基于细胞散点图构建的细胞核心自动提取技术

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1、基于细胞散点图构建的细胞核心自动提取技术【摘要】本文提出细胞散点图的概念和用途。通过分析比较经典的距离变换技术的原理和结果，提出基于细胞散点图构建的细胞核心提取技术，其基本思想是：如果是单个细胞，则根据区域内像素的平均坐标值来提取核心；如果是重叠细胞，则利用数学形态学的腐蚀操作，将重叠细胞边界一层剥离，直至分离成单个细胞，之后提取分离后单个细胞的核心作为重叠细胞区域中各个细胞的核心。实验结果证明这一提取技术可靠，准确度高。【关键词】细胞散点图；核心提取；距离变换；数学形态学；重叠细胞Abstract:Aconcep

2、tandapplicationofcellscatterplotwasproposedinthisarticle.Atechniqueonextractingcellcorebasedoncreatingscatterplotwasproposedbycomparingandanalyzingtheprincipleandresultsofdistancetransformation.Ifthetargetisasinglecell,thecellcorecanbecalculatedbythemeansofcoo

3、rdinatesofallpixelsinthecellregion.Ifthetargetisoverlappingcells,erodeoperationcanbeusedtoseparatetheoverlappingcellsintosomesinglecells,thentocalculatethecoresoftheseseparatecells.Theresultsof9thepresentstudydemonstratedthattheproposedtechniqueisaccurateandsa

4、tisfactory.Keywords:scatterplot,cells;extractingcellcore;distancetransformation;arithmeticmorphology;overlappingcells引言在细胞图像分析中，细胞计数以及细胞分布均匀度是非常重要的指标［1］。然而在实际的测量过程中，由于切片和细胞本身的原因，经常会出现多个细胞重叠在一起形成一个较大的区域，如淋巴结中的淋巴细胞，癌组织中的癌细胞等，这种现象影响了细胞计数和细胞分布均匀度的测量结果。将重叠的细胞分离成单个细

5、胞之后测量细胞个数和分布均匀度准确性高，但这样增加了技术的复杂度。如果能设计一种方法，将每个细胞图像用位于图像核心的一个像素点来表示，这样构成的图定义为细胞散点图。在细胞散点图中，我们很容易计算出细胞个数以及分布均匀度［2］。从细胞散点图的定义可知，获取细胞散点图的关键是提取出单个细胞以及重叠细胞的核心。目前，提取细胞核心经典的方法是距离变换［3-6］，但这一技术能否用于细胞散点图情况下的核心提取呢？本文对距离变换的原理和结果进行分析，针对其不足提出一个新的细胞核心提取技术。19基于距离变换的细胞核心提取原理及结果

6、分析所谓距离变换,就是将图像中目标区域的像素值变换为与该区域边缘的最短距离值，用距离值来表示的图像称距离变换图像。因此在距离变换图像中，越接近区域边界的像素点，其距离值越小；越接近核心的像素点，距离值越大，而核心处的距离值最大。因此通过距离变换后提取图像中的最大值就可确定核心。我们将基于距离变换的核心提取技术应用于细胞图像时发现：如果是单个类圆形细胞，得到的核心位于细胞的中央，如图1a所示；如果是单个类椭圆形细胞，得到的核心近似一条不连续的直线，如图1b所示；如果是串联的重叠细胞［7］，得到的核心近似多条不连续的直

7、线，如图1c所示；如果是并联的重叠细胞［7］，获得的核心是一些散在的点，如图1d所示。在基于距离变换的核心提取技术中，由于等距离的原因，距离变换计算得到的每个细胞核心可能不止一个，它是由多个像素点组成的核心区，这显然不符合本研究的要求。在细胞散点图的研究中，每个细胞核心必须是一个位于图形核心的像素点。由此可见，基于距离变换的核心提取技术仅适合于类圆形细胞。而本文研究的细胞图像中包含形态不一的细胞，且存在许多细胞重叠情况，因而需要设计新的技术应用于细胞散点图中的细胞核心提取。图1基于距离变换的细胞核心提取2细胞核心提

8、取新技术9细胞重叠在一起时，各细胞一般都有自己的核心（注意：此处的核心不是细胞学意义上的核心，是细胞图形的核心）。对于重叠细胞，如果能它分开成单个细胞，就能将问题简化为计算单个细胞的核心坐标。因此关键技术是如何将重叠细胞分开。基于这样的考虑，本文提出重叠细胞核心提取新技术：首先采用数学形态学上的腐蚀操作将重叠细胞的边界一层层地剥离，直至细胞分开，不再重叠。在