图像增强以实现改善的核检测和分割制造技术

本公开的各个方面涉及用于增强明场图像或暗场图像以更好地实现核检测的系统和方法。在一些实施例中，本文所述的系统和方法用于鉴别生物学样品的染色图像中的膜染色生物标志物以及核/细胞质染色生物标志物。在一些实施例中，本文所公开的系统和方法能够实现生物学样品的染色图像中快速准确的核检测，尤其是对于其中所述核显得模糊的生物学样品的原始染色图像。色图像。色图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像增强以实现改善的核检测和分割
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2018年10月15日提交的美国专利申请第62/745,730号的优先权和权益，该美国专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]数位病理学是将整个组织病理或细胞病理载玻片扫描成可在计算机屏幕上解读的数字图像。随后，这些图像由成像算法处理或由病理学家解释。为了检查组织切片(几乎透明)，组织切片由选择性地与细胞组分结合的彩色组织化学染色剂制备。临床医生或计算机辅助诊断(CAD)算法利用彩色增强或染色的细胞结构来识别疾病的形态标记物，并通过相应的疗法进行处理。通过观察测定可实现各种过程，包括诊断疾病、评定对治疗的应答以及开发新的抗病药物。
[0004]免疫组化(IHC)载片染色可以用来识别组织切片细胞中的蛋白质，因此被广泛用于研究不同类型的细胞，如生物组织中的癌细胞和免疫细胞。因此，IHC染色可用于研究了解免疫细胞(如T细胞或B细胞)差异表达的生物标记物在癌组织中的分布和定位，用于免疫应答研究。例如，肿瘤中通常含有免疫细胞的浸润物，这可能会阻止肿瘤的发展或促进肿瘤生长。
[0005]原位杂交(ISH)可用于确定是否存在遗传畸形或例如致癌基因在显微镜下观察时形态上呈恶性的细胞中特异性扩增等情况。原位杂交(ISH)采用标记的与靶基因序列或转录物反义的DNA或RNA探针分子来检测或定位细胞或组织样品内的被靶向的核酸靶基因。通过将固定在载玻片上的细胞或组织样品暴露在标记的核酸探针上完成ISH，所述探针能够与所述细胞或组织样品中给定的靶基因进行特异性杂交。可通过将细胞或组织样品暴露在多个核酸探针上来同时分析多个靶基因，所述核酸探针已经由多个不同的核酸标签标记。利用具有不同发射波长的标记，可在单一步骤中，对单个靶细胞或组织样品执行同时的多色分析。例如，来自Ventana Medical Systems,Inc.的INFORM HER2 Dual ISH DNA探针混合物测定旨在通过计算所述HER2基因与17号染色体的比率来确定HER2基因的状态。使用福尔马林固定的石蜡包埋的人乳腺癌组织标本中的双色发色ISH检测HER2和17号染色体探针。

技术实现思路

[0006]细胞检测是利用IHC测定来定量评估组织病理学图像中的生物标志物表达的重要工作。针对明场图像(例如IHC和H&E)和暗场图像(例如免疫荧光)，文献中报道了许多核检测和分割方法。大多数方法集中于开发用于原始RGB图像或代表核染色的单个通道图像(例如，对于明场IHC，通过颜色解混算法获得的苏木精通道图像；或直接通过免疫荧光多重成像获得的DAPI通道图像)中的核检测/分割的特征提取或机器学习技术。在一些实例中，图像中的核染色剂质量可能不佳或甚至不存在(参见例如图6A和图8A)，从而使核检测具有挑战性。
[0007]本公开的各个方面涉及设计为增强明场图像或暗场图像以更好地实现生物学样品的染色图像内的核检测的系统和方法。在一些实施例中，本文所公开的图像处理系统和方法使现有的细胞检测算法能够应用于更广泛的细胞染色模式，包括那些核染色剂质量不佳的模式。在一些实施例中，应用图像预处理算法来增强细胞边界所界定的结构(例如，由核染色剂划定的自然边界，或由单独的膜/细胞质染色剂界定的边界)，使得所有细胞(无论其原始形态如何)在增强图像(即，应用图像预处理算法后生成的图像)中显示为相似的模式(例如“斑点”)。在一些实施例中，“边界结构”包括由核染色剂划定的自然边界，或由单独的膜染色剂界定的边界。在一些实施例中，利用Frangi滤波器增强细胞核周围的边界结构或连续边缘。在一些实施例中，在检测核之前，通过应用Frangi滤波器所增强的图像可经过进一步处理。例如，可将增强图像与至少第二图像诸如原始输入图像之一组合，以生成细化图像，可以将自动化核检测算法应用于该细化图像。然后，可以针对增强图像运行自动化细胞检测算法，以提供计算速度更快并且更准确的检测结果。本文公开了同时应用于暗场图像和明场图像的方法的实例。
[0008]在本公开的一个方面，提供了一种增强对染色生物学样品的图像内的细胞核的检测的方法，该方法包括：获得一个或多个输入图像通道图像(例如在解混多路复用的明场图像后获得的图像通道图像)，其中每个获得的输入图像通道图像包含对应于膜染色剂(例如淋巴细胞生物标志物膜染色剂)或核染色剂(苏木精)中的一者的信号；通过将适于增强边界结构的滤波器(例如Frangi滤波器)应用于一个或多个获得的输入通道图像中的第一个，增强该一个或多个获得的输入通道图像中的第一个中对应于膜染色剂或核染色剂的信号，以提供第一增强图像；以及检测来源于至少第一增强图像的细化图像内的核(例如，使用自动化核检测算法进行检测)。在一些实施例中，膜染色剂为3,3'
‑
二氨基联苯胺(DAB)，并且核染色剂为苏木精。在一些实施例中，获得的输入通道图像为解混的明场图像。在一些实施例中，获得的输入通道图像为暗场图像。
[0009]在一些实施例中，通过对第一增强图像进行阈值化来生成细化图像。
[0010]在一些实施例中，细化图像通过以下步骤生成：(i)将第一增强图像与至少第二图像进行组合，以提供组合图像；以及(ii)对组合图像进行阈值化。
[0011]在一些实施例中，第二图像为第二增强图像(即，已向其应用Frangi滤波器的第二获得的输入通道图像)。在一些实施例中，第二增强图像来源于一个或多个输入通道图像中的第二个。在一些实施例中，第二增强图像来源于一个或多个输入通道图像中的第一个，并且其中第一增强图像和第二增强图像通过以不同的缩放因子应用Frangi滤波器来生成(例如，将缩放因子2应用于一个图像，并且将缩放因子5应用于另一个图像)。
[0012]在一些实施例中，一个或多个输入通道图像中的第一个和第二个包含膜染色剂。在一些实施例中，膜染色剂选自由肿瘤膜染色剂和淋巴细胞膜染色剂组成的组。在一些实施例中，一个或多个输入通道图像的第一个和第二个中的一者包含核染色剂。
[0013]在一些实施例中，组合图像来源于至少第一增强图像、第二图像和第三图像。在一些实施例中，第二图像或第三图像中的至少一者通过应用Frangi滤波器得以增强。在一些实施例中，第二图像包含膜染色剂，并且其中第三图像包含核染色剂。在一些实施例中，组合图像进一步来源于第四图像。
[0014]在一些实施例中，细化图像为通过组合第一增强图像的逆像与至少第二图像而得
到的组合图像。在一些实施例中，第一增强图像或第二图像中的一者包含核染色剂。在一些实施例中，所述至少第二图像为一个或多个输入通道图像中的第二个。在一些实施例中，一个或多个输入通道图像中的第二个包含核染色剂，并且其中该一个或多个输入通道图像中的第一个包含膜染色剂。
[0015]在本公开的另一方面，提供了一种增强对染色生物学样品的图像内的细胞核的检测的方法，该方法包括：(a)获得一个或多个输入图像通道图像，其中每个获得的输入图像通道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种增强对染色的生物学样品的图像内的细胞核的检测的方法，所述方法包括：(a)获得一个或多个输入图像通道图像，其中每个获得的输入图像通道图像包含对应于膜染色剂或核染色剂中的一者的信号；(b)通过将Frangi滤波器应用于一个或多个获得的输入通道图像中的第一个，增强所述一个或多个获得的输入通道图像中的所述第一个中对应于所述膜染色剂或所述核染色剂的所述信号，以提供第一增强图像；(c)至少基于所述第一增强图像，生成细化图像；以及(d)检测所述生成的细化图像内的核。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过对所述第一增强图像进行阈值化来生成所述细化图像。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述细化图像通过以下步骤生成：(i)将所述第一增强图像与至少第二图像进行组合，以提供组合图像；以及(ii)对所述组合图像进行阈值化。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二图像为所述一个或多个输入通道图像中的第二个。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述一个或多个输入通道图像中的所述第二个不同于所述一个或多个输入通道图像中的所述第一个。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二图像为第二增强图像。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二增强图像来源于所述一个或多个输入通道图像中的第二个。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二增强图像来源于所述一个或多个输入通道图像中的所述第一个，并且其中所述第一增强图像和所述第二增强图像通过以不同的缩放因子应用所述Frangi滤波器来生成。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述一个或多个输入通道图像中的所述第一个和所述第二个包含膜染色剂。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述膜染色剂选自由肿瘤膜染色剂和淋巴细胞膜染色剂组成的组。11.根据权利要求7所述的方法，其中所述一个或多个输入通道图像中的所述第一个和所述第二个中的一者包含核染色剂。12.根据权利要求3所述的方法，其中所述组合图像来源于至少所述第一增强图像、所述第二图像和第三图像。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二图像或所述第三图像中的至少一者通过应用所述Frangi滤波器得以增强。14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二图像包含膜染色剂，并且其中所述第三图像包含核染色剂。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述组合图像进一步来源于第四图像。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述细化图像为通过组合所述第一增强图像的逆像与至少第二图像而得到的组合图像。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一增强图像或所述第二图像中的一者包
含核染色剂。18.根据权利要求16所述的方法，其中所述至少第二图像为所述一个或多个输入通道图像中的第二个。19.根据权利要求17所述的方法，其中所述一个或多个输入通道图像中的所述第二个包含核染色剂，并且其中所述一个或多个输入通道图像中的所述第一个包含膜染色剂。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述膜染色剂为DAB，并且其中所述核染色剂为苏木精。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述获得的输入通道图像为解混的明场图像或暗场图像。22.一种用于增强对染色的生物学样品的图像内的细胞核的检测的系统，所述系统包括：(i)一个或多个处理器，以及(ii)一个或多个存储器，所述一个或多个存储器与...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂垚，
申请(专利权)人：文塔纳医疗系统公司，
类型：发明
国别省市：