CN109754382A - 类h&e影像的合成方法及采用该方法的光学系统 - Google Patents
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Abstract
一种类H&E影像的合成方法，包括：输入一待测样本的一灰阶干涉影像或一灰阶反射影像至一信息处理装置的一第一存储区块中及输入该待测样本的一灰阶荧光影像至该信息处理装置的一第二存储区块中；利用该信息处理装置将该灰阶干涉影像或灰阶反射影像经由一第一色彩转换运算转换为一第一RGB影像，及利用该信息处理装置将该灰阶荧光影像经由一第二色彩转换运算转换为一第二RGB影像；利用该信息处理装置对该第一RGB影像及该第二RGB影像进行一影像融合运算及一强度反转运算以产生一类H&E影像。此外，本发明亦揭示了一种采用所述方法的光学系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学系统的合成影像方法，特别是一种类H&E(Hematoxylin andEosin，苏木紫与伊红)影像的合成方法及采用该方法的光学系统。
背景技术
进行肿瘤切除手术时，常须等待病理科医师用冷冻切片(frozen section)来检验以确定肿瘤是否切除干净。然而，在进行冷冻切片的过程中，若待测样本是多水分的样本，则其冷冻后会产生破坏组织结构的冰晶(crystal ice)；而若待测样本是多脂肪(fat)的样本，则在一般组织均已冷冻固化的温度(～-20℃)下，其脂肪组织会因尚未冷冻固化而易从切片脱落，造成切片组织不完整。此外，冷冻后的细胞亦不易稳定染上颜色。由于上述原因会造成冷冻切片的影像和新鲜组织结构的影像之间有所出入的影像缺陷(artifact)，所以利用光学原理来进行组织即时切片检测的仪器也就因应而生，因为利用非破坏性的光学切片，能在不需冷冻固定待测样本的前提下，快速获得类H&E影像以利医疗人员进行判读。
而一般实验室所使用的光学切片影像合成方法则是通过对一待测样本的多个灰阶影像进行一线性组合运算而产生一黑底(即黑色背景)RGB影像，以在该黑底RGB影像映射于人眼时，使人眼感测到彷佛在暗房中的一彩色影像，其中，所述多个灰阶影像是由作用在该待测样本的多个不同成像方法而产生，该彩色影像的各像素的颜色均是由三原色(红、绿、蓝)混合而产生，且所述各像素的三原色的强度可由所述多个灰阶影像的各对应像素的强度的三个线性组合决定。另外，传统的成像技术，如卫星影像、X射线影像或电子显微镜影像，因仅能提供单一影像强度分布，故其影像仅能以灰阶格式呈现。若影像能以彩色方式呈现，不仅能增加可看度与辨识度，也能提供更多的信息。
另外，以影像的对比度而言，红与绿会是对比度最高的色调，但因黑底的关系，看久了或看多了影像时，眼睛易产生不适感，也会容易疲倦，故无法满足病理科医师需大量阅读病理切片的诉求。因此现今病理影像的产生，一般是对一实体切片(为石蜡切片或冷冻切片)以嗜碱性染料苏木紫(Hematoxylin，苏木精)与嗜酸性染料伊红(Eosin)进行染色再经一造影程序而产生一柔和的白底(即白色背景)影像，其中，苏木紫染剂与伊红染剂会分别对细胞核(nucleus)及细胞质(cytoplasm)着上蓝紫色与粉红色，且由于细胞质中的不同成分会与伊红有不同的结合程度而产生不同色调的粉红色，因此H&E切片造影可以提供更详细的病理信息。所以，如能将现有光学切片技术常用的黑底RGB影像，改变成类似H&E的白底RGB影像，对于每天需要大量阅读影像的病理科医师而言，是非常有帮助的。然而，传统的实体切片除了会造成影像缺陷外，造影所需的时间冗长，常不符合外科手术的需求。
已知技术如美国授权号为US8269827B2、发明名称为“System and methods formapping fluorescent images into a bright field color space”的专利，公开一种使用荧光图像产生类H&E影像的方法，包括以下步骤：获取待测样本上固定区域的两种或更多种荧光图像；将所述荧光影像的图像资料以映射参数变换为明场色空间(bright fieldcolor space)；以及产生明场型图像。
然而，由于该专利架构中是以多张荧光影像产生类H&E影像，其仍然存在以下缺点：(1)因待测样本内结构无法全数染上荧光，该类H&E影像的颜色对比仍有待改进；(2)产生荧光影像需使用的多种荧光剂仍会对待测样本产生伤害；(3)染多种荧光染剂旷日废时。因此本领域亟需一新颖的类H&E影像的合成方法。
发明内容
本发明的一目的在于公开一种类H&E影像的合成方法，其是以一待测样本的一干涉影像或一反射影像与该待测样本的一荧光影像经由一色彩转换步骤、一影像融合步骤及一强度反转步骤而产生一白底RGB影像，以便在不须对该待测样本进行实体切片的情况下提供颜色对比更佳的类H&E影像。
本发明的另一目的在于公开一种类H&E影像的合成方法，其可以较已知的多张荧光影像加成方法减少荧光剂的使用以降低荧光剂对一待测样本的伤害。
本发明的另一目的在于公开一种类H&E影像的合成方法，其可以较已知的多张荧光影像加成方法减少荧光剂的使用以缩短一染色时间，从而加快一类H&E影像的完成。
本发明的又一目的在于公开一种类H&E影像的合成方法，其中，相较于一般H&E影像，其所产生的类H&E影像可更详细地提供一待测样本中的细胞质与细胞核的各自影像信息，从而提升正常组织与异常组织的分辨率。
为了实现前述目的，本发明提出了一种类H&E影像的合成方法，其包括以下步骤：输入一待测样本的一灰阶干涉影像或一灰阶反射影像至一信息处理装置的一第一存储区块中，其中该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像具有一第一影像解析度，及输入该待测样本的一灰阶荧光影像至该信息处理装置的一第二存储区块中，其中该灰阶荧光影像具有一第二影像解析度，且该第一影像解析度与该第二影像解析度相同或不相同；
利用该信息处理装置将该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像经由一第一色彩转换运算转换为一第一RGB影像，及利用该信息处理装置将该灰阶荧光影像经由一第二色彩转换运算转换为一第二RGB影像；
利用该信息处理装置对该第一RGB影像及该第二RGB影像进行一影像融合运算及一强度反转运算以产生一类H&E影像；以及
输出该类H&E影像至一显示单元。
在一实施例中，该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像呈现一细胞质的影像。
在一实施例中，该灰阶荧光影像呈现一细胞核的影像。
在一实施例中，该灰阶干涉影像是在一光学干涉显微术的反射后再干涉产生的影像。
在一实施例中，该灰阶反射影像是一反射共轭焦显微术的直接反射产生的影像。
在一实施例中，该第一色彩转换运算步骤是将该第一RGB影像的红色强度值及蓝色强度值均设定为0，及使其绿色强度值等于该灰阶反射影像或该灰阶干涉影像的灰阶值乘以一加权值，且该加权值介于0.5和1之间。
在一实施例中，该第二色彩转换运算步骤是将该第二RGB影像的绿色强度值设定为28m-1，m为正整数，蓝色强度值设定为0，及使其红色强度值等于该灰阶荧光影像的灰阶值乘以一加权值，且该加权值介于0.5和1之间。
在一实施例中，该第一RGB影像是一黑底暗绿色影像；该第二RGB影像是一黑底黄绿色影像；该类H&E影像是一白底的粉红色含蓝紫色影像。
在一实施例中，该第一RGB影像及该第二RGB影像的红色强度值、绿色强度值及蓝色强度值均是以一二进制的n位元来代表，其中该n的值为8的正整数倍。
为了实现前述目的，本发明还提出了一种光学系统，其采用了如上所述的类H&E影像的合成方法。
为便于进一步了解本发明的结构、特征及其目的，现附以附图及较佳具体实施例的详细说明如后。
附图说明
图1为一示意图，其绘示了本发明一较佳实施例的类H&E影像的合成方法的流程图；
图2a为一示意图，其绘示了本发明一较佳实施例的一待测样本的一灰阶干涉影像的示意图；
图2b为一示意图，其绘示了本发明一较佳实施例的一待测样本的一灰阶荧光影像的示意图；
图2c为一示意图，其绘示了本发明一较佳实施例的图2a经由一第一色彩转换运算转换为一RGB干涉影像的示意图；
图2d为一示意图，其绘示了本发明一较佳实施例的图2b经由一第二色彩转换运算转换为一RGB荧光影像的示意图；
图2e为一示意图，其绘示了本发明一较佳实施例的图2c及图2d进行一影像融合运算的示意图；
图2f为一示意图，其绘示了本发明一较佳实施例的图2e进行一强度反转运算产生一类H&E影像的示意图；
图3为一示意图，其绘示了本发明的一较佳实施例的采用所述的类H&E影像的合成方法的光学系统架构示意图。
具体实施方式
请参照图1，其绘示了本发明一较佳实施例的类H&E影像的合成方法的流程图。
如图1所示，本发明的类H&E影像的合成方法包括以下步骤：
输入一待测样本的一灰阶干涉影像或灰阶反射影像至一信息处理装置的一第一存储区块中，及输入该待测样本的一灰阶荧光影像至该信息处理装置的一第二存储区块中(步骤a)；利用该信息处理装置将该灰阶干涉影像或灰阶反射影像经由一第一色彩转换运算转换为一第一RGB影像，及利用该信息处理装置将该灰阶荧光影像经由一第二色彩转换运算转换为一第二RGB影像(步骤b)；利用该信息处理装置对该第一RGB影像及该第二RGB影像进行一影像融合运算及一强度反转运算以产生一类H&E影像(步骤c)；以及输出该类H&E影像至一显示单元(步骤d)。在步骤a中，该灰阶干涉影像或灰阶反射影像具有一第一影像解析度，该灰阶荧光影像具有一第二影像解析度，且该第一影像解析度与该第二影像解析度可为相同的或不相同的。
以下将针对本发明的原理做说明：
本发明的类H&E影像的合成方法，其影像来源是由一灰阶干涉影像或一灰阶反射影像，与一灰阶荧光影像所构成。其中该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像是呈现一待测样本细胞组织中细胞核以外的细胞质(cytoplasm)所形成的组织结构型态(morphology)的影像；该灰阶荧光影像是呈现该待测样本中，细胞核内高DNA聚集的地方，即细胞核(nucleus)结构的影像。
本发明的类H&E影像的合成方法，其中该灰阶干涉影像是一光学干涉显微术(图中未示出)的反射后再干涉产生的影像。该光学干涉显微术(Optical InterferenceMicroscopy，简称OIM)的空间解析度比超声波更高，主要是利用各组织对光的反射能力的不同，通过光学干涉原理对待测样本进行成像与分辨。由于其为已知技术，在此不再赘述。
本发明的类H&E影像的合成方法，其中该灰阶反射影像是经由一反射共轭焦显微术(图中未示出)的直接反射所产生的影像。该反射共轭焦显微镜(Reflectance ConfocalMicroscopy，简称RCM)其成像原理是以一激光光源来取代传统荧光显微镜的一汞灯，再经由扫描器(Scan mirrors)的导引以点对点(Point by point)方式由一待测样本撷取一连串反射信号以串接成二维阵列影像。由于其为已知技术，在此不再赘述。
另外，本发明的类H&E影像的合成方法，其中该灰阶荧光影像的荧光，是一种能量转换时所产生的冷发光现象，其特性为吸收一短波长的光后，发散出一长波长的光。利用到荧光反应的实验技术为现代的生物科技带来相当多的便利，荧光剂常被用来作为细胞形态的生物标记物(biomarker)，其原理为用以一短波光束照射一染有荧光剂的待测样本，使其释放出一荧光而成像于一感光元件(未示于图中)。由于其为已知技术，在此不再赘述。
另外，光学切片中的细胞质与细胞核影像与H&E染色切片的伊红染剂与苏木紫染剂恰为一对应关系。以荧光影像呈现细胞核时，因所用的染剂均具有膜通透性，故能在短时间内渗透到表层以下100～200微米深，而达到快速检验的目的。由于其为已知技术，在此不再赘述。
请一并参照图2a至2f，其中图2a是绘示本发明一较佳实施例的一待测样本的一灰阶干涉影像的示意图；图2b是绘示本发明一较佳实施例的一待测样本的一灰阶荧光影像的示意图；图2c是绘示本发明一较佳实施例的图2a经由一第一色彩转换运算转换为一第一RGB影像的示意图；图2d是绘示本发明一较佳实施例的图2b经由一第二色彩转换运算转换为一第二RGB影像的示意图；图2e是绘示本发明一较佳实施例的图2c及图2d进行一影像融合运算的示意图；图2f是绘示本发明一较佳实施例的图2e进行一强度反转运算产生一类H&E影像的示意图。
图2a所示的该灰阶干涉影像将输入至一信息处理装置(图中未示出)的一第一存储区块(图中未示出)中，其中该灰阶干涉影像为一黑底的影像，且灰阶干涉影像具有一第一影像解析度。
图2b所示的该灰阶荧光影像将输入至该信息处理装置(图中未示出)的一第二存储区块(图中未示出)中，其中该灰阶荧光影像为一黑底的影像，其中该灰阶荧光影像具有一第二影像解析度，且该第一影像解析度与该第二影像解析度可相同或不相同。
图2c所示的该第一RGB影像是该信息处理装置(图中未示出)进行该第一色彩转换运算后所获得的影像，其中该第一RGB影像为一黑底暗绿色影像，该第一色彩转换运算步骤是将该第一RGB影像的红色强度值及蓝色强度值均设定为0，及使其绿色强度值等于该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像的灰阶值乘以一加权值，且该加权值介于0.5和1之间。
图2d所示的该第二RGB影像是该信息处理装置(图中未示出)进行该第二色彩转换运算后所获得的影像，其中该第二RGB影像为一黑底黄绿色影像，该第二色彩转换运算步骤是将该第二RGB影像的绿色强度值设定为28m-1，m为正整数，蓝色强度值设定为0，及使其红色强度值等于该灰阶荧光影像的灰阶值乘以一加权值，且该加权值介于0.5和1之间。
图2e所示的影像是利用该信息处理装置(图中未示出)对该第一RGB影像(图2c)及该第二RGB影像(图2d)进行一影像融合运算的结果，其为一黑底的影像。
图2f所示的类H&E影像是利用该信息处理装置(图中未示出)对图2e进行一强度反转运算以产生的影像，其为一白底的粉红色含蓝紫色影像。
另外，该第一RGB影像及该第二RGB影像的红色强度值、绿色强度值及蓝色强度值均是以一二进制的n位元来代表，其中该n的值为8的正整数倍。
另外，图2a所示的该灰阶干涉影像亦可改为一灰阶反射影像，且该灰阶反射影像可和该灰阶干涉影像有相同的处理流程。
此外，本发明亦揭示一种光学系统，其采用如上所述的类H&E影像的合成方法。
请参照图3，其绘示了本发明的一较佳实施例的采用所述类H&E影像的合成方法的光学系统的架构示意图。
如图所示，该光学系统包括：一第一感光单元100；一第二感光单元200；一信息处理装置300；以及一显示单元400。
该第一感光单元100，用于输入一待测样本的一灰阶干涉影像或一灰阶反射影像，该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像是呈现一细胞质的影像。其中该灰阶干涉影像例如但不限于一光学干涉显微术(图中未示出)的反射后再干涉产生的影像，该灰阶反射影像例如但不限于一反射共轭焦显微术(图中未示出)的直接反射产生的影像。
该第二感光单元200，用于输入一待测样本的一灰阶荧光影像，该灰阶荧光影像是呈现一细胞核的影像。
该信息处理装置300的一端分别与该第一感光单元100、该第二感光单元200耦接，且具有一第一存储区块310及一第二存储区块320，其中该第一存储区块310用于储存由第一感光单元100输入的该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像，该第二存储区块320用于储存由第二感光单元200输入的该灰阶荧光影像。
该信息处理装置进一步具有一第一色彩转换运算单元330；一第二色彩转换运算单元340；以及一影像融合运算及强度反转运算单元350。
该第一色彩转换运算单元330与该第一存储区块310耦接，用以将储存于该第一存储区块310的该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像经由一第一色彩转换运算转换为一第一RGB影像，其中该第一色彩转换运算步骤是将该第一RGB影像的红色强度值及蓝色强度值均设定为0，及使其绿色强度值等于该灰阶反射影像或该灰阶干涉影像的灰阶值乘以一加权值，且该加权值介于0.5和1之间，且该第一RGB影像是一黑底暗绿色影像。
该第二色彩转换运算单元340与该第二存储区块320耦接，用以将储存于该第二存储区块320的该灰阶荧光影像经由一第二色彩转换运算转换为一第二RGB影像，其中该第二色彩转换运算步骤是将该第二RGB影像的绿色强度值设定为28m-1，m为正整数，蓝色强度值设定为0，及使其红色强度值等于该灰阶荧光影像的灰阶值乘以一加权值，且该加权值介于0.5和1之间，该第二RGB影像是一黑底黄绿色影像。
另外，该第一RGB影像及该第二RGB影像的红色强度值、绿色强度值及蓝色强度值均是以一二进制的n位元来代表，其中该n的值为8的正整数倍。
该影像融合运算及强度反转运算单元350，分别与该第一色彩转换运算单元330及该第二色彩转换运算单元340耦接，用以将该第一RGB影像及该第二RGB影像进行一影像融合运算及一强度反转运算以产生一类H&E影像，该类H&E影像是一白底的粉红色含蓝紫色影像。
该显示单元400与该信息处理装置300的另一端耦接，用以显示该信息处理装置300输出的该类H&E影像。
通过前述公开的设计，本发明具有以下的优点：
1、本发明公开了一种类H&E影像的合成方法，其是以一待测样本的一干涉影像或一反射影像与该待测样本的一荧光影像经由一色彩转换步骤、一影像融合步骤及一强度反转步骤而产生一白底RGB影像，以便在不须对该待测样本进行实体切片的情况下提供颜色对比更佳的类H&E影像。
2、本发明公开了一种类H&E影像的合成方法，其可较已知的多张荧光影像加成方法减少荧光剂的使用以降低荧光剂对一待测样本的伤害。
3、本发明公开了一种类H&E影像的合成方法，其可较已知的多张荧光影像加成方法减少荧光剂的使用以缩短一染色时间，从而加快一类H&E影像的完成。
4、本发明公开了一种类H&E影像的合成方法，其中，相较于一般H&E影像，其所产生的一类H&E影像可更详细地提供一待测样本中的细胞质与细胞核的各自影像信息，从而提升正常组织与异常组织的分辨率。
以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种类H&E影像的合成方法，其包括以下步骤：
输入一待测样本的一灰阶干涉影像或一灰阶反射影像至一信息处理装置的一第一存储区块中，其中该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像具有一第一影像解析度，及输入该待测样本的一灰阶荧光影像至该信息处理装置的一第二存储区块中，其中该灰阶荧光影像具有一第二影像解析度，且该第一影像解析度与该第二影像解析度相同或不相同；
利用该信息处理装置将该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像经由一第一色彩转换运算转换为一第一RGB影像，及利用该信息处理装置将该灰阶荧光影像经由一第二色彩转换运算转换为一第二RGB影像；
利用该信息处理装置对该第一RGB影像及该第二RGB影像进行一影像融合运算及一强度反转运算以产生一类H&E影像；以及
输出该类H&E影像至一显示单元。
2.如权利要求1所述的类H&E影像的合成方法，该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像呈现一细胞质的影像。
3.如权利要求1所述的类H&E影像的合成方法，该灰阶荧光影像呈现一细胞核的影像。
4.如权利要求1所述的类H&E影像的合成方法，其中该灰阶干涉影像是在一光学干涉显微术的反射后再干涉产生的影像。
5.如权利要求1所述的类H&E影像的合成方法，其中该灰阶反射影像是一反射共轭焦显微术的直接反射产生的影像。
6.如权利要求1所述的类H&E影像的合成方法，其中该第一色彩转换运算步骤是将该第一RGB影像的红色强度值及蓝色强度值均设定为0，及使其绿色强度值等于该灰阶干涉影像或该灰阶反射影像的灰阶值乘以一加权值，且该加权值介于0.5和1之间。
7.如权利要求1所述的类H&E影像的合成方法，其中该第二色彩转换运算步骤是将该第二RGB影像的绿色强度值设定为28m-1，m为正整数，蓝色强度值设定为0，及使其红色强度值等于该灰阶荧光影像的灰阶值乘以一加权值，且该加权值介于0.5和1之间。
8.如权利要求1所述的类H&E影像的合成方法，其中该第一RGB影像是一黑底暗绿色影像；该第二RGB影像是一黑底黄绿色影像；该类H&E影像是一白底的粉红色含蓝紫色影像。
9.如权利要求1所述的类H&E影像的合成方法，其中该第一RGB影像及该第二RGB影像的红色强度值、绿色强度值及蓝色强度值均以一二进制的n位元来代表，其中该n的值为8的正整数倍。
10.一种光学系统，其采用如权利要求1所述的类H&E影像的合成方法。
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