数字全息显微术重构中的自动参考制造技术

用于分析针对血液学应用的数字全息显微术（DHM）数据的计算机实现的方法包括接收使用数字全息显微术系统所采集的DHM图像。所述DHM图像包括一个或多个细胞对象和背景的描绘。基于DHM图像生成参考图像。此参考图像然后可以用来将DHM图像中的条纹图案重构到光学深度图中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字全息显微术重构中的自动参考相关申请的交叉引用本申请要求2015年9月22日提交的美国临时申请序号62/221,764的权益，其整体地通过引用并入本文。
本公开总体涉及与数字全息显微术（DHM）重构中的自动参考的使用有关的方法、系统和装置。本文描述的技术可以例如应用在测量血细胞的平均细胞容积（MCV）以及其它基于细胞的诊断技术中。
技术介绍
还被称为干涉相位显微术的数字全息显微术（DHM）是提供定量地追踪透明样品中的亚纳米光学厚度改变的能力的成像技术。与其中仅捕获关于样品的强度（幅度）信息的传统数字显微术不同，DHM捕获相位和强度两者。作为全息图而捕获的相位信息可以用于使用计算机算法来重构关于样品的扩展的形态信息（诸如深度和表面特性）。现代DHM实现提供了若干附加益处，诸如快速扫描/数字采集速度、低噪声、高分辨率以及用于无标记样本采集的潜在性。离轴DHM系统创建全息图，其中由于对象与参考射束之间的小角度而存在整个视场之上的调制正弦条纹图案，换言之，撞击传感器表面的平面波在传感器处的位置处相消地和相长地干涉，并且因而形成正弦图案。此外，如在图1A中所描绘的，在具体建立（setup）中，使用光学傅里叶平面（或者傅里叶平面的共轭平面）的位置处的针孔而从对象射束创建参考射束，以抹去对象空间签名，并且提供用于创建干涉或全息图像的均匀平面波。图1B示出了在视平面中的任何对象缺失的情况下获得的样本参考条纹图像（顶部）以及在细胞处于视场中的情况下获得的样本对象图像（底部）。如图1B中所示，重构牵涉到离轴建立的调制频率周围的波数的基于傅里叶变换的隔离，以及找到对象和参考图像两者的对应波中的不同的相位。将存在针对以下情况所牵涉的解开步骤（unwrappingstep），其中光学深度差异引起比pi更大的绝对相位值。图1B中的参考图像通常在实验之前拍摄，或者在没有视场和一致的背景中的对象的条件下始终更新。
技术实现思路
本专利技术的实施例通过提供涉及数字全息显微术（DHM）重构中的自动参考的方法、系统和装置来解决和克服以上缺点和缺陷中的一个或多个。简要地，本文描述的技术从单个对象图像或者图像的时间系列来提取参考图像。提取来自对象图像的其中条纹图案被扰乱的区域，并且利用从图像的其它部分存在的图案来替换那些区域。根据一些实施例，用于分析针对血液学应用的数字全息显微术（DHM）数据的计算机实现的方法包括接收使用数字全息显微术系统而采集的DHM图像。DHM图像包括一个或多个细胞对象和背景的描绘。基于DHM图像而生成参考图像。此参考图像然后可以用于将DHM图像中的条纹图案重构到光学深度图中。各种技术可以用于生成参考图像。例如，在一些实施例中，检测DHM图像中存在细胞对象的一个或多个区域，并且从DHM图像分割这些区域。利用来自背景的非扰乱条纹图案来填充DHM图像的所述区域以产生参考图像，例如，使用基于包括在DHM图像中的结构和纹理信息的图像修补方法（例如，基于水平集的方法）或者经压缩的感测方法。在一些实施例中，可以使用基于学习的方法来自动地检测所述区域。每一个区域可以例如包括完全围绕每一个细胞对象的框。在一些实施例中，使用字典学习方法来在DHM图像的所述区域中进行填充。例如，可以学习捕获背景中的可变性的像斑（imagepatches）的字典。DHM成像然后可以使用该字典来重新投射以在所述区域中进行填充。在一些实施例中，使用稀疏编码来生成像斑的字典。根据本专利技术的另一方面，用于分析针对血液学应用的DHM数据的第二个计算机实现的方法包括接收使用DHM系统而采集的DHM图像。DHM图像然后用于生成参考图像，所述参考图像仅包括来自DHM图像的背景的贡献。例如，在一个实施例中，应用滤波算法来基于DHM图像动态地估计参考图像。一旦生成，就使用参考图像来将DHM图像中的条纹图案重构到光学深度图中。然后可以生成一个或多个可视化。例如，在一个实施例中，使用DHM图像和条纹图案来生成一个或多个无条纹的经重构的相位图像的实时可视化。在另一实施例中，使用DHM图像和条纹图案的细胞表面的3D可视化。在前述第二个方法的一些实施例中，通过向DHM图像和预定数目的之前所接收的DHM图像应用滤波器来更新之前生成的参考图像，以产生新的参考图像。此滤波器可以例如包括移动平均滤波器、高斯滤波器或者中值滤波器。在生成新的参考图像中使用的之前所接收的DHM图像的数目可以由用户选择，或者可以使用预设的值。附加地，可以向第二个方法添加特征以用于分析以上讨论的DHM数据。例如，在一些实施例中，滤波算法的应用包括针对跨DHM图像的每一个像素区域计算强度统计，并且从那些统计选择对应于背景的稳定分布值。在其它实施例中，通过利用所述一个或多个滤波算法修改无对象的原始参考图像来动态地估计参考图像，以反映发生在DHM图像中的成像条件的改变。在一个实施例中，通过利用微流体或点控制单元从一个患者血液样本切换到另一个而触发参考图像的估计。根据其它实施例，用于分析针对血液学应用的DHM数据的系统包括DHM系统、一个或多个处理器、以及与处理器可操作通信的非暂时性、计算机可读存储介质。DHM系统配置成采集DHM图像，其中每一个DHM图像包括一个或多个细胞对象和背景的描绘。计算机可读存储介质包括一个或多个编程指令，所述一个或多个编程指令在执行时引起处理器应用滤波算法来（i）动态地生成仅包括来自DHM图像的背景的贡献的参考图像；以及（ii）使用参考图像来将DHM图像中的条纹图案重构到光学深度图中。在前述系统中使用的处理器可以包括图形处理单元（GPU）、中央处理单元（CPU）或者GPU和CPU的组合。附加地，由处理器执行的各个操作可以在各种处理器之中划分以优化处理。根据关于附图进行的说明性实施例的以下详细描述，本专利技术的附加特征和优点将变得显而易见。附图说明当结合附图阅读时，根据以下详细描述，最佳地理解本专利技术的前述以及其它方面。出于说明本专利技术的目的，在附图中示出当前优选的实施例，然而，要理解到，本专利技术不限于所公开的具体手段。在附图中包括以下各图：图1A示出了离轴数字全息系统的示例示意图，其中从对象射束来创建参考射束；图1B示出了在视平面（planeofview）中的任何对象缺失的情况下获得的样本参考条纹图像以及在细胞处于视场中的情况下获得的样本对象图像；图2示出了在DHM重构可以在一些实施例中应用时的用于DHM重构的流程图；图3示出了示例的经重构的光学深度图；图4图示了根据一些实施例的使用来自单个对象图像的参考图像的过程DHM重构；图5A示出了使用中值滤波而利用30个对象图像的堆叠大小计算的示例参考图像；图5B示出了使用所计算的参考图像的经重构的对象图像；以及图6图示了本专利技术的实施例可以在其内实现的示例性计算环境。具体实施方式以下公开描述了根据若干实施例的本专利技术，所述若干实施例针对涉及数字全息显微术（DHM）重构中的自动参考的使用的方法、系统和装置。测量血细胞的平均细胞容积（MCV）是重要的诊断技术。尤其是对于使用全息术的自动化检测系统而言，保持用于维护和工作流的努力处于最小值是必要的。因而，为了避免任何漂移效应，可以应用自动参考技术。此类技术尤其适用于使用流细胞（flowcell）的系统。为了避免复杂性，有利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分析针对血液学应用的数字全息显微术（DHM）数据的计算机实现的方法，所述方法包括：接收使用数字全息显微术系统所采集的DHM图像，所述DHM图像包括一个或多个细胞对象和背景的描绘；使用DHM图像生成参考图像；以及使用参考图像来将DHM图像中的条纹图案重构到光学深度图中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.22 US 62/2217641.一种用于分析针对血液学应用的数字全息显微术（DHM）数据的计算机实现的方法，所述方法包括：接收使用数字全息显微术系统所采集的DHM图像，所述DHM图像包括一个或多个细胞对象和背景的描绘；使用DHM图像生成参考图像；以及使用参考图像来将DHM图像中的条纹图案重构到光学深度图中。2.权利要求1所述的方法，其中通过以下来生成参考图像：检测DHM图像中存在细胞对象的一个或多个区域；从DHM图像分割所述一个或多个区域；以及利用来自背景的非扰乱条纹图案在DHM图像的所述一个或多个区域中进行填充以产生参考图像。3.权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个区域使用基于学习的方法自动地检测。4.权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个区域每个包括完全围绕每一个细胞对象的框。5.权利要求2所述的方法，其中使用字典学习方法来在DHM图像的所述一个或多个区域中填充。6.权利要求5所述的方法，其中字典学习方法包括：学习捕获背景中的可变性的像斑的字典；以及使用像斑的字典来重新投射DHM图像以在所述一个或多个区域中填充。7.权利要求6所述的方法，其中使用稀疏编码来生成像斑的字典。8.权利要求2所述的方法，其中使用经压缩的感测方法来在DHM图像的所述一个或多个区域中填充。9.权利要求2所述的方法，其中基于包括在DHM图像中的结构和纹理信息而使用图像修补方法来在DHM图像的所述一个或多个区域中填充。10.一种用于分析针对血液学应用的数字全息显微术（DHM）数据的计算机实现的方法，所述方法包括：接收使用数字全息显微术系统所采集的多个DHM图像，每一个DHM图像包括一个或多个细胞对象和背景的描绘；基于所述多个DHM图像来生成参考图像，所述参考图像仅包括来自所述多个DHM图像的背景的贡献；使用参考图像来将DHM图像中的条纹图案重构到光学深度图中。11.权利要求10所述的方法，其中通过以下来生成参考图像：应用一个或多个滤波算法来动态地估计参考图像。12.权利要求11所述的方法，其中连续地接收所述多个DHM图像，并且通过以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：N艾尔策希里，B乔治斯库，O海登，A卡门，U菲利皮，S拉帕卡，L里希特，A席克，M尤格勒，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE