[發(fā)明專(zhuān)利]基于深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人類(lèi)染色體圖像擺正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211264196.6
• 申請(qǐng)日: 2022-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115330603B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閉世蘭;盧沁陽(yáng);劉麗玨;穆陽(yáng);彭偉雄;蔡昱峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南自興智慧醫(yī)療科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06T3/60
• 分類(lèi)號(hào): G06T3/60;G06T7/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市岳麓慧專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 43270
• 代理人: 鄒劍峰

本發(fā)明公開(kāi)一種基于深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人類(lèi)染色體圖像擺正方法。本發(fā)明通過(guò)對(duì)單條染色體圖像標(biāo)注染色體短臂左端點(diǎn)、染色體短臂右端點(diǎn)、染色體長(zhǎng)臂左端點(diǎn)、染色體長(zhǎng)臂右端點(diǎn)以及著絲粒中心點(diǎn)五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)染色體圖像預(yù)處理，對(duì)五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)分別生成高斯熱力圖，訓(xùn)練U?Net網(wǎng)絡(luò)，得到染色體關(guān)鍵點(diǎn)位置預(yù)測(cè)模型，將新的待測(cè)試單條染色體圖像進(jìn)行處理后輸入染色體關(guān)鍵點(diǎn)位置預(yù)測(cè)模型進(jìn)行推理后計(jì)算相應(yīng)的五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)信息，利用坐標(biāo)信息計(jì)算擺正角度后旋轉(zhuǎn)圖像，最后利用前期分類(lèi)結(jié)果，對(duì)同源染色體進(jìn)行著絲粒對(duì)齊操作，解決了傳統(tǒng)復(fù)雜染色體區(qū)域分割方法對(duì)著絲粒定位效果有待提升，難以做到復(fù)雜情況下的適應(yīng)性的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及染色體區(qū)域分割技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人類(lèi)染色體圖像擺正方法。

背景技術(shù)

由于染色體是基因的載體，是人類(lèi)遺傳信息的攜帶者，因此，染色體中數(shù)量或結(jié)構(gòu)異常，都可能帶來(lái)流產(chǎn)、死胎、畸形、智力障礙、生長(zhǎng)發(fā)育異常、腫瘤等疾病。因此，染色體的異常檢測(cè)對(duì)于臨床疾病診斷、預(yù)防染色體缺陷造成生理缺陷的患兒出生等具有臨床意義。

染色體著絲粒是指中期染色體的兩條姐妹染色單體的連接處，位于染色體的主縊痕處，著絲粒將兩條染色單體分為短臂(p)和長(zhǎng)臂(q)，染色體分割分類(lèi)后，需要對(duì)染色體進(jìn)行擺正和同源染色體著絲粒對(duì)齊操作，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求，一個(gè)分裂相中的所有染色體不僅要按編號(hào)排列，且必須按短臂在上，長(zhǎng)臂在下的方向放置，同時(shí)醫(yī)生們更希望兩條同源同類(lèi)的染色體按照著絲粒靠近的原則擺放。因此，定位姐妹染色單體長(zhǎng)短臂及著絲粒所在位置對(duì)于擺正染色體和計(jì)算長(zhǎng)短臂比值至關(guān)重要，此外，著絲粒位置還可以為某些染色體異常診斷提供輔助信息。但由于染色體普遍存在彎曲、重疊、交叉粘連、邊緣不平滑等現(xiàn)象，尤其是姐妹染色單體分叉，進(jìn)一步使得著絲粒識(shí)別困難，也為染色體擺正帶來(lái)很高的技術(shù)難度。

傳統(tǒng)根據(jù)特征提取算法識(shí)別染色體著絲粒位置，多受先驗(yàn)知識(shí)和染色體灰度值、閾值等信息影響，對(duì)于復(fù)雜情況如背景噪聲干擾造成著絲粒位置不是最細(xì)處、染色體著絲粒位置被遮擋、姐妹染色單體分叉難以提取骨架線、染色體彎曲法線方向波動(dòng)大等不確定因素，都會(huì)影響最終的著絲粒定位效果，因此傳統(tǒng)算法難以做到復(fù)雜情況下的適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人類(lèi)染色體圖像擺正方法，以解決傳統(tǒng)復(fù)雜染色體區(qū)域分割方法對(duì)著絲粒定位效果有待提升，難以做到復(fù)雜情況下的適應(yīng)性的問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種基于深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人類(lèi)染色體圖像擺正方法，包括：

獲取染色體中期圖的單條染色體圖像；

對(duì)所述單條染色體圖像進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)注，標(biāo)注的五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)分別是染色體短臂左端點(diǎn)、染色體短臂右端點(diǎn)、染色體長(zhǎng)臂左端點(diǎn)、染色體長(zhǎng)臂右端點(diǎn)以及著絲粒中心點(diǎn)；

對(duì)染色體圖像進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)所述五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)分別生成高斯熱力圖；

根據(jù)染色體圖像和高斯熱力圖標(biāo)簽訓(xùn)練U-Net網(wǎng)絡(luò)，得到染色體關(guān)鍵點(diǎn)位置預(yù)測(cè)模型；

將新的待測(cè)試單條染色體圖像經(jīng)過(guò)相同預(yù)處理后輸入所述染色體關(guān)鍵點(diǎn)位置預(yù)測(cè)模型進(jìn)行推理，輸出待測(cè)染色體關(guān)鍵點(diǎn)位置的預(yù)測(cè)高斯熱力圖；

根據(jù)預(yù)測(cè)高斯熱力圖計(jì)算相應(yīng)的五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)信息，利用坐標(biāo)信息計(jì)算擺正角度后旋轉(zhuǎn)圖像，最后利用前期分類(lèi)結(jié)果，對(duì)同源染色體進(jìn)行著絲粒對(duì)齊操作。

進(jìn)一步地，對(duì)所述單條染色體圖像進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)注，標(biāo)注的五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)分別是染色體短臂左端點(diǎn)、染色體短臂右端點(diǎn)、染色體長(zhǎng)臂左端點(diǎn)、染色體長(zhǎng)臂右端點(diǎn)以及著絲粒中心點(diǎn)之后，還包括：

對(duì)標(biāo)注后的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，排除臟數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤標(biāo)注。

進(jìn)一步地，對(duì)染色體圖像進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)所述五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)分別生成高斯熱力圖包括：