组织切片显微图像中的细胞核自动分割及分类识别方法技术

本发明专利技术公开一种组织切片显微图像中的细胞核自动分割及分类识别方法，分割阶段采用了全自动分割，通过小波分解和均值漂移的联合算法来确定感兴趣区域，再通过改进的形态学方法分离粘连细胞进行精准分割。在分类识别阶段，提取细胞核区域的形状特征、颜色特征和纹理特征，再通过增强相差性(ERSD)特征选择算法得到最佳特征子集，最后再由SVM分类器进行分类识别。其效果是：能够实现细胞核区域的精准自动分割，避免了灰尘、光照以及细胞粘连等原因对其分割准确率造成的影响，在分类识别时，通过选择最佳特征子集，在确保分类准确率的前提下，缩短了运行时间，满足了临床应用实时性的要求。

【技术实现步骤摘要】
组织切片显微图像中的细胞核自动分割及分类识别方法
本专利技术涉及医学图像处理技术，具体涉及到一种组织切片显微图像中的细胞核自动分割及分类识别方法。
技术介绍
目前，癌症的病因尚未完全了解。癌症的预防，早期诊断和治疗吸引了越来越多的关注和讨论。病理检查仍然是癌症监测的黄金标准，这是一种将组织切片图像的细胞形态变化作为风险预测指标的方法。但事实上很难通过跟踪细胞变化来确认早期癌变，并且它在很大程度上依赖于医生的经验，这不仅是非常耗时的，而且容易出现人为错误。随着计算机技术的发展，基于特征分析的细胞核自动分割识别方法成为了病理学家检测早期癌变的重要工具。基于特征分析的计算机辅助诊断方法主要分为分割和分类识别两个步骤。在分割阶段，主要的困难在于实现细胞核的精准分割。目前主流的分割方法包括主动轮廓模型，带标记的分水岭方法等。但是由于灰尘、光照和细胞粘连等原因，用单一的分割方法很难实现细胞核的精确分割。在分类识别阶段，首先需要基于分割的细胞核区域提取出各种类型的特征，比如形状特征、纹理特征等。但如果直接将获得的所有特征输入分类器，不仅费时，还可能由于特征之间的冗余性降低分类的准确率。所以，主要的困难在于选出在癌变过程中描述细胞核的结构变化的最佳特征子集。根据在特征选择过程中是否使用分类器，可以将它分为封装式和过滤式。封装式方法通常比较耗时，但分类准确率高。过滤式方式运行时间较短，但分类准确率低。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术首先提供一种组织切片显微图像中的细胞核自动分割方法，该方法在对图像进行预处理后，通过联合小波分解和均值漂移算法来确定感兴趣区域，再通过改进的形态学方法分离粘连细胞实现自动精准分割，具体的技术方案如下：一种组织切片显微图像中的细胞核自动分割方法，其关键在于包括以下步骤：S11：利用顶帽-底帽变换对输入的组织切片显微图像进行图像增强处理；S12：分别利用小波变换和均值漂移算法标记细胞所在区域；S13：利用投票机制选择圆形度满足预设要求的细胞区域；S14：根据细胞面积阈值实现粘连细胞的判断，如果区域内不存在粘连细胞，则作为单个细胞直接得到分割结果；如果区域内存在细胞粘连，则进入S15；S15：通过形态学方法对粘连细胞区域进行细分隔；S16：返回步骤S14循环判断，直至所选区域粘连细胞全部分开。可选地，当单个细胞区域提取出来后，通过计算单个细胞的平均面积作为细胞面积阈值。可选地，步骤S14中将面积大于1.5倍细胞面积阈值的区域视为存在粘连细胞的区域。可选地，步骤S15中通过形态学方法对粘连细胞区域进行细分隔的具体步骤包括：S151：设定初始腐蚀半径为2；S152：对粘连区域进行形态学腐蚀；S153：判断腐蚀后的区域个数是否大于1，如果大于1，则将这些区域重新膨胀作为分割结果；否则，进入S154；S154：将结构元半径增加2，返回步骤S152重新进行腐蚀。在满足细胞核图像自动精准分割的基础上，本专利技术还提出了一种组织切片显微图像中的细胞核分类识别方法，主要包括以下步骤：S21：利用前文所述的分割方法对组织切片显微图像中的细胞核进行自动分割；S22：提取分割后细胞核区域的图像特征，包括形状特征、颜色特征和纹理特征；S23：利用增强相差性特征选择算法对步骤S22中提取的图像特征进行筛选，得到最佳特征子集；S24：将步骤S23所得的最佳特征子集输入SVM分类器中进行分类识别，得到最终分类结果。可选地，所述形状特征包括面积、周长、离心率和圆形度四个特征。可选地，所述颜色特征为不同颜色空间的灰度分量，共有24个分量，分别是直接灰度变换的灰度分量，顶帽底帽增强的灰度分量，小波分量以及RGB颜色空间、HSV颜色空间、HSI颜色空间、YIQ颜色空间、YCrCb颜色空间、XYZ颜色空间、Lab颜色空间的每个通道的灰度分量。可选地，每个灰度分量都统计了平均灰度、标准偏差、平滑度、三阶矩、一致性和熵这六个统计特征，从而构成144个颜色特征。可选地，所述纹理特征包括60个Gabor特征和12个MRF特征。基于上述描述可以理解，本专利技术在分割阶段采用了全自动的分割方法，在对图像进行预处理后，通过联合小波分解和均值漂移算法来确定感兴趣区域，再通过改进的形态学方法分离粘连细胞进行精准分割。在分类识别阶段，提取细胞核区域的形状特征、统计特征、Gabor特征和MRF特征。再通过增强相差性特征选择算法得到最佳特征子集，最后将特征子集输入SVM分类器进行分类识别并得到最终分类结果。本专利技术的显著效果是：本专利技术能够实现细胞核区域的精准自动分割，避免了灰尘、光照以及细胞粘连等原因对其分割准确率造成的影响，在分类识别时，通过多个维度提取图像特征，然后再通过增强相差性特征选择算法得到最佳特征子集进行分类识别，在确保分类准确率的前提下，缩短了运行时间，满足了临床应用实时性的要求。附图说明图1为本专利技术图像分割阶段的方法流程图；图2为本专利技术分类识别阶段的方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。如图1所示，本实施例首先提供一种组织切片显微图像中的细胞核自动分割方法，包括以下步骤：S11：利用顶帽-底帽变换对输入的组织切片显微图像进行图像增强处理；S12：分别利用小波变换和均值漂移算法标记细胞所在区域；S13：利用投票机制选择圆形度满足预设要求的细胞区域；S14：根据细胞面积阈值实现粘连细胞的判断，如果区域内不存在粘连细胞，则作为单个细胞直接得到分割结果；如果区域内存在细胞粘连，则进入S15；S15：通过形态学方法对粘连细胞区域进行细分隔；S16：返回步骤S14循环判断，直至所选区域粘连细胞全部分开。通过图1可以看出，该分割步骤中主要包括联合定位和利用改进的形态学方法处理两个环节，联合定位环节中主要包括步骤S11-S13，首先通过顶帽-底帽变换使得图像中目标和背景之间的对比更加明显，达到图像增强的目的，然后再利用小波变换和均值漂移将细胞所在区域标记出来，最后再利用投票机制选择最佳的细胞区域作为初步分割结果。在利用改进的形态学方法处理的环节中，先进行粘连细胞的判断，当图像中比较分散的单个细胞区域提取出来后，通过计算得到单个细胞的平均面积作为图像的细胞面积阈值。将面积大于1.5倍面积阈值的区域作为待进一步分割的粘连区域。对于粘连细胞，我们对传统的形态学方法进行了改进，利用迭代法针对不同的粘连区域采用不同的结构元大小进行腐蚀再分区域进行膨胀，具体步骤包括：S151：设定初始腐蚀半径为2；S152：对粘连区域进行形态学腐蚀；S153：判断腐蚀后的区域个数是否大于1，如果大于1，则将这些区域重新膨胀作为分割结果；否则，进入S154；S154：将结构元半径增加2，返回步骤S152重新进行腐蚀。当细胞核区域精准分割后，采用图2所示方法进行分类识别，具体包括：S21：利用细胞分割方法对组织切片显微图像中的细胞核进行自动分割；S22：提取分割后细胞核区域的图像特征，包括形状特征、颜色特征和纹理特征；S23：利用增强相差性(ERSD)特征选择算法对步骤S22中提取的图像特征进行筛选，得到最佳特征子集；S24：将步骤S23所得的最佳特征子集输入SVM分类器中进行分类识别，得到最终分类结果。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组织切片显微图像中的细胞核自动分割方法，其特征在于包括以下步骤：S11：利用顶帽‑底帽变换对输入的组织切片显微图像进行图像增强处理；S12：分别利用小波变换和均值漂移算法标记细胞所在区域；S13：利用投票机制选择圆形度满足预设要求的细胞区域；S14：根据细胞面积阈值实现粘连细胞的判断，如果区域内不存在粘连细胞，则作为单个细胞直接得到分割结果；如果区域内存在细胞粘连，则进入S15；S15：通过形态学方法对粘连细胞区域进行细分隔；S16：返回步骤S14循环判断，直至所选区域粘连细胞全部分开。

【技术特征摘要】
1.一种组织切片显微图像中的细胞核自动分割方法，其特征在于包括以下步骤：S11：利用顶帽-底帽变换对输入的组织切片显微图像进行图像增强处理；S12：分别利用小波变换和均值漂移算法标记细胞所在区域；S13：利用投票机制选择圆形度满足预设要求的细胞区域；S14：根据细胞面积阈值实现粘连细胞的判断，如果区域内不存在粘连细胞，则作为单个细胞直接得到分割结果；如果区域内存在细胞粘连，则进入S15；S15：通过形态学方法对粘连细胞区域进行细分隔；S16：返回步骤S14循环判断，直至所选区域粘连细胞全部分开。2.根据权利要求1所述的组织切片显微图像中的细胞核自动分割方法，其特征在于：当单个细胞区域提取出来后，通过计算单个细胞的平均面积作为细胞面积阈值。3.根据权利要求1或2所述的组织切片显微图像中的细胞核自动分割方法，其特征在于：步骤S14中将面积大于1.5倍细胞面积阈值的区域视为存在粘连细胞的区域。4.根据权利要求3所述的组织切片显微图像中的细胞核自动分割方法，其特征在于,步骤S15中通过形态学方法对粘连细胞区域进行细分隔的具体步骤包括：S151：设定初始腐蚀半径为2；S152：对粘连区域进行形态学腐蚀；S153：判断腐蚀后的区域个数是否大于1，如果大于1，则将这些区域重新膨胀作为分割结果；否则，进入S154；S154：将结构元半径增加2，返回步骤S152重新进行腐蚀。5.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王品，宋琪，李勇明，吕珊珊，王嘉欣，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50