一种基于UNET的宫颈病理组织分割方法与流程

文档序号:21699848发布日期:2020-07-31 23:03阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于unet的宫颈病理组织分割方法,其特征在于:包括扫描拼接、降噪、区域划分、unet模型训练及辅助诊断五个步骤,其步骤如下:

步骤一、扫描拼接:用光学显微镜扫描样本涂片,然后将生成的视野图像拼接成一个全景图ic;

步骤二、降噪:对ic做降噪预处理;

步骤三、区域划分:将ic中的每个感兴趣独立前景区域ai提取出来,保存ai及其在ic中的相对位置;

步骤四、unet模型训练:统计所有样本中的ai,按6:2:2的比例随机分配到训练集、验证集和测试集中,然后传递给unet模型进行学习,最终获得可靠分割模型m;

步骤五、辅助诊断:将模型m应用于临床,辅助病理医生诊断宫颈疾病。

2.根据权利要求1所述的基于unet的宫颈组织图像分割方法,其特征在于:所述步骤一的具体方法是在10x显微物镜下,对每个样本进行全片自动扫描与拼接,生成分辨率可变的逻辑全景图ic,其宽度取值范围为30000~40000像素,高度取值范围为20000~30000像素。

3.根据权利要求1所述的基于unet的宫颈组织图像分割方法,其特征在于:所述步骤二的具体方法是对ic依次进行模糊和锐化操作,用以去除制片染色过程中产生的部分噪声。

4.根据权利要求1所述的基于unet的宫颈组织图像分割方法,其特征在于:所述步骤三的具体方法还包括如下步骤:

a、对ic的行和列进行1/32下采样,生成低分辨率全景图if,并将其灰度化为ig;

b、以背景灰度均值为阈值从ig提取轮廓,采用平均灰度计算图像的二值化阈值,利用二值化阈值t对图像进行前景和背景分割,获得标记图,并提取相应的区域轮廓;阈值分割公式如下:

其中f(x,y)为灰度图像,g(x,y)为阈值运算后得二值图像;

c、计算ig中每个轮廓的面积,长度和宽度,采用阈值法去除面积、长度或宽度较小的干扰轮廓,保留感兴趣轮廓;首先对g(x,y)进行贴标签每一个不同的标签代表不同的连通域,然后统计每一个连通域的面积,第k个连通域面积sk的计算公式如下:

其中,l为连通域的个数,为第k个连通域

之后消除面积小于预设阈值area的连通域,小面积连通域消除处理的计算公式如下:

d、为每个轮廓生成一个蒙版,利用蒙版从ic中提取待处理区域ai并记录每个ai在全景图中的绝对位置pi。第k个轮廓蒙版mk的提取公式如下:

第k个图像区域ak的提取公式如下:

ak=ic*mk

e、对不同的区域以并行的方式进行处理。设一个样本通过本发明生成n个区域,43可并行工作的处理核有m个,若以串行方式处理if所需时间为t,则理想情况下并行处理所需时间可缩短为t/m。

5.根据权利要求1所述的基于unet的宫颈组织图像分割方法,其特征在于:所述步骤四的具体方法包括如下步骤:

①对已经标注好的训练集中的每个ai,增加一个通道存放标注数据,原始数据有红、绿、蓝三个彩色通道,通过本步骤处理之后增加一个黄色表示的标注数据通道;

②对经上一步处理后的每个ai,分别通过仿射变换、相似变换和刚体变换进行数据增强,得到数据集di仿射变换计算式为:

其中

相似变换的计算式为:

其中

刚体变换的计算式为:

其中

③unet网络以并行方式接收并学习每个di所包含的特征数据,循环进行50轮次迭代训练,生成最终的诊断模型m;训练前网络各层参数的初化化计算式为:bil=0,其中nl-1为前一网络层参数个数,训练时将上一步得到的所有训练样本的di经归一化后做为输入数据,经50轮迭代后完成首训,通过验证集和测试集的运行结果决定是否需要继续训练和优化。

6.根据权利要求1所述的基于unet的宫颈组织图像分割方法,其特征在于:所述步骤五的具体方法包括如下步骤:

步骤1、将样本涂片放入载物台,依次自动执行权利要求1中的步骤一、二和三,得到n个感兴趣区域图像{ai|0<i<n},将每个ai做为输入让模型m处理,然后保存生成的分割类别和轮廓信息;

步骤2、在if中用绿色描绘每个ai中的正常组织轮廓,黄色描绘低级别病变组强织轮廓,橙红描绘高级别病变组织轮廓,色描绘癌变组织轮廓;

步骤3、将ir显示在屏幕上,供病理医生参考,当使用者点击放大时,依据放大倍数k对ic进按行、列分别进行k/2下采样,生成ik,然后依照ir和ik的放大倍率关系计算每个分割结果轮廓在ik中的对应坐标并按同样的类别颜色描绘及显示。


技术总结
本发明公开了一种基于UNET的宫颈病理组织分割方法,包括扫描拼接、降噪、区域划分、UNET模型训练及辅助诊断五个步骤。本发明应用UNET(一种采用深度自动编码解码结构的卷积神经网络模型)有效地解决宫颈组织病理数字图像智能分析领域普遍存在的样本数量少、样本规范性差、样本处理实时性差等阻碍临床应用的问题。该方法还可以帮助医生快速、精确地标识出病变组织并给出辅助诊断建议,既极大地减轻了病理医生的工作负担,又显著降低了检测成本,具有巨大的经济利益和社会效益。

技术研发人员:谢艾纾;段慧芳;庞宝川;刘娟;孙小蓉
受保护的技术使用者:武汉兰丁医学高科技有限公司
技术研发日:2019.01.24
技术公布日:2020.07.31
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