神經(jīng)元干細胞灰度圖像的分割算法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學的迅速發(fā)展，神經(jīng)元干細胞的研究變得愈加重要。目前主要采用計算機數(shù)字成像及高速信息處理技術(shù)，對人工培養(yǎng)的大量神經(jīng)元干細胞的分化、增值過程進行跟蹤研究，以獲得神經(jīng)元干細胞成長為不同神經(jīng)細胞的規(guī)律。針對現(xiàn)有分割方法導致的分割結(jié)果中的一系列問題，提出了適合于神經(jīng)元干細胞灰度圖像的分割算法，并解決了分割前期的預處理和分割后期細胞形狀的修正，本課題以瑞典Chalmers技術(shù)大學的Karin Althoff和Johan Degerma

2、n所采集的神經(jīng)元干細胞灰度圖像為圖像源，獲得了較好的分割結(jié)果。研究的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　 首先，由于成像環(huán)境等因素的影響，圖像中存在大量的噪聲，為了減少噪聲對進一步圖像分析的影響，文中分析了常用的線性濾波去噪、銳化增強、形態(tài)濾波、以及與直方圖均衡化相關(guān)的增強算法，并針對所研究的神經(jīng)元干細胞灰度圖像的特征提出基于形態(tài)重構(gòu)和改進的直方圖均衡化的邊界增強算法;為了減少培養(yǎng)皿底板對分割的影響，引入均值平移濾波進行背景平滑。上述圖

3、像去噪、增強算法應用于分割的前期預處理，極大的減少了各類噪聲對分割的影響。
　　 其次，為了獲得全自動的分割方法，本文分析了一種非參數(shù)聚類算法——均值平移算法，并結(jié)合神經(jīng)元干細胞灰度圖像的特征，提出了基于均值平移和區(qū)域合并的細胞分割方法。此方法首先應用均值平移獲得詳細的初始過分割圖像，然后構(gòu)造了基于距離和面積的三層小區(qū)域合并方法，并據(jù)此合并初始過分割圖像，最后引入非凸模型，對淹沒于背景中的細胞缺失部分進行形狀修正，獲得最終分割結(jié)

4、果。仿真結(jié)果表明此分割方法可以獲得正確的細胞數(shù)目，并且分割的細胞輪廓接近真實的細胞輪廓。
　　 再次，針對上述分割算法步驟繁瑣的問題，提出了基于幾何蛇模型的改進的細胞圖像分割，減少分割步驟。在改進的模型中引入曲率項來改善曲線演化中導致的形變，以獲得平滑輪廓，并修正了引起曲線形變的外力參數(shù)，使得曲線更快的接近細胞輪廓，降低運算時間。此方法在細胞輪廓清晰時可獲得很好的細胞形狀，細胞輪廓模糊時，算法性能有所下降。
　　 最后，

5、為了進一步分析細胞輪廓的需要，提出了基于組合分水嶺算法和梯度矢量流的區(qū)域合并的細胞分割算法。初始的分水嶺分割可獲得較細致的邊界，但存在嚴重過分割現(xiàn)象，針對這一問題，利用原始圖像的梯度矢量流圖構(gòu)造的方向查詢表，對過分割區(qū)域進行合并得到目標區(qū)域，再根據(jù)細胞的橢圓形狀特征，對目標區(qū)域合并得到最后的分割結(jié)果。此方法可以獲得較清晰的細胞輪廓，但算法對參數(shù)設置較敏感。
　　 綜上所述，本文針對神經(jīng)元干細胞灰度圖像進行了深入研究，提出了相應前