[发明专利]一种在光学显微注射过程中人类卵母细胞分割实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学图像处理及应用技术领域，尤其是指一种在光学显微注射过程中人类卵母细胞分割实现方法。

背景技术

细胞显微注射是生物基因工程中的重要技术手段。本发明主要研究在ICSI(Intra Cytoplasmic Sperm Injection)即卵胞浆内单精子显微注射过程中，人类卵细胞的细胞质、极体和注射针的分割问题。从卵母细胞中分割出细胞质和极体，不但能够帮助专家分析卵母细胞成熟度(如直径、颗粒度、透明带的厚度、极体直径、卵周隙尺寸等)，而且有助于ICSI自动化实现和成功率的提高，并减少对人工操作的高难度要求和依赖。

ICSI注射的情景如图6所示。主要分为卵细胞、注射针和吸附针三个对象。其中，卵细胞周边模糊区域为放射冠，放射冠内侧黑色曲线带为透明带，透明带所包围的物质为细胞质，细胞质的上方圆形颗粒状物质为细胞的极体；左侧的吸附针用来吸附和固定卵细胞；右边长细条状的注射针实现精子的运输和注射。在ICSI过程中需要确保注射针正确刺入细胞的位置，同时不损害细胞的极体，并判断是否真正刺穿细胞质。所以，实现上述分割至为重要。

经对现有技术的文献检索发现，近年来实现细胞显微注射的自动化是当前的重点研究方向。在实验装置的研发上，国内外已有学者展开基础研究工作Ladjal H等人在论文《Micro-to-Nano biomechanical modeling for assisted biological cell injection》(IEEE Transactions on Biomedical Engineering,2013,(60)9:2461-2471)，以及田桂中等人在论文《显微注射中细胞位姿调节技术及实验研究》(中国机械工程,2009,20(4):500-503)中，分别介绍了所搭建的基于光学显微的注射平台。

而在卵母细胞的选择方面，Manna等人在论文《Artificial intelligence techniques for embryo and oocyte classification》(Reproductive biomedicine online,2013,26(1):42-49)中，使用纹理特征实现对卵母细胞的分类和选择，为下一步ICSI提高成功率做准备。Basile等人在论文《Atexture-based image processing approach for the div of human oocyte cytoplasm》(Instrumentation and Measurement,IEEE Transactions on,2010,59(10):2591-2601)中，通过图像预处理从细胞质中心开辟出一块矩形区域，经Har小波变换后提取卵母细胞的多个统计纹理特征，再用FCM(Fuzzy C-Means)聚类实现不同程度颗粒度的卵母细胞分类。Caponetti等人分别在论文《Multiresolution texture analysis for human oocyte cytoplasm div》(Medical Measurements and Applications,2009.MeMeA2009.IEEE International Workshop on.IEEE,2009:150-155)和论文《Fuzzy mathematical morphology for biological image segmentation》(Applied Intelligence.2014:1-11)中，先用模糊数学方法实现分割，并结合纹理特征实现卵母细胞分类。但Basile和Caponetti的预处理均运用Hough变换实现圆形细胞质的预分割，无法应用到细胞形变的情况，并且没有分割出细胞的极体。等人在论文《Elevated active contour with global image energy based on electrostatic force》(Zeszyty Naukowe Politechniki Informatyka,2010:5-21)中提出了一种基本外部静电力驱动的全局活动轮廓蛇模型，虽然分割出了细胞质的轮廓，但要手动初始化演化轮廓，且没有实现细胞极体的分割。