计算机图像分析系统.ppt

1、2023/6/12,1,计算机图像分析方法和应用简 介,徐州医学院病理学教研室 2007年6月,2023/6/12,2,一、基本概念,定性分析：用肉眼、显微镜、电镜等手段观察图像结构后对图像的结构特点和含意作出描述、分析、推理和判断。病理学图像的定性分析：用显微镜观察涂片、印片、刷片和切片细胞、组织的结构，并对其病理生物学意义作出分析、推理和判断。定量分析：用量化的方法以数字表达形式对图像中各种结构信息定量描述，在此基础上对图像含意作出定量分析、推理、判断和概括。,2023/6/12,3,二、计算机图像分析系统,是定量病理学测试和分析的重要工具。本质上是计算机功能在图像分析方面的扩充。由硬件和

2、软件构成。硬件决定了输入、显示、图像质量和计算机速度；软件决定了图像处理和分析功能。,2023/6/12,4,硬件部分,由图像输入系统、图像卡、计算机、监视器和打印机等构成。图像输入系统包括显微镜、摄像机、扫描仪和数码相机等。摄像机、数码相机与显微镜相连，将显微图像以视频信号或数字信号输入图像卡，扫描仪则用于将图片上的信息以数字信号的形式输入计算机。,2023/6/12,5,计算机图像分析系统工作流程,2023/6/12,6,图像录入界面,计算机在图像分析软件的支持下，从图像卡上或扫描仪上将原图像以数字图像形式采集下来，经过计算机处理和分析将结果输出。,2023/6/12,7,图像录入界面,2

3、023/6/12,8,三、计算机图像分析方法,2023/6/12,9,准备工作,图像分析,图像处理,图像获取,图像分割,图像测量,图形修饰,统计分析,（一）图像定量测试和分析的一般步骤,2023/6/12,10,1）图像分割,图像仪根据图像的特征，用颜色覆盖或用线条将图像中需要统计分析的目标区域与周围区域分割出来。,2023/6/12,11,图像分割,2023/6/12,12,2）图形修饰,分割后形成的图形常常不能直接用于测量，因为分割出来的图形存在各种缺陷，需要经过处理：去除毛疵、填充微小空洞，修整不光滑的边界，连接、分离或删除图形等，得到适用于统计分析的图形。,2023/6/12,13,图

4、形修饰,2023/6/12,14,3）图形测量,图像分割后，迅速对各种形态结构的目标准确有效的测量。全自动测量是计算机自动对全屏目标测量；半自动测量（俗称“套细胞”）是计算机自动依次搜索目标，由操纵者用键盘或鼠标决定是否要测量每个目标；手动测量是由操纵者用鼠标选择所测量的目标。,2023/6/12,15,（二）图像定量分析的结构参数,图像的结构特点通过结构参数值体现出来。结构参数是图像定量测试的具体指标和定量分析的基础。结构参数：几何学参数、光度学参数和特化参数三大类。,2023/6/12,16,1.几何学参数,用于定量描述结构的几何学特征及其相对大小的构成。包括平面结构参数和三维结构参数。,

5、2023/6/12,17,平面结构参数,直接测得的参数为平面结构参数（面积、周长、长径、短径、等效直径、形状因子、矩形度、面积密度、核浆面积比、长短径比、面数密度及位点参数等）。面积反映平面结构的大小（通过将某结构边缘内所有像素之和乘以标定后每个像素点所代表的实际面积）。周长即结构周边的长度（将某结构周边各像素之间的距离相加乘上每个像素点所代表的实际长度）。,2023/6/12,18,三维参数,即体视学参数（密度类参数、形状类参数、尺寸类参数、分布类参数和其它一些参数）。,2023/6/12,19,2光度学参数,包括灰度、光密度（吸光度）、图像纹理和色度学参数。,2023/6/12,20,灰度

6、,是定量描述灰度图像上粒子颜色深浅（浓淡度）程度的参数。以整数值表示像素的浓淡信息，所得的具体值为灰度值（灰度级）。包含了由白灰黑三色之间的一系列变化过程。在用灰度值表达图像灰度时，有以0为白，最大值为黑的灰度设定方法；也有以0为黑，最大值为白的表示方法。在进行灰度分析时，注意灰度的设定方法，把握灰度值变化的意义。,2023/6/12,21,积分灰度,即所测结构范围内各像素灰度之和。反映所测结构的灰度与面积的综合变化。,2023/6/12,22,光密度（吸光度）（OD）,指光线通过溶液或某物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数。OD值越大，则光线被吸收程度愈大，溶液或

7、物质的颜色越深，溶质含量越高；反之OD值越小，则光线被吸收程度愈小，溶液或物质中颜色越浅，溶质含量越低。免疫组化常用底物是DAB（棕黄色），其OD值反映颜色的深浅（DAB 沉积量）,即反映了目标抗原的量。,2023/6/12,23,积分光密度（积分吸光度）,指所测结构范围内各像素光密度值之和。积分光密度反映所测结构的光密度与面积的综合变化。,2023/6/12,24,平均光密度,是积分光密度与图像面积的商。反映了阳性细胞的数量与染色程度的整体水平（抗原总量）；而积分光密度与阳性细胞面积和的商，可用来单独评价细胞的染色程度。,2023/6/12,25,四、计算机图像分析在肿瘤病理学中的应用进展,

8、2023/6/12,26,肿瘤定量病理学研究,肿瘤的形态结构特征表现为组织和细胞结构的异型性。肿瘤的良恶性和分化程度可通过异型性反映出来。异型性的大小可用形态定量参数来定量描述和测试。肿瘤定量病理学通过定量揭示肿瘤组织的形态结构特征，阐明肿瘤的发生发展、诊断、分型分类、浸润转移、复发和预后等问题。,2023/6/12,27,（一）在肿瘤发生发展方面,研究良性病变演变为恶性病变，如恶变的舌角化病其血管床体积密度和表面积密度明显高于未恶变的舌角化病。通过形态定量分析（核长轴均值、标准差及核长轴）Collan以函数F值判断子宫内膜增生过长是否会向子宫内膜癌方向发展（F0，病变不癌变；F0，则病变可癌

9、变）（准确度83）。,2023/6/12,28,（二）在肿瘤病理诊断和分类分型方面,对宫颈鳞状细胞、不典型增生和鳞癌的细胞核作面积、周长、长短轴比、直径和圆度的分析研究：不典型增生III 级和癌二者在细胞核的长短轴比和各参数组间方差分析上具有非常显著的差异性（不典型增生III 级病变不同于癌）。,2023/6/12,29,（三）在肿瘤预后判断方面,用预测性判别函数判断肿瘤患者的预后（根据乳腺癌直径、淋巴结状态、DNA倍体和核分裂指数说明乳腺癌预后指数与患者生存预后的关系）（准确度达83）。,2023/6/12,30,（四）在肿瘤转移和复发方面,建立肺癌与淋巴结转移关系的数学模型（F值，即肿瘤大

10、小与核平均面积之差）。F低，淋巴结转移阳性；F高，只存在淋巴结转移的低度危险性（准确度为8094）。研究动脉瘤样骨囊肿的复发因素（核分裂指数低，复发率低；核分裂指数高，复发率高）。,2023/6/12,31,（五）在肿瘤免疫组化和分子病理学研究方面,大肠上皮组织中P53mRNA表达量很弱，明显低于大肠癌组织，随Duke分期的发展P53mRNA表达逐渐增高，Duke D期P53mRNA表达相当显著。大肠粘膜、腺瘤和腺癌的P53蛋白表达依次递增，并随着大肠腺瘤不典型增生程度的加重及瘤体的增大而增高；P53表达量在DNA异倍体大肠腺瘤中显著高于DNA二倍体大肠腺瘤。,2023/6/12,32,六、计

11、算机图像分析应用中应注意的问题,2023/6/12,33,1设计在先，测试在后，注意测试的基本条件,初次进行图像定量分析时，最易忽视的问题是设计问题。易将注意力集中在对已有的图像资料测试上，而忽视这些图像的来源是否带有偏性抽样、放大倍数是否不一等问题。这些图像可能因来源不符合形态测试学的基本原理和公式应用条件等而存在明显缺陷，勉强测试和分析很可能导致错误结果，得出错误结论。,2023/6/12,34,2图像分析测试不等于体视学测试设计，注意测试误差,样品测试只是体视学获取二维截面图像信息的一种手段，如果数据测试抽样方法不对、样本量不足或不符合计算三维体视学参数的公式条件等，即便是用计算机图像分

12、析仪进行测试其结果仍然是不可信的。,2023/6/12,35,3注意测试样本的代表性,应用恰当的抽样和制样方法，照片数或视场数并不能代替实际研究例数进行统计分析。,2023/6/12,36,4测试方法和计算公式的适用条件,形态定量，特别是三维体视学定量中的各种方法或公式都有一定的适用条件，忽视这些条件，结果可能会出现大的偏差。,2023/6/12,37,5新参数的开发和应用,一些通用参数，如面积、周长、长轴、短轴、形状因子等并非万能，应根据组织的结构特点，开发和引入新的特异性强的参数，以便较全面准确地反映组织结构特点，提取有关结构特征的最佳描述参数。肿瘤病理形态结构测试观察不宜局限于细胞和核。核和细胞的改变不是肿瘤异型性的唯一，也不能直接反映肿瘤的生物学行为。组织异型性往往较细胞异型性的诊断意义更大。应拓宽视野，不要忽视组织结构特征的定量描述。,2023/6/12,38,6以科学态度对待计算机图像分析的测试结果,注意定量数据与定性资料相结合，充分利用定性资料所包含的各种信息。充分看到计算机图像分析的优点和局限性，不应仅仅站在图像定量分析的角度片面夸大计算机图像分析的作用，也不应单纯站在定性角度而否认或排斥图像分析的作用。,