[發明專利]一種基于激光共聚焦顯微技術的細胞智能識別方法

在審

• 申請號: 202010558516.3
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111767809A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 文于華;胡新華;王文進;田芃;劉靖;劉清;胡宏亮;謝雅芳;楊大洲;楊紫君;劉軼;王可
• 申請（專利權）人: 湖南理工學院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06N3/08;G06N20/00;G06T7/00;G06T7/187
• 代理公司: 岳陽市大正專利事務所(普通合伙) 43103
• 代理人: 皮維華

本發明公開了一種基于激光共聚焦顯微技術的細胞智能識別方法，包括以下步驟：（1）對細胞進行培養和熒光染色處理；（2）采用激光共聚焦顯微鏡獲取細胞多熒光通道的層切圖像；（3）對層切圖像依次進行灰度化、去噪處理以及閾值分割，挑出細胞區域，同一個熒光通道的灰度數據存入一個三維矩陣；（4）采用區域隨機生長模型，確定每個細胞區域并標號；（5）對標號的細胞按次序進行插值三維重建，并計算各細胞三維形態參數；（6）采用不同細胞重復（1）至（5）過程，再用機器學習方法對細胞三維形態特征進行學習，最終實現多種細胞的識別。本發明提出的識別方法，基于激光共聚焦顯微技術獲取的細胞三維形態特征，能快速有效的識別各種細胞。

技術領域

本發明涉及圖像處理與人工智能識別領域，尤其涉及一種基于激光共聚焦顯微技術的細胞智能識別方法。

背景技術

共聚焦顯微鏡的原理由美國科學家Marvin Minsky在1957年提出，美國的Meridian 公司在1987年以后實現了激光掃描共聚焦顯微鏡（Laser scanning confocalmicroscope, LSCM）的商用化。它具有高分辨率、高對比度、無損斷層成像等優點，被廣泛應用于生物組織、細胞以及其他各種生物微粒的研究。

不同于傳統光學顯微鏡，激光共聚焦顯微鏡在拍攝細胞圖像時，可以獲取景深極小的二維平面圖像。在沿著與二維平面圖像垂直方向連續移動樣品時，可獲得樣品不同深度的光學切片，即層切圖像。因此，可根據樣品情況選擇成像位置及拍攝步進間距，得到覆蓋整個細胞的一系列二維層切圖像，然后通過三維重建技術獲得細胞及其超微結構的三維信息，使得人們對亞細胞結構有更直觀的認識。理論上，提取其三維形態參數，建立相應的特征庫，可對不同細胞進行區分。

但是，目前大多數細胞識別的研究中，采用的是二維光學圖像。例如：2003年，程勇等人先提取細胞的面積、中心矩、圓形度、細長度、核漿比等區域特征，然后采用單原型模式表征方法，利用集群分析技術中最小距離分類器，構造判別函數，并依此作為識別類型的依據，有效的識別了三類鱗細胞。參考文獻：程勇, 傅德勝. 基于圖像區域特征的細胞識別方法及實現[J]. 大氣科學學報, 2003, 026(005):712-716.。2006年，何苗等人使用數碼相機對光學顯微鏡下的官 頸細胞涂片進行拍攝，然后提取宮頸細胞和細胞核的15個形態學特征參數及12個色度學特征參數，并對700個宮頸細胞進行了徑向基人工神經網絡識別，獲得了較高的識別率。參考文獻：何苗, 蔣本鐵,李建華等. 徑向基人工神經網絡在宮頸細胞圖像識別中的應用[J]. 中國醫科大學學報, 2006, 035(001):79-81.

當采用激光共聚焦顯微鏡進行三維重建時，獲得的細胞以及超微結構分辨率較高。但是，采集的多細胞切片圖像，一般需要進行人工選取細胞再進行三維重建。這一過程耗費研究者大量的時間和精力，因此細胞圖像的智能分割和標記十分重要，需要尋找理想的細胞標號和計數方法。此外，細胞三維重建后的形態參數特征，比光學顯微鏡下的二維形態特征，對細胞超微結構的記錄更準確。因此，采用機器學習方法對不同種類或者狀態的細胞進行識別時，提取三維形態參數預期可以實現更高的識別率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種細胞智能識別方法，對利用激光共聚焦顯微技術采集的多細胞圖像進行智能分割，并實現不同種類或者狀態的細胞的識別。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種基于激光共聚焦顯微技術的細胞智能識別方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）對細胞進行培養和熒光染色處理；

（2）采用激光共聚焦顯微鏡獲取細胞多熒光通道的層切圖像；

（3）對層切圖像依次進行灰度化、去噪處理以及閾值分割，挑出細胞區域，同一個熒光通道的灰度數據存入一個三維矩陣；

（4）采用區域隨機生長模型，確定每個細胞區域并標號；