专利名称：一种用于环境污染生物检测的细胞核分析方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于计算机图象分析技术领域及环境污染检测技术领域。尤其是一种检测环境污染的细胞核分析方法及装置。
目前的环境污染检测主要依靠化学成份分析方法以及细胞人工分析方法，其中化学成份分析法手绪繁杂，测试时间较长，而细胞人工分析法检测速度慢并且检测结果因检测人员工作经验的不同而有较大差异。至今尚未见到国内外有关利用计算机专用系统分析生物细胞核结构从而进行环境污染自动检测的报道。
本发明的目的在于使用一种计算机图象分析系统对生物体的细胞核结构自动进行形状分析，从而快速、准确、客观地确定生物体原来所处生长环境的污染程度。
本发明的硬件结构如
图1所示，图中101为显微镜平台，计算机105可用命令控制平台上载玻片作x与y轴方向的位移量，以便显微镜102自动寻找生物切片中细胞核与微核图象目标。电视摄象机把显微镜102搜寻到的目标影象转换成模拟量电信号，然后通过接口电路104转换成数字量并输入计算机105。图中106是一个兼作帧存储器(存贮一帧图象的象元信息)的图象处理板，它与计算机105相连，以扩大计算机的存储容量和提高图象处理速度，图象处理板106与图象显示器107相接，显微镜平台101载玻片上的影象或计算机105处理过的图象可以通过图象显示器107显示出来。计算机105的分析结果也可由打印机108打印出来或由显示器109显示出来。
图1中的显微镜平台101的结构如图2所示。图2中201为通讯接口(例如标准RS232通讯口)，负责与计算机105之间的信号传递，并把有关平台控制信息送给移位控制器202，移位控制器202将有关移位信息分析计算后，传送给驱动电路205，驱动x向步进电机206或y向步进电机207作相应动作，从而控制平台208作x向或y向移动。驱动电路205在移位控制器202的作用下，以一种大电流冲击，小电流维持的方式驱动步进电机206或207工作，从而大大减少步进电机的功耗。平台208的移位量和移位方向可由与移位控制器202相连的显示电路204显示出来。移位控制器202还与一个控制键盘203相连，该键盘可在脱机状态下向移位控制器202发出一串连续脉冲或一个单脉冲，以便调试时使用。与平台208相连的超程检测电路209含有安装于平台上的四个开关型霍尔元件，当x方向或y方向移位超程时，超程检测电路209会自动以声光报警并向移位控制器202发出信号，从而阻止相应步进电机206或207继续运行，以避免损坏有关器件。
本发明所采用的方法是将被检测生物体(例如紫露草、洋葱、蝌蚪或老鼠等)组织制成切片，并置于显微镜平台的载玻片上，电视摄象机通过显微镜将载玻片上的生物细胞图象转变成电信号并由接口电路中的模/数转换器量化后输入计算机，然后通过背景灰度补偿技术，几何失真校正技术等提高细胞图象的质量，尔后用一系列专用微核分析技术分析生物细胞核图象，这些技术包括采用减影法图象整体分割技术分离出细胞核，并用标记图象法抽取细胞核与微核，用圆度阈值法去除伪细胞核，用基于细胞核形体结构的距离阈置法提取正常核，再用基于形状准则的图象局部区域重分割技术解决细胞核之间紧密相贴的问题，然后根据微核频率和污染阈值判定被检测生物体原来所处环境的污染程度。现将上述微核分析技术具体叙述如下1、用减影法图象整体分割手段分离出细胞核由于计算机图象输入系统(黑白摄象机与光学显微镜)本身的光路和分辨率限制，使摄得的显微图象灰度不均匀和范围较窄，导致生物体的细胞核之间常有灰色的细胞浆相连，没有明确的边缘，微核与细胞核常紧密相贴，因此常规的直方图谷点门限图象分割方法不适用。
减影法图象整体分割技术是将一幅空载玻片上的以相同聚焦程度摄得的参考图象输入计算机，以此作为系统背景噪声，并将其从生物体显微图象中减去，从而提高抽取生物体细胞核与微核的准确度。
2、用标记图象技术抽取细胞核和微核对显微镜图象进行减影法图象整体分割技术处理后，所得的二值图上的所有细胞核和微核具有相同的单一灰度值。本技术是利用行扫描方法对所有细胞核和微核进行标记(即孤立化编号)(1)每一个细胞核或微核内具有一种标记。
(2)不同的细胞核或微核具有不同的标记。
而后进行抽取过程将标记图象求取直方图，根据细胞核和微核各自的面积门限将细胞核和微核区域严格区分开来，进而求得每个细胞核和微核各自的形状参数，诸如面积、圆度、形心位置、分布区域等。
3、用圆度阈值法去除伪细胞核正常的细胞核都具有较圆的形状，而异常细胞核的形状大都不规则，但它们可能具有相似的面积参数值。圆度参数反映了分析对象在外形上接近圆形的程程度。因此本技术根据不同检测目标的统计特性设定圆度阈值，圆度小于此阈值的细胞核则被判定为伪细胞核，并将其从细胞核的集合中去除。
4、用距离阈值法提取正常微核正常微核都距正常细胞核较近，而图象整体分割后得到的标记图象中可能存在一些背景颗粒噪声，它们在外形、面积参数上与正常微核相似。本技术是先确定细胞核的重心位置和各颗粒点的重心位置，然后测量各颗粒重心与细胞核重心之间的距离，只有那些距细胞核重心的距离小于所设定的阈值者，方可被认定为微核。
5、基于形状准则的图象局部区域重分割由于计算机图象输入系统的分辨率有限等原因，有些与细胞核紧密相贴的正常微核在经过减影法图象整体分割技术处理后仍未能分离出来。本技术的实质是根据含相贴微核的细胞核所具有的特殊形状来进行重分割(1)计算该含相帖微核的细胞核的圆度、形心位置及其区域分布范围，并设置一个重分割起始门限Ts。
(2)在原始显微镜图象中该细胞核的特定区域分布范围内从分割起始门限Ts开始进行每次门限数值减1的递减门限分割，直至该特定细胞核区域分裂成二个以上的子区域。
(3)选取具有最大面积的子区域作为新的假想细胞核，另外的子区域作为新的假想微核。
(4)根据细胞核的圆度阈值和面积阈值来验证假想细胞核和微核，若条件满足则重分割成功，反之则假设不成立。
进行了基于形状准则的图象局部区域重分割技术处理后，提高了微核检测的精确度。
6、根据微核分析技术实现污染检测根据以上各种步骤的技术处理后，求某分析对象(诸如紫露草、洋葱、白鼠、蝌蚪等)的一片载玻切片的微核率MCN微核率MCN＝ (正常微核总数)/(正常细胞核总数)(在紫露草四分体分析情况下，微核率公式修正为微核率MCN＝ (正常微核总数)/(正常四分体总数) )而后根据经过生物专家多次实验后得到的污染门限Th来判别该载玻切片上的生物体是否受到环境污染如果MCN＞Th，则认为已受到污然如果MCN＜Th，则认为没有受到污染并可根据MCN的大小来反应受污染的程度，最后根据该生物切片的获取源的地点，即可知道该地点的环境污染发生程度。
本发明可用于利用生物方法进行环境污染检测的场合，具有快速、准确、客观的特点。
权利要求
1.一种实现环境污染生物检测的图象分析方法，其特征为利用生物体细胞核形状分析技术判定被检测生物原来所处环境的污染程度。
2.如权利要求1所述的实现环境污染生物检测的图象分析方法，其中上述细胞核形状分析技术的特征是使用减影法图象整体分割手段分离出细胞核，将一幅空载玻片上的以相同聚焦度摄得的参考图象输入计算机，以此作为系统背景噪声，并将其从生物体显微细胞核图象中减去。
3.如权利要求1所述的实现环境污染生物检测的图象分析方法，其中上述细胞核形状分析技术的特征是用标记图象技术抽取细胞核与微核，通过行扫描对所有的细胞核和微核逐一标记，然后将标记图象取直方图，根据细胞核和微核各自的面积门限将细胞核与微核区分开来，进而求得每个细胞核的形状参数。
4.如权利要求1所述的实现环境污染生物检测的图象分析方法，其中上述细胞核形状分析技术的特征是使用圆度阈值法去除伪细胞核，根据不同检测目标的统计特性设定圆度阈值，圆度小于此阈值的细胞核则被判定为伪细胞核，并将其从细胞核的集合中去除。
5.如权利要求1所述的实现环境污染生物检测的图象分析方法，其中上述细胞核形状分析技术的特征是用距离阈值法提取正常微核，测量颗粒重心与细胞核重心位置之间的距离，只有那些距细胞核重心的距离小于所设定的阈值者，方可被认定为微核。
6.如权利要求1所述的实现环境污染生物检测的图象分析方法，其中上述细胞核形状分析技术的特征是用基于形状准则的图象局部区域重分割技术将与细胞核紧密相贴的微核分开，本技术是根据圆度和形心位置参数设置一个重分割门限，然后在相贴细胞核与微核所在区域用递减门限法将相贴细胞核与微核所在区域分成两个子区域，再用所设定的圆度阈值和面积阈值确认各子区域是细胞核属性还是微核属性，从而将原来相贴近的细胞核与微核分开。
7.一种实现环境污染生物检测的图象分析装置，其特征为使用一个带有显微镜操作平台的图象输入装置。
8.如权利要求7所述的实现环境污染生物检测的图象分析装置，其中上述显微镜操作平台的特征是由通讯接口将计算机发出的平台控制信息传送给移位控制器，移位控制器将有关移位信息分析计算后，传送给驱动电路，驱动x向和y向步进电机拖动平台作相应移位。
9.如权利要求7所述的实现环境污染生物检测的图象分析装置，其中上述显微镜操作平台的特征是移位控制器与显示电路及控制键盘相连，显示电路用以显示位移方向与位移量，键盘可在脱机状态下向移位控制器发出连续脉冲或单脉冲。
10.如权利要求7所述的实现环境污染生物检测的图象分析装置，其中上述显微镜操作平台的特征是显微镜平台与超程检测电路相连接，超程检测电路含有安装于平台上的四个开关形霍尔元件，当x方向或y方向移位超程时，超程检测电路会自动以声光报警并向移位控制器发出阻止相应步进电机继续运行的信号。
全文摘要
本发明属于计算机图象分析及环境污染检测技术领域。
本发明的特征是用一种带有显微镜操作平台的图象输入装置将生物体切片上的细胞核图象输入计算机，该显微镜操作平台可在移位控制器及步进电机的作用下作x向和y向移动。计算机通过减影法及标记图象技术提取细胞核与微核，用圆度阈值及距离阈值技术去除伪细胞核并提取正常微核，然后根据微核频率和污染门限判定被检测物体受污染的程度。本技术可用于环境污染检测场合。
文档编号G01N35/00GK1039117SQ8910487
公开日1990年1月24日 申请日期1989年7月14日 优先权日1989年7月14日
发明者徐建华, 夏文杰, 金旭东, 孙慰迟, 边隆祥 申请人:复旦大学