CN112001315B - 基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法 - Google Patents

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Abstract

基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法,包括以下步骤:获取训练样本图片;细胞图像纹理特征提取并划分大类;迁移学习,对第一大类中的图片数量最多的细胞种类进行机器学习算法训练,建立模型,在这个模型训练完成后,再对第一大类中的图片数量第二的细胞种类进行机器学习;再进行该细胞大类中图片数量第三的细胞种类的学习,直到该细胞大类中全部种类的细胞都训练结束,再进行下一个大类的细胞识别训练;算法效果判定。本发明克服了现有技术的不足,只需要传统机器学习算法十分之一的数据量即可完成训练;同时结合传统的纹理图像特征提高机器学习算法的稳定性,从而可以较好的解决骨髓细胞的识别分类问题。

Description

基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法
技术领域
本发明涉及医学图像处理技术领域,具体涉及基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法。
背景技术
骨髓细胞形态学镜检是包括血液病在内的多种疾病诊断和鉴别诊断的重要基础技术,包括各种类型白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤、贫血和实体瘤骨髓转移等各种原因引起的全血细胞减少、寄生虫和真菌感染等,是血液疾病目前推崇的形态学、免疫学、细胞遗传学和分子生物学(MICM)综合诊断的首要检查手段。世界卫生组织发布的《骨髓恶性肿瘤诊断指南》中规定:在血液诊断时需进行必要的精确详细的骨髓镜检。
正常骨髓在所有发育阶段都有细胞分化,从最早的前体干细胞到功能成熟细胞,这些细胞的形态学特征具有一定的特点,可以通过涂片、染色在显微镜下进行识别和分类。传统的骨髓检查指有专业经验的医学技术人员对骨髓涂片的细胞形态学显微镜检查,包括有核细胞数量检验和细胞形态观察。
目前采用的数字化外周血涂片进行基于图像的自动化血细胞分类方法,以及使用流式细胞术进行细胞计数和分类的血细胞自动定量系统,但这些系统只能适用于外周血标准化涂片,能够识别细胞种类很少,并不适用于骨髓涂片标本。江苏省捷达科技发展有限公司研发的JD-801系列骨髓细胞图像报告系统具有数码图像采集、显示、处理(图像分割、编辑等)、组织细胞结构参数计量分析的功能,然而该系统均需借助细胞计数器,在显微镜下由人工进行细胞识别计数,其功能主要为图文报告系统,并不能真正用于骨髓细胞的自动识别分类。而基于流式细胞术进行细胞计数和分类的系统,无法采用抗体或其他化学试剂对近五十种骨髓细胞同时识别分类。近年来随着图像识别领域人工智能方法的快速发展,一些公司尝试将先进的机器学习算法应用于骨髓细胞识别分类。但由于骨髓细胞的种类多样,有近五十种,完成全部种类细胞形态的机器学习需要极大量的图片数据资源,算法训练的效率低;同时某些种类细胞的形态相似性高,算法区分难度大,因此传统的人工智能方法在进行骨髓细胞分类识别的实际效果并不理想。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法,该方法所需的训练样本数据量少,只需要传统机器学习算法十分之一的数据量即可完成训练;同时结合传统的纹理图像特征提高机器学习算法的稳定性,从而可以较好的解决骨髓细胞的识别分类问题。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法,包括以下步骤:
步骤1)获取训练样本图片,建立样本库,由显微镜配置摄像头自动高速采集图片;对采集得到的图像,选定有核细胞图像区域进行细胞框选、切割,确保正常完整的细胞被框选出来;
步骤2)细胞图像纹理特征提取并划分大类,采用灰度共生矩阵方法对骨髓细胞图片进行图像纹理特征提取,并根据得到的图像纹理特征的细胞进行分类,得到细胞大类;
步骤3) 迁移学习,对第一大类中的图片数量最多的细胞种类进行机器学习算法训练,建立模型,在这个模型训练完成后,采用迁移学习方法对第一大类中的图片数量第二的细胞种类进行机器学习;当图片数量第二的细胞种类训练完成后,再进行该细胞大类中图片数量第三的细胞种类的学习,直到该细胞大类中全部种类的细胞都训练结束,再进行下一个大类的细胞识别训练;
步骤4) 算法效果判定,当全部种类的训练完成后,再使用测试样本数据对上述迁移学习和图像纹理特征相结合的算法进行测试,衡量算法训练效果;对于算法误差较大的细胞种类,增加新的涂片补充该种类的图片训练数据量,再次进行机器学习训练,直到全部种类的骨髓细胞识别率达到既定要求后,机器学习训练结束。
优选地,在步骤1)中,建立样本库时,选择大致正常骨髓标本500-1000例,每个标本至少采集500个,细胞异常白血病淋巴瘤标本至少50例涂片作为研究的样本,使得各类入库细胞合计总数在5000个以上。
本发明提供了基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法。具备以下有益效果:
1、降低对图片训练数据量的要求,只有传统机器学习方法数量量的十分之一;
2、训练算法的计算效率高,可在较短时间内完成骨髓细胞的近五十个种类的识别训练;
3、算法的稳定性好,算法结果的识别准确率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明总的流程示意图;
图2为本发明中迁移学习的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-2所示,本发明公开了一种基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法,包括以下步骤:
步骤1) 获取训练样本图片,建立样本库,在本步骤中,初次样本建库选择大致正常骨髓标本500-1000例,每个标本至少采集500个,细胞异常白血病淋巴瘤标本至少50例涂片作为研究的样本,使得各类入库细胞合计总数在5000个以上,并观察确定视野范围,选定涂片上的最佳图像分析区域。再由显微镜配置摄像头自动高速采集图片;对采集得到的图像,选定有核细胞图像区域进行细胞框选、切割,确保正常完整的细胞被框选出来,再对框选出的骨髓细胞进行分类并计数,每个标本计数500-1000个有核细胞。
步骤2)细胞图像纹理特征提取并划分大类,采用灰度共生矩阵方法对骨髓细胞图片进行图像纹理特征提取,并根据得到的图像纹理特征的细胞进行分类,得到细胞大类;
步骤3) 迁移学习,对第一大类中的图片数量最多的细胞种类进行机器学习算法训练,建立模型,在这个模型训练完成后,采用迁移学习方法对第一大类中的图片数量第二的细胞种类进行机器学习;当图片数量第二的细胞种类训练完成后,再进行该细胞大类中图片数量第三的细胞种类的学习,直到该细胞大类中全部种类的细胞都训练结束,再进行下一个大类的细胞识别训练;由于迁移学习可以前一个任务模型进行微调后用于新的任务学习中,因此可以提高训练学习的效率。通过迁移学习可以在一个模型训练完成后,将这个训练好的模型迁移应用到一个新的任务中,并在迁移过程中对目标数据输入输出对上选择性地进行微调,以便适应新的目标任务,从而简化训练过程,缩小训练过程中对样本数据量的要求。
步骤4) 算法效果判定,当全部种类的训练完成后,再使用测试样本数据对上述迁移学习和图像纹理特征相结合的算法进行测试,衡量算法训练效果;对于算法误差较大的细胞种类,增加新的涂片补充该种类的图片训练数据量,再次进行机器学习训练,直到全部种类的骨髓细胞识别率达到既定要求后,机器学习训练结束。
根据上述骨髓细胞分类识别方法进行骨髓细胞分类识别。该方法所需的训练样本数据量少,只需要传统机器学习算法十分之一的数据量即可完成训练;同时结合传统的纹理图像特征提高机器学习算法的稳定性,从而可以较好的解决骨髓细胞的识别分类问题。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1)获取训练样本图片,建立样本库,由显微镜配置摄像头自动高速采集图片;对采集得到的图像,选定有核细胞图像区域进行细胞框选、切割,确保正常完整的细胞被框选出来;
步骤2)细胞图像纹理特征提取并划分大类,采用灰度共生矩阵方法对骨髓细胞图片进行图像纹理特征提取,并根据得到的图像纹理特征对细胞进行分类,得到细胞大类;
步骤3) 迁移学习,对第一大类中的图片数量最多的细胞种类进行机器学习算法训练,建立模型,在这个模型训练完成后,采用迁移学习方法对第一大类中的图片数量第二多的细胞种类进行机器学习;当图片数量第二的细胞种类训练完成后,再进行该细胞大类中图片数量第三多的细胞种类的学习,直到该细胞大类中全部种类的细胞都训练结束,再进行下一个大类的细胞识别训练;
步骤4) 算法效果判定,当全部种类的训练完成后,再使用测试样本数据对上述迁移学习和图像纹理特征相结合的算法进行测试,衡量算法训练效果;对于算法误差较大的细胞种类,增加新的涂片补充该种类的图片训练数据量,再次进行机器学习训练,直到全部种类的骨髓细胞识别率达到既定要求后,机器学习训练结束。
2.根据权利要求1所述的基于迁移学习和图像纹理特征的骨髓细胞分类识别方法,其特征在于:在步骤1)中,建立样本库时,选择正常骨髓标本500-1000例,每个标本至少采集500个,细胞异常标本至少50例涂片作为研究的样本,使得各类入库细胞合计总数在5000个以上。
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