【摘要】：循環(huán)腫瘤細胞與腫瘤有著十分密切的關(guān)系,同時也是腫瘤良惡性程度判定和術(shù)后治療的重要依據(jù)。因此非侵入性地對小鼠體內(nèi)的循環(huán)細胞群進行計數(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程研究的許多領(lǐng)域都有非常重要的意義。在體圖像流式細胞儀是一種新興的在體檢測技術(shù),能夠?qū)毎M行實時監(jiān)測、動態(tài)監(jiān)控并且具有無創(chuàng)的特征。通過對出現(xiàn)的細胞進行分析可以觀測到循環(huán)血流中腫瘤細胞和樹突狀細胞的運動狀態(tài)和變化情況。在本文的工作中,主要描述了一種新搭建的熒光成像系統(tǒng)、基于背景建模的細胞識別算法和基于濾波的血管圖像分割算法,并對分割后的紅色通道和綠色通道的細胞進行共定位等數(shù)據(jù)分析。該成像系統(tǒng)結(jié)合雙光子顯微鏡等光學(xué)成像技術(shù)對小鼠體內(nèi)的血管和細胞進行動態(tài)監(jiān)控。在體流式細胞儀(in vivo flow cytometry,IVFC)雙通道系統(tǒng)可以捕獲到循環(huán)腫瘤細胞(circulating tumor cell,CTC)和樹突狀免疫細胞(dendritic cell,DC)兩種目標細胞,其中綠色信號代表的是CTC;紅色通道代表635 nm通道檢測到的DiD信號,代表DC。以檢測到的目標細胞運動數(shù)據(jù)作為本文算法的驗證數(shù)據(jù),用來識別出出現(xiàn)的CTC和DC,以及兩種目標細胞之間的關(guān)系以及目標細胞與血管壁之間的存在關(guān)系。本文的工作主要是通過開發(fā)一種自動化的計算機視覺算法來識別和追蹤熒光細胞,同時進行細胞計數(shù)和分割的工作。本文主要的細胞識別分為兩大部分:第一部分是利用Codebook(CB)算法對視頻圖像進行背景建模從而識別運動的熒光細胞;該背景建模過程是一個統(tǒng)計的過程,對長時間內(nèi)呈現(xiàn)運動的像素點上的背景進行采樣,并且將采樣值存入CB中,從而可以獲取視頻圖像每個像素點的時間采樣序列,隨后設(shè)定閾值判斷其屬于目標細胞區(qū)域還是背景信息。第二部分內(nèi)容是應(yīng)用根據(jù)細胞的運動狀態(tài)確定搜索范圍的微小熒光細胞的識別算法;該算法首先需要在第一幀給出目標細胞的初始像素點,然后以圓形搜索區(qū)域在當(dāng)前幀搜索可以被確定為前景信息的像素區(qū)域。然后根據(jù)細胞的運動速度和運動狀態(tài)確定類錐形搜索區(qū)域在圖像幀與幀之間進行連接相鄰兩段細胞運動軌跡�；跒V波的的血管圖像分割算法主要是通過對圖像進行預(yù)處理之后,將顯微圖像的R通道信息減去G通道的信息所得到的差值作為濾波算法的輸入,提取出視頻圖像中血管的邊界信息。通過采集到的實驗數(shù)據(jù)對算法進行驗證,本碩士課題所提出的基于CB的背景建模算法可以很好的對雙通道的細胞進行實時識別、追蹤和計數(shù)。該算法不僅可以得到較好的結(jié)果,而且不需要手動給定初始值,對于生物領(lǐng)域的研究者來說是很好的研究工具。
【圖文】：

生最清晰的圖像；第二，需要確保探頭所產(chǎn)生的光斑能夠比較貼合的覆蓋需要檢測的血管，同時需要與血流的方向保持一致，這樣才能夠確保血液中的目標熒光細胞能夠在經(jīng)過聚焦平面的時候被最大程度的激。第三部分是熒光檢測系統(tǒng)。當(dāng)被標記的細胞或者其他的樣品在經(jīng)過焦平面位置的時候就會被對應(yīng)波長的激光所激發(fā)，從而發(fā)出對應(yīng)波長的熒光，并使用物鏡對發(fā)射出來的熒光進行收集，隨后將被收集到的熒光通過一個分光鏡進行反射，接著通過二色分光鏡 BS2，將熒光分別反射到光電倍增管（PMT）。在 PMT 的前方一般會放有透鏡和狹縫，這樣的就能夠保證只有來自于焦平面的熒光才可以進入檢測器中，從而減少了其他的干擾。最后光束會經(jīng)過帶通濾波片 F2 和 MS 被 PMT 接收。第四部分是信號采集及處理過程。在上述第三部分，發(fā)射的熒光信號最終被送達光電倍增管，而該 PMT 的作用就是：將接收到的信號進行光電轉(zhuǎn)化，從而將光信號轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的電信號，然后通過微電流放大器或者是數(shù)據(jù)采集卡將電信號記錄下來。這里我們?nèi)〔蓸宇l率為 5000 Hz，將采集到的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后輸入到計算機中，通過自己基于 MATLAB 編寫的數(shù)據(jù)處理軟件進行信號分析。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 體流式細胞儀在生物學(xué)領(lǐng)域中具有很廣泛的用途，例如：檢測細胞的活性或者是對細胞的凋亡的進行檢測和對細胞的增值進行檢測等。可是一就是對通量具有閹割過的要求，假如去小鼠的微小動脈，直徑為 10速為 5 mm/s，所取血量為 1.5 ml，這樣計算下來需要 10 h。其次，通到的熒光信號，，雖然說從信號圖的尖峰出可以推斷出是因為檢測器檢但是關(guān)于細胞的其他信息卻無法得到。而圖像能夠更加直觀傳達視野體和信息，如果能夠把載體檢測到的細胞用圖像展示出來，那么我們觀的看到細胞的出現(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R730.4;TP391.41;TN713

【參考文獻】

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1 劉黨輝,沈蘭蓀,王興偉;一種角膜新生血管圖像的分割方法[J];計算機工程與設(shè)計;2002年06期

本文編號：2595244