全血细胞相位特征分析及其非解包识别方法

摘要

细胞是生命活动的基本单位，不同功能的细胞具有不同的大小和形态，许多疾病的发病机制研究、诊断以及疗效观测都依赖于对细胞的检测。在自然条件下对生物细胞进行无损检测一直是国际研究的热点问题，其中利用光学方法进行检测已成为主要的研究方向。目前临床上应用最广泛的是流式细胞术与镜检相结合，以及光学相干层析术等。近年来，随着数字全息相位理论和技术的飞速发展，数字全息相位显微术产生并被用于生物细胞检测。该技术凭借其精度高、速度快、实时在线、可全场等优点，迅速成为国内外研究的热点，并在短短十几年的时间里得到了迅速的发展，在生物细胞形态学以及动力学研究中取得了良好的应用效果。虽然从数字相位显微的应用可以看出相位信息的分析和解构已经趋于完善并取得了良好的应用效果，但仅适用于红细胞类别的均质相位体的检测。对于异质细胞相位体，如白细胞，由于其内部结构复杂，尚未有合适的相位解包分析法可用于对其的观察和测量。为克服异质细胞相位识别方法的不足，本文以血细胞为主要研究对象，对异质细胞的相位分布特征及其识别方法进行了研究。
　　 建立逼近的细胞相位体模型是研究细胞相位检测识别的重要工作。我们课题组通过对各类血细胞的形态结构和光学特性的深入分析，建立了红细胞及白细胞亚类的典型逼近相位体模型。然后以相位显微成像理论为基础，根据真实实验光路的参数设置，应用虚拟仿真软件VirtualLab对各模型进行仿真实验，得到了各模型的包裹相位分布图。本文在课题组研究的基础上，对包裹相位识别方法进行了研究。通过分析包裹相位分布与真实细胞形态之间的关系，发现不同细胞的包裹相位图在纹理上各具特点，不管是等相线的密集度还是等相线的形态，而对于有核的白细胞，核的个数和形态都会影响相位的分布。因此，可以从纹理特征以及核特征两个方面对血细胞包裹相位图进行分析，并将分析结果作为分类依据。本文引入模式识别的思想以及图像处理与识别技术，对包裹相位分布特征进行分析与筛选，最终选择了纹理、核的个数、圆形度以及相对峰值位置作为分类特征，通过对特征进行组合与优化，给出了细胞分类识别的判别条件，成功地将六类典型血细胞模型区分开来。进而提出了一种新的、无需相位解包的血细胞特征识别方法。
　　 尽管本文所使用的细胞相位体模型与真实细胞在形态上还存在着一定的差异，但仍然很好地表达了有核细胞的形态结构。基于本文的分析讨论，了解到纹理特征可用于区分红细胞与白细胞，并且本文所提出的方法能够有效地提取细胞核的特征，这些特征可以用来进行白细胞分类，其中具体的分类阈值由实际情况决定。另外，此方法也可用于其他有核生物细胞的分类识别。本文为异质细胞的分类识别提供了有价值的科学与技术支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 生物细胞相位显微检测

1．2．1 相位显微术的发展

1．2．2 相位显微术在细胞检测中的应用

1．3 本文的主要工作及创新点

1．4 其他研究工作

第二章 主要的相位解包识别方法

2．1 空间相位展开法

2．1．1 枝切法

2．1．2 区域增长法

2．1．3 空间相位展开法中的问题

2．2 时间相位展开法

2．2．1 线性时间相位展开法

2．2．2 正指数时间相位展开法

2．2．3 逆指数时间相位展开法

2．2．4 时间相位展开法中的问题

2．3 本章小结

第三章 逼近模型下的生物血细胞相位分布特征

3．1 血细胞的分类

3．1．1 红细胞

3．1．2 白细胞

3．1．3 血小板

3．2 血细胞的光学特性

3．3 血细胞模型

3．4 相位特征

3．4．1 包裹相位特征

3．4．2 解包相位特征

3．5 本章小结

第四章 基于非相位解包下的识别方法

4．1 图像处理与识别技术

4．1．1 图像处理系统

4．1．2 图像识别系统

4．1．3 数字图像处理的基本运算形式

4．1．4 图像识别方法

4．2 血细胞识别

4．2．1 纹理特征

4．2．2 核特征

4．2．3 分类识别

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

在攻读硕士学位期间发表的论文