一种基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法，属于图像处理与模式识别的方法，解决了大规模胚胎培养和移植过程中，对胚胎分裂状况自动分析、评估和胚胎选择问题；本发明专利技术包括：(1)胚胎分裂期检测；(2)胚胎中原核个数及其存在时间检测；(3)胚胎分裂过程中，细胞个数检测；(4)胚胎分裂过程中，细胞半径检测；(5)胚胎分裂状况评估及选择。本发明专利技术有效解决了大规模胚胎培养和移植过程中，自动获取胚胎分裂信息，进行自动分析、评估和胚胎选择问题。提出了一种新的胚胎分裂状况检测和评估方法；该方法能消除培养皿和相机相对运动带来的影响，相对传统方法，具有较高的检测精度、稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像数据处理与模式识别方法，具体涉及一种基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法。
技术介绍
随着医学技术的不断发展，试管婴儿技术已走向成熟，也逐渐被人们所接受，在社会上有着巨大的需求，胚胎移植是试管婴儿过程中重要一步。胚胎移植时，为了选择健康发育的胚胎，需要对胚胎的分裂过程进行分析，在大规模胚胎培养和选择过程中，借助图像处理与模式识别方法，对胚胎分裂过程自动分析与评估，将对胚胎移植起着极大的辅助作用。现在胚胎移植时进行胚胎选择方法，主要依靠人工判读和分析，只能对胚胎发育状况进行定性分析，工作量大、效率低、成本高。在胚胎分裂检测过程中，由于胚胎在成像时，受到光照、培养皿的相对运动、细胞运动、成像系统性能等因素的干扰，得到的图像质量较差，与自然图像存在很大差异，传统的变化检测方法如差值法、K-T变换等方法，抗干扰能力差，适用范围小，对胚胎分裂图像均不能有效地检测与分析。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种本专利技术提出一种基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法，解决了胚胎移植时，人工选择工作量大、效率低、成本高的问题，实现了大规模胚胎培养和移植过程中，对胚胎分裂状况自动分析、评估和胚胎选择；其检测结果对胚胎移植起着极大的辅助作用。本专利技术的基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法，步骤为：步骤S1、基于细胞运动信息的胚胎分裂期检测；步骤S2、基于细胞核区域内外的灰度差异特性对胚胎中原核个数及其存在时间检测；步骤S3、胚胎分裂过程中，融合细胞周期信息及细胞边缘信息对细胞个数进行检测；步骤S4、胚胎分裂过程中，基于细胞的几何特性完成细胞半径检测；步骤S5、结合医学先验知识及细胞参数分析，对胚胎分裂的状况正常与否进行评估。本专利技术相对现有技术具有以下优点：基于细胞运动信息对胚胎变化进行检测，提出了一种胚胎分裂期检测方法，通过相邻帧图像像素的对应关系，计算胚胎内部的运动信息，用来衡量胚胎内部的变化程度，进而确定胚胎分裂期。该方法具有抗干扰能力强、检测精度高的优点。基于细胞灰度特性，检测原核个数和细胞个数的方法，利用了原核和细胞本身的灰度特性，并通过检测多帧图像进行投票的方法，作出最终判定，具有可靠性高、稳定性好的优点；采用本专利技术，可以准确检测胚胎分裂期、原核个数以及存在时间、各稳定期细胞个数和半径，并能对胚胎的分裂状况作出综合评估，选择出正常分裂的胚胎。检测过程中，利用了细胞的运动信息和灰度特性，具有较高的准确性、稳定性和可靠性。在检测效率、适用性、识别性能等方面均优于现有的检测方法。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是胚胎分裂期检测流程；图3是原核图像；图4是胚胎细胞图像。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法处理流程图。其基本思想是利用胚胎细胞的运动信息和灰度特性，对胚胎分裂过程中的重要特征和信息进行检测，最后对胚胎的分裂状况进行综合评估，选择出正常分裂的胚胎。从胚胎影像中提取图像序列后，首先利用胚胎细胞的运动信息进行分裂期检测，根据检测得到的分裂期，可以计算出细胞的分裂次数和各稳定期时间，然后利用灰度特性，检测第一个稳定期内原核的个数以及存在时间，其次结合灰度特性和分裂期，检测各稳定期细胞的个数以及半径，最后根据胚胎分裂相关的先验知识，对检测结果进行综合分析，对胚胎的发育状况作出评估，并选择出正常分裂的胚胎。步骤S1胚胎分裂期检测；在胚胎分裂过程中，胚胎在外观上保持不变，胚胎内部随时间发生变化，内部细胞发生局部运动，处于分裂期时，细胞局部运动较为剧烈，处于稳定期时，细胞运动减弱，只存在小范围局部运动；利用胚胎内部细胞在不同时期的运动信息和运行规律，进行分裂期检测。首先利用胚胎外形近似圆形以及与背景存在差异的特点，采用基于形状和局部对比差的显著性方法检测胚胎区域，并从图像中截取胚胎区域图像；然后用当前帧胚胎区域图像对上一帧图像进行匹配，由于培养皿和相机之间存在相对运动，再加上图像采集时，相邻帧时间间隔较大，造成相邻帧图像胚胎位置发生变化，通过匹配来消除胚胎位置发生变化带来的影响；其次利用相邻帧匹配图，在时间域上的变化以及相邻帧之间的相关性，找到胚胎区域上一帧跟当前帧之间存在的
对应关系，计算相邻帧之间的运动信息，用运动信息来衡量细胞内部变化的剧烈程度，最后对图像序列的运动信息进行分析，结合先验知识，判定运动较剧烈的时期为分裂期。胚胎分裂期检测流程如图2所示。步骤S2胚胎中原核个数及其存在时间检测；结合S1中得到的胚胎分裂期信息，只对第一次分裂前的图像进行原核检测，原核具有中心区域像素值较大，边缘区域像素值相对较低的灰度特性，如图3所示，两个圆形区域为原核。利用这一特性，采用环形模板求中心区域和边缘区域的对比度，把对比度较高的区域作为候选区域，然后根据候选区域的面积、均值、方差和距离，去除虚警候选区，得到原核位置及其个数；通过多帧检测，确定原核存在的时间，并通过投票的方式，最终确定原核个数，以提高检测的准确性。步骤S3胚胎分裂过程中，细胞个数检测；胚胎细胞具有形状近似圆形的几何特性和细胞边界比内部较亮的灰度特性，如图4所示。利用这一特性，对胚胎中的细胞用圆进行拟合，对拟合得到的圆的空间分布和半径大小进行统计分析，去除重复拟合或错误拟合的圆，结合S1中得到的胚胎分裂期信息，得到单帧图像中细胞的个数，检测每个稳定期内序列图像的细胞个数，最后通过投票的方式判定每个稳定期内细胞个数。步骤S4胚胎分裂过程中，细胞半径检测；对S3中各个稳定期拟合圆的半径进行分析，先对稳定期内圆的半径进行排序，去除部分较大半径和较小半径值，然后计算余下半径值得均值，即为稳定期内细胞半径。步骤S5胚胎分裂状况评估及选择结合胚胎正常分裂过程中，各时期分裂状态和经验信息，对S1、S2、S3、S4得到的检测结果进行综合分析，并对胚胎的分裂状况评估，选择出分裂正常的胚胎。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法，步骤为：步骤S1、基于细胞运动信息的胚胎分裂期检测；步骤S2、基于细胞核区域内外的灰度差异特性对胚胎中原核个数及其存在时间检测；步骤S3、胚胎分裂过程中，融合细胞周期信息及细胞边缘信息对细胞个数进行检测；步骤S4、胚胎分裂过程中，基于细胞的几何特性完成细胞半径检测；步骤S5、结合医学先验知识及细胞参数分析，对胚胎分裂的状况正常与否进行评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法，步骤为：步骤S1、基于细胞运动信息的胚胎分裂期检测；步骤S2、基于细胞核区域内外的灰度差异特性对胚胎中原核个数及其存在时间检测；步骤S3、胚胎分裂过程中，融合细胞周期信息及细胞边缘信息对细胞个数进行检测；步骤S4、胚胎分裂过程中，基于细胞的几何特性完成细胞半径检测；步骤S5、结合医学先验知识及细胞参数分析，对胚胎分裂的状况正常与否进行评估。2.如权利要求1所述的基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法，其特征在于：所述步骤S1中，利用胚胎外形近似圆形以及与背景存在差异的特点，采用基于形状和局部对比差的显著性方法检测胚胎区域，并从图像中截取胚胎区域图像；然后用当前帧胚胎区域图像对上一帧图像进行匹配，通过匹配来消除培养皿和相机相对运动带来的影响；然后利用相邻帧匹配图，在时间域上的变化以及相邻帧之间的相关性，找到胚胎区域上一帧跟当前帧之间存在的对应关系，计算相邻帧之间的运动信息，用运动信息来衡量细胞内部变化的剧烈程度，最后对图像序列的运动信息进行分析，结合先验知识，判定运动较剧烈的时期为分裂期。3.如权利要求1或2所述的基于细胞运动信息和灰度特性的胚胎分裂检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，结合S1中得到的胚胎分裂期信息，只对第一次分裂前的图像进行原核检测，利用原核区域中心区域像素值较大，...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦浩，明德烈，潘治鸿，孙骁，田金文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42