一种基于核密度函数的量化胶质瘤侵袭性的可视化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于核密度函数的量化胶质瘤侵袭性的可视化方法，基于ImageJ软件、R语言平台，使用核密度估计算法建立一套量化胶质母细胞瘤侵袭性方法。本发明专利技术利用R语言ggplot2包和MASS包封装的核密度估计算法和可视化功能来推断细胞核分布的核密度估计图。本发明专利技术可以帮助在科研工作中有效地从病理切片中判断肿瘤的侵袭情况，利用核密度统计每一区域的肿瘤核密度，从可视化图中可以大致判断肿瘤的侵袭趋势，进而从切片中来反映肿瘤侵袭能力的高低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于核密度函数的量化胶质瘤侵袭性的可视化方法


[0001]本专利技术属于生物医学
，涉及一种基于核密度函数的量化胶质瘤侵袭性的可视化方法。

技术介绍

[0002]胶质瘤的临床管理在很大程度上取决于手术和后续放射治疗的有效性。限制这些手术成功的关键问题是缺乏对手术中手术切除肿瘤中切缘的准确判断。而在胶质瘤中,其快速增殖和广泛浸润的生长特性导致肿瘤的侵袭边界较难确定，而切缘的确定极大决定了患者的复发情况，如何最大限度地切除肿瘤组织，同时保留正常组织区是减少术后复发的关键，也是胶质瘤治疗的最大难题。
[0003]对于胶质瘤侵袭性以及肿瘤侵袭边界的定量，目前主要依赖于核磁共振的手段去反映。但是问题是，在高级别胶质瘤周边水肿带上没有磁共振增强信号的，传统上不该列入切除范围，但在(荧光素钠)荧光上发现有荧光反应，切除后送病理检测发现确实有大量肿瘤细胞的浸润。这显示出仅通过核磁上并不能很好得把控侵袭的程度。肿瘤的细胞学边界是研究的热点，一般情况下，细胞学边界远大于影像学边界。胶质瘤的细胞学边界到底距离影像学界多远，虽有探索，目前尚无明确结论。
[0004]对于侵袭前沿区肿瘤边界的确定的金标准需要借助病理学诊断，这也是诊断胶质瘤的金标准。依赖于病理学诊断，病理医师应用病理学知识与方法，对临床的送检标本进行检查，取自机体内生前或死后的病变组织、细胞进行形态学观察分析做出的疾病诊断。结合病理组织切片，才能从细节上去了解侵袭前沿的组织中到底有多少的肿瘤细胞迁移过来，才能知道肿瘤的侵袭程度(侵袭的肿瘤细胞多少)，判断侵袭的浸润深度以侵袭的边界。
[0005]然而，在平时的科研工作中，尤其是面对胶质瘤组织切片，科研工作者感受到一个很重要的难点是怎么从切片中反映胶质母细胞瘤的侵袭状态。由于胶质瘤浸润型生长的特点，侵袭的肿瘤细胞往往是浸润在正常组织中的，和正常组织细胞很难区分。如果没有能够仔细阅片，或者没有丰富的临床病理诊断经验，很难去定义出侵袭区域。并且定义侵袭区域需要我们从更加宏观的视野上去识别，而不是从局部的特征入手。对于科研工作者，找到侵袭区的最简便的方式就是通过细胞核密度来判断，肿瘤区域由于有大量肿瘤细胞的增殖，与侵袭区稀疏的密度形成鲜明的对比，可以通过核密度减少的趋势去判断侵袭大致的方向。而这一方法的难点在于怎么去评价局部区域的细胞核密度特征，传统的方式是通过细胞计数去识别，然后再计算区域的直径。这样的方法姑且不论准确性如果，其密度的大小和拟定的区域的大小密切相关。如果区域选择过大，不能够很好地反映局部组织的密度特征。如果区域选择过小，这会增加更大的人力成本，耗时耗力。这提示科研工作者去建立一种量化切片中细胞核密度的方法用于评价胶质母细胞瘤的侵袭性。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于核密度函数的量化胶质瘤侵袭性的可
视化方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于核密度函数的量化胶质瘤侵袭性的可视化方法，具体步骤如下：
[0009](1)先将胶质瘤组织切片中各个细胞核转换为二值化图像；
[0010](2)然后进行细胞核的核密度估计，得到细胞的核密度信息图；
[0011](3)最后通过可视化结果判断肿瘤的侵袭趋势。
[0012]优选的，步骤(1)的具体方法如下：
[0013](1-1)利用图像采集设备采集胶质瘤组织切片图像，并导入ImageJ软件，安装Fiji插件包；
[0014](1-2)打开图片，运行Macro代码进行批处理，选择颜色阈值，选择Convert to Mask栏得到二值化图像。
[0015]进一步优选的，步骤(1-1)中，所述胶质瘤组织切片图像为HE或免疫荧光图像。
[0016]进一步优选的，步骤(1-2)的具体流程如下：
[0017](1-2-1)运行Fiji，打开HE图像或者共聚焦扫描图像；open("
…
/
…
/
…
")；
[0018](1-2-2)自动选择颜色阈值；setAutoThreshold("Default dark no-reset")；或者手动选择；run("Threshold...")；
[0019](1-2-3)设置颜色区间范围，需要手动调整；因为苏木素染色时间以及染料的新鲜程度会影响细胞核的颜色深浅，所以不同批次间的染色需要调整阈值，以尽可能的选中图片里所有的细胞核；setThreshold(
…
,
…
)；setOption("BlackBackground",true)；
[0020](1-2-4)选中细胞核区域后，将图像变为二值化的图像，即将图片转化为黑白版，转换为黑色前景色和白色背景色的值，以便于后续二值化图像的各种操作；run("Convert to Mask")。
[0021]优选的，步骤(2)的具体方法如下：
[0022](2-1)对二值化图像进行去除杂点以及分水岭法处理，得到细胞核的定位信息；
[0023](2-2)将步骤(2-1)所得细胞核定位信息导入到Rstudio中，下载ggplot2和RColorBrewer包，使用ggplot2的多种基于核密度估计算法的参数来执行作图，得到细胞的核密度信息图。
[0024]进一步优选的，步骤(2-1)中，如果是HE染色的图片，因为苏木素染色深度会影响筛选效果，需要反复调整色彩阈值到一个最佳的值；必要条件下可以分块调整，直到选择到所有的细胞核；如果是荧光的图片，只要利用Photoshop提取蓝色通道的图片即可。
[0025]进一步优选的，步骤(2-1)的流程如下：
[0026](2-1-1)去除杂质，一种中值滤波器，替代像素以其临域3
×
3个像素的平均像素值；run("Despeckle")；
[0027](2-1-2)执行扩张操作，然后腐蚀，以平滑对象并填充空缺；run("Close-")；
[0028](2-1-3)分水岭法分割连接在一起的细胞核；run("Watershed")。
[0029](2-1-4)分析粒子，点击Analyze，Analyze Particles,选中record starts,得到结果XM,YM为质心坐标，File，Save as质心坐标结果至Excel表格。
[0030]优选的，步骤(2-2)中，所述核密度信息图可设置为二维统计直方图或二维核密度直方图，其中，二维统计直方图可设置的可视化类型为方块形或者六方形，二维核密度直方
图可设置的可视化类型为栅格形或者多边形。二维核密度直方图方法参照本例的附图所示，此外，如果想得到简单的二维统计直方图来反映区域的核密度。可将图片区域分割成许多小的正方形格子，格子的多少通过设置bin值来实现，利用ggplot2的geom_bin2d()进行格子中细胞核频数进行统计，并执行可视本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于核密度函数的量化胶质瘤侵袭性的可视化方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)先将胶质瘤组织切片中各个细胞核转换为二值化图像；(2)然后进行细胞核的核密度估计，得到细胞的核密度信息图；(3)最后通过可视化结果判断肿瘤的侵袭趋势。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)的具体方法如下：(1-1)利用图像采集设备采集胶质瘤组织切片图像，并导入ImageJ软件，安装Fiji插件包；(1-2)打开图片，运行Macro代码进行批处理，选择颜色阈值，选择Convert to Mask栏得到二值化图像。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1-1)中，所述胶质瘤组织切片图像为HE或免疫荧光图像。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1-2)的具体流程如下：(1-2-1)运行Fiji，打开HE图像或者共聚焦扫描图像；(1-2-2)自动选择颜色阈值；或者手动选择；(1-2-3)设置颜色区间范围，需要手动调整；因为苏木素染色时间以及染料的新鲜程度会影响细胞核的颜色深浅，所以不同批次间的染色需要调整阈值，以尽可能的选中图片里所有的细胞核；(1-2-4)选中细胞核区域后，将图像变为二值化的图像，即将图片转化为黑白版，转换为黑色前景色和白色背景色的值，以便于后续二值化图像的各种操作。5.根据权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯迪，卞修武，平轶芳，时雨，孔维凯，徐媛媛，钮芹，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军军医大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：