[发明专利]一种荧光显微图像下的微液滴自动检测方法在审

专利信息
申请号: 201910625527.6 申请日: 2019-07-11
公开(公告)号: CN112215865A 公开(公告)日: 2021-01-12
发明(设计)人: 秦斌杰;李如锋 申请(专利权)人: 上海交通大学
主分类号: G06T7/136 分类号: G06T7/136;G06T5/00;G06T7/155
代理公司: 上海科盛知识产权代理有限公司 31225 代理人: 翁惠瑜
地址: 200030 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 荧光 显微 图像 微液滴 自动检测 方法
【说明书】:

发明涉及一种荧光显微图像下的微液滴自动检测方法,其特征在于,包括以下步骤:对带噪声的FMIM灰度图进行高斯噪声变换;对获得的图像降噪后进行高斯噪声逆变换,获得降噪后的微液滴图像;对降噪后的微液滴图像进行自适应对比度增强,获得微液滴增强结果图;提取微液滴增强结果图的类Radon特征,获得边缘特征图;分别对降噪后的微液滴图像及边缘特征图进行微液滴目标检测;合并两类图像的微液滴目标检测结果,将两类结果中圆心坐标差的绝对值和小于判别阈值的微液滴目标视为一个微液滴进行计数,得到最终的微液滴检测数目。与现有技术相比,本发明具有检测准确性高,可行性高等优点。

技术领域

本发明涉及一种基于微液滴的微流控系统,尤其是涉及一种荧光显微图像下的微液滴自动检测方法。

背景技术

基于微液滴的微流控系统是一个极具发展前景的超小体积、高通量的化学和生物实验平台,在单细胞分析、数字PCR和高通量筛选等领域都取得了巨大的进展。在基于液滴的微流体系统的开发和应用中,微液滴的定性和定量分析能力起着至关重要的作用。通过液滴微流控技术的应用,可以将对待检测样本溶度等定量生物特性的检测分析转化到对微液滴的定量分析之中。微液滴的定量分析往往需要借助荧光显微成像技术的辅助以及对微液滴荧光图像的分析处理。但是,由于针对微液滴的图像检测方法的缺乏,荧光微液滴图像的计数、检测、分析等操作,大都依赖于生物科研工作对荧光图像的解读,所需时间长,工作负担大。为了提高诊断效率,降低生物科研工作者的工作负担,自动化的荧光斑点检测方法受到了广泛的研究和关注。微液滴荧光显微图像(Fluorescence microscopic images ofmicro-droplets,FMIM)是指微液滴目标经过荧光显微镜后得到的荧光显微图像。该类图像不含有自由酶引发的背景荧光,仅包含两部分检测目标:能够发出亮光的荧光微液滴和不发光的空微液滴。空微液滴由于在图像中的亮度等特征信息过于微弱,是这类图像中最难检测的目标。

目前没有专门针对微液滴检测分析的研究和方法提出,但很多学者对荧光斑点检测的方法进行了研究,荧光斑点与微液滴结构特征类似,因此,荧光斑点检测方法的发展现状可以反映微液滴检测方法的技术发展现状。该领域下的研究方法主要包括以下几种,Zhang,B,提出了基于多尺度方差稳定性变换(MSVST)的方法,该方法根据图像不同结构特征间的小波特性,滤除图像中噪声,检测出荧光斑点的数量,该方法能够很好的区分目标信息和背景信息,但这种方法无法有效区分待检测斑点与其它的非斑点检测目标,常会出现误检测和漏检测的问题;Rezatofighi提出一种基于最大概率高度圆顶的目标检测算法(MPHD),该方法根据图像的局部特性自适应的提取图像中的圆顶区域来检测荧光斑点,该方法对亮度显著的或分散的斑点目标具有非常好的检测,但当斑点粘连,或是没有显著的圆顶特征时,该方法表现较差;Jaiwal等提出了一种基于多尺度圆点增强滤波算法(MSSEF)来检测荧光斑点,该方法通过选取不同尺度的拉普拉斯高斯滤波核来对目标图像进行滤波,从而获取不同尺度检测下的荧光斑点数量,该方法能够明显改进多斑点粘连区域的检测效果,然而,该方法选择的参数依赖于图像整体的均值和方差,面对种类多变的复杂荧光图像,其检测效果变化较大,难以保证检测准确性;Basset等提出了选择最优高斯拉普拉斯(LoG)尺度或针对不同斑点大小的多尺度LoG检测算法,该方法在传统的LoG方法上进行了改进,与MSSEF类似,多尺度信息提供了更高的检测准确度,降低了漏检率。但实践中最优的尺度信息难以获得,检测目标特征微弱时,面临和MSSEF一样的问题。

如上所述,这些主流的方法在某些荧光斑点图像中会取得较好的检测效果,但对于微液滴荧光显微图像(FMIM),仍然存在以下缺陷:

第一,FMIM中空微液滴的亮度特征十分微弱,图像中噪声强度与空微液滴的亮度强度近似,因而对空微液滴的检测造成极大影响。利用上文所述方法难以有效的滤除图像噪声,同时保留图像中的微液滴亮度特征;其次,现有方法大都根据图像中检测目标与背景显著的亮度差异来区分和识别,在亮度特征十分微弱的情况下,难以有效识别图像中的空微液滴。

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