CN1277394A - 一种显微生物医学图像识别系统及其分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种显微生物医学图像识别系统及其分析方法。现有技术中的显微生物医学图像识别系统通过显微镜下人眼对细胞的观察、分析、统计计数,不仅工作量大,而且费神,欠客观性和准确性。本发明集计算机、数字图像处理、现代细胞生物学技术于一体组成图像识别系统,并用图像信息处理方法对生物医学图像进行识别测定,统计计数。将本发明的分析方法制成专用软件,本系统即可对图像进行测定、标注、扫描、编辑、打印、检索。本系统图文并茂、操作简便、准确可靠,是临床和科研工作理想的图像分析系统。

Description

一种显微生物医学图像识别系统及其分析方法

本发明涉及一种显微生物医学图像识别系统及其分析方法，称为多媒体显微生物医学图像识别分析系统，它将在显微镜下对细胞的观察、分析、计数用计算机数字图像处理方法进行识别分析计数。

现有技术的显微镜下对细胞的观察、分析、计数完全靠人眼判断，通常是一人观察，然后统计计数，不仅工作量大，而且很费神。分析报告根据观察的化验者记录而决定，欠客观性和标准性。长期以来对生物医学的检测和疾病的诊断及科学研究工作带来了十分滞后的不良影响。

本发明的目的是研制一种显微生物医学图像识别分析系统及其分析方法。

本发明是显微生物医学图像识别系统，由图像采集和计算机两大部分组成，其具体结构是显微镜与摄像机连接，也可以是照片或底片直接经扫描仪扫描，从摄像机或扫描仪获得的图像进入连接之后的图像采集板，图像采集板一端与显示器连接，另一端与计算机连接，计算机用本发明的分析方法制成的软件对生物医学图像进行分析处理，其结果由打印机输出。

本发明的分析方法有单图细胞识别、多图细胞识别、实验数据换算、细胞直径测量和细胞计数。

单图细胞识别是分别计算所选样板细胞的平均红、绿、蓝三色值和它的象素之和，以此为标准对原始细胞图像进行扫描辨认、计数的方法。

本发明的方法是通过以下流程实现的：

(1)本发明首先对原始细胞图像进行预处理，即必须先经过本底设置

   后才能识别计数。本发明调用Paint shop pro5.0对原始细胞图像进行本底设置。在本发明程序中调用与Paint shop pro5.0相联接的菜单或按纽即可。进入Paint shoppro5.0界面，将摄取的原始细胞图像调入，在Paint shop pro5.0左侧工具栏中“用颜色覆盖”工具，并选择纯黑色(RGB(0，0，0))，覆盖在原始图像的非细胞区域上，形成颜色细胞区域和黑色本底区域，若有杂色区域，仍用此工具覆盖。并用“剪切”工具将有用的区域剪下保存。完成后，关闭此程序。即完成对原始细胞图像本底设置。

(2)本发明然后用鼠标以划框的方式分别在原始细胞图上框定并选取样板细胞。

(3)本发明即以黑色与其他颜色的不同，黑色的颜色值为RGB(0，0，0)其他颜色的颜色值则不同及图像中黑色本底区域包围颜色细胞区域的事实结果，在封闭颜色区域内，通过VB中取图像象素颜色值Point方法，取出封闭颜色细胞区域内的象素颜色值(Pixel)，并将Pixel值按以下公式：

          red＝Pixel&Mod 256

          green＝((Pixel And&HFF00)/256&)Mod256&

          blue＝(pixel And&HFF0000)/65536

    换算成红(red)、绿(green)、蓝(blue)三色值并分别加和，

    分别取它们的平均值，并积累封闭颜色细胞区域内的

  象素数，以此为标准细胞的参数。

以样本细胞的红、绿、蓝三色颜色值的平均值和全部象素数作为识别参数。对经过本底设置后的原始细胞图进行扫描，由于黑色本底与颜色细胞的颜色值的不同及图像中黑色本底区域包围颜色细胞区域的事实结果，本分析方法可以分别读取各封闭细胞象索的颜色值，转化计算并取平均值形成各封闭细胞的平均红、绿、蓝三色值和全部象素值，当某一细胞的平均红、绿、蓝三色值和全部象素值与某一标准细胞(样板细胞)相近(在规定的误差范围内)即可认为它是这一标准细胞的同类，计数器自动计为这一标准细胞加1。以此类推，本分析方法边扫描边将所读取并计算出的封闭细胞的平均红、绿、蓝三色值和全部象素值分别与先前选取的标准细胞(样板细胞)进行比较，边计数，并把已经完成计数的封闭细胞区域的颜色值替换为黑色(RGB(0，0，0))，以免一个细胞被两次计数，影响识别计数的准确性。这样即可完成对细胞的单图识别。

多图细胞识别采用与单图细胞识别相同的方法进行扫描辨认、计数，只是一次最多可以有10张经本底设置后的图像，它是通过以下流程实现的：

本方法在调入图像前首先要求输入调入图像数，并要求将所有经本底设置后的图像的名称，用鼠标拖放至规定的方框内。在视野图组中会有相应的显示。

本方法采用与单图细胞识别相同的方法进行扫描辨认、计数，只是按先前调入的顺序，逐一对经本底设置的图像进行单图细胞识别。并根据先前输入调入的图像数字，对统计出的数据进行平均，得出这一批图像的识别计算的结果。

实验数据的换算是通过在标准细胞图上标识已知细胞直径的方法，绘制一条通过该细胞直径的直线，并输入已知的该细胞的真实直径，形成图上象素与真实距离的正比例关系来实现，测算出该标准细胞图实际的尺寸，进一步计算出本次实验中细胞的数据。它是通过以下流程来实现的：

本方法在完成多图细胞识别之后，将要求在一起进行多图细胞识别的图像中选择一幅效果最好，最具有代表性的图像作为标准图。

接着，本方法显示出该幅图像并带有交叉十字的鼠标，要求在标准图上选择效果最好、最典型的红或白细胞，用鼠标绘制一条通过该细胞直径的直线，并输入已知的该细胞的真实直径，本方法自动计算出绘制出的这条通过该细胞直径的直线与真实直径的正比例关系，以此为根据计算出该视野所对应的实际面积。

本方法自动将计算结果显示出来，并要求酌情修改相关数据，并将相应的计数板中稀释液的厚度和实际的稀释倍数填入相应的格子中，在台后自动计算出结果，并将统计处理完成的数据在相应的表格中显示出来，并与EXELL97相连，将数据传输到EXELL中存盘，便于形成报告调用。

细胞直径测量是在实验数据的换算过程中形成的图上象素与真实距离的正比例关系来实现的。它是通过以下流程来实现的：

实验数据的换算过程中，形成了图上象素与真实距离的正比例关系。由这一关系，在细胞直径测量图上绘制出通过待测细胞直径的直线，通过这一正比例关系自动计算出相应的细胞的真实直径，并将该直线用红色标识出直径值。

平面内参照细胞计数功能在于不用常规的计数板即可计数。细胞计数板上都刻有尺寸大小刻度，加上盖玻片在其间形成一定体积的空间，计算单位体积内细胞数多少，以得知细胞密度和含量，如前述多图细胞识别项中的方法即是配套这种计数装置而编制的，但较繁琐，且受实验条件的限制。平面内参照计数法只需要普通载玻片涂上细胞液即可，根据在已知体积中加入人工配制的已知密度的有色颗粒与待检细胞的比例关系，通过本方法系统计算而成。它是通过以下流程实现的：

本方法要求在实验制备待测样品时，在样品中加入已知浓度、颗粒特征参数的具有明显外观的标准染色颗粒，混匀后即可进行制片观察。

由于其具有不同于其它细胞的特殊的特征参数，在本方法中极易识别、归类、计数，在单图细胞识别、多图细胞识别中形成浓度标准值。

在单图细胞识别、多图细胞识别中，只需将计算出的红、白细胞的数字与同时计算出的标准染色颗粒的数字进行比较，得出的比例值与该染色颗粒的实际浓度相乘即可既方便，又准确地计算出红、白细胞的实际数字与浓度。

立体细胞计数功能，根据视野中各种细胞图象的分类统计值与相应视野的立体体积之比计算而得相应细胞的数量和密度。它是通过以下流程实现的：

根据多图细胞识别中计算出细胞图中距离与实际距离的正比例关系，可换算出计数板中样品的长、宽、高，同时由实际细胞稀释的倍数，按公式样品体积＝样品长×样品宽×样品高×稀释倍数，可将平面细胞图象的面积转化为样品的体积，再根据平面细胞的个数换算出此样品中细胞个数与密度，从而还原出该样品所代表的个体中细胞含量与密度，可以与正常值进行比较。分析出该个体是否正常或哪里存在着问题。

本发明的分析方法以软件形式制作成系统的功能模块，它由血细胞标本图象经彩色CCD摄像机或由扫描仪进入计算机的图象为对象来组织的，包括系统管理模块、图象处理模块，细胞计数分析模块，附加工具模块等。各模块可达到下述功能：

1.系统管理功能模块

图象获取：有三种获取方式，一种是已存在磁盘上的图象文件，可直接按文件所在的路径调入，一种是计算机通过CCD实时获取图象，一种是经扫描仪获取图象。

图象预处理：对所获取的图象进行剪切、粘贴、复制等。

图象保存与图象登记：将图象按一定的路径保存在磁盘上，并对所保存的图象进行登记，登记的内容包括图象标题名、实验人姓名、实验日期、实验内容摘要等，以便以后查询。

图象查询：针对众多的实验记录，本系统设置了图象查询模块，按其满足查询条件中的任一项内容即可查出在册图象的相关记录。查询条件为：图象标题名、实验人姓名、实验日期。

帮助主题：本系统对所涉及到的图象处理功能提供在线帮助。

图象打印：打印实验所得的数据、图表，可分别打印或以报告形式打印出来。

2.图象处理功能模块

该系统是针对细胞图象用本发明方法而设计的专用分析软件，包括所有的基本图象处理功能。即可对图象进行灰阶转换、柔化、锐化、扩散、反色、霓虹、图象过滤器、256级灰阶分析、RGB/明暗调节、画面旋转(任意角度)等，本系统还可以与其它常用软件(如WORD、EXCEL等)交互使用，以使软件具有更广泛的应用性。

3.细胞识别计数功能模块

该模块具有对图象进行预处理、样本修改、单图识别计数、多图识别计数、细胞直径测量、图象截取与存盘、打印分析结果图、打印报告、报告预览等功能。

4.附加工具功能模块

该功能模块能实现对图象局部放大、测定图象的灰度及坐标值、绘制图形及书写文本等。

本发明可以将7-8um大小的红细胞放大到10cm以上，放大率达10000多倍，分辨率达0.2um，可以直接观察血液，尿液，精液及各种分泌液的微观病理形态，如肿瘤细胞，炎症细胞，各种细菌，寄生虫，衣原体，支原体。结果快速准确，只需一滴血或分泌物就可用于诊断，且操作简单易学。由于可以是大屏幕显示图象，免除了长期以来人们观察显微镜的不方便和辛苦，由于可供多人观看，便于会议和教学演示，很适合临床科研。

本发明能对不同血液中各种细胞进行识别、分类、分析，如细胞和细菌等微生物的直径、几何形态、颜色等进行测量分析，并能进行分类计数，最终打印出彩色图象和分析结果报告。研究应用表明，该系统定量准确，分析可靠，速度快，能储存大量信息，便于检索和信息处理，对医学的检验和诊断都具有重要的应用价值，也可用于非生物的其它各种显微图象识别分析计数。由于使用计算机进行图象信息处理，可对图象进行计数和保存，使以往用玻片保存标本成为历史。

图1是本发明系统硬件组成示意图，图中1是显微镜，2是摄像机，3是图象采集板，4是显示器，5是配有本发明方法的分析软件的计算机，6是打印机，7是扫描仪，8是照片或底片。

实施例：

用图象采集卡及相配套的软件Capture，将细胞显微镜图摄入PC，形成BMP图。本发明将BMP图调入后，采用像素读取分析的方法，对全图进行扫描。由于扫描前的预处理已将本底色设置成黑色(即临界色)，而细胞颜色不变，形成了黑色区域包围细胞区域的图象。所以，扫描过程中，当进入黑色区域时，程序自动不计数；当进入细胞区域时，程序读取该区域的像素值，计算出该区域的总像素值和R、G、B的平均值。由细胞在图象中的这两个参数来确定它的存在。并以此为特征，查找特征类似(可有5％的误差)的细胞区域，并在计数器中加1。以上是总像素值和R、G、B的平均值已确定的情况。而对于总像素值改变的情况，则以R、G、B的平均值作特征进行分析。

完成一幅图象的分析处理后，程序自动计算数据，并把相关的数据和图表通过Word97存入报告中，便于打印和编辑。本方法的程序为了简化使用，把打印报告的任务交由Word 97来完成。

Claims (2)

1、一种显微生物医学图像识别系统，由图像采集和计算机两大部分组成，其特征是显微镜(1)与摄像机(2)联接，然后联接图像采集板(3)，或扫描仪(7)直接与图象采集板(3)连接，图像采集板与计算机(5)联接，计算机与显示器(4)和打印机(6)联接。

2、一种显微生物医学图像识别分析方法，由单图细胞识别、多图细胞识别、实验数据的换算、细胞直径测量、细胞计数组成，其特征是：

(1)单图细胞识别是分别计算根据样板细胞的平均红、绿、蓝三色值和它的象素之和，以此为标准对原始细胞图像进行扫描辨认、计数：即以Paint shoppro5.0对原始细胞图像进行本底设置，选择纯黑色覆盖在原始图像的非细胞区域；选取样板细胞；在封闭颜色细胞区域内通过VB中取图像象素颜色值的Point方法，取出封闭颜色细胞区域内的象素颜色值，按公式加和平均，以此为标准细胞的参数；以样本细胞的红、绿、蓝三色的平均值和全部象素作为识别参数，对原始细胞图扫描；

(2)多图细胞识别：多图细胞识别与单图细胞识别相同的方法扫描辨认、计数，但是一次最多可有10张经本底设置后的图像；

(3)数据换算：实验数据换算是通过在标准细胞图上识别已知细胞直径的方法，测算出该标准细胞图实际的尺寸，从中计算出细胞数据；

(4)细胞直径测量：通过实验数据的换算过程中形成的图上象素与真实距离的正比关系得到；

(5)平面内参照细胞计数功能：根据在已知体积中加入人工配置的已知密度的有色颗粒与待测细胞的比例关系，计算而得；

(6)立体细胞计数功能：根据视野中各种细胞图象的分类统计值与相应视野的立体体积之比计算而得相应细胞的数量和密度。

Images