【摘要】：循環(huán)腫瘤細(xì)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(xì)胞群進(jìn)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(xì)胞儀是一種新興的在體檢測技術(shù),能夠?qū)?xì)胞進(jìn)行實(shí)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(xì)胞進(jìn)行分析可以觀測到循環(huán)血流中腫瘤細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞的運(yùn)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(xì)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(xì)胞進(jìn)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(xì)胞進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控。在體流式細(xì)胞儀(in vivo flow cytometry,IVFC)雙通道系統(tǒng)可以捕獲到循環(huán)腫瘤細(xì)胞(circulating tumor cell,CTC)和樹突狀免疫細(xì)胞(dendritic cell,DC)兩種目標(biāo)細(xì)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(biāo)細(xì)胞運(yùn)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(biāo)細(xì)胞之間的關(guān)系以及目標(biāo)細(xì)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(jī)視覺算法來識別和追蹤熒光細(xì)胞,同時進(jìn)行細(xì)胞計數(shù)和分割的工作。本文主要的細(xì)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(jìn)行背景建模從而識別運(yùn)動的熒光細(xì)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(yùn)動的像素點(diǎn)上的背景進(jìn)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(diǎn)的時間采樣序列,隨后設(shè)定閾值判斷其屬于目標(biāo)細(xì)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(xì)胞的運(yùn)動狀態(tài)確定搜索范圍的微小熒光細(xì)胞的識別算法;該算法首先需要在第一幀給出目標(biāo)細(xì)胞的初始像素點(diǎn),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(xì)胞的運(yùn)動速度和運(yùn)動狀態(tài)確定類錐形搜索區(qū)域在圖像幀與幀之間進(jìn)行連接相鄰兩段細(xì)胞運(yùn)動軌跡。基于濾波的的血管圖像分割算法主要是通過對圖像進(jìn)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(shí)驗數(shù)據(jù)對算法進(jìn)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(xì)胞進(jìn)行實(shí)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(biāo)熒光細(xì)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(biāo)記的細(xì)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(jìn)行收集，隨后將被收集到的熒光通過一個分光鏡進(jìn)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(jìn)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(dá)光電倍增管，而該 PMT 的作用就是：將接收到的信號進(jìn)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(jī)中，通過自己基于 MATLAB 編寫的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行信號分析。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 體流式細(xì)胞儀在生物學(xué)領(lǐng)域中具有很廣泛的用途，例如：檢測細(xì)胞的活性或者是對細(xì)胞的凋亡的進(jìn)行檢測和對細(xì)胞的增值進(jìn)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(xì)胞的其他信息卻無法得到。而圖像能夠更加直觀傳達(dá)視野體和信息，如果能夠把載體檢測到的細(xì)胞用圖像展示出來，那么我們觀的看到細(xì)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(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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(jī)工程與設(shè)計;2002年06期

本文編號：2595244