[发明专利]一种基于内外应力的低分化腺体分割方法

权利要求书

1.一种基于内外应力的低分化腺体分割方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、基于ResUnet架构对病理组织染色图像进行染色分离，得到苏木精通道与背景通道图像；

2)、基于改进符号压力函数的变分水平集图像分割算法从背景通道图像中分割腺体流明区域；

3)、将苏木精通道图作为空间受限SC-CNN输入特征，得到上皮细胞区域边界，即上皮细胞核构成的腺边界；

4)、基于最小惯性轴及链码的图形形状描述方法根据流明形状特征对腺体轮廓进行绘制；

所述步骤3)中使用核检测的空间受限SC-CNN和用于核分类的softmax CNN方法，将染色分离得到的苏木精强度作为CNN的输入特征，得到表示上皮细胞核的像素集V以及上皮细胞核所在区域的外轮廓L；

所述步骤4)具体包括：以最小惯性轴为参考轴，通过它的垂线共同建立坐标系，图像质心为坐标系原点O，然后根据方向链码的做法再将坐标系的多个区域分别从多个方向上分成若干等分，这样整个图像就被从多个方向上生成一个链码；规定与最小惯性轴垂直且与流明轮廓最近点方向为0方向，逆时针依次旋转30°分别为0～11方向，则由O点作为顶点的12条直线将与流明轮廓C相交于C₀,C₁,...,C₁₁12个点构成表示流明轮廓的链码，同理这些直线与上皮细胞核的像素集V的交点表示候选轮廓链码；

步骤4)还包括：将检索流明区域的第n个特征三角形的隶属值μ_n及腺体区域的第n个特征三角形的隶属值μ'_n以及所有特征值的全部相似度值进行相似度对比；

其中，确定腺体轮廓需要基于如下两个约束条件：

①目标轮廓S基于上皮细胞核外轮廓L与流明轮廓C相似，因此构造特征相似约束项：

α≤TotalSim(l,v)≤1

β≤TotalSim(c,v)≤1

②目标轮廓S尽可能接近上皮细胞核外轮廓L，因此构造距离最小约束项：

其中i＝0,1，...,11表示方向序列，j＝0,1，...,J表示与流明轮廓相似的候选轮廓；l_i表示上皮细胞核外轮廓在第i个方向上的交点；v_i，j表示候选轮廓在第i个方向上的交点；以参考线0为起始方向，逆时针依次检索各方向特征三角形相似度；

2.根据权利要求1所述的一种基于内外应力的低分化腺体分割方法，其特征在于：所述步骤1)基于ResUnet架构进行染色分离具体包括：网络由收缩路径，桥接，扩张路径三部分支撑以完成Hematoxylin、Eosin、Background各通道染色强度预测。

3.根据权利要求2所述的一种基于内外应力的低分化腺体分割方法，其特征在于：所述收缩路径用来减少特征图的空间维度，同时逐层增加特征图的数量，将输入图像提取为紧凑特征；所述桥接部分连接收缩和扩张路径，并实现染色颜色矩阵预测功能；所述扩张路径用来逐步恢复目标的细节和相应的空间维度，输出用于染色强度矩阵预测。

4.根据权利要求2所述的一种基于内外应力的低分化腺体分割方法，其特征在于：所述收缩路径和扩张路径均包括若干个残差块，每个残差块中，通过卷积将特征映射减少一半。

5.根据权利要求4所述的一种基于内外应力的低分化腺体分割方法，其特征在于：在每个所述残差块之前，存在来自较低级别的特征映射的上采样以及来自相应编码路径的特征映射的级联。

6.根据权利要求1所述的一种基于内外应力的低分化腺体分割方法，其特征在于：所述步骤1)染色分离中模型预测过程中加入Kullback-Leibler约束项，通过最小化输入图像和每个重建之间的重建损失来训练模型。

7.根据权利要求1所述的一种基于内外应力的低分化腺体分割方法，其特征在于：所述步骤2)具体利用图像的统计信息构造SPF函数，使构造的SPF函数具有保持甚至增强突出前景目标的功能。

8.根据权利要求7所述的一种基于内外应力的低分化腺体分割方法，其特征在于：具体包括：

轮廓线C把图像I分成内外两个部分，分别记作Ω₁＝in(C)，Ω₂＝out(C)，利用图像的全局染色强度分布来构造SPF函数，用P₁、P₂表示区域Ω1、Ω2的染色强度分布函数：

其中u、σ分别为染色强度高斯分布均值与标准差，根据水平集方法，嵌入水平集函数φ，假设Ω1＝{φ0}和Ω2＝{φ0},相应的轮廓线C可以由零水平集{φ＝0}来表示；

利用以上染色强度分布函数构造如下SPF函数：

即得到水平集方程为：