一種基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法，屬于圖像處理與模式識(shí)別的方法，解決了大規(guī)模胚胎培養(yǎng)和移植過(guò)程中，對(duì)胚胎分裂狀況自動(dòng)分析、評(píng)估和胚胎選擇問(wèn)題；本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)包括：(1)胚胎分裂期檢測(cè)；(2)胚胎中原核個(gè)數(shù)及其存在時(shí)間檢測(cè)；(3)胚胎分裂過(guò)程中，細(xì)胞個(gè)數(shù)檢測(cè)；(4)胚胎分裂過(guò)程中，細(xì)胞半徑檢測(cè)；(5)胚胎分裂狀況評(píng)估及選擇。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)有效解決了大規(guī)模胚胎培養(yǎng)和移植過(guò)程中，自動(dòng)獲取胚胎分裂信息，進(jìn)行自動(dòng)分析、評(píng)估和胚胎選擇問(wèn)題。提出了一種新的胚胎分裂狀況檢測(cè)和評(píng)估方法；該方法能消除培養(yǎng)皿和相機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的影響，相對(duì)傳統(tǒng)方法，具有較高的檢測(cè)精度、穩(wěn)定性和可靠性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于圖像數(shù)據(jù)處理與模式識(shí)別方法，具體涉及一種基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法。
技術(shù)介紹
隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，試管嬰兒技術(shù)已走向成熟，也逐漸被人們所接受，在社會(huì)上有著巨大的需求，胚胎移植是試管嬰兒過(guò)程中重要一步。胚胎移植時(shí)，為了選擇健康發(fā)育的胚胎，需要對(duì)胚胎的分裂過(guò)程進(jìn)行分析，在大規(guī)模胚胎培養(yǎng)和選擇過(guò)程中，借助圖像處理與模式識(shí)別方法，對(duì)胚胎分裂過(guò)程自動(dòng)分析與評(píng)估，將對(duì)胚胎移植起著極大的輔助作用。現(xiàn)在胚胎移植時(shí)進(jìn)行胚胎選擇方法，主要依靠人工判讀和分析，只能對(duì)胚胎發(fā)育狀況進(jìn)行定性分析，工作量大、效率低、成本高。在胚胎分裂檢測(cè)過(guò)程中，由于胚胎在成像時(shí)，受到光照、培養(yǎng)皿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、成像系統(tǒng)性能等因素的干擾，得到的圖像質(zhì)量較差，與自然圖像存在很大差異，傳統(tǒng)的變化檢測(cè)方法如差值法、K-T變換等方法，抗干擾能力差，適用范圍小，對(duì)胚胎分裂圖像均不能有效地檢測(cè)與分析。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種本專(zhuān)利技術(shù)提出一種基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法，解決了胚胎移植時(shí)，人工選擇工作量大、效率低、成本高的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模胚胎培養(yǎng)和移植過(guò)程中，對(duì)胚胎分裂狀況自動(dòng)分析、評(píng)估和胚胎選擇；其檢測(cè)結(jié)果對(duì)胚胎移植起著極大的輔助作用。本專(zhuān)利技術(shù)的基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法，步驟為：步驟S1、基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息的胚胎分裂期檢測(cè)；步驟S2、基于細(xì)胞核區(qū)域內(nèi)外的灰度差異特性對(duì)胚胎中原核個(gè)數(shù)及其存在時(shí)間檢測(cè)；步驟S3、胚胎分裂過(guò)程中，融合細(xì)胞周期信息及細(xì)胞邊緣信息對(duì)細(xì)胞個(gè)數(shù)進(jìn)行檢測(cè)；步驟S4、胚胎分裂過(guò)程中，基于細(xì)胞的幾何特性完成細(xì)胞半徑檢測(cè)；步驟S5、結(jié)合醫(yī)學(xué)先驗(yàn)知識(shí)及細(xì)胞參數(shù)分析，對(duì)胚胎分裂的狀況正常與否進(jìn)行評(píng)估。本專(zhuān)利技術(shù)相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息對(duì)胚胎變化進(jìn)行檢測(cè)，提出了一種胚胎分裂期檢測(cè)方法，通過(guò)相鄰幀圖像像素的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算胚胎內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)信息，用來(lái)衡量胚胎內(nèi)部的變化程度，進(jìn)而確定胚胎分裂期。該方法具有抗干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)。基于細(xì)胞灰度特性，檢測(cè)原核個(gè)數(shù)和細(xì)胞個(gè)數(shù)的方法，利用了原核和細(xì)胞本身的灰度特性，并通過(guò)檢測(cè)多幀圖像進(jìn)行投票的方法，作出最終判定，具有可靠性高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)；采用本專(zhuān)利技術(shù)，可以準(zhǔn)確檢測(cè)胚胎分裂期、原核個(gè)數(shù)以及存在時(shí)間、各穩(wěn)定期細(xì)胞個(gè)數(shù)和半徑，并能對(duì)胚胎的分裂狀況作出綜合評(píng)估，選擇出正常分裂的胚胎。檢測(cè)過(guò)程中，利用了細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性，具有較高的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。在檢測(cè)效率、適用性、識(shí)別性能等方面均優(yōu)于現(xiàn)有的檢測(cè)方法。附圖說(shuō)明圖1是本專(zhuān)利技術(shù)的流程圖；圖2是胚胎分裂期檢測(cè)流程；圖3是原核圖像；圖4是胚胎細(xì)胞圖像。具體實(shí)施方式為了使本專(zhuān)利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專(zhuān)利技術(shù)，并不用于限定本專(zhuān)利技術(shù)。此外，下面所描述的本專(zhuān)利技術(shù)各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。圖1是基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法處理流程圖。其基本思想是利用胚胎細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性，對(duì)胚胎分裂過(guò)程中的重要特征和信息進(jìn)行檢測(cè)，最后對(duì)胚胎的分裂狀況進(jìn)行綜合評(píng)估，選擇出正常分裂的胚胎。從胚胎影像中提取圖像序列后，首先利用胚胎細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行分裂期檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)得到的分裂期，可以計(jì)算出細(xì)胞的分裂次數(shù)和各穩(wěn)定期時(shí)間，然后利用灰度特性，檢測(cè)第一個(gè)穩(wěn)定期內(nèi)原核的個(gè)數(shù)以及存在時(shí)間，其次結(jié)合灰度特性和分裂期，檢測(cè)各穩(wěn)定期細(xì)胞的個(gè)數(shù)以及半徑，最后根據(jù)胚胎分裂相關(guān)的先驗(yàn)知識(shí)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，對(duì)胚胎的發(fā)育狀況作出評(píng)估，并選擇出正常分裂的胚胎。步驟S1胚胎分裂期檢測(cè)；在胚胎分裂過(guò)程中，胚胎在外觀上保持不變，胚胎內(nèi)部隨時(shí)間發(fā)生變化，內(nèi)部細(xì)胞發(fā)生局部運(yùn)動(dòng)，處于分裂期時(shí)，細(xì)胞局部運(yùn)動(dòng)較為劇烈，處于穩(wěn)定期時(shí)，細(xì)胞運(yùn)動(dòng)減弱，只存在小范圍局部運(yùn)動(dòng)；利用胚胎內(nèi)部細(xì)胞在不同時(shí)期的運(yùn)動(dòng)信息和運(yùn)行規(guī)律，進(jìn)行分裂期檢測(cè)。首先利用胚胎外形近似圓形以及與背景存在差異的特點(diǎn)，采用基于形狀和局部對(duì)比差的顯著性方法檢測(cè)胚胎區(qū)域，并從圖像中截取胚胎區(qū)域圖像；然后用當(dāng)前幀胚胎區(qū)域圖像對(duì)上一幀圖像進(jìn)行匹配，由于培養(yǎng)皿和相機(jī)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，再加上圖像采集時(shí)，相鄰幀時(shí)間間隔較大，造成相鄰幀圖像胚胎位置發(fā)生變化，通過(guò)匹配來(lái)消除胚胎位置發(fā)生變化帶來(lái)的影響；其次利用相鄰幀匹配圖，在時(shí)間域上的變化以及相鄰幀之間的相關(guān)性，找到胚胎區(qū)域上一幀跟當(dāng)前幀之間存在的
對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算相鄰幀之間的運(yùn)動(dòng)信息，用運(yùn)動(dòng)信息來(lái)衡量細(xì)胞內(nèi)部變化的劇烈程度，最后對(duì)圖像序列的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行分析，結(jié)合先驗(yàn)知識(shí)，判定運(yùn)動(dòng)較劇烈的時(shí)期為分裂期。胚胎分裂期檢測(cè)流程如圖2所示。步驟S2胚胎中原核個(gè)數(shù)及其存在時(shí)間檢測(cè)；結(jié)合S1中得到的胚胎分裂期信息，只對(duì)第一次分裂前的圖像進(jìn)行原核檢測(cè)，原核具有中心區(qū)域像素值較大，邊緣區(qū)域像素值相對(duì)較低的灰度特性，如圖3所示，兩個(gè)圓形區(qū)域?yàn)樵恕＠眠@一特性，采用環(huán)形模板求中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的對(duì)比度，把對(duì)比度較高的區(qū)域作為候選區(qū)域，然后根據(jù)候選區(qū)域的面積、均值、方差和距離，去除虛警候選區(qū)，得到原核位置及其個(gè)數(shù)；通過(guò)多幀檢測(cè)，確定原核存在的時(shí)間，并通過(guò)投票的方式，最終確定原核個(gè)數(shù)，以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。步驟S3胚胎分裂過(guò)程中，細(xì)胞個(gè)數(shù)檢測(cè)；胚胎細(xì)胞具有形狀近似圓形的幾何特性和細(xì)胞邊界比內(nèi)部較亮的灰度特性，如圖4所示。利用這一特性，對(duì)胚胎中的細(xì)胞用圓進(jìn)行擬合，對(duì)擬合得到的圓的空間分布和半徑大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，去除重復(fù)擬合或錯(cuò)誤擬合的圓，結(jié)合S1中得到的胚胎分裂期信息，得到單幀圖像中細(xì)胞的個(gè)數(shù)，檢測(cè)每個(gè)穩(wěn)定期內(nèi)序列圖像的細(xì)胞個(gè)數(shù)，最后通過(guò)投票的方式判定每個(gè)穩(wěn)定期內(nèi)細(xì)胞個(gè)數(shù)。步驟S4胚胎分裂過(guò)程中，細(xì)胞半徑檢測(cè)；對(duì)S3中各個(gè)穩(wěn)定期擬合圓的半徑進(jìn)行分析，先對(duì)穩(wěn)定期內(nèi)圓的半徑進(jìn)行排序，去除部分較大半徑和較小半徑值，然后計(jì)算余下半徑值得均值，即為穩(wěn)定期內(nèi)細(xì)胞半徑。步驟S5胚胎分裂狀況評(píng)估及選擇結(jié)合胚胎正常分裂過(guò)程中，各時(shí)期分裂狀態(tài)和經(jīng)驗(yàn)信息，對(duì)S1、S2、S3、S4得到的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，并對(duì)胚胎的分裂狀況評(píng)估，選擇出分裂正常的胚胎。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本專(zhuān)利技術(shù)的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本專(zhuān)利技術(shù)，凡在本專(zhuān)利技術(shù)的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本專(zhuān)利技術(shù)的保護(hù)范圍之內(nèi)。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法，步驟為：步驟S1、基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息的胚胎分裂期檢測(cè)；步驟S2、基于細(xì)胞核區(qū)域內(nèi)外的灰度差異特性對(duì)胚胎中原核個(gè)數(shù)及其存在時(shí)間檢測(cè)；步驟S3、胚胎分裂過(guò)程中，融合細(xì)胞周期信息及細(xì)胞邊緣信息對(duì)細(xì)胞個(gè)數(shù)進(jìn)行檢測(cè)；步驟S4、胚胎分裂過(guò)程中，基于細(xì)胞的幾何特性完成細(xì)胞半徑檢測(cè)；步驟S5、結(jié)合醫(yī)學(xué)先驗(yàn)知識(shí)及細(xì)胞參數(shù)分析，對(duì)胚胎分裂的狀況正常與否進(jìn)行評(píng)估。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法，步驟為：步驟S1、基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息的胚胎分裂期檢測(cè)；步驟S2、基于細(xì)胞核區(qū)域內(nèi)外的灰度差異特性對(duì)胚胎中原核個(gè)數(shù)及其存在時(shí)間檢測(cè)；步驟S3、胚胎分裂過(guò)程中，融合細(xì)胞周期信息及細(xì)胞邊緣信息對(duì)細(xì)胞個(gè)數(shù)進(jìn)行檢測(cè)；步驟S4、胚胎分裂過(guò)程中，基于細(xì)胞的幾何特性完成細(xì)胞半徑檢測(cè)；步驟S5、結(jié)合醫(yī)學(xué)先驗(yàn)知識(shí)及細(xì)胞參數(shù)分析，對(duì)胚胎分裂的狀況正常與否進(jìn)行評(píng)估。2.如權(quán)利要求1所述的基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟S1中，利用胚胎外形近似圓形以及與背景存在差異的特點(diǎn)，采用基于形狀和局部對(duì)比差的顯著性方法檢測(cè)胚胎區(qū)域，并從圖像中截取胚胎區(qū)域圖像；然后用當(dāng)前幀胚胎區(qū)域圖像對(duì)上一幀圖像進(jìn)行匹配，通過(guò)匹配來(lái)消除培養(yǎng)皿和相機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的影響；然后利用相鄰幀匹配圖，在時(shí)間域上的變化以及相鄰幀之間的相關(guān)性，找到胚胎區(qū)域上一幀跟當(dāng)前幀之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算相鄰幀之間的運(yùn)動(dòng)信息，用運(yùn)動(dòng)信息來(lái)衡量細(xì)胞內(nèi)部變化的劇烈程度，最后對(duì)圖像序列的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行分析，結(jié)合先驗(yàn)知識(shí)，判定運(yùn)動(dòng)較劇烈的時(shí)期為分裂期。3.如權(quán)利要求1或2所述的基于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信息和灰度特性的胚胎分裂檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟S2中，結(jié)合S1中得到的胚胎分裂期信息，只對(duì)第一次分裂前的圖像進(jìn)行原核檢測(cè)，利用原核區(qū)域中心區(qū)域像素值較大，...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：竇浩，明德烈，潘治鴻，孫驍，田金文，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42