CN105335425A - 纤维化值评估方法及装置、纤维化动态评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纤维化值评估方法及装置，纤维化动态评估方法及系统，在评估纤维化值时，根据生物组织样本的二次谐波图像获得单一量化指标，利用预先设置的纤维化数据库中单一量化指标与纤维化值的对应关系，获得对生物组织样本评估的纤维化值。上述评估生物组织样本纤维化值的过程中，采用预先设置的纤维化值数据库作为统一的标准，所述纤维化值数据库是对大量的生物样本的纤维化值的评估结果进行分析后得到的，降低了由于人工主观评估差异，生物组织样本差异，导致评估结果的差异，提高了生物组织样本纤维化值评估的准确性。

Description

纤维化值评估方法及装置、纤维化动态评估方法及系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种纤维化值评估方法及装置，纤维化动态评估方法及系统。

背景技术

生物组织纤维化是由很多慢性疾病所导致，会严重危害肝脏、肺等器官。生物组织的纤维化主要由细胞外基质(ExtracellularCellMatrix，ECM)中特定种类的胶原蛋白的含量及特定形态学特征间接体现。

目前，研究生物组织中特定种类的胶原蛋白，需要研究胶原蛋白的形态学特征以及胶原蛋白的含量，从而人工评估一个生物组织的纤维化值，作为临床医生判断生物组织纤维化程度的重要指标之一。传统的染色法是人工观察生物组织样本中的胶原蛋白的形态学特征，常用染色法包括：苏木精—伊红染色法(Hematoxylin-eosinstaining，HE)、马松三色染色法以及苦味酸天狼星红染色法等。利用荧光染料对生物组织样本进行染色后，通过显微镜观察生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征，从而确定胶原蛋白的种类。另外采用生物化学分析方法(如：血清层粘连蛋白)的方法测定胶原蛋白的含量。

本领域技术人员采用染色的方法人工评定生物组织的纤维化值过程中，发现有如下缺点：

生物组织样本在染色过程中发生降解，破坏了生物组织和细胞形态，用于染色的荧光染料掩盖了部分生物组织样本表面的胶原蛋白，导致无法获得胶原蛋白的含量，从而需要重新采集生物组织样本。而采用生物化学方法评估生物组织样本胶原蛋白含量时，使用生物化学试剂处理生物组织样本过程中，破坏了生物组织样本中胶原蛋白的空间分布的信息，无法得到生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征。需要采集两次生物组织样本才能获得生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征以及含量，根据胶原蛋白的形态学特征以及含量评估生物组织的纤维化值时，评估过程中由于人工主观评估差异，导致纤维化最终的评估结果差异性较大，参考价值低。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种纤维化值评估方法及装置，纤维化动态评估方法及系统。

本发明解决技术问题的技术方案是：

一种纤维化值评估方法，预先设置纤维化值数据库，所述纤维化值数据库存储有单一量化指标与纤维化值的对应关系，所述方法包括：

获取所采集的生物组织样本的二次谐波信号，根据所述二次谐波信号生成二次谐波图像；

根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标；

查询所述纤维化值数据库中与所述单一量化指标对应的值作为所述生物样本的纤维化值。

可选的，所述根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标包括：

获取所述二次谐波图像与生物样本中所含的胶原蛋白种类对应的多个特征量化参数的值；

将所述多个特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标。

可选的，所述预先设置纤维化值数据库包括：

获得多个生物组织样本的二次谐波信号分别生成的多个二次谐波图像；

获得每个二次谐波图像中胶原蛋白的多个量化参数的值；

从每个二次谐波图像中的所述多个量化参数的值中选取与纤维化分期保持单调性的多个特征量化参数的值；

将每个二次谐波图像的特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标；

根据多个二次谐波图像的单一量化指标与其生物组织样本的纤维化值设置纤维化值数据库。

可选的，所述方法包括：

根据所述二次谐波信号获得所述生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征。

可选的，所述方法还包括：

获取所采集的生物样本的双光子自发荧光信号；

根据所述双光子自发荧光信号获得所述生物样本的组织细胞的形态学特征。

一种纤维化动态评估方法，所述方法包括：

本发明所述纤维化值评估方法获得多个不同时期的生物组织样本的纤维化值；

根据所述多个不同时期的生物组织样本的纤维化值获得生物组织纤维化的动态趋势。

一种纤维化值评估装置，所述装置包括：

设置单元，用于预先设置纤维化值数据库，所述纤维化值数据库存储有单一量化指标与纤维化值的对应关系；

第一信号获取单元，用于获取所采集的生物组织样本的二次谐波信号，根据所述二次谐波信号生成二次谐波图像；

指标获取单元，用于根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标；

查询单元，用于查询所述纤维化值数据库中与所述单一量化指标对应的值作为所述生物样本的纤维化值。

可选的，所述指标获取单元包括：

参数获取子单元，用于获取所述二次谐波图像与生物样本中所含的胶原蛋白种类对应的多个特征量化参数的值；

计算子单元，用于将所述多个特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标。

可选的，所述设置单元包括：

生成子单元，用于获得多个生物组织样本的二次谐波信号分别生成的多个二次谐波图像；

参数获得子单元，用于获得每个二次谐波图像中胶原蛋白的多个量化参数的值；

选取子单元，用于从每个二次谐波图像中的所述多个量化参数的值中选取与纤维化分期保持单调性的多个特征量化参数的值；

指标计算子单元，用于将每个二次谐波图像的特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标；

数据库设置子单元，用于根据多个二次谐波图像的单一量化指标与其生物组织样本的纤维化值设置纤维化值数据库。

可选的，所述装置还包括：

第一特征获取单元，用于根据所述二次谐波信号获得所述生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征。

可选的，所述装置还包括：

第二信号获取单元，用于获取所采集的生物样本的双光子自发荧光信号；

第二特征获取单元，用于根据所述双光子自发荧光信号获得所述生物样本的组织细胞的形态学特征。

一种纤维化动态评估系统，所述系统包括：

本发明所述的纤维化值评估装置，用于获得多个不同时期的生物组织样本的纤维化值；

动态评估装置，用于根据所述多个不同时期的生物组织样本的纤维化值获得生物组织纤维化的动态趋势。

通过上述技术方案可知，本发明有如下有益效果：

本发明提供了一种纤维化值评估方法及装置，纤维化动态评估方法及系统，预先设置纤维化值数据库，所述纤维化值数据库存储有单一量化指标与纤维化值的对应关系，获取所采集的生物组织样本的二次谐波信号，根据所述二次谐波信号生成二次谐波图像；根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标；查询所述纤维化值数据库中与所述单一量化指标对应的值作为所述生物样本的纤维化值。在评估纤维化值时，根据生物组织样本的二次谐波图像获得单一量化指标，利用预先设置的纤维化数据库中单一量化指标与纤维化值的对应关系，获得对生物组织样本评估的纤维化值。上述评估生物组织样本纤维化值的过程中，采用预先设置的纤维化值数据库作为统一的标准，所述纤维化值数据库是对大量的生物样本的纤维化值的评估结果进行分析后得到的，降低了由于人工主观评估差异，导致评估结果的差异，提高了生物组织样本纤维化值评估的准确性。并且，本发明采集生物组织样本的二次谐波信号获得生物组织样本评估的纤维化值，无需对生物组织样本进行染色获得生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征，也不需要采用生物化学方法测定不同形态学特征的胶原蛋白的含量，不会破坏生物组织样本的生物组织和细胞形态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种纤维化值评估方法实施例一流程图；

图2为本发明非线性光学纤维成像系统结构示意图；

图3为本发明未处理的原始二次谐波图像；

图4为本发明图3采用聚类分割法处理后的二次谐波图像；

图5为本发明一种纤维化动态评估方法实施例二流程图；

图6为本发明一种纤维化值评估装置实施例三结构示意图；

图7为本发明一种纤维化动态评估系统实施例四结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种纤维化值评估方法及装置，纤维化动态评估方法及系统，在评估生物组织样本纤维化值的过程中，采用预先设置的纤维化值数据库作为统一的标准，提高了生物组织样本纤维化值评估的准确性。

下面结合附图对本发明实施例进行详细说明。

实施例一

图1为本发明一种纤维化值评估方法实施例一流程图，所述方法包括：

步骤101：预先设置纤维化值数据库，所述纤维化值数据库存储有单一量化指标与纤维化值的对应关系。

纤维化评估是临床医学用以确定生物体纤维化分期的一个重要指标之一，将临床医生借助半定量评分系统对生物组织样本的纤维化的评分值定义为纤维化值。纤维化值主要反映生物组织样本的胶原蛋白的含量，临床医生根据纤维化值以及其他的检验结果总和判断，确定生物体的纤维化分期。现有技术中，评估生物组织纤维化值的方法主要采用人工评估的方式，这种评估纤维化值的方法由于人工主观评估差异，生物组织样本差异，得到的纤维化值的评估结果差异性较大，参考价值低。

本发明所提供的纤维化值评估方法中，采用统一的纤维化值数据库获得生物组织样本的纤维化值，减小由于人为主观的差异性所导致的生物组织纤维化值的评估结果的差异性，提高纤维化值的评估结果。

所述预先设置纤维化值数据库包括：

获得多个生物组织样本的二次谐波信号分别生成的多个二次谐波图像。

获得每个二次谐波图像中胶原蛋白的多个量化参数。

从每个二次谐波图像中的所述多个量化参数中选取与纤维化分期保持单调性的多个特征量化参数。

将每个二次谐波图像的特征量化参数利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标。

根据多个二次谐波图像的单一量化指标与其生物组织样本的纤维化值设置纤维化值数据库。

本发明将纤维化数据库作为统一的标准，纤维化数据库是对大量的生物样本的纤维化值的分析所得到的具有高度可靠性的数据库。分析所采集的生物组织的二次谐波图像的多个量化参数，从多个量化参数中选取与纤维化分期保持单调性的多个特征量化参数，再利用项多元逻辑回归法计算得到单一量化指标，建立单一量化指标与纤维化值的对应关系的数据库。由于纤维化数据库是对大量的生物样本的单一量化指标以及纤维化值的分析统计结果，大大减小了由于人为主观的差异性所导致的生物组织纤维化值的评估结果的差异性，具有很高的参考价值。

步骤102：获取所采集的生物组织样本的二次谐波信号，根据所述二次谐波信号生成二次谐波图像。

本发明利用非线性光学纤维成像系统(如图2所示)获得生物组织样本的二次谐波信号。光源输出的光信号由聚焦元件聚焦在生物样品表面，聚光透镜会聚光信号作用在生物样品表面所产生的激发光，反光镜将聚光透镜会聚的激发光反射至带通滤波器进行滤波，探测器接收滤波后得到的激发光获得生物组织样品的二次谐波(SecondHarmonicGeneration，SHG)信号。获取二次谐波信号生成二次谐波图像。在实际应用中，可以分别采集生物组织样品的不同位置的二次谐波信号，获得生物样品不同位置的二次谐波图像。在后续的分析中，可以对生物样品不同位置的二次谐波图像分别进行分析，也可以将生物样品不同位置的二次谐波图像组成一个大的二次谐波图像进行分析。

这里需要说明的是，为了保证对生物样品分析的可靠性，可以挑选图像质量满足对生物组织纤维化值量化分析要求的二次谐波图像。在进行量化分析时，对二次谐波图像的分辨率、亮度以及锐度进行初步评估，挑选图像质量较佳的进行量化分析。

并且，还可以对所得到的每个二次谐波图像采用聚类分割法进行处理，采用聚类分割法进行处理后的二次谐波图像减少了背景噪声的影响，可以得到更清晰的生物组织的二次谐波图像。如图3和图4所示，图3为原始二次谐波图像，图4为采用聚类分割法处理后的二次谐波图像。

步骤103：根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标。

所述根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标包括：

获取所述二次谐波图像与生物样本中所含的胶原蛋白种类对应的多个特征量化参数的值；

将所述多个特征量化参数的值利用多元逻辑回归算法计算得到单一量化指标。

胶原蛋白根据形态学特征的不同主要分为三种类型，血管周胶原蛋白，桥样联接胶原蛋白，小叶内纤维化胶原蛋白。当然还有其他多种类型的胶原蛋白，这里不再一一赘述。不同胶原蛋白的类型对应不同的特征量化参数。首先获取二次谐波图像中与生物组织样本中所含的胶原蛋白种类对应的多个特征量化参数的值，所述多个特征量化参数是与纤维化分期保持单调性的量化参数。利用多元逻辑回归法根据多个特征量化参数计算得到生物组织样本的单一量化指标。

步骤104：查询所述纤维化值数据库中与所述单一量化指标对应的值作为所述生物样本的纤维化值。

纤维化值数据库中存储有单一量化指标与纤维化值的对应关系，得到生物组织样本的单一化指标后，即可通过查询纤维化数据库获得生物样本的纤维化值，作为给临床医生诊断生物纤维化分期的一个重要参数。

这里需要说明的是，本发明所述的方法还可以包括：

根据所述二次谐波信号获得所述生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征。

根据所采集的生物样本的SHG信号不仅可以得到生物样本的纤维化值，还可以获得不同种类的胶原蛋白的不同的形态学特征，还可以获得不同形态学特征的胶原蛋白的含量。本发明采用物理的方法获得生物样本中胶原蛋白的纤维化值及形态学特征及全定量值，无需对生物组织样本进行染色获得生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征，也不需要采用生物化学方法测定不同形态学特征的胶原蛋白的含量，不会破坏生物组织样本的生物组织和细胞形态。

这里需要说明的是，本发明所述的方法还可以包括：

获取所采集的生物样本的双光子自发荧光信号；

根据所述双光子自发荧光信号获得所述生物样本的组织细胞的形态学特征。

如图2所示，聚光透镜会聚光信号作用在生物样品表面所产生的激发光，反光镜将聚光透镜会聚的激发光反射至光学探测器接收得到生物样本的双光子自发荧光信号(Two-photonExcitationFluorescence，TPEF)。根据TPEF信号获得生物组织样本的组织细胞的的形态学特征。

由上述内容可知，本发明实施例有如下有益效果：

在评估纤维化值时，根据生物组织样本的二次谐波图像获得单一量化指标，利用预先设置的纤维化数据库中单一量化指标与纤维化值的对应关系，获得对生物组织样本评估的纤维化值。上述评估生物组织样本纤维化值的过程中，采用预先设置的纤维化值数据库作为统一的标准，所述纤维化值数据库是对大量的生物样本的纤维化值的评估结果进行分析后得到的，降低了由于人工主观评估差异，导致评估结果的差异，提高了生物组织样本纤维化值评估的准确性。

本发明根据所述二次谐波信号获得所述生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征，还通过所采集的生物样品的TPEF信号获得生物组织样本的组织细胞的形态学特征，采用非线性光学显微成像技术获得生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征及组织细胞的形态学特征，无需对生物组织样本进行染色，不会破坏生物组织样本的生物组织和细胞形态，可以同时实现对生物组织样本的形态学特征以及胶原蛋白含量的评估，无需采集两次生物组织样本。

实施例二

图5为本发明一种纤维化动态评估方法实施例二流程图，所述方法包括：

步骤501：利用实施例一所述的纤维化值评估方法获得多个不同时期的生物组织样本的纤维化值。

采用实施例一所述的生物组织纤维化值的评估方法获得不同时期的生物组织样本的纤维化值，参考实施例一所述的纤维化值的评估方法，这里不再赘述。

步骤502：根据所述多个不同时期的生物组织样本的纤维化值获得生物组织纤维化的动态趋势。

对不同时期的生物组织样本进行评估获得不同时期的生物组织样本的纤维化值。可以按照对生物组织的评估的先后顺序，对所得到的不同时期的纤维化值进行分析，得到生物组织纤维化的动态趋势。生物组织纤维化的动态趋势可以作为临床医生预知下一个纤维化分期的重要参数信息之一，以便查看生物体的纤维化是在消退还是在恶化。

实施例三

图6为本发明一种纤维化值评估装置实施例三结构示意图，实施例三是与实施例一所述的方法所对应的装置，所述装置包括：

设置单元601，用于预先设置纤维化值数据库，所述纤维化值数据库存储有单一量化指标与纤维化值的对应关系。

所述设置单元601包括：

生成子单元，用于获得多个生物组织样本的二次谐波信号分别生成的多个二次谐波图像；

参数获得子单元，用于获得每个二次谐波图像中胶原蛋白的多个量化参数的值；

选取子单元，用于从每个二次谐波图像中的所述多个量化参数的值中选取与纤维化分期保持单调性的多个特征量化参数的值；

指标计算子单元，用于将每个二次谐波图像的特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标；

数据库设置子单元，用于根据多个二次谐波图像的单一量化指标与其生物组织样本的纤维化值设置纤维化值数据库。

第一信号获取单元602，用于获取所采集的生物组织样本的二次谐波信号，根据所述二次谐波信号生成二次谐波图像。

指标获取单元603，用于根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标。

所述指标获取单元603包括：

参数获取子单元，用于获取所述二次谐波图像与生物样本中所含的胶原蛋白种类对应的多个特征量化参数的值；

计算子单元，用于将所述多个特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标。

查询单元604，用于查询所述纤维化值数据库中与所述单一量化指标对应的值作为所述生物样本的纤维化值。

这里需要说明的是，所述装置还包括：

第一特征获取单元，用于根据所述二次谐波信号获得所述生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征。

这里需要说明的是，所述装置还可以包括：

第二信号获取单元，用于获取所采集的生物样本的双光子自发荧光信号；

第二特征获取单元，用于根据所述双光子自发荧光信号获得所述生物样本的组织细胞的形态学特征。

实施例三与实施例一类似，参考实施例一的描述，这里不再赘述。

实施例四

图7为本发明一种纤维化动态评估系统实施例四结构示意图，实施例四是与实施例二所述的方法所对应的系统，所述系统包括：

实施例三所述的纤维化值评估装置701，用于获得多个不同时期的生物组织样本的纤维化值。

动态评估装置702，用于根据所述多个不同时期的生物组织样本的纤维化值获得生物组织纤维化的动态趋势。

此处与实施例二类似，参考实施例二的描述，这里不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种纤维化值评估方法，其特征在于，预先设置纤维化值数据库，所述纤维化值数据库存储有单一量化指标与纤维化值的对应关系，所述方法包括：

获取所采集的生物组织样本的二次谐波信号，根据所述二次谐波信号生成二次谐波图像；

根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标；

查询所述纤维化值数据库中与所述单一量化指标对应的值作为所述生物样本的纤维化值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标包括：

获取所述二次谐波图像与生物样本中所含的胶原蛋白种类对应的多个特征量化参数的值；

将所述多个特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先设置纤维化值数据库包括：

获得多个生物组织样本的二次谐波信号分别生成的多个二次谐波图像；

获得每个二次谐波图像中胶原蛋白的多个量化参数的值；

从每个二次谐波图像中的所述多个量化参数的值中选取与纤维化分期保持单调性的多个特征量化参数的值；

将每个二次谐波图像的特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标；

根据多个二次谐波图像的单一量化指标与其生物组织样本的纤维化值设置纤维化值数据库。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述二次谐波信号获得所述生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所采集的生物样本的双光子自发荧光信号；

根据所述双光子自发荧光信号获得所述生物样本的组织细胞的形态学特征。

6.一种纤维化动态评估方法，其特征在于，所述方法包括：

利用权利要求1-4任意一项所述纤维化值评估方法获得多个不同时期的生物组织样本的纤维化值；

根据所述多个不同时期的生物组织样本的纤维化值获得生物组织纤维化的动态趋势。

7.一种纤维化值评估装置，其特征在于，所述装置包括：

设置单元，用于预先设置纤维化值数据库，所述纤维化值数据库存储有单一量化指标与纤维化值的对应关系；

第一信号获取单元，用于获取所采集的生物组织样本的二次谐波信号，根据所述二次谐波信号生成二次谐波图像；

指标获取单元，用于根据所述二次谐波图像获得生物组织样本的单一量化指标；

查询单元，用于查询所述纤维化值数据库中与所述单一量化指标对应的值作为所述生物样本的纤维化值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述指标获取单元包括：

参数获取子单元，用于获取所述二次谐波图像与生物样本中所含的胶原蛋白种类对应的多个特征量化参数的值；

计算子单元，用于将所述多个特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述设置单元包括：

生成子单元，用于获得多个生物组织样本的二次谐波信号分别生成的多个二次谐波图像；

参数获得子单元，用于获得每个二次谐波图像中胶原蛋白的多个量化参数的值；

选取子单元，用于从每个二次谐波图像中的所述多个量化参数的值中选取与纤维化分期保持单调性的多个特征量化参数的值；

指标计算子单元，用于将每个二次谐波图像的特征量化参数的值利用多元逻辑回归法计算得到单一量化指标；

数据库设置子单元，用于根据多个二次谐波图像的单一量化指标与其生物组织样本的纤维化值设置纤维化值数据库。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一特征获取单元，用于根据所述二次谐波信号获得所述生物组织样本中胶原蛋白的形态学特征。

11.根据权利要求7-10任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二信号获取单元，用于获取所采集的生物样本的双光子自发荧光信号；

第二特征获取单元，用于根据所述双光子自发荧光信号获得所述生物样本的组织细胞的形态学特征。

12.一种纤维化动态评估系统，其特征在于，所述系统包括：

权利要求7-9任意一项所述的纤维化值评估装置，用于获得多个不同时期的生物组织样本的纤维化值；

动态评估装置，用于根据所述多个不同时期的生物组织样本的纤维化值获得生物组织纤维化的动态趋势。