调查细胞分割和数控比率分析第三谐波生成虚拟切片显微图像

Geetha .P.K。¹上,Nidhya r²

PG学者、计算机科学和工程、N.G.P.理工学院博士,印度哥印拜陀
助理教授,计算机科学与工程,N.G.P.理工学院博士,印度哥印拜陀

文摘

活组织检查程序需要侵入性组织切除的生活主题确定事件或疾病的严重程度。它是复杂和耗时的过程。三次谐波产生的显微镜是一种新的范例体内非侵入性的虚拟活检组织有能力获取图片没有消除组织。本文的目的是讨论各种虚拟切片显微形态也关于自动细胞分割方法如分水岭变换和收敛指数滤波器,它提供了高精度非侵入性分析的细胞Nuclear-to-cytoplasm比率(数控比例)。数控比例起着至关重要的作用在鉴定或检测疾病的早期症状,如皮肤癌在医学成像分析。

关键字

活检、三次谐波产生的显微镜、细胞分割,分水岭变换,收敛指数滤波器,Nuclear-to-Cytoplasm (NC)比例。

介绍

早期皮肤癌的检测是通过一个名为活检[2]的医疗过程,涉及的组织从生活对象。移除组织处理一个广泛的制备过程包括固定、包埋、切片、染色,在显微镜下对病理学家检查。组织处理期间可能发生的错误,它会导致在准确诊断。它是痛苦的,副作用也可能发生感染和传播的癌细胞。虚拟细胞和组织活检技术光学成像技术提供了微观细节能力良性和恶性病变组织切除。这个体内非侵入性的虚拟切片避免或最小化上述缺点参与虚拟切片过程。它还降低了成本和时间消耗在传统活检程序。

con-focal显微镜等各种非侵入性成像技术[2],双光子荧光显微镜(2 pf),和二次谐波发生(宋惠乔)显微镜已经开发和应用体内人类皮肤诊断。皮肤疾病变化可能发生在深皮肤的真皮层即。,几百微米以下的皮肤表面。上述技术受限于损坏照片,分辨率低,穿透性或低对比度。更高的谐波发生显微镜(作用)[1],它结合了第二次和第三次谐波发生模式基于1230 - 1250纳米,并能提供高渗透、高分辨率和丰富的对比。二次谐波发生(宋惠乔)光几乎消失在200μm的深度和宋惠乔产生的图像也成为焦点,失去250μm清晰度,但仍可见350μm。

给出明确的边界定义THG细胞核和细胞质之间的[1]。Nuclear-to-Cytoplasm[1]率起着至关重要的作用在识别早期皮肤癌等疾病的症状,其比率通常是更大的比正常细胞也在皮肤癌,提供信息的类型和阶段的疾病。已经建立了几个细胞分割算法来描述圆形物体的确切位置,给信息的大小,形状和面积来获得有用的属性。图像阈值[4],[6]是一个细胞的分割方法分割对象的背景;它缺乏适应性为全局阈值。这种方法需要大量的计算,不考虑集群细胞即。,它不能单独的触摸核。基于分水岭分割[4],是一个受欢迎的形态图像分割工具,经常产生oversegmentation由于错误的标记。减少过分割片段合并[6]和marker-controlled[7]使用分水岭变换。片段合并[6],结合了密实度分数和概率密度函数(PDF)分数获得更正确地分割核,但它是敏感核的大小。Marker-controlled分水岭[7],[8],取代该地区最低使用预定义的标记,每个代表的对象,但在执行这个方法的困难之处是标记提取。 Convergence index filter [9]-[10], degree of convergence is based on the distribution of the gradient vector not on their magnitude. It is based on the maximization of the convergence index at each point of the spatial co-ordinates. Some of the convergence index filters are COIN filter, Adaptive Ring filter, IRIS filter, Sliding Band filter (SBF). Support region, is the major difference among these filters. In this paper [1], we discuss about how marker-controlled watershed transform combines with sliding band convergence index filter works for the automatic cell segmentation in vivo virtual biopsy images of human skin.

图像采集背景

几乎所有的部分我们的身体完全被皮肤覆盖,准确诊断皮肤疾病,今天活组织检查是最常见的方法。但是,它是侵入性的,痛苦的病人,也可能导致感染或传播风险患者的生命的癌细胞。它消耗时间修复,嵌入和染色或病理分析。皮肤疾病的早期诊断侵袭性物理活检程序被体内非侵入性的虚拟切片。共焦显微镜[2],双光子荧光显微镜(2 pf),二次谐波发生(宋惠乔)显微镜,更高的谐波发生作用)显微镜,结合第二次和第三次谐波发生(THG)显微镜的非侵入性体内虚拟切片成像技术。

答:共焦和双光子荧光显微镜

获取高分辨率的生物组织图像共焦显微镜法[11]。它有能力从先后获得二维图像获取三维图像重建。它需要一个high-numericalaperture (NA)物镜来获取高分辨率光学切片图像。所以,传统共焦显微镜是巨大的规模和主要用于细胞培养。Hyejun Ra et al .(2007)提出了一个二维微型机电系统(MEMS)扫描仪,使双轴共焦显微镜适合小型化和融入体内的内视镜成像[11]。由于其困难带来有趣的组织接触微观目标共焦成像[12]在上皮组织以外的皮肤是有限的。雷竞技网页版Kung-Bin唱et al。(2002)提出了一种光纤共焦反射显微镜实时人体皮肤成像用于身体的内部器官。共焦显微镜的主要缺点是photo-bleaching,复杂图像采集和分析。Two-Photon-Excited荧光[13],相互作用物质吸收两个光子,然后发出single-fluorescence光子能源和提供更大的穿透深度由于使用长波长激发。TPEF可以受制于低效率的染料或非特定的标签。 Terry B. Huff et al. (2008) proposed a powerful tool, multimodal nonlinear optical (NLO) imaging, which integrates different imaging modalities such as two-photon-excited fluorescence, sum frequency generation and coherent anti-stokes Ramen scattering for imaging different biological structures [13].

b .二次谐波发生显微镜”

在体内虚拟切片二次谐波产生(宋惠乔)显微镜起着至关重要的作用,用于皮肤的真皮胶原纤维的研究[3]。宋惠乔[3]是一个非线性的过程,强烈的光与物质之间的相互作用有关。,it is the process of generating light wave, which is twice the frequency of the original wavelength and the generated SHG intensity depends on the square of the incident light intensity. SHG [14] is a high-resolution nonlinear optical imaging microscopy for cellular membranes and intact tissues and it uses a different contrast mechanism additional to TPEF. SHG [3] signals almost disappeared beyond a depth of 200μm and the images become out of focus and lose sharpness and the signals still detectable even at a range of 350μm. Higher Harmonic Generation (HHG) microscopy [1], which combines the second and third harmonic Generation microscopy and it is used for clinical dermatology studies, skin disease diagnosis, and screening of skin conditions.

c .第三谐波发生显微镜”

拥有Giun et al。(2013)提出了一个自动细胞分割[1]的方法分析nuclear-to-cytoplasm (NC)比率为三次谐波生成虚拟切片图像。三次谐波代(THG)[1]是一个非线性的过程,相关的光与物质之间的相互作用,产生光波与源的频率的三倍。它遵循能量守恒定律和涉及虚拟电子转换。因此,有可能少破坏照片和照片漂白和能量沉积互动很重要。THG[3]信号测量的鸡皮肤,肌肉和脂肪和更强的THG信号被发现在皮肤上。基于此,THG显微镜应用于广泛的领域,如植物叶片细胞的显微成像技术,培养细胞,寿命斑马鱼胚胎和老鼠的皮肤。THG起源于细胞膜,细胞质中细胞器,血红蛋白,弹性纤维和脂质身体和订阅主要由角化细胞的细胞质中,胶原纤维的边界和红细胞宋惠乔提供真皮的胶原纤维。

细胞分割技术

Nuclear-to-Cytoplasm[1]比率分析方法识别早期皮肤癌等疾病的症状,其比率通常在皮肤癌细胞比正常细胞。因此,有几种细胞分割技术,帮助我们衡量数控比例。下面讨论的一些技术。

答:图像阈值的

图像阈值[4],[6]是一个细胞的分割方法分割对象的背景和它不单独接触核。在细胞图像全局阈值最小化不同图像之间的差异是重要的分离碰或重叠核但当地阈值分割提供了最合适的值有更好的适应性。本方et al。(2003)提出了一个两阶段的肿瘤细胞识别策略[4]——[6],在第一阶段使用当地潜在的肿瘤细胞自动自适应阈值分割。这里,全局阈值[4]——[6]是非常昂贵和成群的细胞不能被认为是,因为它使用单一阈值水平的整个图像。在全球的阈值,“光明”背景并被错误地归类为细胞和“黑暗”细胞区域并被错误地归类为背景。通过减少背景噪音的负面影响,局部自适应阈值段的区域背景的兴趣。局部阈值允许不同的值,已被应用于每个像素。

b .分水岭分割

在图像分割中,分水岭分割是最受欢迎的工具,它使用地区的最低起点。细胞核分割,分水岭算法是应用最广泛的一个。分水岭算法[4],[8]通常会导致过分割,因为很难有区域最小值和核之间的一一对应。当核集群,它变得更糟。分水岭算法分割触摸物体,有时会导致过分割。减少过分割片段合并[6]和marker-controlled[7]使用分水岭变换。片段合并[6],它结合了分数的密实度和概率密度函数(PDF)。概率的碎片的局限性是它主要是基于训练数据集,除了它是很困难的。Chanho荣格et al。(2010),认为集群细胞核分割是其主要问题并试图解决它基于一些先验知识,如细胞核的形状。

Marker-controlled分水岭分割[7],[8],制定细分作为标记提取问题,这里最初作为标记的核。获得准确的标记使用数学形态学腐蚀条件,有效段聚集细胞减少过分割。在这种分割方法,区域最小被预定义的标记,它代表的对象。标记[8]是一个连接组件的图像,它代表一个对象的存在。从区域最小值而不是洪水,markercontrolled流域洪水的标记。提取正确的标记是很重要的,因为它可能会导致过分割和欠分割。小东杨et al。(2006),提出了一种新的标记提取方法基于侵蚀状况。精美的侵蚀和粗侵蚀结构[8]是两个面具设计基于细胞的形状。粗侵蚀结构[8]倾向于保持集群的实际形状时减少大小细胞。精细腐蚀结构[8]导致形状信息的损失,导致欠分割。

拥有Giun(克里斯)李et al。(2013)[1]提出了一个自动细胞分割方法基于分水岭变换和标记控制策略,不能直接应用于由于oversegmentation渐变映射。这里,核初始化[1]将防止针对通过应用最小值实施后标记控制策略。使用内部标记来确定潜在的核和外部标记是用来获取各自的单元边界。获得内部标记blob检测离群值去除紧随其后进行和外部制造商距离变换,每个内部标记必须只包含一个外部标志。其次是细胞核分割、细胞质分割。

c .收敛指数滤波器

细胞质分割收敛指数滤波器使用[9]。收敛指数[9]-[10]是一个强烈的梯度向量指向感兴趣的像素。收敛指数滤波器[9],[10]收敛程度是基于梯度向量的分布不是他们的大小。这个过滤器的收敛程度评估每个像素的梯度向量在社区利益,即。分布的梯度向量的方向对感兴趣的像素评估[9]。Hidefumi Kobatake et al。(1999)提出了一个独特的过滤器被称为虹膜过滤器,计算收敛的程度的梯度向量在其地区的支持向感兴趣的一个像素[9]。这个过滤器改变其形状和大小基于梯度向量分布感兴趣的像素。不管其背景的对比,可以提高模糊边界和图像检测圆凸地区[9]。它是基于收敛指数每一点的最大化的空间坐标。

一些收敛指数过滤器是硬币的过滤器(CF),自适应环滤波器(ARF)虹膜过滤器(IR),滑动带通滤波器(SBF)。支持区域,这些过滤器[10]之间的主要区别。CF与变量使用一个圆半径支持区域,如果最大化收敛指数调整圆的半径值在每个方向和ARF使用环形状的区域固定宽度和不同半径[10]。最后,SBF结合的思想如果和ARF通过定义一个支持固定宽度的区域形成了一个乐队,每个方向的位置改变,允许收敛指数每一点的最大化[10]。SBF过滤器通常是适合细胞检测由于其整体凸形状。在这里,我们假设细胞的细胞核和细胞质梯度融合中心是一样的。这使得使用核的信息来指导细胞质分割。

核胞浆比例

Nucleus-to-Cytoplasm比率是细胞质细胞核大小的比例大小。在细胞分裂过程中,细胞核组成更大的部分的细胞。比例会减少当细胞开始成熟,癌细胞不会得到成熟和健康。所以,Nucleus-to-Cytoplasm比率始终是更大的在成熟的正常细胞。这种数控比例可以用来诊断癌症细胞在某些组织,通过使用这个比例我们也可以确定皮肤年龄和用于许多医疗应用。

结论

传统上,皮肤癌的早期检测是通过物理活检诊断程序,也包括入侵组织切除导致疼痛和费时。在这种背景下讨论了一些体内非侵入性的虚拟切片技术。在这个调查中,我们还讨论了一些细胞的分割技术,如图像的阈值,分水岭分割,包括片段合并和marker-controlled分水岭分割和收敛指数过滤器。基于细胞的细胞核和细胞质的细分分析核,细胞质(NC)比,起着至关重要的作用在皮肤癌症的早期检测也被讨论。

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