專利名稱：一種顯微生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別系統(tǒng)及其分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯微生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別系統(tǒng)及其分析方法，稱為多媒體顯微生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別分析系統(tǒng)，它將在顯微鏡下對(duì)細(xì)胞的觀察、分析、計(jì)數(shù)用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理方法進(jìn)行識(shí)別分析計(jì)數(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)的顯微鏡下對(duì)細(xì)胞的觀察、分析、計(jì)數(shù)完全靠人眼判斷，通常是一人觀察，然后統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，不僅工作量大，而且很費(fèi)神。分析報(bào)告根據(jù)觀察的化驗(yàn)者記錄而決定，欠客觀性和標(biāo)準(zhǔn)性。長期以來對(duì)生物醫(yī)學(xué)的檢測和疾病的診斷及科學(xué)研究工作帶來了十分滯后的不良影響。
本發(fā)明的目的是研制一種顯微生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別分析系統(tǒng)及其分析方法。
本發(fā)明是顯微生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別系統(tǒng)，由圖像采集和計(jì)算機(jī)兩大部分組成，其具體結(jié)構(gòu)是顯微鏡與攝像機(jī)連接，也可以是照片或底片直接經(jīng)掃描儀掃描，從攝像機(jī)或掃描儀獲得的圖像進(jìn)入連接之后的圖像采集板，圖像采集板一端與顯示器連接，另一端與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)用本發(fā)明的分析方法制成的軟件對(duì)生物醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析處理，其結(jié)果由打印機(jī)輸出。
本發(fā)明的分析方法有單圖細(xì)胞識(shí)別、多圖細(xì)胞識(shí)別、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)換算、細(xì)胞直徑測量和細(xì)胞計(jì)數(shù)。
單圖細(xì)胞識(shí)別是分別計(jì)算所選樣板細(xì)胞的平均紅、綠、藍(lán)三色值和它的象素之和，以此為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原始細(xì)胞圖像進(jìn)行掃描辨認(rèn)、計(jì)數(shù)的方法。
本發(fā)明的方法是通過以下流程實(shí)現(xiàn)的(1)本發(fā)明首先對(duì)原始細(xì)胞圖像進(jìn)行預(yù)處理，即必須先經(jīng)過本底設(shè)置后才能識(shí)別計(jì)數(shù)。本發(fā)明調(diào)用Paint shop pro5.0對(duì)原始細(xì)胞圖像進(jìn)行本底設(shè)置。在本發(fā)明程序中調(diào)用與Paint shop pro5.0相聯(lián)接的菜單或按紐即可。進(jìn)入Paint shoppro5.0界面，將攝取的原始細(xì)胞圖像調(diào)入，在Paint shop pro5.0左側(cè)工具欄中“用顏色覆蓋”工具，并選擇純黑色(RGB(0，0，0))，覆蓋在原始圖像的非細(xì)胞區(qū)域上，形成顏色細(xì)胞區(qū)域和黑色本底區(qū)域，若有雜色區(qū)域，仍用此工具覆蓋。并用“剪切”工具將有用的區(qū)域剪下保存。完成后，關(guān)閉此程序。即完成對(duì)原始細(xì)胞圖像本底設(shè)置。
(2)本發(fā)明然后用鼠標(biāo)以劃框的方式分別在原始細(xì)胞圖上框定并選取樣板細(xì)胞。
(3)本發(fā)明即以黑色與其他顏色的不同，黑色的顏色值為RGB(0，0，0)其他顏色的顏色值則不同及圖像中黑色本底區(qū)域包圍顏色細(xì)胞區(qū)域的事實(shí)結(jié)果，在封閉顏色區(qū)域內(nèi)，通過VB中取圖像象素顏色值Point方法，取出封閉顏色細(xì)胞區(qū)域內(nèi)的象素顏色值(Pixel)，并將Pixel值按以下公式red＝Pixel&Mod 256green＝((Pixel And&HFF00)/256&)Mod256&
blue＝(pixel And&HFF0000)/65536換算成紅(red)、綠(green)、藍(lán)(blue)三色值并分別加和，分別取它們的平均值，并積累封閉顏色細(xì)胞區(qū)域內(nèi)的象素?cái)?shù)，以此為標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞的參數(shù)。
以樣本細(xì)胞的紅、綠、藍(lán)三色顏色值的平均值和全部象素?cái)?shù)作為識(shí)別參數(shù)。對(duì)經(jīng)過本底設(shè)置后的原始細(xì)胞圖進(jìn)行掃描，由于黑色本底與顏色細(xì)胞的顏色值的不同及圖像中黑色本底區(qū)域包圍顏色細(xì)胞區(qū)域的事實(shí)結(jié)果，本分析方法可以分別讀取各封閉細(xì)胞象索的顏色值，轉(zhuǎn)化計(jì)算并取平均值形成各封閉細(xì)胞的平均紅、綠、藍(lán)三色值和全部象素值，當(dāng)某一細(xì)胞的平均紅、綠、藍(lán)三色值和全部象素值與某一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞(樣板細(xì)胞)相近(在規(guī)定的誤差范圍內(nèi))即可認(rèn)為它是這一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞的同類，計(jì)數(shù)器自動(dòng)計(jì)為這一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞加1。以此類推，本分析方法邊掃描邊將所讀取并計(jì)算出的封閉細(xì)胞的平均紅、綠、藍(lán)三色值和全部象素值分別與先前選取的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞(樣板細(xì)胞)進(jìn)行比較，邊計(jì)數(shù)，并把已經(jīng)完成計(jì)數(shù)的封閉細(xì)胞區(qū)域的顏色值替換為黑色(RGB(0，0，0))，以免一個(gè)細(xì)胞被兩次計(jì)數(shù)，影響識(shí)別計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。這樣即可完成對(duì)細(xì)胞的單圖識(shí)別。
多圖細(xì)胞識(shí)別采用與單圖細(xì)胞識(shí)別相同的方法進(jìn)行掃描辨認(rèn)、計(jì)數(shù)，只是一次最多可以有10張經(jīng)本底設(shè)置后的圖像，它是通過以下流程實(shí)現(xiàn)的本方法在調(diào)入圖像前首先要求輸入調(diào)入圖像數(shù)，并要求將所有經(jīng)本底設(shè)置后的圖像的名稱，用鼠標(biāo)拖放至規(guī)定的方框內(nèi)。在視野圖組中會(huì)有相應(yīng)的顯示。
本方法采用與單圖細(xì)胞識(shí)別相同的方法進(jìn)行掃描辨認(rèn)、計(jì)數(shù)，只是按先前調(diào)入的順序，逐一對(duì)經(jīng)本底設(shè)置的圖像進(jìn)行單圖細(xì)胞識(shí)別。并根據(jù)先前輸入調(diào)入的圖像數(shù)字，對(duì)統(tǒng)計(jì)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得出這一批圖像的識(shí)別計(jì)算的結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的換算是通過在標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞圖上標(biāo)識(shí)已知細(xì)胞直徑的方法，繪制一條通過該細(xì)胞直徑的直線，并輸入已知的該細(xì)胞的真實(shí)直徑，形成圖上象素與真實(shí)距離的正比例關(guān)系來實(shí)現(xiàn)，測算出該標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞圖實(shí)際的尺寸，進(jìn)一步計(jì)算出本次實(shí)驗(yàn)中細(xì)胞的數(shù)據(jù)。它是通過以下流程來實(shí)現(xiàn)的本方法在完成多圖細(xì)胞識(shí)別之后，將要求在一起進(jìn)行多圖細(xì)胞識(shí)別的圖像中選擇一幅效果最好，最具有代表性的圖像作為標(biāo)準(zhǔn)圖。
接著，本方法顯示出該幅圖像并帶有交叉十字的鼠標(biāo)，要求在標(biāo)準(zhǔn)圖上選擇效果最好、最典型的紅或白細(xì)胞，用鼠標(biāo)繪制一條通過該細(xì)胞直徑的直線，并輸入已知的該細(xì)胞的真實(shí)直徑，本方法自動(dòng)計(jì)算出繪制出的這條通過該細(xì)胞直徑的直線與真實(shí)直徑的正比例關(guān)系，以此為根據(jù)計(jì)算出該視野所對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積。
本方法自動(dòng)將計(jì)算結(jié)果顯示出來，并要求酌情修改相關(guān)數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)的計(jì)數(shù)板中稀釋液的厚度和實(shí)際的稀釋倍數(shù)填入相應(yīng)的格子中，在臺(tái)后自動(dòng)計(jì)算出結(jié)果，并將統(tǒng)計(jì)處理完成的數(shù)據(jù)在相應(yīng)的表格中顯示出來，并與EXELL97相連，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼XELL中存盤，便于形成報(bào)告調(diào)用。
細(xì)胞直徑測量是在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的換算過程中形成的圖上象素與真實(shí)距離的正比例關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的。它是通過以下流程來實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的換算過程中，形成了圖上象素與真實(shí)距離的正比例關(guān)系。由這一關(guān)系，在細(xì)胞直徑測量圖上繪制出通過待測細(xì)胞直徑的直線，通過這一正比例關(guān)系自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的細(xì)胞的真實(shí)直徑，并將該直線用紅色標(biāo)識(shí)出直徑值。
平面內(nèi)參照細(xì)胞計(jì)數(shù)功能在于不用常規(guī)的計(jì)數(shù)板即可計(jì)數(shù)。細(xì)胞計(jì)數(shù)板上都刻有尺寸大小刻度，加上蓋玻片在其間形成一定體積的空間，計(jì)算單位體積內(nèi)細(xì)胞數(shù)多少，以得知細(xì)胞密度和含量，如前述多圖細(xì)胞識(shí)別項(xiàng)中的方法即是配套這種計(jì)數(shù)裝置而編制的，但較繁瑣，且受實(shí)驗(yàn)條件的限制。平面內(nèi)參照計(jì)數(shù)法只需要普通載玻片涂上細(xì)胞液即可，根據(jù)在已知體積中加入人工配制的已知密度的有色顆粒與待檢細(xì)胞的比例關(guān)系，通過本方法系統(tǒng)計(jì)算而成。它是通過以下流程實(shí)現(xiàn)的本方法要求在實(shí)驗(yàn)制備待測樣品時(shí)，在樣品中加入已知濃度、顆粒特征參數(shù)的具有明顯外觀的標(biāo)準(zhǔn)染色顆粒，混勻后即可進(jìn)行制片觀察。
由于其具有不同于其它細(xì)胞的特殊的特征參數(shù)，在本方法中極易識(shí)別、歸類、計(jì)數(shù)，在單圖細(xì)胞識(shí)別、多圖細(xì)胞識(shí)別中形成濃度標(biāo)準(zhǔn)值。
在單圖細(xì)胞識(shí)別、多圖細(xì)胞識(shí)別中，只需將計(jì)算出的紅、白細(xì)胞的數(shù)字與同時(shí)計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)染色顆粒的數(shù)字進(jìn)行比較，得出的比例值與該染色顆粒的實(shí)際濃度相乘即可既方便，又準(zhǔn)確地計(jì)算出紅、白細(xì)胞的實(shí)際數(shù)字與濃度。
立體細(xì)胞計(jì)數(shù)功能，根據(jù)視野中各種細(xì)胞圖象的分類統(tǒng)計(jì)值與相應(yīng)視野的立體體積之比計(jì)算而得相應(yīng)細(xì)胞的數(shù)量和密度。它是通過以下流程實(shí)現(xiàn)的根據(jù)多圖細(xì)胞識(shí)別中計(jì)算出細(xì)胞圖中距離與實(shí)際距離的正比例關(guān)系，可換算出計(jì)數(shù)板中樣品的長、寬、高，同時(shí)由實(shí)際細(xì)胞稀釋的倍數(shù)，按公式樣品體積＝樣品長×樣品寬×樣品高×稀釋倍數(shù)，可將平面細(xì)胞圖象的面積轉(zhuǎn)化為樣品的體積，再根據(jù)平面細(xì)胞的個(gè)數(shù)換算出此樣品中細(xì)胞個(gè)數(shù)與密度，從而還原出該樣品所代表的個(gè)體中細(xì)胞含量與密度，可以與正常值進(jìn)行比較。分析出該個(gè)體是否正?；蚰睦锎嬖谥鴨栴}。
本發(fā)明的分析方法以軟件形式制作成系統(tǒng)的功能模塊，它由血細(xì)胞標(biāo)本圖象經(jīng)彩色CCD攝像機(jī)或由掃描儀進(jìn)入計(jì)算機(jī)的圖象為對(duì)象來組織的，包括系統(tǒng)管理模塊、圖象處理模塊，細(xì)胞計(jì)數(shù)分析模塊，附加工具模塊等。各模塊可達(dá)到下述功能1.系統(tǒng)管理功能模塊圖象獲取有三種獲取方式，一種是已存在磁盤上的圖象文件，可直接按文件所在的路徑調(diào)入，一種是計(jì)算機(jī)通過CCD實(shí)時(shí)獲取圖象，一種是經(jīng)掃描儀獲取圖象。
圖象預(yù)處理對(duì)所獲取的圖象進(jìn)行剪切、粘貼、復(fù)制等。
圖象保存與圖象登記將圖象按一定的路徑保存在磁盤上，并對(duì)所保存的圖象進(jìn)行登記，登記的內(nèi)容包括圖象標(biāo)題名、實(shí)驗(yàn)人姓名、實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容摘要等，以便以后查詢。
圖象查詢針對(duì)眾多的實(shí)驗(yàn)記錄，本系統(tǒng)設(shè)置了圖象查詢模塊，按其滿足查詢條件中的任一項(xiàng)內(nèi)容即可查出在冊(cè)圖象的相關(guān)記錄。查詢條件為圖象標(biāo)題名、實(shí)驗(yàn)人姓名、實(shí)驗(yàn)日期。
幫助主題本系統(tǒng)對(duì)所涉及到的圖象處理功能提供在線幫助。
圖象打印打印實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)、圖表，可分別打印或以報(bào)告形式打印出來。
2.圖象處理功能模塊該系統(tǒng)是針對(duì)細(xì)胞圖象用本發(fā)明方法而設(shè)計(jì)的專用分析軟件，包括所有的基本圖象處理功能。即可對(duì)圖象進(jìn)行灰階轉(zhuǎn)換、柔化、銳化、擴(kuò)散、反色、霓虹、圖象過濾器、256級(jí)灰階分析、RGB/明暗調(diào)節(jié)、畫面旋轉(zhuǎn)(任意角度)等，本系統(tǒng)還可以與其它常用軟件(如WORD、EXCEL等)交互使用，以使軟件具有更廣泛的應(yīng)用性。
3.細(xì)胞識(shí)別計(jì)數(shù)功能模塊該模塊具有對(duì)圖象進(jìn)行預(yù)處理、樣本修改、單圖識(shí)別計(jì)數(shù)、多圖識(shí)別計(jì)數(shù)、細(xì)胞直徑測量、圖象截取與存盤、打印分析結(jié)果圖、打印報(bào)告、報(bào)告預(yù)覽等功能。
4.附加工具功能模塊該功能模塊能實(shí)現(xiàn)對(duì)圖象局部放大、測定圖象的灰度及坐標(biāo)值、繪制圖形及書寫文本等。
本發(fā)明可以將7-8um大小的紅細(xì)胞放大到10cm以上，放大率達(dá)10000多倍，分辨率達(dá)0.2um，可以直接觀察血液，尿液，精液及各種分泌液的微觀病理形態(tài)，如腫瘤細(xì)胞，炎癥細(xì)胞，各種細(xì)菌，寄生蟲，衣原體，支原體。結(jié)果快速準(zhǔn)確，只需一滴血或分泌物就可用于診斷，且操作簡單易學(xué)。由于可以是大屏幕顯示圖象，免除了長期以來人們觀察顯微鏡的不方便和辛苦，由于可供多人觀看，便于會(huì)議和教學(xué)演示，很適合臨床科研。
本發(fā)明能對(duì)不同血液中各種細(xì)胞進(jìn)行識(shí)別、分類、分析，如細(xì)胞和細(xì)菌等微生物的直徑、幾何形態(tài)、顏色等進(jìn)行測量分析，并能進(jìn)行分類計(jì)數(shù)，最終打印出彩色圖象和分析結(jié)果報(bào)告。研究應(yīng)用表明，該系統(tǒng)定量準(zhǔn)確，分析可靠，速度快，能儲(chǔ)存大量信息，便于檢索和信息處理，對(duì)醫(yī)學(xué)的檢驗(yàn)和診斷都具有重要的應(yīng)用價(jià)值，也可用于非生物的其它各種顯微圖象識(shí)別分析計(jì)數(shù)。由于使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖象信息處理，可對(duì)圖象進(jìn)行計(jì)數(shù)和保存，使以往用玻片保存標(biāo)本成為歷史。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)硬件組成示意圖，圖中1是顯微鏡，2是攝像機(jī)，3是圖象采集板，4是顯示器，5是配有本發(fā)明方法的分析軟件的計(jì)算機(jī)，6是打印機(jī)，7是掃描儀，8是照片或底片。
實(shí)施例用圖象采集卡及相配套的軟件Capture，將細(xì)胞顯微鏡圖攝入PC，形成BMP圖。本發(fā)明將BMP圖調(diào)入后，采用像素讀取分析的方法，對(duì)全圖進(jìn)行掃描。由于掃描前的預(yù)處理已將本底色設(shè)置成黑色(即臨界色)，而細(xì)胞顏色不變，形成了黑色區(qū)域包圍細(xì)胞區(qū)域的圖象。所以，掃描過程中，當(dāng)進(jìn)入黑色區(qū)域時(shí)，程序自動(dòng)不計(jì)數(shù)；當(dāng)進(jìn)入細(xì)胞區(qū)域時(shí)，程序讀取該區(qū)域的像素值，計(jì)算出該區(qū)域的總像素值和R、G、B的平均值。由細(xì)胞在圖象中的這兩個(gè)參數(shù)來確定它的存在。并以此為特征，查找特征類似(可有5％的誤差)的細(xì)胞區(qū)域，并在計(jì)數(shù)器中加1。以上是總像素值和R、G、B的平均值已確定的情況。而對(duì)于總像素值改變的情況，則以R、G、B的平均值作特征進(jìn)行分析。
完成一幅圖象的分析處理后，程序自動(dòng)計(jì)算數(shù)據(jù)，并把相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖表通過Word97存入報(bào)告中，便于打印和編輯。本方法的程序?yàn)榱撕喕褂?，把打印?bào)告的任務(wù)交由Word 97來完成。
權(quán)利要求
1.一種顯微生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別系統(tǒng)，由圖像采集和計(jì)算機(jī)兩大部分組成，其特征是顯微鏡(1)與攝像機(jī)(2)聯(lián)接，然后聯(lián)接圖像采集板(3)，或掃描儀(7)直接與圖象采集板(3)連接，圖像采集板與計(jì)算機(jī)(5)聯(lián)接，計(jì)算機(jī)與顯示器(4)和打印機(jī)(6)聯(lián)接。
2.一種顯微生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別分析方法，由單圖細(xì)胞識(shí)別、多圖細(xì)胞識(shí)別、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的換算、細(xì)胞直徑測量、細(xì)胞計(jì)數(shù)組成，其特征是(1)單圖細(xì)胞識(shí)別是分別計(jì)算根據(jù)樣板細(xì)胞的平均紅、綠、藍(lán)三色值和它的象素之和，以此為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原始細(xì)胞圖像進(jìn)行掃描辨認(rèn)、計(jì)數(shù)即以Paint shoppro5.0對(duì)原始細(xì)胞圖像進(jìn)行本底設(shè)置，選擇純黑色覆蓋在原始圖像的非細(xì)胞區(qū)域；選取樣板細(xì)胞；在封閉顏色細(xì)胞區(qū)域內(nèi)通過VB中取圖像象素顏色值的Point方法，取出封閉顏色細(xì)胞區(qū)域內(nèi)的象素顏色值，按公式加和平均，以此為標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞的參數(shù)；以樣本細(xì)胞的紅、綠、藍(lán)三色的平均值和全部象素作為識(shí)別參數(shù)，對(duì)原始細(xì)胞圖掃描；(2)多圖細(xì)胞識(shí)別多圖細(xì)胞識(shí)別與單圖細(xì)胞識(shí)別相同的方法掃描辨認(rèn)、計(jì)數(shù)，但是一次最多可有10張經(jīng)本底設(shè)置后的圖像；(3)數(shù)據(jù)換算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)換算是通過在標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞圖上識(shí)別已知細(xì)胞直徑的方法，測算出該標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞圖實(shí)際的尺寸，從中計(jì)算出細(xì)胞數(shù)據(jù)；(4)細(xì)胞直徑測量通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的換算過程中形成的圖上象素與真實(shí)距離的正比關(guān)系得到；(5)平面內(nèi)參照細(xì)胞計(jì)數(shù)功能根據(jù)在已知體積中加入人工配置的已知密度的有色顆粒與待測細(xì)胞的比例關(guān)系，計(jì)算而得；(6)立體細(xì)胞計(jì)數(shù)功能根據(jù)視野中各種細(xì)胞圖象的分類統(tǒng)計(jì)值與相應(yīng)視野的立體體積之比計(jì)算而得相應(yīng)細(xì)胞的數(shù)量和密度。
全文摘要
本發(fā)明是一種顯微生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別系統(tǒng)及其分析方法?，F(xiàn)有技術(shù)中的顯微生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別系統(tǒng)通過顯微鏡下人眼對(duì)細(xì)胞的觀察、分析、統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù),不僅工作量大,而且費(fèi)神,欠客觀性和準(zhǔn)確性。本發(fā)明集計(jì)算機(jī)、數(shù)字圖像處理、現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)于一體組成圖像識(shí)別系統(tǒng),并用圖像信息處理方法對(duì)生物醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行識(shí)別測定,統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。將本發(fā)明的分析方法制成專用軟件,本系統(tǒng)即可對(duì)圖像進(jìn)行測定、標(biāo)注、掃描、編輯、打印、檢索。本系統(tǒng)圖文并茂、操作簡便、準(zhǔn)確可靠,是臨床和科研工作理想的圖像分析系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06F17/00GK1277394SQ0011706
公開日2000年12月20日 申請(qǐng)日期2000年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月5日
發(fā)明者徐秀林, 朱乃碩 申請(qǐng)人:徐秀林