宮頸細胞學涂片自動判讀方法研究.pdf

1、宮頸癌是嚴重威脅女性健康的惡性腫瘤之一,是發(fā)病率最高的三種癌癥之一。據(jù)GLOBOCAN2012報告,全球2012年新增宮頸癌病例52.7萬,約有26.5萬婦女死于宮頸癌。中國2012年新增宮頸癌病例達6.2萬,死亡病例達2.9萬。宮頸癌有較長的病變期,如果能在早期發(fā)現(xiàn)并及時治療,治愈率較高,因而宮頸癌篩查對女性健康非常重要。基于宮頸細胞學涂片的檢查技術(shù)是目前醫(yī)學上普遍采用的篩查技術(shù),能夠有效發(fā)現(xiàn)宮頸癌前病變和早期宮頸癌。然而基于人工判讀

2、的傳統(tǒng)宮頸細胞學篩查方式存在工作量大、成本高、可靠性與準確性受到醫(yī)師專業(yè)技術(shù)和主觀情緒的影響等問題,因此開發(fā)基于計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)的宮頸細胞學涂片自動判讀系統(tǒng)對于宮頸癌的防治有著重要意義。
　　本文以宮頸細胞學涂片判讀自動化為研究目標,將模擬細胞學醫(yī)師判讀宮頸細胞學涂片的方法作為自動判讀的研究思路,結(jié)合宮頸細胞病理學知識,運用圖像處理、本體建模、語義推理等技術(shù),研究宮頸細胞學涂片自動判讀的部分關(guān)鍵技術(shù)。論文的主要內(nèi)容包括:宮

3、頸細胞學涂片圖像的粗分割、重疊細胞分割、單細胞精確分割;細胞圖像的輪廓特征、染色質(zhì)特征提取;細胞的圖像特征、細胞學特征的本體建模與語義映射;宮頸細胞學涂片語義推理判讀模型和相關(guān)判讀規(guī)則構(gòu)建。論文突破以分類器作為判讀工具的傳統(tǒng)方法,提出基于語義推理的宮頸細胞學涂片判讀方法,為實現(xiàn)宮頸細胞學涂片判讀自動化提出了一種新途徑。主要研究內(nèi)容包括：
　　①提出基于曲率的重疊細胞輪廓分離點檢測方法和基于橢圓曲線擬合的重疊細胞分割方法。前者首先通

4、過分析輪廓曲線曲率的正負值檢測到凹區(qū);然后根據(jù)曲率大小篩選出候選的重疊凹區(qū),根據(jù)凹區(qū)寬度和凹區(qū)間距判定細胞重疊凹區(qū);最后通過查找重疊凹區(qū)的曲率極點得到最終的細胞重疊接觸點(即分離點)。后者首先將相鄰分離點間的輪廓曲線上的點作為擬合數(shù)據(jù),應用基于最小二乘法的橢圓擬合方法得到擬合橢圓,再過濾掉面積過大和過小的擬合橢圓,得到用以提取分離線的擬合橢圓;然后提取擬合橢圓上分離點間的弧線段作為分離線,據(jù)此分離重疊的細胞;最后分析細胞面積與細胞重疊區(qū)

5、域面積的關(guān)系以確定分離是否有效。該方法能保持細胞的原有形態(tài),同時降低了欠分離和過分離的概率。
　?、谔岢龌跇O坐標系的梯度矢量流活動輪廓模型(PGVF Snake)。PGVF Snake首先把經(jīng)過預處理的細胞圖像從笛卡爾坐標系變換到極坐標系,計算基于極坐標系的邊緣圖;然后提出“浪沙抑制”算法優(yōu)化 PGVF模型中的邊緣圖,以消除細胞內(nèi)部雜質(zhì)對邊緣圖的干擾;最后使用邊緣圖作為活動輪廓模型中的外力,控制活動輪廓演化并收斂到細胞的真實邊緣

6、。與 RGVF活動輪廓模型的對比實驗結(jié)果表明,論文提出的方法在保證分割準確度的前提下,分割速度提高了五倍以上。
　　③提出基于線性幾何熱流演化的細胞輪廓不規(guī)則度特征提取方法。該方法首先把細胞輪廓曲線進行幾何熱流演化,直到細胞輪廓演化為完全凸性為止,以此輪廓作為度量細胞輪廓不規(guī)則度的參考;然后比較演化后的輪廓曲線和原始輪廓曲線,提出不重疊區(qū)域總面積比、不重疊區(qū)域平均面積比等細胞輪廓不規(guī)則度特征描述子。在Herlev宮頸細胞圖像數(shù)據(jù)集

7、上的實驗結(jié)果表明,論文所提方法提取的不規(guī)則度特征與宮頸細胞病變有明顯的相關(guān)性。
　?、芴岢龌跀?shù)學形態(tài)學的染色質(zhì)顆粒特征提取方法。該方法首先使用受限自適應直方圖均衡方法增強細胞核圖像的對比度;然后使用不同尺度的形態(tài)學基本結(jié)構(gòu)元素進行開運算,計算累積尺度分布,通過對累積尺度分布求導,得到染色質(zhì)顆粒尺度分布,并將顆粒尺度分布最大值所對應的尺度作為染色質(zhì)顆粒特征描述子。在Herlev宮頸細胞圖像數(shù)據(jù)集上的實驗結(jié)果表明,論文所提方法提取的

8、細胞染色質(zhì)顆粒特征與宮頸細胞病變有明顯的相關(guān)性。
　　⑤基于本體與語義邏輯推理的宮頸細胞學涂片自動判讀方法。該方法模擬細胞學醫(yī)師判讀宮頸細胞學涂片的過程,結(jié)合圖像處理、知識表示、邏輯推理的相關(guān)理論,構(gòu)建宮頸細胞學涂片推理判讀模型。該方法首先建立與判讀相關(guān)的細胞本體、圖像特征本體、細胞學特征本體;然后提出基于語義規(guī)則的圖像特征到語義特征的映射方法;最后建立基于本體與語義邏輯推理的宮頸細胞學涂片自動判讀系統(tǒng)模型,并闡述了模型的原理。在