一種基于圖像分析的腫瘤細胞DNA含量檢測方法技術

本發明專利技術公開了一種基于圖像分析的腫瘤細胞DNA含量檢測方法。該方法通過安裝在顯微鏡上部攝像頭，對顯微鏡下觀察到的切片圖像采集并傳輸到計算機，通過分析軟件對圖像進行分析測量。流程是：采集刻度尺圖像、進行長度標定；采集背景圖像、測量背景圖像像素點灰度值；采集正常二倍體細胞圖像，對二倍體細胞圖像進行圖像分割，測量二倍體細胞核的灰度值，計算二倍體細胞核的平均光密度值；采集腫瘤細胞圖像，對腫瘤細胞進行圖像分割，測量每個腫瘤細胞核像素點的光密度值，計算每個腫瘤細胞核的DI值和面積；生成DNA直方圖和散點圖，按DI分類統計各類細胞的數量，生成DNA檢測報告。本方法具有成本低、測量快、減少人為判斷誤差、圖片易于保存等優點。

A method for detection of tumor cell DNA content based on image analysis

The invention discloses a method for detecting DNA content of tumor cells based on image analysis. The method is installed on the upper part of the microscope to collect and transmit the slice images observed by the microscope to the computer, and analyze and measure the images through the analysis software. The process is: collecting the scale image and background image acquisition, length calibration; measurement of background image pixel gray value image acquisition; normal diploid cells, the diploid cell image segmentation, gray value measurement of diploid nucleus, calculate the average optical density value of the diploid nucleus; collecting tumor cell image on tumor cells image segmentation, optical density measurements for each tumor cell pixel values, calculated for each tumor cell DI value and the area; generate DNA histograms and scatter plots, according to DI classification statistics the number of cells, generating DNA test report. The method has the advantages of low cost, fast measurement, low artificial judgment error and easy preservation of pictures.

【技術實現步驟摘要】
一種基于圖像分析的腫瘤細胞DNA含量檢測方法
本專利技術涉及生物醫學領域與計算機圖像分析應用領域，具體是一種基于圖像分析的腫瘤細胞DNA含量檢測方法。
技術介紹
近年來，隨著環境污染，食品安全等問題日趨嚴重，我國癌癥發病率呈上升趨勢，據報道，2015年我國約有430萬人被確診癌癥，另外280萬人因癌癥去世。癌癥因其極高的死亡率也成為我國公共健康的主要問題。如何能更早、更準確地發現癌癥病情，對降低癌癥病人的死亡率有重要意義。對癌癥腫瘤的診斷有很多方法，其中DNA的定量分析在幫助發現癌前病變、協助腫瘤早期診斷中有著重要的意義。人體正常細胞均具有比較穩定的DNA二倍體含量。當人體發生癌變或具有惡性潛能的癌前病變時,在其發生、發展過程中可伴隨細胞DNA含量的異常改變,因此DNA的精確測量,可作為診斷癌前病變發展至癌變中的一個有價值的標志,能對癌前病變的性質及發展趨勢作出科學估價,有助于癌變的早期診斷。DNA的定量分析還有助于腫瘤的診斷及預后判斷。DNA非整倍體細胞峰的存在可為腫瘤診斷提供有力的依據。腫瘤細胞DNA倍體分析對病人預后的判斷有重要作用,異倍體腫瘤惡性病變的復發率高、轉移率高、死亡率也高,而二倍體及近二倍體腫瘤的預后則較好。同時,DNA的定量分析在腫瘤療效評估及細胞凋亡和多藥耐藥基因研究中的作用也不可忽略。如流式細胞術可根據化療過程中腫瘤細胞DNA分布直方圖的變化,了解細胞動力學的變化,可根據細胞周期各時相的分布情況,及時選用有效的藥物,設計最佳的治療方案,對腫瘤細胞達到最大的殺傷效果。通過DNA含量分析,結合對細胞體積、光散射及特異性抗原基因測定,還可分析細胞凋亡的情況。檢測DNA含量,有助于對多藥耐藥基因和凋亡抑制基因及凋亡活化基因表達的測定,可為臨床治療效果分析提供依據。DNA含量測定對分析腫瘤的早期診斷、組織學的分級和預后的判斷及治療方案選擇有較大的參考價值。傳統腫瘤細胞DNA含量檢測的方法有定糖法、分光光度法等，由于傳統方法檢測繁瑣，檢測時間較長，不能完成對病人腫瘤細胞的及時診斷。本專利技術根據腫瘤細胞與正常二倍體細胞DNA含量的不同，采用顯微拍照技術，獲取正常二倍體細胞與腫瘤細胞病理切片照片，利用計算機圖像分析技術，測量并比較腫瘤細胞DNA含量與正常二倍體細胞DNA含量的差異，判斷病變細胞是否為腫瘤細胞，該方法不僅方便快捷，而且準確性更高。
技術實現思路
本專利技術的目的是采用先進的圖像分析技術，對細胞的DNA含量進行測定，并根據腫瘤細胞與正常二倍體細胞的差異，判斷所檢測的細胞是否為腫瘤細胞，對腫瘤病變的篩查與早期診斷有重要的作用。本專利技術的基本思路是：由于腫瘤細胞在發生、發展過程中，常常因為DNA含量大量增加而細胞不分裂，形成了DNA非整倍體細胞。DNA的非整倍體性已經是腫瘤的公認特異性標志之一。本專利技術的工作原理是根據腫瘤細胞在顯微鏡下觀察可見癌細胞具有一定的形態異常，如細胞核形態異常、核漿比失調、染色質增多等。基于此，本專利技術通過采集正常二倍體細胞和腫瘤細胞的圖像，通過圖像分析方法，根據腫瘤細胞與正常二倍體細胞細胞核圖像顏色的差異性，通過圖像分析，計算出細胞的DNA指數(DI)，然后根據細胞DI值異常情況，判斷病人細胞的變異情況。本專利技術目的是這樣達到的：本專利技術進行檢測所需的硬件設備包括顯微鏡、攝像頭、計算機和打印機。攝像頭安裝在顯微鏡上部，通過顯微鏡攝像接口與顯微鏡相連，對顯微鏡下觀察到的視野進行圖像采集；攝像頭通過數據連接線連接到計算機的USB端口，將攝像頭觀察到的病理切片圖像傳輸到計算機；打印機通過USB端口和計算機相連。在進行腫瘤細胞DNA含量檢測時，包括長度標定、背景校準、正常二倍體細胞測量、腫瘤細胞測量、DNA報告生成五個步驟：首先將一個核準的透光載玻片刻度尺放到顯微鏡載物臺上，通過攝像頭，將透光載玻片刻度尺圖像拍攝到計算機，按住鼠標左鍵在刻度尺圖像上拖動，分析軟件根據拖動刻度的實際值與拖動的像素點數，計算出當前顯微鏡倍數下所采集圖像每一個像素點的實際值，完成長度標定；然后將病人標本切片放在顯微鏡載物臺上，通過調整顯微鏡視野，使當前視野調整到切片中無細胞的空白位置處，通過調整顯微鏡光亮，使顯微鏡視野的圖像灰度直方圖的峰值位于220～230之間，采集當前視野圖像并保存，完成背景校準操作；隨后，在顯微鏡下選擇具有典型正常二倍體細胞的視野，將病人正常二倍體細胞的圖像采集進計算機，通過圖像分割，將細胞核從背景中分割出來，計算出正常二倍體細胞細胞核的平均光密度值；緊接著移動顯微鏡的X軸與Y軸，選擇多個具有病變細胞的視野，分別采集每個視野的圖像并保存，對每個視野的細胞核進行圖像分割，根據細胞核與背景顏色灰度值差異，將細胞核從背景中分割出來，計算分割出細胞核中每個細胞核的平均光密度值和DNA指數DI，生成DNA直方圖和散點圖；最后，根據檢測的結果，生成DNA檢測報告，形成診斷建議。具體流程是：長度標定、背景校準、正常二倍體細胞測量、腫瘤細胞測量、DNA報告生成五個步驟：首先采集刻度尺圖像、進行長度標定；采集背景圖像、測量背景圖像像素點灰度值；采集正常二倍體細胞圖像，對二倍體細胞圖像進行圖像分割，測量二倍體細胞核的灰度值，計算二倍體細胞核的平均光密度值；采集腫瘤細胞圖像，對腫瘤細胞進行圖像分割，測量每個腫瘤細胞核像素點的光密度值，計算每個腫瘤細胞核的DI值和面積；生成DNA直方圖和散點圖，按DI分類統計各類細胞的數量，生成DNA檢測報告。長度標定的具體步驟是：首先將一個核準的透光載玻片刻度尺放到顯微鏡載物臺上，通過攝像頭，將刻度尺圖像拍攝到計算機，按住鼠標左鍵在刻度尺圖像上拖動，分析軟件根據拖動刻度的實際長度值與拖動的像素點數，計算出當前顯微鏡倍數下所采集圖像每一個像素點的實際長度值，完成長度標定。采集背景圖像、測量背景圖像像素點灰度值的具體步驟為：將病人標本切片放在顯微鏡載物臺上，首先選擇能觀察到細胞的視野，調整顯微鏡焦距，使細胞處于最清晰的位置，然后移動顯微鏡載物臺X軸與Y軸，將顯微鏡視野調整到切片中沒有細胞的空白位置處，通過調整顯微鏡光亮，分析軟件可以獲取當前視野圖像的像素點灰度值，并將圖像灰度值生成灰度直方圖，灰度直方圖的峰值位于220～230之間，然后采集當前視野圖像并保存為背景圖像。采集正常二倍體細胞圖像，對二倍體細胞圖像進行圖像分割，測量二倍體細胞核的灰度值，計算二倍體細胞核的平均光密度值的具體步驟是：在顯微鏡下選擇具有正常二倍體細胞的視野，然后通過攝像頭將病人正常二倍體細胞的圖像采集進計算機，選擇圖像分割，將細胞核從背景中分割出來，然后用鼠標在分割出的圖像中，選擇出正常二倍體細胞，并計算出所有正常二倍體細胞圖像每個像素點的光密度值od_2c(i,j)，計算公式為：其中，grey_2c(i,j)為像素點的灰度值，grey_back(i,j)為背景圖像同一位置的灰度值。計算出每個正常二倍體細胞核像素點的光密度值后，計算其平均光密度值mean_od_2c,計算公式如下：其中N為分割出正常二倍體細胞核所有像素點總數，R為分割出的細胞核區域。所述腫瘤細胞測量中，具體步驟是：采集腫瘤細胞圖像，對腫瘤細胞進行圖像分割，測量每個腫瘤細胞核像素點的光密度值，計算每個腫瘤細胞核的DI值和面積的具體步本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于圖像分析的腫瘤細胞DNA含量檢測方法，其特征在于：本專利技術進行檢測所需的硬件設備包括顯微鏡、攝像頭、計算機和打印機；攝像頭安裝在顯微鏡上部，通過顯微鏡攝像接口與顯微鏡相連，對顯微鏡下觀察到的視野進行圖像采集；攝像頭通過數據連接線連接到計算機的USB端口，將攝像頭觀察到的病理切片圖像傳輸到計算機；打印機通過USB端口和計算機相連；腫瘤細胞DNA含量檢測，包括長度標定、背景校準、正常二倍體細胞測量、腫瘤細胞測量、DNA報告生成五個步驟：首先將一個核準的透光載玻片刻度尺放到顯微鏡載物臺上，通過攝像頭，將透光載玻片刻度尺圖像拍攝到計算機，按住鼠標左鍵在刻度尺圖像上拖動，分析軟件根據拖動刻度的實際長度值與拖動的像素點數，計算出當前顯微鏡倍數下所采集圖像每一個像素點的實際值，完成長度標定；然后將病人標本切片放在顯微鏡載物臺上，通過調整顯微鏡視野，使當前視野調整到切片中無細胞的空白位置處，通過調整顯微鏡光亮，使顯微鏡視野的圖像灰度直方圖的峰值位于220～230之間，采集當前視野圖像并保存，完成背景校準操作；隨后，在顯微鏡下選擇具有典型正常二倍體細胞的視野，將病人正常二倍體細胞的圖像采集進計算機，通過圖像分割，將細胞核從背景中分割出來，計算出正常二倍體細胞細胞核的平均光密度值；緊接著移動顯微鏡的X軸與Y軸，選擇多個具有病變細胞的視野，分別采集每個視野的圖像并保存，對每個視野的細胞核進行圖像分割，根據細胞核與背景顏色灰度值差異，將細胞核從背景中分割出來，計算分割出細胞核中每個細胞核的平均光密度值和DNA指數DI，生成DNA直方圖和散點圖；最后，根據檢測的結果，生成DNA檢測報告，形成診斷建議；具體流程是：長度標定、背景校準、正常二倍體細胞測量、腫瘤細胞測量、DNA報告生成五個步驟：首先采集刻度尺圖像、進行長度標定；采集背景圖像、測量背景圖像像素點灰度值；采集正常二倍體細胞圖像，對二倍體細胞圖像進行圖像分割，測量二倍體細胞核的灰度值，計算二倍體細胞核的平均光密度值；采集腫瘤細胞圖像，對腫瘤細胞進行圖像分割，測量每個腫瘤細胞核像素點的光密度值，計算每個腫瘤細胞核的DI值和面積；生成DNA直方圖和散點圖，按DI?分類統計各類細胞的數量，生成DNA檢測報告。...

【技術特征摘要】
1.一種基于圖像分析的腫瘤細胞DNA含量檢測方法，其特征在于：本發明進行檢測所需的硬件設備包括顯微鏡、攝像頭、計算機和打印機；攝像頭安裝在顯微鏡上部，通過顯微鏡攝像接口與顯微鏡相連，對顯微鏡下觀察到的視野進行圖像采集；攝像頭通過數據連接線連接到計算機的USB端口，將攝像頭觀察到的病理切片圖像傳輸到計算機；打印機通過USB端口和計算機相連；腫瘤細胞DNA含量檢測，包括長度標定、背景校準、正常二倍體細胞測量、腫瘤細胞測量、DNA報告生成五個步驟：首先將一個核準的透光載玻片刻度尺放到顯微鏡載物臺上，通過攝像頭，將透光載玻片刻度尺圖像拍攝到計算機，按住鼠標左鍵在刻度尺圖像上拖動，分析軟件根據拖動刻度的實際長度值與拖動的像素點數，計算出當前顯微鏡倍數下所采集圖像每一個像素點的實際值，完成長度標定；然后將病人標本切片放在顯微鏡載物臺上，通過調整顯微鏡視野，使當前視野調整到切片中無細胞的空白位置處，通過調整顯微鏡光亮，使顯微鏡視野的圖像灰度直方圖的峰值位于220～230之間，采集當前視野圖像并保存，完成背景校準操作；隨后，在顯微鏡下選擇具有典型正常二倍體細胞的視野，將病人正常二倍體細胞的圖像采集進計算機，通過圖像分割，將細胞核從背景中分割出來，計算出正常二倍體細胞細胞核的平均光密度值；緊接著移動顯微鏡的X軸與Y軸，選擇多個具有病變細胞的視野，分別采集每個視野的圖像并保存，對每個視野的細胞核進行圖像分割，根據細胞核與背景顏色灰度值差異，將細胞核從背景中分割出來，計算分割出細胞核中每個細胞核的平均光密度值和DNA指數DI，生成DNA直方圖和散點圖；最后，根據檢測的結果，生成DNA檢測報告，形成診斷建議；具體流程是：長度標定、背景校準、正常二倍體細胞測量、腫瘤細胞測量、DNA報告生成五個步驟：首先采集刻度尺圖像、進行長度標定；采集背景圖像、測量背景圖像像素點灰度值；采集正常二倍體細胞圖像，對二倍體細胞圖像進行圖像分割，測量二倍體細胞核的灰度值，計算二倍體細胞核的平均光密度值；采集腫瘤細胞圖像，對腫瘤細胞進行圖像分割，測量每個腫瘤細胞核像素點的光密度值，計算每個腫瘤細胞核的DI值和面積；生成DNA直方圖和散點圖，按DI分類統計各類細胞的數量，生成DNA檢測報告。2.如權利要求1所述的基于圖像分析的腫瘤細胞DNA含量檢測方法，其特征在于：長度標定的具體步驟是：首先將一個核準的透光載玻片刻度尺放到顯微鏡載物臺上，通過攝像頭，將刻度尺圖像拍攝到計算機，按住鼠標左鍵在刻度尺圖像上拖動，分析軟件根據拖動刻度的實際值與拖動的像素點數，計算出當前顯微鏡倍數下所采集圖像每一個像素點的實際長度值，完成長度標定。3.如權利要求1所述的基于圖像分析的腫瘤細胞DNA含量檢測方法，其特征在于：所述采集背景圖像、測量背景圖像像素點灰度值的具體步驟為：將病人標本切片放在顯微鏡載物臺上，首先選擇能觀察到細胞的視野，調整顯微鏡焦距，使細胞處于最清晰的位置，然后移動顯微鏡載物臺X軸與Y軸，將顯微鏡視野調整到切片中沒有細胞的空白位置處...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱敦國，謝丹，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川,51