分割重叠细胞核的方法和比较研究.pdf

第 18 卷　第 3 期 北京生物医学工程 V o l18　N o 3 1999 年　9 月 B eij ing B iom ed ica l Eng in eer ing Sep. 　1999 分割重叠细胞核的方法及比较研究 马东　曹培杰　潘凯丽 　程敬之 西安交通大学生物医学工程系 (西安　7 10049) 第四军医大学西京医院　 (西安　7 10032) 　　摘　要　基于内容检索的病理信息管理系统中, 目标分割技术始终是特征参数测量的一个重 要环节。本文研究了分割重叠细胞核的几种数学形态学方法, 从理论和实验两方面分别讨论了各 方法的原理、优缺点和适用性。 关键词　图像处理　数学形态学　分割方法　细胞核 0　引　言 [ 1 ] 基于内容的检索是 目前多媒体技术研究的一个重要方向 , 已有学者将有关技术应用于 [2 ] 医学信息管理系统。如病理检索系统 建立了很大的病理图像数据库, 通过以形态、形状、彩 色、纹理等多种信息的基于图像内容的检索方式进行快速查询, 大大提高了病理分类、识别、 管理的效率。 为了使基于内容的检索系统具有快速、准确的特点, 系统中的特征提取模块起着重要作 用。对于显微细胞图像, 已有许多研究工作[3- 6 ] 着眼于精确、自动地提取有关特征, 诸如细胞 核形状参数、形态参数、光密度参数、核DN A 含量、染色特征、边界不规则性、核纹理参数 等。其中, 从显微环境中分割出细胞或细胞核是提取各特征的基本前提。阈值分割方法是获 取细胞核、浆等区域的常用方法, 其依据是在显微图像中, 细胞的核、浆等物质在灰度 (彩 ) ( 色 上有不同的分布。除了人工交互式分割, 自动分割算法力图自动找到其灰度分界点 称 ) [7 ] 阈值 , 将图像中各区域分离。基于阈值分割的算法 以O t su 法、最大熵阈值法、最大误差法 效果较好。其它如基于染色特征分割法、基于样本学习法等也有一定效果。 由于切片的制作和细胞本身的分布会在显微镜下形成细胞核重叠 (over lap ) 或粘连 (tou ch in g) 的情况。一般在 自动处理时, 由于阈值分割法无法将其分离而往往剔除这种情况, 只处理单细胞核。但由于细胞核重叠的情况在切片中占据了一定的比例, 如果全部舍弃会影 响数据分析的统计特性和可靠性。实际上, 对于重叠不太严重的情况, 通过用图像处理的方 法将其分割开, 可以把符合误差要求的部分作为单细胞核处理。 本文提出了三种基于数学形态学的算法, 用来分割重叠的细胞核。这三种方法各有特点 和适用性, 文中做了分析和实验比较。 1　数学形态学 [ 8 ] 数学形态学理论 从集合理论的观点看图像, 不同于基于语法的句法理论和基于傅立叶 变换的信号处理理论, 而用一系列代数公