本發(fā)明涉及病理分析及診斷，尤其涉及一種病理圖像分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究中，對(duì)病理樣本的快速診斷和鮮活組織細(xì)胞樣本原位長(zhǎng)時(shí)程在線觀測(cè)分析是至關(guān)重要的，然而，現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)現(xiàn)這些需求方面仍存在一定的挑戰(zhàn)。

2、術(shù)中快速病理診斷是指在手術(shù)過(guò)程中快速獲取病理切片的診斷結(jié)果，以輔助外科醫(yī)生做出實(shí)時(shí)手術(shù)方案決策。這對(duì)于確定腫瘤邊界、評(píng)估切除是否徹底等臨床決策至關(guān)重要。目前，術(shù)中快速病理診斷主要依賴于冷凍切片技術(shù)和快速染色技術(shù)。然而，這些方法存在一定的局限性：冷凍切片必須借助昂貴的大型儀器設(shè)備，其制作和染色過(guò)程需要在短時(shí)間內(nèi)完成，操作復(fù)雜，容易產(chǎn)生人為誤差；冷凍切片的制備容易產(chǎn)生冰晶偽影，影響圖像質(zhì)量和診斷的準(zhǔn)確性；病理診斷高度依賴于病理醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，存在主觀性和不一致性。

3、在細(xì)胞生物學(xué)和藥物開發(fā)領(lǐng)域，長(zhǎng)時(shí)間觀察分析活細(xì)胞、組織、類器官的動(dòng)態(tài)行為和藥物作用效果是重要的研究手段。傳統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間活細(xì)胞成像主要依賴于熒光顯微鏡，存在諸多問(wèn)題：首先，是光毒性和光漂白，長(zhǎng)時(shí)間的熒光激發(fā)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的光毒性和熒光信號(hào)的衰減，影響細(xì)胞的生理狀態(tài)和成像的持續(xù)性；其次，標(biāo)記具有局限性，熒光標(biāo)記可能會(huì)改變細(xì)胞的生理狀態(tài)，并且標(biāo)記過(guò)程復(fù)雜，成本高昂；最后，多色成像也具有挑戰(zhàn)，多色熒光成像技術(shù)存在光譜重疊的問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)記物的精確區(qū)分和定量分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提供一種病理圖像分析方法及系統(tǒng)。

2、本發(fā)明提供一種病理圖像分析方法，包括：

3、s1：采集臨床組織樣本，并將所述臨床組織樣本進(jìn)行分散制片，獲得待處理樣本；

4、s2：對(duì)所述待處理樣本進(jìn)行高光譜成像并提取興趣區(qū)域，獲得興趣區(qū)域圖像；

5、s3：基于電磁學(xué)理論及形態(tài)學(xué)理論，分別對(duì)所述興趣區(qū)域圖像進(jìn)行特征提取并融合提取到的特征，獲得融合特征；

6、s4：基于深度學(xué)習(xí)，通過(guò)所述融合特征對(duì)待處理樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得分析結(jié)果。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的一種病理圖像分析方法，步驟s1中的所述待處理樣本包括薄層細(xì)胞樣本、鮮活細(xì)胞樣本、類器官樣本，所述薄層細(xì)胞樣本的獲取步驟進(jìn)一步包括：

8、s11：采集臨床組織樣本，并將所述臨床組織樣本物理碎屑化處理，獲得碎屑化樣本；

9、s12：通過(guò)細(xì)胞篩選，保留所述碎屑化樣本中的單細(xì)胞，獲得單細(xì)胞樣本；

10、s13：對(duì)所述單細(xì)胞樣本進(jìn)行高速離心沉降，獲得單細(xì)胞分散的薄層細(xì)胞樣本。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的一種病理圖像分析方法，步驟s2中，對(duì)所述待處理樣本進(jìn)行高光譜成像后還包括：

12、s21：對(duì)高光譜成像獲得的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)對(duì)齊、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量交換、數(shù)據(jù)歸一化、數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)特征增強(qiáng)及數(shù)據(jù)拼接。

13、根據(jù)本發(fā)明提供的一種病理圖像分析方法，步驟s2中，對(duì)高光譜成像的高光譜圖像進(jìn)行的興趣區(qū)域提取通過(guò)圖像分割模型實(shí)現(xiàn)。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的一種病理圖像分析方法，步驟s3中，基于電磁學(xué)理論對(duì)所述興趣區(qū)域圖像進(jìn)行的特征提取通過(guò)米氏散射理論實(shí)現(xiàn)，基于電磁學(xué)理論提取的電磁學(xué)特征為高光譜圖像中的光譜數(shù)據(jù)包含的粒子特征，所述粒子特征包括粒子尺寸特征及粒子密度分布特征。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種病理圖像分析方法，步驟s3中，基于形態(tài)學(xué)理論提取的所述興趣區(qū)域圖像的形態(tài)學(xué)特征包括興趣區(qū)域的顏色特征、形狀特征、紋理特征、邊緣特征及深度形態(tài)學(xué)特征。

16、根據(jù)本發(fā)明提供的一種病理圖像分析方法，步驟s3中的所述融合特征的表達(dá)式為：

17、

18、其中，zcontact為融合特征，b為電磁學(xué)特征總數(shù)，b為電磁學(xué)特征索引值，xb為第b個(gè)電磁學(xué)特征，kb為第b個(gè)電磁學(xué)特征對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，c為形態(tài)學(xué)特征總數(shù)，c為形態(tài)學(xué)特征索引值，yc為第c個(gè)形態(tài)學(xué)特征，kc為第c個(gè)形態(tài)學(xué)特征對(duì)應(yīng)的權(quán)重值。

19、根據(jù)本發(fā)明提供的一種病理圖像分析方法，步驟s4進(jìn)一步包括：

20、s41：預(yù)置樣本類型及疾病類別；

21、s42：對(duì)所述樣本類型及所述疾病類別進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，獲得分類器；

22、s43：對(duì)所述分類器進(jìn)行調(diào)參激活優(yōu)化，并將所述融合特征輸入激活優(yōu)化后的分類器，獲得分析結(jié)果，以完成病理分析。

23、本發(fā)明還提供一種病理圖像分析系統(tǒng)，包括：

24、樣品制備裝置、高光譜成像裝置和病理圖像分析裝置，所述高光譜成像裝置與所述病理圖像分析裝置通信連接；

25、其中所述樣品制備裝置用于制作臨床組織樣本的待處理樣本，所述高光譜成像裝置用于對(duì)所述待處理樣本進(jìn)行高光譜成像生成所述待處理樣本的高光譜圖像數(shù)據(jù)并傳輸?shù)剿霾±韴D像分析裝置；

26、所述病理圖像分析裝置包括存儲(chǔ)器、處理器和通信接口，所述存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)有可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述病理圖像分析裝置被配置成從通信接口接收從所述高光譜成像裝置傳輸?shù)母吖庾V圖像數(shù)據(jù)并發(fā)送到存儲(chǔ)器儲(chǔ)存，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)以上任一項(xiàng)所述的一種病理圖像分析方法。

27、根據(jù)本發(fā)明提供的一種病理圖像分析系統(tǒng)，所述樣品制備裝置配置為樣本獲取模塊，用于采集臨床組織樣本，使用單細(xì)胞分散制片單元將所述臨床組織樣本進(jìn)行分散制片，獲得薄層細(xì)胞樣本，還用于采集臨床組織樣本，使用組織細(xì)胞類器官芯片、多功能微型培養(yǎng)單元將所述臨床組織樣本進(jìn)行原代細(xì)胞培養(yǎng)或類器官化培養(yǎng)，獲得鮮活細(xì)胞樣本或類器官樣本；所述單細(xì)胞分散制片單元用于制作薄層組織細(xì)胞玻片，所述組織細(xì)胞類器官芯片及所述多功能微型培養(yǎng)單元用于維持鮮活細(xì)胞與類器官的活性，以進(jìn)行類器官細(xì)胞芯片檢測(cè)分析；

28、所述高光譜成像裝置配置為圖像采集處理模塊，用于對(duì)待處理樣本進(jìn)行高光譜成像并提取興趣區(qū)域，獲得興趣區(qū)域圖像；

29、所述高光譜成像裝置包括光源、非球面聚光鏡、分束鏡、物鏡與調(diào)焦控制模塊、管鏡、窄縫光闌與一維運(yùn)動(dòng)控制模塊、準(zhǔn)直鏡、分光元件、成像透鏡、ccd探測(cè)器、二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、微處理控制器，組成入射照明光路和成像檢測(cè)光路兩個(gè)部分，其中的分光元件配置為光柵、棱鏡、空間光調(diào)制器或?yàn)V色片切換；

30、所述病理圖像分析裝置進(jìn)一步包括：

31、特征提取模塊，用于基于電磁學(xué)理論及形態(tài)學(xué)理論，分別對(duì)高光譜圖像進(jìn)行特征提取并融合提取到的特征，獲得融合特征；

32、分析模塊：用于基于深度學(xué)習(xí)，通過(guò)所述融合特征對(duì)待處理樣本進(jìn)行病理分析，獲得分析結(jié)果。

33、本發(fā)明提供的一種病理圖像分析方法及系統(tǒng)，通過(guò)高光譜成像的方法，對(duì)采集的數(shù)據(jù)增加了光譜模態(tài)，所包含的信息量更大，能夠提供更豐富的樣本信息，與使用光譜儀采集視野內(nèi)平均光譜信息相比，增加了樣本的形態(tài)學(xué)信息，且各像素的形態(tài)學(xué)與光譜學(xué)信息一一對(duì)應(yīng)，能對(duì)樣本進(jìn)行更好的組織、單細(xì)胞甚至亞細(xì)胞層面的分析。

34、另外本發(fā)明通過(guò)包含硬件控制、算法調(diào)用和人機(jī)交互的高光譜成像控制系統(tǒng)，用戶只需要設(shè)定樣本類型等必要信息，大大減少了對(duì)操作人員專業(yè)技術(shù)水平的需求；在適用領(lǐng)域方面，本發(fā)明適用于固定組織切片、冷凍組織切片、細(xì)胞學(xué)涂片、活貼壁細(xì)胞、活懸浮細(xì)胞、三維培養(yǎng)細(xì)胞球等多種生物醫(yī)學(xué)樣本，擴(kuò)展使用場(chǎng)景的同時(shí)降低了應(yīng)用成本；其次本發(fā)明可應(yīng)用于各種非標(biāo)記的樣本，減少了染色或熒光標(biāo)記所需試劑成本和時(shí)間成本，大大提高了檢測(cè)效率、降低了技術(shù)操作難度，同時(shí)避免了由于染色和熒光標(biāo)記對(duì)樣本產(chǎn)生的影響以及光毒性和光漂白等問(wèn)題，本發(fā)明也可應(yīng)用于染色或熒光標(biāo)記的樣本，由于高光譜成像可以獲得樣本成像后各個(gè)像素點(diǎn)的連續(xù)光譜信息，不存在使用濾色片等傳統(tǒng)技術(shù)方案時(shí)面臨的光譜通帶重疊的問(wèn)題，可以極大拓展染色或熒光標(biāo)記時(shí)使用的色彩數(shù)目，更高效的同時(shí)獲得更多靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)和功能檢測(cè)信息。

35、本發(fā)明通過(guò)電磁學(xué)-形態(tài)學(xué)雙模智能分析技術(shù)，使用基于光的傳播和散射特性的電磁學(xué)理論對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，相較于目前的黑盒化高光譜數(shù)據(jù)處理方案，具有更高的可靠性和可解釋性，在生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)前沿科研、臨床醫(yī)療、衛(wèi)生防疫、食品安全等領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用前景。

36、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。