于如下兩個約束條件：

①目標輪廓S基于上皮細胞核外輪廓L與流明輪廓C相似，因此構造特征相似約束項：

α≤TotalSim(l,v)≤1

β≤TotalSim(c,v)≤1

②目標輪廓S盡可能接近上皮細胞核外輪廓L，因此構造距離最小約束項：

其中i＝0,1，...,11表示方向序列，j＝0,1，...,J表示與流明輪廓相似的候選輪廓；l_i表示上皮細胞核外輪廓在第i個方向上的交點；v_i，j表示候選輪廓在第i個方向上的交點；以參考線0為起始方向，逆時針依次檢索各方向特征三角形相似度；

2.根據權利要求1所述的一種基于內外應力的低分化腺體分割方法，其特征在于：所述步驟1)基于ResUnet架構進行染色分離具體包括：網絡由收縮路徑，橋接，擴張路徑三部分支撐以完成Hematoxylin、Eosin、Background各通道染色強度預測。

3.根據權利要求2所述的一種基于內外應力的低分化腺體分割方法，其特征在于：所述收縮路徑用來減少特征圖的空間維度，同時逐層增加特征圖的數量，將輸入圖像提取為緊湊特征；所述橋接部分連接收縮和擴張路徑，并實現染色顏色矩陣預測功能；所述擴張路徑用來逐步恢復目標的細節和相應的空間維度，輸出用于染色強度矩陣預測。

4.根據權利要求2所述的一種基于內外應力的低分化腺體分割方法，其特征在于：所述收縮路徑和擴張路徑均包括若干個殘差塊，每個殘差塊中，通過卷積將特征映射減少一半。

5.根據權利要求4所述的一種基于內外應力的低分化腺體分割方法，其特征在于：在每個所述殘差塊之前，存在來自較低級別的特征映射的上采樣以及來自相應編碼路徑的特征映射的級聯。

6.根據權利要求1所述的一種基于內外應力的低分化腺體分割方法，其特征在于：所述步驟1)染色分離中模型預測過程中加入Kullback-Leibler約束項，通過最小化輸入圖像和每個重建之間的重建損失來訓練模型。

7.根據權利要求1所述的一種基于內外應力的低分化腺體分割方法，其特征在于：所述步驟2)具體利用圖像的統計信息構造SPF函數，使構造的SPF函數具有保持甚至增強突出前景目標的功能。

8.根據權利要求7所述的一種基于內外應力的低分化腺體分割方法，其特征在于：具體包括：

輪廓線C把圖像I分成內外兩個部分，分別記作Ω₁＝in(C)，Ω₂＝out(C)，利用圖像的全局染色強度分布來構造SPF函數，用P₁、P₂表示區域Ω1、Ω2的染色強度分布函數：

其中u、σ分別為染色強度高斯分布均值與標準差，根據水平集方法，嵌入水平集函數φ，假設Ω1＝{φ0}和Ω2＝{φ0},相應的輪廓線C可以由零水平集{φ＝0}來表示；

利用以上染色強度分布函數構造如下SPF函數：

即得到水平集方程為：