基于X光图像的生物组织电镜图像校正方法、系统和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于图像处理领域，具体涉及了一种基于X光图像的生物组织电镜图像校正方法、系统和装置，旨在解决生物组织切分时造成的扭曲、褶皱、污染和破损导致序列图像配准困难的问题。本发明专利技术包括：通过X射线显微镜获取X射线图像序列，将所述生物组织切分成生物切片，并基于所述生物切片通过电子显微镜获取电镜图像序列，将X射线图像和电镜图像都分割出胞体质心和血管分叉点，将X射线图像和电镜图像的胞体质心和血管分叉点进行匹配，根据配对成功的匹配点对获取映射关系，根据映射关系矫正电镜图像序列。本发明专利技术可以排除生物切片时带来的扭曲、褶皱、污染和破坏带来的影响，精准地获得纳米分辨率的生物组织的三维结构信息。纳米分辨率的生物组织的三维结构信息。纳米分辨率的生物组织的三维结构信息。

【技术实现步骤摘要】
基于X光图像的生物组织电镜图像校正方法、系统和装置


[0001]本专利技术属于图像处理领域，具体涉及了一种基于X光图像的生物组织电镜图像校正方法、系统和装置。

技术介绍

[0002]基于连续切片和电镜成像的生物组织三维重建技术能够兼顾尺度与分辨率，是生物组织微观结构重建的有效手段。该方法将生物样品使用超薄切片装置切分成30至70纳米厚度的序列切片，放入电子显微镜内对切片进行2至5纳米分辨的高精度成像，最后通过图像配准的方式恢复出生物样品的三维电镜成像结果。该方法的缺点在于，相比较成像平面上的纳米级分辨率，由于切片厚度的限制，在切片方向上存在结构信息丢失。此外，切片扭曲、褶皱、污染和破损进一步破坏了样品的原有结构，导致对序列图像进行配准非常困难。目前，已有的序列切片三维电镜配准方法获得的结果虽然能够在一定程度维持形态上的连续性，但由于生物样品的三维结构变化，采用相似度量所获得的相邻切片间的对应点不一定是其真实的对应点，无法保证配准结果与样品的实际结构间的差异在合理范围之内，这也导致一些学者对基于连续切片和电镜成像的生物组织三维重建结果的精度表示质疑，限制了该方法的进一步推广和应用。
[0003]随着X射线断层成像技术的发展，在高分辨率下无损地观察样品内部的三维形态结构成为可能。该成像方式不仅可以避免对生物样品的破坏，还可以在微米分辨下获得组织内部的三维精细结构，实验室级别的X射线显微镜甚至能够达到亚微米分辨的各向同分辨成像结果，促进了生物组织的三维结构研究。
[0004]目前，在生物组织三维电镜重建领域，X射线断层成像技术多用于对三维电镜成像的样品进行质量筛查，以及用于提升光电关联的效率。这些应用还比较初步，没有完全发挥出X射线三维影像的各项同分辨率、无损成像的技术优势，仅将X射线显微镜作为一种辅助工具，以提升生物组织三维电镜重建的效率。针对生物组织序列切片三维电镜配准结果无法重现样品实际结构这一难题，本专利技术使用X射线断层图像序列作为基准，对序列切片三维电镜的配准结果进行非线性校正，以精准获得纳米分辨的生物组织的三维影像。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即生物组织切分时造成的扭曲、褶皱、污染和破损导致序列图像配准困难的问题，本专利技术提供了一种基于X光图像的生物组织电镜图像校正方法，所述方法包括：步骤S10，将生物组织通过X射线显微镜获取X射线图像序列；步骤S20，将所述生物组织切分成生物切片，并基于所述生物切片通过电子显微镜获取电镜图像序列；步骤S30，基于所述X射线图像序列进行分割获取第一细胞胞体图像序列和第一血管二值化图像序列；
基于所述电镜图像序列进行分割获取第二细胞胞体图像序列和第二血管二值化图像序列；步骤S40，基于所述第一细胞胞体图像序列和第二细胞胞体图像序列计算第一胞体质心集和第二胞体质心集并记录；对第一血管二值化图像序列和第二血管二值化图像序列进行图像细化操作获得第一血管网络骨架图像序列和第二血管网络骨架图像序列；基于所述第一血管网络骨架图像序列和第二血管网络骨架图像序列搜寻第一血管分叉点集和第二血管分叉点集；步骤S50，将所述第一胞体质心集与第二胞体质心集进行点云匹配生成第一匹配点对集，将所述第一血管分叉点集与第二血管分叉点集进行匹配生成第二匹配点对集；步骤S60，基于第一匹配点对集对应的质心三维坐标和第二匹配点对集对应的血管分叉点三维坐标获取匹配点的映射关系，以所述X射线图像序列为标准对所述电镜图像序列进行校正生成校正后三维电镜图像。
[0006]进一步地，步骤S50包括：通过点云匹配方法，若第一胞体质心与第二胞体质心属于同一个细胞胞体质心，将对应的第一胞体质心和第二胞体质心设定为第一匹配点对集；若第一血管分叉点与第二血管分叉点属于同一血管网络分叉点时，将对应的第一血管分叉点与第二血管分叉点设定为第二匹配点对集。
[0007]进一步地，所述映射关系，其计算方法为：步骤B10，基于所述X射线图像序列和电镜图像序列，计算单个像素包含的生物组织物理尺寸之间的比例；步骤B20，基于所述单像素物理尺寸之间的比例，调整所述X射线图像序列中的第一胞体质心坐标和第一血管分叉点坐标；所述映射关系为调整后的第一胞体质心坐标和第一血管分叉点坐标作为第二胞体质心坐标和第二血管分叉点坐标的校正位置。
[0008]进一步地，以所述X射线图像序列为标准对所述电镜图像序列进行校正生成校正后三维电镜图像，其方法为：采用基于控制点的三维图像形变方法，对所述电镜图像序列进行形变，使第二胞体质心坐标和第二血管分叉点坐标处于校正位置，生成校正后三维电镜图像序列，依据校正后电镜图像序列生成校正后的三维电镜图像。
[0009]本专利技术的另一方面，提出了一种基于X光图像的生物组织电镜图像校正系统，所述系统包括：X射线图像序列获取模块、电镜图像获取模块、图像分割模块、关键点坐标获取模块、关键点配对模块和关键点校正模块；所述X射线图像序列获取模块，用于将生物组织通过X射线显微镜获取X射线图像序列；所述电镜图像获取模块，用于将所述生物组织切分成生物切片，并基于所述生物切片通过电子显微镜获取电镜图像序列；所述图像分割模块，用于基于所述X射线图像序列进行分割获取第一细胞胞体图像序列和第一血管二值化图像序列；还用于基于所述电镜图像序列进行分割获取第二细胞胞体图像序列和第二血管二值化图像序列；所述关键点坐标获取模块，用于基于所述第一细胞胞体图像序列和第二细胞胞体图像序列计算第一胞体质心集和第二胞体质心集并记录质心三维坐标；
还用于对第一血管二值化图像序列和第二血管二值化图像序列进行图像细化操作获得第一血管网络骨架图像序列和第二血管网络骨架图像序列；基于所述第一血管网络骨架图像序列和第二血管网络骨架图序列像搜寻第一血管分叉点集和第二血管分叉点集并记录血管分叉点三维坐标；所述关键点配对模块，用于将所述第一胞体质心集与第二胞体质心集进行点云匹配生成第一匹配点对集，将所述第一血管分叉点集与第二血管分叉点集进行匹配生成第二匹配点对集；所述关键点校正模块，用于基于第一匹配点对集对应的质心三维坐标和第二匹配点对集对应的血管分叉点三维坐标获取匹配点的映射关系，以所述X射线图像序列为标准对所述电镜图像序列进行校正生成校正后三维电镜图像。
[0010]进一步地，所述关键点配对模块，用于通过点云匹配方法，若第一胞体质心与第二胞体质心属于同一个细胞胞体质心，将对应的第一胞体质心和第二胞体质心设定为第一匹配点对集；若第一血管分叉点与第二血管分叉点属于同一血管网络分叉点时，将对应的第一血管分叉点与第二血管分叉点设定为第二匹配点对集。
[0011]进一步地，所述关键点校正模块包括映射关系生成单元；所述映射关系生成单元，用于基于所述X射线图像序列和电镜图像序列，计算单个像素包含的生物组织的物理尺寸之间的比例；还用于基于所述单像素物理尺寸之间的比例，调整所述X射线图像序列中的第一胞体质心坐标和第一血管分叉点坐标；所述映射关系为调整后的第一胞体质心坐标和第一血管分叉点坐标作为第二胞体质心坐标和第二血管分叉点坐标的校本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于X光图像的生物组织电镜图像校正方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S10，将生物组织通过X射线显微镜获取X射线图像序列；步骤S20，将所述生物组织切分成生物切片，并基于所述生物切片通过电子显微镜获取电镜图像序列；步骤S30，基于所述X射线图像序列进行分割获取第一细胞胞体图像序列和第一血管二值化图像序列；基于所述电镜图像序列进行分割获取第二细胞胞体图像序列和第二血管二值化图像序列；步骤S40，基于所述第一细胞胞体图像序列和第二细胞胞体图像序列计算第一胞体质心集和第二胞体质心集；对第一血管二值化图像序列和第二血管二值化图像序列进行图像细化操作获得第一血管网络骨架图像序列和第二血管网络骨架图像序列；基于所述第一血管网络骨架图像序列和第二血管网络骨架图像序列搜寻第一血管分叉点集和第二血管分叉点集；步骤S50，将所述第一胞体质心集与第二胞体质心集进行点云匹配生成第一匹配点对集，将所述第一血管分叉点集与第二血管分叉点集进行匹配生成第二匹配点对集；步骤S60，基于第一匹配点对集对应的质心三维坐标和第二匹配点对集对应的血管分叉点三维坐标获取匹配点的映射关系，以所述X射线图像序列为标准对所述电镜图像序列进行校正生成校正后三维电镜图像。2.根据权利要求1所述的基于X光图像的生物组织电镜图像校正方法，其特征在于，步骤S50包括：所述点云匹配方法为，若第一胞体质心与第二胞体质心属于同一个细胞胞体质心，将对应的第一胞体质心和第二胞体质心设定为第一匹配点对集；若第一血管分叉点与第二血管分叉点属于同一血管网络分叉点时，将对应的第一血管分叉点与第二血管分叉点设定为第二匹配点对集。3.根据权利要求1所述的基于X光图像的生物组织电镜图像校正方法，其特征在于，所述映射关系，其计算方法为：步骤B10，基于所述X射线图像序列和电镜图像序列，计算单个像素包含的生物组织的物理尺寸之间的比例；步骤B20，基于所述单个像素包含的生物组织的物理尺寸之间的比例，调整所述X射线图像序列中的第一胞体质心坐标和第一血管分叉点坐标；所述映射关系为调整后的第一胞体质心坐标和第一血管分叉点坐标作为第二胞体质心坐标和第二血管分叉点坐标的校正位置。4.根据权利要求3所述的基于X光图像的生物组织电镜图像校正方法，其特征在于，以所述X射线图像序列为标准对所述电镜图像序列进行校正生成校正后三维电镜图像，其方法为：采用基于控制点的三维图像形变方法，对所述电镜图像序列进行形变，使第二胞体质心坐标和第二血管分叉点坐标处于校正位置，生成校正后三维电镜图像序列，依据校正后电镜图像序列生成校正后的三维电镜图像。5.一种基于X光图像的生物组织电镜图像校正系统，其特征在于，所述系统包括：X射线图像序列获取模块、电镜图像获取模块、图像分割模块、关键点坐标获取模块、关键点配对模块和关键点校正模块；
所述X射线图像序列获取模块，用于将生物组织通过X射线显微镜获取X射线图像序列；所述电镜图像获取模块，用于将所述生物组织切分成生物切片，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，周芳旭，韩华，李琳琳，马宏图，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：