本發明專利技術公開了一種在光學顯微注射過程中人類卵母細胞分割實現方法，包括以下步驟：1)根據人類卵母細胞形狀差異性，采用骨架形態學算子提取感興趣目標ROI；2)采用改進的模糊聚類方法，依據局部灰度和局部方差特征對邊界模糊和噪聲的人類卵母細胞進行粗分類；3)在模糊聚類的基礎上設定水平集初始化位置和演化控制參數，實現細胞質、極體和注射針的分割；4)針對細胞質內的部分注射針圖像，采用直接擬合，標記出完整注射針圖像。在ICSI即卵胞漿內單精子顯微注射過程中，用本發明專利技術方法能有效實現人類卵母細胞的細胞質、極體和注射針的分割問題，有助于自動化實現和成功率的提高，并減少對人工操作的高難度要求和依賴。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫學圖像處理及應用
，尤其是指。
技術介紹
細胞顯微注射是生物基因工程中的重要技術手段。本專利技術主要研究在ICSI (IntraCytoplasmic Sperm Injection)即卵胞衆內單精子顯微注射過程中，人類卵細胞的細胞質、極體和注射針的分割問題。從卵母細胞中分割出細胞質和極體，不但能夠幫助專家分析卵母細胞成熟度(如直徑、顆粒度、透明帶的厚度、極體直徑、卵周隙尺寸等)，而且有助于ICSI自動化實現和成功率的提高，并減少對人工操作的高難度要求和依賴。ICSI注射的情景如圖6所示。主要分為卵細胞、注射針和吸附針三個對象。其中，卵細胞周邊模糊區域為放射冠，放射冠內側黑色曲線帶為透明帶，透明帶所包圍的物質為細胞質，細胞質的上方圓形顆粒狀物質為細胞的極體；左側的吸附針用來吸附和固定卵細胞；右邊長細條狀的注射針實現精子的運輸和注射。在ICSI過程中需要確保注射針正確刺入細胞的位置，同時不損害細胞的極體，并判斷是否真正刺穿細胞質。所以，實現上述分割至為重要。經對現有技術的文獻檢索發現，近年來實現細胞顯微注射的自動化是當前的重點研究方向。在實驗裝置的研發上，國內外已有學者展開基礎研究工作Ladjal H等人在論文〈〈Micro-to-Nano biomechanical modeling for assisted biological cellinjection)) (IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2013, (60) 9: 2461-2471)，以及田桂中等人在論文《顯微注射中細胞位姿調節技術及實驗研究》(中國機械工程，2009, 20(4):500-503)中，分別介紹了所搭建的基于光學顯微的注射平臺。而在卵母細胞的選擇方面，Manna等人在論文《Artificial intelligencetechniques for embryo and oocyte classification》 (Reproductive biomedicineonline, 2013, 26(1):42-49)中，使用紋理特征實現對卵母細胞的分類和選擇，為下一步ICSI提高成功率做準備。Basile等人在論文《A texture-based image processingapproach for the description of human oocyte cytoplasm》 (Instrumentation andMeasurement, IEEE Transactions on, 2010, 59 (10):2591-2601)中，通過圖像預處理從細胞質中心開辟出一塊矩形區域，經Har小波變換后提取卵母細胞的多個統計紋理特征，再用FCM(Fuzzy C-Means)聚類實現不同程度顆粒度的卵母細胞分類。Caponetti等人分別在論文((Multiresolution texture analysis for human oocyte cytoplasm description))(Medical Measurements and Applications, 2009.MeMeA2009.1EEE InternationalWorkshop on.1EEE, 2009:150-155)和 論 文《Fuzzy mathematical morphology forbiological image segmentation》(Applied Intelligence.2014:1-11)中，先用模糊數學方法實現分割，并結合紋理特征實現卵母細胞分類。但Basile和Caponetti的預處理均運用Hough變換實現圓形細胞質的預分割，無法應用到細胞形變的情況，并且沒有分割出細胞的極體。BoMak 等人在論文《Elevated active contour with global imageenergy based on electrostatic force)) (Zeszyty Naukowe Politechniki Bialostockiej.1nformatyka, 2010:5-21)中提出了一種基本外部靜電力驅動的全局活動輪廓蛇模型，雖然分割出了細胞質的輪廓，但要手動初始化演化輪廓，且沒有實現細胞極體的分割。對于注射針的運動控制，Zhang等人在論文《Controlled aspiration andpositioning of biological cells in a micropipette)) (IEEE Transactions on BiomedicalEngineering, 2012, 59 (4): 1032-1040)中，基于顯微視覺研究了對注射針移動的閉環控制方法，同時實現注射針內的精子運動的定位和跟蹤。綜上所述，ICSI的各種實驗裝置和卵母細胞的特征分析吸引了學者的關注，但是對于細胞顯微注射過程中卵母細胞的分割和定位問題卻少有研究，而這又是細胞顯微注射自動化關鍵所在。故本文重點研究ICSI過程中細胞質、注射針和卵細胞極體分割。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足與缺陷，提供一種有效、可靠的在光學顯微注射過程中人類卵細胞分割實現方法，能在普通硬件條件下實現人類卵細胞分割。為實現上述目的，本專利技術所提供的技術方案為:，包括以下步驟:I)根據分割目標形狀差異性，采用骨架形態學算子提取感興趣目標ROI ；2)采用改進的模糊聚類方法，依據局部灰度和局部方差特征對邊界模糊和噪聲較大的預處理圖像進行粗分類；3)在模糊聚類的基礎上設定水平集初始化位置和演化控制參數，實現細胞質、極體和注射針的分割；4)針對細胞質內的部分注射針圖像，采用直接擬合，標記出完整注射針圖像。在步驟I)中，結合形態學算子和骨架提取對細胞質圖像進行預分割，其過程為:首先，用OTSU方法得到完整二值圖像，而后做膨脹運算，再經二值骨架化，完整地提取細胞質、卵母細胞的極體和吸附針的輪廓，其輪廓寬度為一個像素，同時將吸附針骨架化為單像素直線，骨架化的圖像只有細胞質是連通的，易于填充和標記；其次，通過區域填充和標記，而后使用規則濾波器，把卵母細胞的細胞質從周邊的對象背景中分開出來；最后，提取出感興趣目標ROI。在步驟2)中，所述改進的模糊聚類方法是加入局部灰度和方差信息，使得當前中心點像素的分類由其近鄰域內的像素的分類標記共同決定，從而實現細胞質、極體和細胞內注射針的粗分類，其過程如下:假設采集到的實際圖像y由真實圖像X和偏置域b組成，且b在局部范圍內是緩慢變化的，圖像I共計有N個像素，則有:y, =xk+bk,/ke{l,2,...,N}(I)那么，對標準的FCM目標代價函數整改如下:本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種在光學顯微注射過程中人類卵細胞分割實現方法，其特征在于，包括以下步驟：1)根據分割目標形狀差異性，采用骨架形態學算子提取感興趣目標ROI；2)采用改進的模糊聚類方法，依據局部灰度和局部方差特征對邊界模糊和噪聲較大的預處理圖像進行粗分類；3)在模糊聚類的基礎上設定水平集初始化位置和演化控制參數，實現細胞質、極體和注射針的分割；4)針對細胞質內的部分注射針圖像，采用直接擬合，標記出完整注射針圖像。
【技術特征摘要】
1.一種在光學顯微注射過程中人類卵細胞分割實現方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)根據分割目標形狀差異性，采用骨架形態學算子提取感興趣目標ROI； 2)采用改進的模糊聚類方法，依據局部灰度和局部方差特征對邊界模糊和噪聲較大的預處理圖像進行粗分類； 3)在模糊聚類的基礎上設定水平集初始化位置和演化控制參數，實現細胞質、極體和注射針的分割； 4)針對細胞質內的部分注射針圖像，采用直接擬合，標記出完整注射針圖像。2.根據權利要求1所述的一種在光學顯微注射過程中人類卵細胞分割實現方法，其特征在于:在步驟I)中，結合形態學算子和骨架提取對細胞質圖像進行預分割，其過程為:首先，用OTSU方法得到完整二值圖像，而后做膨脹運算，再經二值骨架化，完整地提取細胞質、卵母細胞的極體和吸附針的輪廓，其輪廓寬度為一個像素，同時將吸附針骨架化為單像素直線，骨架化的圖像只有細胞質是連通的，易于填充和標記；其次，通過區域填充和標記，而后使用規則濾波器，把卵母細胞的細胞質從周邊的對象背景中分開出來；最后，提取出感興趣目標ROI。3.根據權利要求1所述的一種在光學顯微注射過程中人類卵細胞分割實現方法，其特征在于:在步驟2)中，所述改進的模糊聚類方法是加入局部灰度和方差信息，使得當前中心點像素的分類由其近鄰域內的像素的分類標記共同決定，從而實現細胞質、極體和細胞內注射針的粗分類，其過程如下: 假設采集到的實際圖像I由真實圖像X和偏置域b組成，且b在局...
【專利技術屬性】
技術研發人員：田聯房，秦傳波，杜啟亮，張勤，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44
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