CN116519650A - 一种骨组织结构状态检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种骨组织结构状态检测方法，设定骨组织荧光强度定量评价指标，确定健康骨、坏死骨区域特异性荧光强度值范围以及过渡区域内荧光强度值与距离的关系；在此基础上，构建骨组织结构分类模型，用于鉴别不同类型骨组织。本发明实现了骨荧光技术从定性判断到定量判断的转变，提出了定量评价荧光强弱的定量指标荧光强度FI。经统计分析分别获得了健康骨、坏死骨FI阈值以及过渡区域内FI和距离关系，并以此构建了骨组织识别模型，克服了定量判断的主观性强、不一致性高、可重复性差的确定，实现了健康骨、坏死骨等不同骨组织状态的定量、一致、可重复地识别。
Description
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种骨组织结构状态检测方法。
背景技术
骨荧光检测技术，是利用健康骨组织内的胶原纤维以及骨细胞具有荧光性。在特定波长光激发下，健康骨组织呈现为明亮的苹果绿色荧光的荧光信号。坏死骨由于病理状态下胶原纤维和骨细胞的破坏、吸收，表现为暗淡的无荧光。健康骨和坏死骨荧光信号的显著差别为鉴别健康骨与坏死骨等不同骨组织状态提供了基础。
目前公开的技术方案中，研究者主要通过肉眼观察荧光照片内骨组织荧光强弱进行骨组织结构判断。使用最多的装备为(LED Dental,White Rock,BritishColumbia,Canada)，它包含一个400-460nm特异波长的蓝色荧光激发灯，绿色滤波片和一个用于拍摄、存储荧光图像的摄像机。限于装备特点无法进行荧光强度的定量评价。意识到这一问题，有研究者提出了半定量的荧光强度等级法，即根据荧光强弱人为划分1～5五个等级，分别对应无荧光、弱荧光、中等强度荧光、强荧光和非常强荧光。这种半定量方法在虽然一定程度上弥补了直观法的缺陷，但2级(弱荧光)与3级(中等强度荧光)以及4级(强荧光)和5级(非常强荧光)的区别界定不清，不同研究者间的划分容易存在差异。
现有技术存在以下问题：虽然健康骨与坏死骨的荧光信号存在显著差异，但过度依赖研究者对荧光设备操作和荧光图像解读的主观经验。而且荧光图像中存在一些荧光强度处于中间范围的过渡区，主观判断难以判断过渡区的骨组织结构。多因此，亟需寻找定量方法进行客观、精确、可重复、可比较的骨组织荧光强度测定。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种骨组织结构状态检测方法，提出骨组织荧光强度定量评价指标，确定健康骨、坏死骨区域特异性荧光强度值范围以及过渡区域内荧光强度值与距离的关系。在此基础上，构建骨组织结构分类模型，从而能够利用简便、直接、可重复的计算快速鉴别坏死骨与健康骨等不同类型骨组织。
具体技术方案，包括以下步骤：
(1)获得骨组织标本，并进行骨组织预处理，拍摄骨生物组织荧光照片，荧光照片导入及预处理：
将待检测的骨组织样本浸于生理盐水防止脱水并去除表面污染血渍，擦干标本表面，获得骨生物组织样本。骨荧光图像采集应在骨组织标本制备后的8小时内进行。拍摄前，经过预处理的骨组织标本应在专用的4℃冰箱内保存。
将上述制备的骨生物组织标本放置于载物台上，对手持荧光系统进行参数调整，包括：组织样本种类、标本表面皱褶程度、组织荧光强弱等，调整相机焦距至相机显示屏中图像最清晰，调节ISO值、曝光时间等参数。
在封闭无光的暗室中采集图像，在采集过程中不对荧光系统参数进行改动。荧光照片导入专用电子存储设备。
荧光照片预处理：荧光照片的预处理方式主要为降噪、背景荧光修正等。其中背景荧光修正为：打开骨组织荧光照片，在骨组织标本四周均匀、分散地选取3至5个边长为1mm的正方形区域，计算其荧光强度值，取其均值为该荧光照片的背景荧光强度。此图的骨组织荧光强度粗值减去背景荧光强度，方为此图的骨组织荧光强度值FI。
(2)荧光强度定量评价指标FI：结合大体标本、骨组织生物标本彩色照片、骨组织生物标本荧光照片，在图像处理软件上分别选取坏死骨区ROB1、健康骨区ROB2以及坏死骨、健康骨之间过渡区域ROB3，用不同颜色分类标记不同类型骨组织。
(3)图像处理软件中人工划分坏死骨、健康骨以及过渡区域兴趣区，计算相应(R：G：B)值，取G值等于灰度值等于荧光强度；计算得到过渡区域内荧光强度与坏死骨边界距离的定量关系。
(4)图像分析软件分别计算得到ROB1、ROB2、ROB3各兴趣区的红(R)：绿(G)：蓝(B)值；R:G:B值转换为灰度值：通过仅取绿色法，取荧光照片绿色通道值等于灰度值。定义荧光强度值为灰度值。得到转换公式：
G ＝ Gray ＝ FI (1)
其中，G为荧光照片兴趣区绿色通道值，Gray为荧光照片兴趣区灰度值，FI为荧光照片兴趣区荧光强度值。
收集多个不同骨组织样本，划分ROB1、ROB2、ROB3，分别计算、存贮并统计FI值，分别获得健康骨FI阈值FI1，坏死骨FI阈值FI2。
(5)过渡区域内荧光强度与坏死骨边界距离的定量关系：以骨组织标本荧光照片坏死骨无荧光区的边缘作为基线(0mm处)，等距离划出-1.0mm、-0.5mm、0mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm线。分别测定所有等距离线位置的FI值。经线性回归计算，获得坏死骨和健康骨间过渡区域的骨荧光强度与距离对应关系公式：
FI ＝ 49.20*D + 97.10 (2)
其中FI为荧光强度，D为距离坏死骨边缘的距离，D取值范围是[0,2.5]mm。
(6)以健康骨、坏死骨FI阈值FI1、FI2，结合过渡区域骨荧光强度和距离对应关系，构建基于定量荧光强度的识别模型，用于不同骨组织状态的识别。
本发明具有的技术效果：
实现了骨荧光技术从定性判断到定量判断的转变，提出了定量评价荧光强弱的定量指标荧光强度FI。经统计分析分别获得了健康骨、坏死骨FI阈值以及过渡区域内FI和距离关系，并以此构建了骨组织识别模型，克服了定量判断的主观性强、不一致性高、可重复性差的确定，实现了健康骨、坏死骨等不同骨组织状态的定量、一致、可重复地识别。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2(a)为实施例中骨组织标本大体照片；
图2(b)为实施例中骨组织标本荧光照片；
图2(c)为实施例中骨组织标本荧光标记兴趣区标注；
图3为实施例坏死骨、健康骨、背景R：G：B值。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
本实施例按照如图1所示的流程：
将获得的待检测的骨组织样本浸于生理盐水防止脱水并去除表面污染血渍，擦干标本表面。骨组织标本制备后的第4小时拍摄骨荧光照片。拍摄前，经过预处理的骨组织标本放置在专用的4℃冰箱内保存。将制备的骨生物组织标本放置于载物台上，对手持荧光系统进行参数调整，包括：样本种类：骨，标本表面质地：裂纹，组织荧光强弱：正常。调整相机焦距至相机显示屏中图像最清晰。相机参数为：焦距3.3mm，ISO速度200.0、快门速度1/32s。在封闭无光的暗室中采集图像，在采集过程中不对荧光系统参数进行改动。
荧光照片导入专用电子数据库存储。背景荧光修正：打开骨组织荧光照片，在骨组织标本四周均匀、分散的选取5个边长为1mm的正方形区域，计算其荧光强度值，取其均值为该荧光照片的背景荧光强度。
结合大体标本、骨组织生物标本彩色照片、骨组织生物标本荧光照片，如图2(a)、图2(b)、，在图像处理软件上分别选取坏死骨区ROB1、健康骨区ROB2以及坏死骨、健康骨之间过渡区域ROB3，用不同颜色分类标记不同类型骨组织，计算得ROB1、ROB2相应FI值。图2(c)中深色标记为坏死骨区域，浅色标记为健康骨区域，白色方形为背景荧光标注。
根据过渡范围内FI与距离D定量关系，如图3所示，可推导得到过渡区域范围。综上，可检测该骨组织标本不同区域结构状态。
Claims (3)
1.一种骨组织结构状态检测方法，其特征在于，设定骨组织荧光强度定量评价指标，确定健康骨、坏死骨区域特异性荧光强度值范围以及过渡区域内荧光强度值与距离的关系；在此基础上，构建骨组织结构分类模型，用于鉴别不同类型骨组织。
2.根据权利要求1所述的一种骨组织结构状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获得骨组织标本，并进行骨组织预处理，拍摄骨生物组织荧光照片，荧光照片导入及预处理；骨组织荧光强度粗值减去背景荧光强度，为此图的骨组织荧光强度值FI；
(2)荧光强度定量评价指标FI：结合大体标本、骨组织生物标本彩色照片、骨组织生物标本荧光照片，在图像处理软件上分别选取坏死骨区ROB1、健康骨区ROB2以及坏死骨、健康骨之间过渡区域ROB3，用不同颜色分类标记不同类型骨组织；
(3)图像处理软件中人工划分坏死骨、健康骨以及过渡区域兴趣区，计算相应R：G：B值，取G值等于灰度值等于荧光强度；计算得到过渡区域内荧光强度与坏死骨边界距离的定量关系；
(4)图像分析软件分别计算得到ROB1、ROB2、ROB3各兴趣区的红R：绿G：蓝B值；R:G:B值转换为灰度值：通过仅取绿色法，取荧光照片绿色通道值等于灰度值；定义荧光强度值为灰度值；得到转换公式：
G ＝ Gray ＝ FI (1)
其中，G为荧光照片兴趣区绿色通道值，Gray为荧光照片兴趣区灰度值，FI为荧光照片兴趣区荧光强度值；收集多个不同骨组织样本，划分ROB1、ROB2、ROB3，分别计算、存贮并统计FI值，分别获得健康骨FI阈值FI1，坏死骨FI阈值FI2；
(5)过渡区域内荧光强度与坏死骨边界距离的定量关系：以骨组织标本荧光照片坏死骨无荧光区的边缘作为基线即0mm处，等距离划出-1.0mm、-0.5mm、0mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm线；分别测定所有等距离线位置的FI值；经线性回归计算，获得坏死骨和健康骨间过渡区域的骨荧光强度与距离对应关系公式：
FI ＝ 49.20*D + 97.10 (2)
其中FI为荧光强度，D为距离坏死骨边缘的距离，D取值范围是[0,2.5]mm；
(6)以健康骨、坏死骨FI阈值FI1、FI2，结合过渡区域骨荧光强度和距离对应关系，构建基于定量荧光强度的识别模型，用于不同骨组织状态的识别。
3.根据权利要求2所述的一种骨组织结构状态检测方法，其特征在于，步骤(1)中，骨荧光图像采集在骨组织标本制备后的8小时内进行；骨生物组织标本放置于载物台上，对荧光系统进行参数调整，在封闭无光的暗室中采集图像；
荧光照片预处理，包括降噪、背景荧光修正；其中背景荧光修正为：打开骨组织荧光照片，在骨组织标本四周均匀、分散地选取3至5个边长为1mm的正方形区域，计算其荧光强度值，取其均值为该荧光照片的背景荧光强度。
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