專利名稱：一種生物熒光圖像中自體熒光干擾的去除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種激發(fā)熒光分子影像的預(yù)處理方法研究，特別設(shè)計(jì)到一種自適應(yīng) 的熒光圖像中自體熒光干擾的去除方法。
背景技術(shù)：
分子影像是應(yīng)用影像學(xué)方法，對(duì)活體狀態(tài)下的生物過(guò)程進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定 性和定量研究。而激發(fā)熒光成像(Fluorescence Molecular Imaging)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái) 的一種重要的分子影像模態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)新型的分子、基因表達(dá)的分析檢測(cè)技術(shù)，并且越來(lái)越 得到人們的重視。自體熒光是生物體的一些內(nèi)源性物質(zhì)在沒(méi)有熒光探針標(biāo)記的情況下，經(jīng)激發(fā)后產(chǎn) 生的熒光，將對(duì)目標(biāo)熒光信號(hào)的檢測(cè)產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重時(shí)甚至淹沒(méi)有用的熒光信號(hào)?，F(xiàn)有減少自體熒光干擾的方法中，最常見(jiàn)的是通過(guò)獲取兩幅不同波長(zhǎng)的圖像，其 中第一幅含較多的有用熒光信號(hào)和較少的自體熒光信號(hào)，第一幅含有較多的自體熒光干擾 信號(hào)和較少的有用熒光信號(hào)。最后將第一幅圖像減去第二幅圖像得到校正后的結(jié)果。該方 法雖然能去掉大部分自體熒光，但同時(shí)使得有用熒光信號(hào)也被衰減，從而使得信噪比降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是通過(guò)對(duì)激發(fā)熒光分子影像的預(yù)處理方 法研究，為此提供一種自適應(yīng)的生物熒光圖像中自體熒光干擾的去除方法。為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供的生物熒光圖像中自體熒光干擾的去除方法的核心 思想是利用不同波段的激發(fā)光獲取的熒光圖像包含有用熒光和自體熒光不同程度的信息， 經(jīng)過(guò)數(shù)值方法處理，最終篩選出有用熒光區(qū)域信息，從而達(dá)到去除自體熒光干擾的目的；該 方法包括以下步驟步驟Sl 獲取兩種不同波長(zhǎng)的激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二 ；步驟S2 激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二按照相同方式劃分成多個(gè)尺寸相等 的塊，將激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二中對(duì)應(yīng)位置的兩個(gè)塊構(gòu)成一個(gè)測(cè)試小組；步驟S3 將每個(gè)測(cè)試小組激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二中的像素值分別求 和后做比值，得到每個(gè)測(cè)試小組的比值，求出所有測(cè)試小組的比值中的最大值，并乘上系數(shù) α作為閾值，篩選出所有比值大于閾值的測(cè)試小組作為種子小組；步驟S4 求出每個(gè)種子小組像素值加權(quán)得到的質(zhì)心坐標(biāo)，對(duì)熒光小區(qū)的進(jìn)行篩 選，使用自適應(yīng)的聚類分析方法，按照距離將各種子小組分為不同的熒光小區(qū)，在同一圖像 實(shí)現(xiàn)多個(gè)分散熒光區(qū)域的篩選；步驟S5 以每個(gè)熒光小區(qū)的像素值最大的像素點(diǎn)作為種子點(diǎn)，在激發(fā)熒光圖像一 中采用種子漫水法搜索種子點(diǎn)周?chē)鷧^(qū)域，將大于激發(fā)熒光圖像一平均像素值β倍以上的 像素點(diǎn)做標(biāo)記；將所有的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行顯示，其余點(diǎn)像素值置零，便得到去除自體熒光干擾后 的熒光圖像。
優(yōu)選實(shí)施例，塊的邊長(zhǎng)選取在8 64像素值之間。優(yōu)選實(shí)施例，系數(shù)α選取為0 1之間的實(shí)數(shù)。優(yōu)選實(shí)施例，系數(shù)β選取為大于1的實(shí)數(shù)。優(yōu)選實(shí)施例，激發(fā)熒光圖像一中熒光染料的激發(fā)效率高于激發(fā)熒光圖像二中熒光 染料的激發(fā)效率，激發(fā)熒光圖像一的激發(fā)光波長(zhǎng)大于激發(fā)熒光圖像二激發(fā)光波長(zhǎng)。優(yōu)選實(shí)施例，在熒光小區(qū)的進(jìn)行篩選時(shí)，采用自適應(yīng)的聚類分析方法應(yīng)用于一幅 圖像中有多個(gè)熒光目標(biāo)區(qū)域的自體熒光去除。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出的方法在不用犧牲有用熒光信號(hào)的基礎(chǔ)上，完成熒光圖像中自體熒光 干擾的去除。該發(fā)明通過(guò)自體熒光干擾的去除，大大提高了激發(fā)熒光成像的信噪比，特別是 在字體熒光干擾最嚴(yán)重的400-700nm的波段。此外，本發(fā)明還應(yīng)用了自適應(yīng)的聚類分析方 法，按照距離將各種子小組分為不同的熒光小區(qū)。這樣就可以完成同一圖像多個(gè)分散熒光 區(qū)域的篩選，使得應(yīng)用性大大加強(qiáng)。


圖1是本發(fā)明方法流程圖。圖2是比值計(jì)算示意圖。圖3GFP熒光植皮發(fā)光小鼠實(shí)驗(yàn)。圖4GFP標(biāo)記肝腫瘤發(fā)光小鼠實(shí)驗(yàn)。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。生物的自體熒光分布一般是寬譜，而且隨著波長(zhǎng)增加，其強(qiáng)度有較緩慢的衰減；而 一般的熒光探針信號(hào)則只在相對(duì)較窄的波段有較高的信號(hào)強(qiáng)度?；谥皇聦?shí)，本發(fā)明在 熒光探針信號(hào)較強(qiáng)的波段獲得一幅激發(fā)效率較高熒光圖像，同時(shí)在熒光探針信號(hào)較低(較 小的波段)獲得一幅波長(zhǎng)較小的背景熒光圖像。在激發(fā)效率較高熒光圖像中大部分是有用 熒光成分，而波長(zhǎng)較小的背景熒光圖像中絕大部分是自體熒光信號(hào)。因此，可以利用激發(fā)效 率較高熒光圖像和波長(zhǎng)較小的背景熒光圖像中有用熒光信號(hào)和自體熒光信號(hào)比例的差異 篩選出有用熒光信號(hào)的同時(shí)去除自體熒光干擾，其理論推導(dǎo)如下若某一圖像區(qū)域?yàn)橛杏脽晒鈪^(qū)域，則&，&分別表示激發(fā)效率較高熒光圖像F和波 長(zhǎng)較小的背景熒光圖像B中的有用熒光信號(hào)成分，ai; a2分別表示激發(fā)效率較高熒光圖像F 和波長(zhǎng)較小的背景熒光圖像B中的自體熒光信號(hào)成分，I1是有用熒光信號(hào)成分與自體熒 光信號(hào)成分％之和，I2是有用熒光信號(hào)成分f2與自體熒光信號(hào)成分％之和；若某一圖像區(qū) 域?yàn)樽泽w熒光區(qū)域，flm，^11分別表示激發(fā)效率較高熒光圖像F和波長(zhǎng)較小的背景熒光圖像B 中的有用熒光信號(hào)成分，alffl, a2ffl分別表示激發(fā)效率較高熒光圖像F和波長(zhǎng)較小的背景熒光 圖像B中的自體熒光信號(hào)成分，Ilm是有用熒光信號(hào)成分flm與自體熒光信號(hào)成分之和， Iail是有用熒光信號(hào)成與自體熒光信號(hào)成分之和。綜上所述，有以下關(guān)系成立I1 = ^+B1, I2 = f2+a2, Ilm = flm+alm, I2m = f2m+a2m,
4
在有用熒光區(qū)域，滿足> f2, B1 < a2 ；在自體熒光區(qū)域，滿足flm = f2m = 0，alffl <a2ffl0于是有以下推導(dǎo)
權(quán)利要求
1.一種生物熒光圖像中自體熒光干擾的去除方法，其特征在于，包括以下步驟步驟Si 獲取兩種不同波長(zhǎng)的激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二 ；步驟S2 激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二按照相同方式劃分成多個(gè)尺寸相等的塊， 將激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二中對(duì)應(yīng)位置的兩個(gè)塊構(gòu)成一個(gè)測(cè)試小組；步驟S3 將每個(gè)測(cè)試小組激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二中的像素值分別求和后 做比值，得到每個(gè)測(cè)試小組的比值，求出所有測(cè)試小組的比值中的最大值，并乘上系數(shù)α 作為閾值，篩選出所有比值大于閾值的測(cè)試小組作為種子小組；步驟S4 求出每個(gè)種子小組像素值加權(quán)得到的質(zhì)心坐標(biāo)，對(duì)熒光小區(qū)的進(jìn)行篩選；使 用自適應(yīng)的聚類分析方法，按照質(zhì)心坐標(biāo)距離的遠(yuǎn)近將各種子小組分為不同的熒光小區(qū)， 在同一圖像實(shí)現(xiàn)多個(gè)分散熒光區(qū)域的篩選；步驟S5:以每個(gè)熒光小區(qū)的像素值最大的像素點(diǎn)作為種子點(diǎn)，在激發(fā)熒光圖像一中采 用種子漫水法搜索種子點(diǎn)周?chē)鷧^(qū)域，將大于激發(fā)熒光圖像一平均像素值β倍以上的像素 點(diǎn)做標(biāo)記；將所有的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行顯示，其余點(diǎn)像素值置零，便得到去除自體熒光干擾后的熒 光圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，塊的邊長(zhǎng)選取在8 64像素值之間。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，系數(shù)α選取為0 1之間的實(shí)數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，系數(shù)β選取為大于1的實(shí)數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，激發(fā)熒光圖像一中熒光染料的激發(fā)效率高 于激發(fā)熒光圖像二中熒光染料的激發(fā)效率，激發(fā)熒光圖像一的激發(fā)光波長(zhǎng)大于激發(fā)熒光圖 像二的激發(fā)光波長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)熒光小區(qū)進(jìn)行篩選時(shí)，采用自適應(yīng)的聚類 分析方法應(yīng)用于一幅圖像中有多個(gè)熒光目標(biāo)區(qū)域的自體熒光去除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物熒光圖像中自體熒光干擾的去除方法，該方法包括以下步驟獲取不同波長(zhǎng)的激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二；將激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二按照相同方式劃分成多個(gè)尺寸相等的塊，在激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二中對(duì)應(yīng)位置的兩個(gè)塊構(gòu)成測(cè)試小組；將每個(gè)測(cè)試小組的激發(fā)熒光圖像一和激發(fā)熒光圖像二中像素和的比值大于閾值的測(cè)試小組作為種子小組；使用自適應(yīng)的聚類分析方法，按距離度量將各種子小組組合為多個(gè)熒光小區(qū)；以每個(gè)熒光小區(qū)作為種子點(diǎn)，在激發(fā)熒光圖像一中采用種子漫水法篩選出有用熒光信號(hào)。本方法能夠有效地篩選出多個(gè)有用熒光區(qū)域并同時(shí)去除自體熒光的干擾，在激發(fā)熒光分子成像領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06T5/50GK102096914SQ20111002894
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者楊鑫, 田捷, 秦承虎, 薛貞文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所