面向白细胞显微成像的自聚焦算法设计与实现研究

发布时间：2020-05-14 09:34

【摘要】：血涂片检验是诊断各种血液相关疾病的一种重要方法,血涂片中白细胞的数量、形态、所占比例等病理学方面的信息能够帮助医生作出快速有效的诊断。因此,对白细胞进行准确、快速分类计数是当今医疗界面临的直接技术难题,也是医院提高工作效率首要问题。目前,医院一般通过血液分析仪法和显微镜法两种方法检验血液中白细胞的种类和数量。但是血液分析仪法不能准确识别发现细胞形态学及病理学变化,一旦发现异常患者,必须采用显微镜法作进一步诊断。虽然显微镜法能够分类准确,及时发现细胞形态及病理变化,但需要依赖专业人员反复操作显微镜肉眼观察、不适合大量人群筛选,尤其显微镜的聚焦过程,即便是专业人员,仍需要耗费大量的时间。针对以上诸多临床应用弊端,课题提出了面向白细胞显微成像的自聚焦算法设计与实现研究。课题研究的内容主要分为以下三个部分:1)图像聚焦算法设计。图像聚焦算法是课题研究的核心,本文首先对现有提出的12种聚焦算法模型进行了聚焦函数评价标准评估,得出的聚焦函数曲线区分度小、稳定性差、无偏性大,针对以上不足课题提出了一种梯度性阈值方差算法,统计得出评价标准准确度误差0.03、峰值区间2um等优良曲线特性。经聚焦环境包括聚焦光源、物镜倍率、涂片样本等多方面鲁棒性分析后,改进和优化梯度性阈值方差算法,进一步提高了算法的稳定性、普适性、抗干扰能力等特性。最后本文设计了集成PID控制算法、图像聚焦算法的聚焦闭环反馈系统,实现了快、准、稳的自聚焦运动控制系统。2)聚焦算法复杂度分析。由于算法时间复杂度阶数较高、程序执行效率低等原因,在不影响图像聚焦效果前提下,优化时间复杂度不定项n规模和程序循环体结构后,实验得出单张原图平均计算时间1.42s缩短为7ms;优化空间复杂度不定项n规模和循环程序结构体中内部调用个数和内部局部变量后,输入原图算法运行时临时占用的存储空间83.62Mbyte缩小为413.63Kbyte。3)系统软硬件设计。包括对自聚焦显微成像平台的机械,硬件控制电路和上位机操作软件设计。其中,系统硬件主要有:核心控制电路设计、下位机操作系统、下位机驱动等;系统软件包括:上位机操作界面、摄像头应用接口、图像处理等。最终系统实现了自聚焦精度0.2微米、自扫描获取150张白细胞图像等多个指标进行了系统测试与评估。经重复实验测试完成自动聚焦耗时约2秒、自动扫描耗时约4秒,系统完成整个过程运行周期平均耗时约7秒。最终课题从图像聚焦算法的设计、聚焦算法复杂度分析、系统软硬件设计等多个方面完成了面向白细胞显微成像的自聚焦算法设计与实现研究,实现了既能提高工作效率、保证检测质量又有较高实用价值的白细胞自动镜检筛选系统。
【图文】：

嗜碱性粒细胞,单核细胞,嗜酸性粒细胞,中性粒细胞

(d) (e)图 1.1 (a)嗜碱性粒细胞，(b)嗜酸性粒细胞，(C)中性粒细胞，(d)单核细胞，(e)淋巴按照白细胞生存周期或者更加精细、科学分类又可分为像中幼粒细胞、晚稚粒细胞、幼稚单核细胞等 18 种，图 1.2 所示。(a) (b) (c) (d)图 1.2(a)中幼粒细胞，(b)晚幼粒细胞，(C)幼稚粒细胞，(d)幼稚单核细胞情况下，，人体的白细胞数量保持在标准健康范围内并保持一定平衡状态，体遭受外部侵扰时，白细胞的形态和数量会发生改变。例如，当人体中毒

中幼粒细胞,晚幼粒细胞,单核细胞

(a) (b) (c) (d)图 1.2(a)中幼粒细胞，(b)晚幼粒细胞，(C)幼稚粒细胞，(d)幼稚单核细胞正常情况下，人体的白细胞数量保持在标准健康范围内并保持一定平衡状态，但是当人体机体遭受外部侵扰时，白细胞的形态和数量会发生改变。例如，当人体中毒或者细菌感染时，机体产生的淋巴细胞数量急剧增多，而且白细胞胞浆内还会出现中毒颗粒当人体严重感染特别是败血症时，中性粒细胞胞质中出现一个或数个空泡；当人体感染病毒性肝炎、风疹等病毒性疾病，一般会出现较多异常性淋巴细胞包括外形不规则、胞核原核或有空泡、染色质不规则等形态学信息。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R446.1;TP391.41

【参考文献】