專利名稱：利用軟x射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用軟X射線顯微成像術(shù)對癌細胞圖形識別的方法。
背景技術(shù)：
Roentgen在1895年發(fā)現(xiàn)的X射線具有強烈穿透物質(zhì)的特性，適用于人體組織器官成像。其波長較短，為0. 1 l.Onm。但X射線與物質(zhì)作用很復雜，加之難以制造出類似可見光應(yīng)用中的光學元件，所以很難實現(xiàn)X線顯微鏡。隨著電子對撞同步輻射光源的誕生，發(fā)射出專用軟X射線，其波長在1 10nm，通過光學衍射聚光和光學元件把軟X射線會聚投射到樣品上，再成像到像平面上。軟X射線顯微成像術(shù)的分辨率已達lOnm，其原理是將樣品緊貼著放在軟X射線靈敏的探測器(光刻膠)上，經(jīng)過軟X射線曝光及“顯影”，顯示出光刻膠輻射的圖形，它與樣品原物形態(tài)有著相對應(yīng)的關(guān)系。然后用光學或電子顯微鏡觀察此圖形，就可讀出樣品的軟X射線顯微圖像。軟X射線顯微術(shù)是一種主要利用“水窗口 ”波段(2. 3 4. 4nm)的軟X射線作為光源的顯微成像技術(shù)。相對于光學顯微鏡，它具有更高的成像分辨率；相對于電子顯微鏡， 其樣品制備簡單，僅需超薄切片標本，無須對樣品進行冰凍、封蠟、脫水、染色等傳統(tǒng)的病理檢查工作程序。概括地說，軟X射線顯微成像技術(shù)可以不用傳統(tǒng)病理方法，就可實現(xiàn)觀察細胞組織的亞微結(jié)構(gòu)形態(tài)學特征。近幾年來，軟X射線顯微術(shù)的應(yīng)用研究取得了飛速的發(fā)展，尤其是在生命科學研究中。除有類似病理學診斷價值外，軟X射線顯微成像技術(shù)具有以下特點①不用染色可清晰分辨，其分辨率(70. Onm)比光鏡高，并接近電鏡；②組織標本可以在活體狀態(tài)下進行病理學檢查分析；③可以對自然狀態(tài)下活體組織細胞亞顯微結(jié)構(gòu)進行鑒別診斷及應(yīng)用于臨床診斷。軟X射線顯微鏡可以觀察自然狀態(tài)下的生物樣品，目前可以觀察細胞的超微結(jié)構(gòu)和內(nèi)部動態(tài)變化，還可以在細胞水平的樣品上研究蛋白質(zhì)、DNA等生物大分子的分布。軟X射線顯微技術(shù)已為生物醫(yī)學的研究開拓了一條新途徑，受到各國科學家的關(guān)注。該技術(shù)最適合于自然狀態(tài)下生物樣品的高分辨率成像，在世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展。 當今，許多國家重視積極開發(fā)研制各種形式的軟X射線顯微鏡并應(yīng)用于生物醫(yī)學樣品的研究，取得了顯著進展。美、俄、德、日、英、法等國掌握了此項技術(shù)，并對軟X射線生物醫(yī)學樣品進行了研究。Kirz 和 fcirback 在 Brookhaven (1981)、G0ttingen (1983)召開的會議上，發(fā)表了軟 X 射線綜述的相關(guān)報道。1985年!^eder等人使用軟X射線顯微成像方法已成功得到分辨率約IOnm的活體狀態(tài)下的血小板軟X射線顯微成像圖；1990年Siinohara等拍攝了 HeLa細胞核仁清晰的軟X射線顯微圖像，并對染色質(zhì)、酶原顆粒結(jié)構(gòu)進行了觀察分析。盡管如此， 國外目前對軟X射顯微技術(shù)應(yīng)用于臨床醫(yī)學還未見報道，更沒有對癌細胞亞微結(jié)構(gòu)進行軟 X射線顯微成像技術(shù)和計算機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能化軟X射線病理學診斷技術(shù)方面的報道。國內(nèi)對軟X射線顯微成像圖技術(shù)雖然起步稍晚些，但起點較高，對軟X射線顯微成像圖技術(shù)的研究和應(yīng)用也給予了高度重視。1991年中國科技大學(合肥)國家同步輻射實驗站建成，1992年開始對國內(nèi)外開放。我國科研人員和學者在合肥同步輻射光源上開展軟X射線顯微術(shù)研究，在軟X射線顯微術(shù)的理論和實踐上做出了突出貢獻，也取得很多的成果，中國科技大學謝行恕教授在軟X射線顯微術(shù)的理論和實踐上做出了突出的貢獻；也有學者將軟X射線成像應(yīng)用于大腸桿菌、男性精子、昆蟲翅膀等方面的研究。在國內(nèi)，目前用軟X射線顯微成像技術(shù)多半應(yīng)用于微生物學、植物和動物的生物樣品標本之中，但國內(nèi)外均未見利用軟X射線顯微成像應(yīng)用于臨床醫(yī)學實踐并進行癌細胞圖形識別的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于提供一種利用軟X射線顯微成像術(shù)進行癌細胞圖形識別的方法。本發(fā)明將軟X射線顯微成像技術(shù)應(yīng)用于癌細胞圖形識別，利用同步輻射軟χ射線顯微成像術(shù)對癌細胞進行掃描，成功獲得癌細胞的軟χ射線顯微成像圖，并給出識別步驟和實驗數(shù)據(jù)，建立利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法；創(chuàng)建一種軟X射線顯微圖像分析方法；為癌癥診斷提供了一種新穎的同步輻射軟X射線病理診斷的方法，為21世紀創(chuàng)立軟X射線病理學及臨床應(yīng)用提供極具價值的參考依據(jù)。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，所述方法包括下列步驟1)標本制作；幻病理檢查；幻軟X射線成像；4)分析識別。所述病理標本制作步驟為第一步將病理組織細胞標本切成超薄切片標本，超薄切片標本厚度為2 3nm ；第二步將已切好的超薄切片標本放置在38°C -40°C水槽的水面上，使標本漂浮于水面迅速均勻展開呈平面狀；第三步使用電鏡銅網(wǎng)撈取已在水槽漂浮展平的超薄切片標本，然后，再將該電鏡銅網(wǎng)放在吸水紙上控盡水分并晾干。所述病理檢查步驟為將電鏡銅網(wǎng)超薄切片標本送病理檢驗部門，置于光學顯微鏡下進行病理學檢查，發(fā)現(xiàn)癌細胞后，選擇并固定好癌細胞觀察視野，在光學顯微鏡下拍攝癌細胞放大100倍的光鏡照片。所述軟X射線成像制作步驟為將電鏡銅網(wǎng)超薄切片標本送至同步輻射實驗站，應(yīng)用同步輻射軟X射線顯微光束線掃描衍射，顯影在光刻膠上，再用顯微透射進行觀察并拍攝出軟X射線顯微成像的圖像。軟X射線顯微光束波長范圍為1.0 10. Onm;軟X射線顯微對生物樣品曝光的水窗材料為氮化硅，做成各種厚度，最薄為20nm厚。所述計算機智能分析識別制作步驟為同步輻射軟X射線癌細胞顯微成像后，首先進行圖像信號調(diào)理，然后進入圖像信號采集進行數(shù)字采樣，最終將數(shù)字信號以串口或并口的形式送入計算機系統(tǒng)進行處理和智能識別。同步輻射軟X射線顯微圖像信號是模擬信號；在變換為數(shù)字信號之前必須進行調(diào)理，即放大、緩沖或定標模擬信號，使其適合于后續(xù)信號采集單元輸入。
圖像信號采集包括圖像預處理、圖像分割分析、重疊細胞重構(gòu)、細胞特征提取、細胞特征分類和診斷結(jié)果輸出。圖像預處理包括灰度變換、直方圖調(diào)整、細胞前置處理、細胞核前置處理及去除淋巴球；所述灰度變換為將細胞影像轉(zhuǎn)為灰度格式，便于后續(xù)的處理工作，利用彩色影像與灰度影像之間的轉(zhuǎn)換公式進行轉(zhuǎn)換；所述直方圖調(diào)整為采用直方圖拉伸或直方圖均衡化方法間接增強對比度；所述細胞前置處理包括對比調(diào)整、二值化、邊緣檢測；所述去除淋巴球包括侵蝕、擴張及邏輯處理，目的是要取得去除淋巴球后的細胞
影像；圖像分割分析包括基于閾值的分割、細胞組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學的圖像處理，以及邊緣檢測；所述基于閾值的分割為將細胞輪廓切割出來；所述細胞組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學的圖像處理為輪廓追蹤、腐蝕、膨脹；所述邊緣檢測，由于細胞和細胞之間相鄰過于緊密，將這些噪聲去除，以免影響后續(xù)細胞特征值的提??；重疊細胞重構(gòu)為，由于細胞間的相互連接，相鄰邊界緊密重疊，分割易造成偽邊界和偽輪廓，致使細胞發(fā)生信息提取產(chǎn)生誤差，必須要將這些因素消除。細胞特征提取方法采用細胞核質(zhì)比方法或色度學方法；所述細胞核質(zhì)比方法為，通過逐步選擇連通區(qū)域面積的閾值，利用brareaopen函數(shù)除去小面積輪廓；清晰地展現(xiàn)細胞核和細胞質(zhì)的輪廓區(qū)別；計算細胞核與細胞質(zhì)面積比；正常細胞的細胞核和細胞質(zhì)的比例為1 4或1 6;癌細胞的細胞核和細胞質(zhì)的比例為 1 1 ；所述色度學方法為，由于癌細胞核通常比正常細胞核顏色更深，且其彩色分量在彩色空間中具有不同的聚類，利用其色度學特征對可疑癌細胞核進行進一步的分類識別；細胞特征分類和診斷結(jié)果輸出方法為包括BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、支持向量機方法或決策樹方法；所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法為利用三層BP網(wǎng)絡(luò)來診斷癌細胞，根據(jù)癌細胞的臨床特征提取特征參數(shù)，從而采集大量樣本來訓練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，再利用訓練好的網(wǎng)絡(luò)來診斷癌細胞。本發(fā)明所述癌細胞是人的食管癌細胞或肺癌細胞。本發(fā)明將軟X射線顯微成像技術(shù)應(yīng)用于癌細胞圖形識別，利用同步輻射軟X射線顯微成像術(shù)對癌細胞進行掃描，成功獲得癌細胞的軟X射線顯微成像圖，并給出識別步驟和實驗數(shù)據(jù)，建立利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法；創(chuàng)建一種軟X射線顯微圖像分析方法；為癌癥診斷提供了一種新穎的同步輻射軟X射線病理診斷的方法，為21 世紀創(chuàng)立軟X射線病理學及臨床應(yīng)用提供極具價值的參考依據(jù)。


圖1為食管鱗癌細胞軟X射線顯微成像的原始數(shù)據(jù)。圖2為食管鱗癌細胞軟X射線顯微成像的灰度直方圖。
圖3為食管鱗癌細胞軟X射線顯微成像的原圖像灰度圖。圖4為圖3的對應(yīng)直方圖。圖5為圖3的灰度變換圖。圖6為圖4的直方圖調(diào)整圖。圖7為進行閾值的分割的圖像處理。圖8為細胞形態(tài)學的圖像處理。圖9-1為采用Laplacian算子進行邊緣檢測圖。圖9-2為采用Roberts算子進行邊緣檢測圖。圖9-3為采用Sobel算子進行邊緣檢測圖。圖9-4為采用I^rewit算子進行邊緣檢測圖。圖10為閾值100的切割。圖11為閾值250的切割。
具體實施例方式實施例1利用軟X射線顯微成像進行食管鱗癌細胞圖形識別的方法選6例住院的食管癌患者(其中男4例，女2例)，年齡在51 64歲(平均57. 3 歲)。術(shù)前均做纖維胃鏡檢查，病理證實為食管鱗癌后再行手術(shù)。切除食管鱗癌標本送病理科做常規(guī)組織學、細胞學檢查，發(fā)現(xiàn)食管鱗癌細胞時，在光學顯微鏡下拍攝食管鱗癌細胞放大100倍的光鏡照片。同時又送食管鱗癌細胞標本至同步輻射實驗室應(yīng)用軟X線顯微光束線掃描衍射，顯影在光刻膠上，并拍攝出軟X線顯微成像照片。本實施例使用的儀器設(shè)備為利用中國科技大學國家同步輻射實驗室軟X線顯微成像光束線站；選用軟X射線顯微光束波長范圍為1.0 10. Onm;主要利用“水窗口”波段O. 3 4. 4nm)的軟X射線作為光源的顯微成像技術(shù)。還包括有真空干燥箱，CJ-3A甩膠機(北京半導體設(shè)備廠生產(chǎn))；Olympus微分干涉差顯微鏡(日本)及掃描電鏡KYKY-1000B型(中國科學院科學儀器廠制造)；151II型超薄切片機(西德SEIXY廠制造)。標本制作步驟為第一步將已知的食管鱗癌細胞組織標本放置在德國生產(chǎn)的病理超薄切片機上， 切成超薄切片病理組織細胞標本，超薄切片厚度為2 3nm。第二步把已切好的超薄切片病理組織細胞標本放置在38°C至40°C水槽的水面上，讓標本漂浮在水面迅速均勻展開呈平面。第三步用上海產(chǎn)的電鏡帶把柄銅網(wǎng)撈取已在水槽漂浮展平的超薄切片病理組織細胞標本，然后，再將電鏡銅網(wǎng)放在吸水紙上控盡水分并晾干。分析識別步驟為同步輻射軟X射線癌細胞顯微成像后，首先進行圖像信號調(diào)理， 然后進入圖像信號采集進行數(shù)字采樣，最終將數(shù)字信號以串口或并口的形式送入計算機系統(tǒng)進行處理和智能識別。
同步輻射軟X射線顯微圖像信號是模擬信號；在變換為數(shù)字信號之前必須進行調(diào)理，即放大、緩沖或定標模擬信號，使其適合于后續(xù)信號采集單元輸入。圖像信號采集包括圖像預處理、圖像分割分析、重疊細胞重構(gòu)、細胞特征提取、細胞特征分類和診斷結(jié)果輸出。圖像預處理模塊包括灰度變換、直方圖調(diào)整等；圖像分割模塊包括圖像分割包括基于閾值的分割、細胞組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學的圖像處理以及邊緣檢測等；細胞特征模塊提取采用提取連通區(qū)域的方法；細胞特征識別模塊采用細胞核與細胞質(zhì)面積比判定。Stevens和Lowe歸納出細胞形態(tài)在細胞學上的主要特征為核質(zhì)比、細胞核大小、 細胞核外形的多變異、細胞大小、細胞外形的多變異及細胞核深染，這些在細胞學上的特性為研究的主要依據(jù)。本文以核仁(質(zhì))比為手段，即在一個細胞中，細胞核和細胞質(zhì)所占的比例。正常情況下，細胞核和細胞質(zhì)會有一定的比例為1 4或1 6。若為癌細胞，則細胞核和細胞質(zhì)比值可接近1 1。相對應(yīng)食管鱗癌細胞的特征，探索了一種細胞面積閾值的癌細胞識別方法，研究鑒別正常細胞與癌細胞的方法。食管鱗癌細胞軟X射線顯微成像的原始數(shù)據(jù)及灰度直方圖如圖1和圖2所示，從圖1和圖2可以得到，食管鱗癌細胞的核仁呈圓形，邊界清楚，核密度均勻一致。核仁周圍為細胞染色質(zhì)，呈粗大顆?；虼侄趟鳁l狀。染色質(zhì)分布為橢圓、長方形或不規(guī)則形，邊界清楚。細胞膜邊界清晰，并可見微裂隙。細胞核與細胞膜之間為細胞質(zhì)，密度較均勻，呈細小顆粒狀。圖像預處理包括灰度變換及直方圖調(diào)整等，如圖3、圖4、圖5和圖6所示。圖像分割先進行閾值的分割、細胞形態(tài)學的圖像處理，如圖7和圖8所示。再依次采用四種常用算子Laplacian算子、Roberts算子、Sobel算子和I^rewit算子進行邊緣檢測，如圖9-1、圖9-2、圖9-3和圖9-4所示。細胞特征提取采用提取連通區(qū)域的方法。首先將對應(yīng)理想算子Laplacian算子的圖像挑出，進行連通區(qū)域的面積計算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)連通區(qū)域過多，不利于進行辨識。于是通過逐步選擇連通區(qū)域面積的閾值，利用bwareaopen函數(shù)除去小面積輪廓。最終閾值選取100 和250，分別對應(yīng)圖10和圖11。這樣做的好處是清晰地展現(xiàn)了細胞核和細胞質(zhì)的輪廓區(qū)別。圖10切割的結(jié)果是形成左邊1個細胞核和右邊1個完整細胞，圖11切割的結(jié)果是右邊1個完整細胞。細胞特征識別采用細胞核、質(zhì)面積比判定。圖10對應(yīng)的2個區(qū)域面積經(jīng)過計算，圖11對應(yīng)的1個區(qū)域面積經(jīng)過計算，顯示如下結(jié)果圖10中左邊的細胞核面積為124，右邊的細胞總面積為271(即細胞核和細胞質(zhì)面積之和)。根據(jù)鄰近細胞面積大致相等的原則，將右邊細胞面積271拆分成細胞核面積 1 與細胞質(zhì)面積147之和。由此，得出SfflwZSffljfi質(zhì) 0.8435。根據(jù)Mevens和Lowe的理論，正常細胞的S細胞核/S細胞質(zhì)在1 6 1 4之間，而癌癥細胞的S細胞核/S細胞質(zhì)接近于 1，所以說，該樣本來自疑似癌癥患者。利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法具有優(yōu)越性軟X射線顯微術(shù)分辨率取決于所使用軟X線的波長以及所用的光刻膠材料，同時也受后繼觀察顯微鏡的影響。由于軟X射線透過較厚的生物物質(zhì)，改變波長即可增強圖像襯度。本發(fā)明取波長范圍在2.3 4. 4nm(稱為“水窗口”)的軟X射線，它對水具有“透明” 效應(yīng)。因此，可以在這個波長范圍內(nèi)觀察較厚的含水且無染色的生物樣品，如活體狀態(tài)下的完整細胞及細胞內(nèi)亞顯微結(jié)構(gòu)，而光鏡或電鏡則沒有該功能。本發(fā)明相對應(yīng)食管鱗癌細胞的特征，基于面積閾值的癌細胞識別方法快捷簡單。實施例2利用軟X射線顯微成像進行肺癌細胞圖形識別的方法選擇肺癌患者，男女不限。入選受試者需要詢問病史、體格檢查和實驗室檢查如血常規(guī)、肝腎功能、X線胸部平片、痰找腫瘤細胞、血清腫瘤標志物五項檢查及同時進行軟X射線影像學檢查，并及時記錄和整理。纖維支氣管鏡檢查對選擇肺腫瘤患者術(shù)前均做纖維支氣管鏡檢查，提取肺腫瘤標本，送病理科做常規(guī)組織學、細胞學檢查，最終以病理診斷證實為肺癌，明確病理診斷結(jié)果，及時記錄和整理。將明確的肺癌標本作為研究對象，送中國科技大學國家同步輻射實驗室制作軟χ射線顯微成像標本進行研究。儀器設(shè)備等實驗手段軟X射線顯微成像光束線站(中國科技大學國家同步輻射實驗室)；真空干燥箱，CJ-3A甩膠機(北京半導體設(shè)備廠生產(chǎn))；Olympus微分干涉差顯微鏡(日本)掃描電鏡KYKY-1000B型(中國科學院科學儀器廠制造)；151II型超薄切片機(西德SEIXY廠制造)。軟X射線肺癌顯微圖標本制作第一步將已知的肺癌組織標本放置在德國生產(chǎn)的病理超薄切片機上，將該組織標本切成超薄切片病理組織細胞標本，超薄切片厚度為2 3nm。第二步把已切好的超薄切片肺癌組織細胞標本放置在38°C至40°C水槽的水面上，讓標本漂浮在水面迅速均勻展開呈平面。第三步用上海產(chǎn)的電鏡帶把柄銅網(wǎng)撈取已在水槽漂浮展平的肺癌組織細胞超薄切片標本，然后，再將該電鏡銅網(wǎng)放在吸水紙上控盡水分并晾干。第四步將此電鏡超薄切片標本送病理檢驗部門，置于光學顯微鏡下進行病理學檢查，發(fā)現(xiàn)肺癌細胞后，選擇并固定好肺癌細胞觀察視野，在光學顯微鏡下拍攝肺癌細胞放大100倍的光鏡照片。同時又送肺癌細胞標本至同步輻射實驗站，應(yīng)用同步輻射軟X射線。 顯微光束線掃描，顯影在光刻膠上，再用顯微透射進行觀察并拍攝出軟X射線顯微成像的照片。在進行軟X射線影像學檢查前，要求未接受任何治療，如抗結(jié)核或抗感染或抗腫瘤治療。所有入選受試者均需要病理的組織學、細胞學檢查，以病理診斷結(jié)果為金標準。同步輻射軟X射線肺癌顯微成像后，圖像模擬信號經(jīng)過調(diào)理單元經(jīng)過前置放大、 降噪和定標等處理，進入圖像采集通道進行數(shù)字采樣，最終將數(shù)字信號以串口或并口的形式送入計算機系統(tǒng)進行處理和智能識別。本實施例采用了合肥國家同步輻射實驗室光源(儲存環(huán)能量SOOMev)激發(fā)的光束線U12B，專門用于軟X射線顯微成像研究。同步輻射軟X射線肺癌顯微圖像信號是模擬信號。然而，由于該信號是一定量級的電壓、電流或電阻變化。因此，在變換為數(shù)字信號之前必須進行調(diào)理，即放大、緩沖或定標模擬信號等，使其適合于后續(xù)信號采集單元輸入。簡單地說，圖像信號調(diào)理單元就是將軟 X射線肺癌顯微圖像的模擬信號通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識別的標準信號。同步輻射軟X射線肺癌顯微成像的圖像采集單元將圖像模擬信號變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信號，相當于一個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。而且，圖像要滿足一定速率的抽樣率和控制條件，方可送入計算機進行數(shù)字化處理。同步輻射軟X射線肺癌顯微圖像分析識別由圖像預處理、圖像分割分析、重疊細胞重構(gòu)、細胞特征提取、細胞特征分類(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別等)、診斷結(jié)果輸出組成。同步輻射軟X射線肺癌顯微圖像計算機智能診斷處理部分的優(yōu)點是能對細胞圖像進行自動識別，其準確率能達到或接近病理專家對肺癌細胞的診斷水平。本部分主要研究肺癌診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，其原理就是對細胞圖像進行分割，提取出細胞所在的區(qū)域， 分離與重構(gòu)重疊的細胞。然后對分割出來的獨立細胞進行特征提取，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具， 根據(jù)提取特征進行智能識別，給出客觀的病理診斷。對采集到的原始肺癌彩色圖像，應(yīng)用投影算法將其從三維的RGB色彩空間投影到一維線性的256級灰度空間；再利用雙閾值快速分割方法對灰度圖像作閾值分割，進而得到效果較好的二值圖像。即對數(shù)字化的軟X射線肺癌顯微圖像進行預處理。在圖像預處理基礎(chǔ)上，對二值化圖像進行形態(tài)學濾波，改善切片圖像內(nèi)細胞區(qū)域的幾何形狀。由于形態(tài)濾波可以在一定程度上消除圖像采集及轉(zhuǎn)換過程中可能產(chǎn)生的毛刺及小孔狀噪音。因此，分割細胞區(qū)域的準確性得到了保證。細胞間的相互連接，相鄰邊界緊密重疊，分割易造成偽邊界和偽輪廓，致使細胞發(fā)生信息提取產(chǎn)生誤差，必須要將這些因素消除。使用細胞區(qū)域的鏈碼表示對二值圖像進行邊緣跟蹤計算，得到細胞區(qū)域的一系列幾何形狀和紋理特征，包括細胞區(qū)域的周長、面積、似圓度和矩形度等；然后，利用彩色切片圖像數(shù)據(jù)對細胞區(qū)域的顏色直方圖進行統(tǒng)計分析，獲取其顏色特征。即對分割出來的細胞區(qū)域，利用形態(tài)、密度和質(zhì)地特征進行圖像識別，標識癌細胞區(qū)域。分別以細胞區(qū)域的形態(tài)特征和顏色特征作為單個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，送入集成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行肺癌細胞的分類識別。系統(tǒng)根據(jù)各級神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出進行集成，利用規(guī)則判別或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判別，可以快速精確地判別出肺癌，最終得出診斷結(jié)果。最終系統(tǒng)采用GUI的界面，用軟件平臺實現(xiàn)對生物樣品的分析和識別。比較方便地對軟X射線肺癌顯微圖像進行各種操作，并給出分類等結(jié)論。最后應(yīng)說明的是顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟1)標本制作；2)病理檢查；3)軟X射線成像；4)分析識別。
2.如權(quán)利要求1所述的利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，其特征在于，所述標本制作步驟為第一步將病理組織細胞標本切成超薄切片標本，超薄切片標本厚度為2 3nm ； 第二步將已切好的超薄切片標本放置在38°C 40°C水槽的水面上，使標本漂浮于水面迅速均勻展開呈平面狀；第三步使用電鏡銅網(wǎng)撈取已在水槽漂浮展平的超薄切片標本，然后，再將該電鏡銅網(wǎng)放在吸水紙上控盡水分并晾干。
3.如權(quán)利要求2所述的利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，其特征在于，所述病理檢查步驟為將電鏡銅網(wǎng)超薄切片標本送病理檢驗部門，置于光學顯微鏡下進行病理學檢查，發(fā)現(xiàn)癌細胞后，選擇并固定好觀察視野，在光學顯微鏡下拍攝癌細胞放大 100倍的光鏡照片。
4.如權(quán)利要求3所述的利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，其特征在于，所述軟X射線成像步驟為將電鏡銅網(wǎng)超薄切片標本送至同步輻射實驗站，應(yīng)用同步輻射軟X射線顯微光束線掃描，顯影在光刻膠上，再用顯微透射進行觀察并拍攝出軟X射線顯微成像的圖像。
5.如權(quán)利要求4所述的利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，其特征在于，軟X射線顯微光束波長范圍為1. 0 10. Onm ；軟X射線顯微對生物樣品曝光的水窗材料為氮化硅，做成各種厚度，最薄為20nm厚。
6.如權(quán)利要求5所述的利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，其特征在于，所述分析識別步驟為同步輻射軟X射線癌細胞顯微成像后，首先進行圖像信號調(diào)理， 然后進入圖像信號采集進行數(shù)字采樣，最終將數(shù)字信號以串口或并口的形式送入計算機系統(tǒng)進行處理和智能識別。
7.如權(quán)利要求6所述的利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，其特征在于，同步輻射軟X射線顯微圖像信號是模擬信號；在變換為數(shù)字信號之前必須進行調(diào)理，即放大、緩沖或定標模擬信號，使其適合于后續(xù)信號采集單元輸入。
8.如權(quán)利要求7所述的利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，其特征在于，圖像信號采集包括圖像預處理、圖像分割分析、重疊細胞重構(gòu)、細胞特征提取、細胞特征分類和診斷結(jié)果輸出。
9.如權(quán)利要求7所述的利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，其特征在于，圖像預處理包括灰度變換、直方圖調(diào)整、細胞前置處理、細胞核前置處理及去除淋巴球；所述灰度變換為將細胞影像轉(zhuǎn)為灰度格式，便于后續(xù)的處理工作，利用彩色影像與灰度影像之間的轉(zhuǎn)換公式進行轉(zhuǎn)換；所述直方圖調(diào)整為采用直方圖拉伸或直方圖均衡化方法間接增強對比度； 所述細胞前置處理包括對比調(diào)整、二值化、邊緣檢測；所述去除淋巴球包括侵蝕、擴張及邏輯處理，目的是要取得去除淋巴球后的細胞影像；圖像分割分析包括基于閾值的分割、細胞組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學的圖像處理，以及邊緣檢測；所述基于閾值的分割為將細胞輪廓切割出來； 所述細胞組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學的圖像處理為輪廓追蹤、腐蝕、膨脹； 所述邊緣檢測，由于細胞和細胞之間相鄰過于緊密，將這些噪聲去除，以免影響后續(xù)細胞特征值的提??；重疊細胞重構(gòu)為，由于細胞間的相互連接，相鄰邊界緊密重疊，分割易造成偽邊界和偽輪廓，致使細胞發(fā)生信息提取產(chǎn)生誤差，必須要將這些因素消除。 細胞特征提取方法采用細胞核質(zhì)比方法或色度學方法；所述細胞核質(zhì)比方法為，通過逐步選擇連通區(qū)域面積的閾值，利用bwareaopen函數(shù)除去小面積輪廓；清晰地展現(xiàn)細胞核和細胞質(zhì)的輪廓區(qū)別；計算細胞核與細胞質(zhì)面積比； 正常細胞的細胞核和細胞質(zhì)的比例為1 4或1 6 ；癌細胞的細胞核和細胞質(zhì)的比例為 1:1;所述色度學方法為，由于癌細胞核通常比正常細胞核顏色更深，且其彩色分量在彩色空間中具有不同的聚類，利用其色度學特征對可疑癌細胞核進行進一步的分類識別；細胞特征分類和診斷結(jié)果輸出方法為包括BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、支持向量機方法或決策樹方法；所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法為利用三層BP網(wǎng)絡(luò)來診斷癌細胞，根據(jù)癌細胞的臨床特征提取特征參數(shù)，從而采集大量樣本來訓練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，再利用訓練好的網(wǎng)絡(luò)來診斷癌細胞。
10.如權(quán)利要求1-9之任一所述的利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法， 其特征在于，所述癌細胞為肺癌細胞或食管癌細胞。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法，包括下列步驟1)標本制作；2)病理檢查；3)軟X射線成像；4)分析識別。本發(fā)明將軟X射線顯微成像技術(shù)應(yīng)用于癌細胞圖形識別，利用同步輻射軟X射線顯微成像術(shù)對癌細胞進行掃描，成功獲得癌細胞的軟X射線顯微成像圖，并給出識別步驟和實驗數(shù)據(jù)，建立利用軟X射線顯微成像進行癌細胞圖形識別的方法；創(chuàng)建一種軟X射線顯微圖像分析方法；為癌癥診斷提供了一種新穎的同步輻射軟X射線病理診斷的方法，為21世紀創(chuàng)立軟X射線病理學及臨床應(yīng)用提供極具價值的參考依據(jù)。
文檔編號G01N1/28GK102297873SQ20111011217
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者吳升, 張帆, 王波, 羅毅, 董茂生, 趙永飛, 郝建 申請人:杭州一二八醫(yī)院