Горинов С., Синева М., Александрова О.
advertisement
260 АВТОМАТИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ КЛЕТОК КРОВИ ПО ИХ ИЗОБРАЖЕНИЯМ1 С.В. Горинов, М.Г. Синёва, О.А. Александрова2 2 Региональная научно-исследовательская лаборатория по обработке изображений групповых точечных объектов и точечных сцен, Марийский государственный технический университет, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина 3. Тел. 8 (8362) 455412. E-mail: rts@marstu.mari.ru Проведён структурный анализ и разработана технология для автоматического анализа изображения мазка крови. Полученные данные показали, что устойчивое автоматическое разделение клеток происходит по таким информативным признакам как площадь и коэффициент формы. Введение В ежедневной практической деятельности для успешной постановки диагноза и лечения пациентов используется широкий арсенал различных клинико-лабораторных исследований. Вместе с тем изучение основных показателей крови, таких как определение форменных элементов крови (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов), гемоглобина, гематокрита, лейкоцитарной формулы, скорости оседания эритроцитов, и до настоящего времени является основополагающим диагностическим мероприятием в клинической практике. Контурный анализ клеток крови Математическая модель контура клетки, представленного на квадратной сетчатке рецепторного поля имеет вид последовательности элементарных комплекснозначных векторов: (n)0, S 1 , (1) где (n) 1 i 2 (n) , n =0,1… S 1 . Записанный в таком виде контур изображения клетки представляет собой аналитический сигнал, позволяющий определить все характеристики изображения. Выделение контуров всех представленных в изображении клеток (см. рисунок 1) выполнен на базе программного комплекса «Корсар». В частности решаются задачи определения таких информативных признаков: площадь контура клетки, ее периметр и коэффициент формы. Рис 1. Форменные элементы крови: А – лейкоцит; Б - эритроцит; В – тромбоцит; Г – 5 слипшихся эритроцитов Коэффициент интегральной учитывающей изображения: формы является характеристикой, площадь и периметр kф L2 / S , где L – периметр контура: L k 1 ( n) , n 0 (3) S – площадь изображения клетки. Получим выражение для площади полигонального контура изображения, рассматриваемого как k-угольник. Площадь k-угольника без самопересечений ________________________________________________________________________ Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 07-01-00058а) 1 (2) 261 находится как сумма площадей составляющих его треугольников, образованных векторами суммарного кода: S 0.5 S 1 k 1 (n 1), (n) . (4) n 0 kф 2 . (5) k 1 (n 1), (n) n 0 Если изображение имеет форму круга, то коэффициент формы имеет значение 4 . Это минимально возможное значение коэффициента формы. Если изображение имеет более сложную форму, чем окружность, то коэффициент формы будет больше, чем 4 . Числовые клеток характеристики Лейкоциты Название клетки Тромбоцит Эритроцит 1. Нейтрофильный 2. Базофильный 3. Эозинофильный 4. Лимфоцит 5. Моноцит Площадь 1708,000 10327,500 43615,500 42962,000 71721,000 47447,000 65778,000 (m) (n) (m n k 1) , n 0 Использование выражений (3) и (4) позволяет записать представление для коэффициента формы фигуры через элементарные векторы ее контура Г: k 1 2 ( n) n 0 Определение количества слипшихся эритроцитов осуществляем с помощью процедуры согласованной фильтрации: Таблица контуров Периметр 183,480 397,546 977,585 826,891 1153,627 948,774 960,833 Коф.ф. 19,710 15,303 21,911 15,915 18,556 18,972 14,035 Найдя периметр клетки, ее площадь и вычислив коэффициент формы (см. таблицу), мы можем сделать вывод, что лейкоциты, эритроциты и тромбоциты отличаются по площади и коэффициенту формы. Так, например, лейкоциты имеют площадь порядка 20-70 тыс. пикселей, тогда как эритроциты порядка 10 тыс. пикселей, а тромбоциты порядка 1-2 тыс. пикселей. Слипшиеся эритроциты отличаются от лейкоцитов по коэффициенту формы, т.к. эритроциты могут иметь такую же площадь, что и лейкоциты. У лейкоцитов коэффициент формы составляет 15-22, а, например, у 5 слипшихся эритроцитов составляет 34. (6) где n - элементарные векторы фильтруемого контура, (m) элементарные векторы импульсной характеристики фильтра, согласованного с информативным фрагментом изображения. Согласованный фильтр реализует на своем выходе смещенную на s отсчетов ВКФ двух сигналов (s – размерность дискретнокодированных сигналов). Один из сигналов служит эталонным и определяет импульсную характеристику фильтра, а второй является фильтруемым и для него в процессе фильтрации вычисляется набор мер схожести (близости) к эталонному сигналу. При этом один из параметров сигналов, фильтруемого или эталонного, варьируется в заданных пределах. Если фильтруемый и эталонный сигналы совпадают, то существует отсчет фильтра, равный энергии фильтруемого сигнала. Он является максимальным (пиковым) по отношению ко всем остальным отсчетам. Так как для вычисления энергии сигнала необходимо учесть все отсчеты входного сигнала, то пиковый отсчет является последним выходным отсчетом фильтра и поэтому смещен на s отсчетов по отношению к начальному. На рисунке 2 представлены изображения из пяти слипшихся эритроцитов. Рис 2. Изображение из пяти слипшихся эритроцитов с характерными фрагментами: фрагмент А в виде полуокружности, фрагмент Б – участок контуров пересекающихся клеток Видно, что изображение имеет продолговатую форму, т.е. сильно отличается по форме от окружности и 262 поэтому может быть выделено по значению коэффициента формы. Для того чтобы определить количество слипшихся эритроцитов воспользуемся выделением характерных фрагментов этого изображения. Такими фрагментами являются фрагменты A в виде полуокружности, по расстоянию между которыми можно определить всю длину изображения. Другими информативными признаками являются участки Б контуров пересекающихся эритроцитов. В начале согласованный фильтр был согласован с фрагментами типа А. Результат фильтрации представлен на рисунке 3. Для определения количества эритроцитов согласованный фильтр был согласован с фрагментами типа Б. Результат фильтрации представлен на рисунке 4. Заключение Статистическая обработка данных таблицы показала, что устойчивое автоматическое разделение клеток происходит по следующим параметрам: 1) тромбоциты S=1,5 тыс. пикселей; 2) эритроциты S=10 тыс. пикселей, 3) лейкоциты S=50 тыс. пикселей. Определение количества эритроцитов в слипшемся состоянии устойчиво получается на основе согласованной фильтрации по информативным фрагментам изображения. Список литературы 1. Рис 3. Результат согласованной фильтрации пяти слипшихся эритроцитов фрагментом типа А 2. 3. Рис 4. Результат согласованной фильтрации пяти слипшихся эритроцитов фрагментом типа Б Введение в контурный анализ и его приложения к обработке изображений и сигналов/ Я.А. Фурман, А.В. Кревецкий, А.К. Передреев, А.А. Роженцов, Р.Г. Хафизов, И.Л. Егошина, А.Н. Леухин; Под ред. Я.А. Фурмана. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. Козловская Л.В., Учебное пособие по клиничеким лабораторным методам исследования / Л.В. Козловская, А.Ю. Николаев– 2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина,1984. Наджимитдинов С.Т., Основные лабораторные методы исследования морфологии клеток крови / С.Т. Наджимитдинов – Ташкент, Медицина, 1969.
