[發明專利]基于X光圖像的生物組織電鏡圖像校正方法、系統和裝置

有效

• 申請號: 202011372160.0
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112396608B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 陳曦;周芳旭;韓華;李琳琳;馬宏圖
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T7/10
• 分類號: G06T7/10;G06T7/30
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于圖像處理領域，具體涉及了一種基于X光圖像的生物組織電鏡圖像校正方法、系統和裝置，旨在解決生物組織切分時造成的扭曲、褶皺、污染和破損導致序列圖像配準困難的問題。本發明包括：通過X射線顯微鏡獲取X射線圖像序列，將所述生物組織切分成生物切片，并基于所述生物切片通過電子顯微鏡獲取電鏡圖像序列，將X射線圖像和電鏡圖像都分割出胞體質心和血管分叉點，將X射線圖像和電鏡圖像的胞體質心和血管分叉點進行匹配，根據配對成功的匹配點對獲取映射關系，根據映射關系矯正電鏡圖像序列。本發明可以排除生物切片時帶來的扭曲、褶皺、污染和破壞帶來的影響，精準地獲得納米分辨率的生物組織的三維結構信息。

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，具體涉及了一種基于X光圖像的生物組織電鏡圖像校正方法、系統和裝置。

背景技術

基于連續切片和電鏡成像的生物組織三維重建技術能夠兼顧尺度與分辨率，是生物組織微觀結構重建的有效手段。該方法將生物樣品使用超薄切片裝置切分成30至70納米厚度的序列切片，放入電子顯微鏡內對切片進行2至5納米分辨的高精度成像，最后通過圖像配準的方式恢復出生物樣品的三維電鏡成像結果。該方法的缺點在于，相比較成像平面上的納米級分辨率，由于切片厚度的限制，在切片方向上存在結構信息丟失。此外，切片扭曲、褶皺、污染和破損進一步破壞了樣品的原有結構，導致對序列圖像進行配準非常困難。目前，已有的序列切片三維電鏡配準方法獲得的結果雖然能夠在一定程度維持形態上的連續性，但由于生物樣品的三維結構變化，采用相似度量所獲得的相鄰切片間的對應點不一定是其真實的對應點，無法保證配準結果與樣品的實際結構間的差異在合理范圍之內，這也導致一些學者對基于連續切片和電鏡成像的生物組織三維重建結果的精度表示質疑，限制了該方法的進一步推廣和應用。

隨著X射線斷層成像技術的發展，在高分辨率下無損地觀察樣品內部的三維形態結構成為可能。該成像方式不僅可以避免對生物樣品的破壞，還可以在微米分辨下獲得組織內部的三維精細結構，實驗室級別的X射線顯微鏡甚至能夠達到亞微米分辨的各向同分辨成像結果，促進了生物組織的三維結構研究。

目前，在生物組織三維電鏡重建領域，X射線斷層成像技術多用于對三維電鏡成像的樣品進行質量篩查，以及用于提升光電關聯的效率。這些應用還比較初步，沒有完全發揮出X射線三維影像的各項同分辨率、無損成像的技術優勢，僅將X射線顯微鏡作為一種輔助工具，以提升生物組織三維電鏡重建的效率。針對生物組織序列切片三維電鏡配準結果無法重現樣品實際結構這一難題，本發明使用X射線斷層圖像序列作為基準，對序列切片三維電鏡的配準結果進行非線性校正，以精準獲得納米分辨的生物組織的三維影像。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即生物組織切分時造成的扭曲、褶皺、污染和破損導致序列圖像配準困難的問題，本發明提供了一種基于X光圖像的生物組織電鏡圖像校正方法，所述方法包括：

步驟S10，將生物組織通過X射線顯微鏡獲取X射線圖像序列；

步驟S20，將所述生物組織切分成生物切片，并基于所述生物切片通過電子顯微鏡獲取電鏡圖像序列；

步驟S30，基于所述X射線圖像序列進行分割獲取第一細胞胞體圖像序列和第一血管二值化圖像序列；

基于所述電鏡圖像序列進行分割獲取第二細胞胞體圖像序列和第二血管二值化圖像序列；

步驟S40，基于所述第一細胞胞體圖像序列和第二細胞胞體圖像序列計算第一胞體質心集和第二胞體質心集并記錄；

對第一血管二值化圖像序列和第二血管二值化圖像序列進行圖像細化操作獲得第一血管網絡骨架圖像序列和第二血管網絡骨架圖像序列；基于所述第一血管網絡骨架圖像序列和第二血管網絡骨架圖像序列搜尋第一血管分叉點集和第二血管分叉點集；

步驟S50，將所述第一胞體質心集與第二胞體質心集進行點云匹配生成第一匹配點對集，將所述第一血管分叉點集與第二血管分叉點集進行匹配生成第二匹配點對集；