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1、计算机图像分析方法和应用计算机图像分析方法和应用简简 介介徐州医学院病理学教研室徐州医学院病理学教研室 20072007年年6 6月月10/27/20221一、基本概念一、基本概念p定性分析：定性分析：用肉眼、显微镜、电镜等手段观察用肉眼、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、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。分析、推理和判断。p病理学图像的定性分析：病理学图像的定性分析：用显微镜观察涂片、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。病理生物学意义作出分

2、析、推理和判断。p定量分析：定量分析：用量化的方法以数字表达形式对图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。像含意作出定量分析、推理、判断和概括。10/27/20222二、计算机图像分析系统二、计算机图像分析系统p是定量病理学测试和分析的重要工具。本质上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。是计算机功能在图像分析方面的扩充。p由硬件和软件构成。硬件决定了输入、显示、由硬件和软件构成。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图像质量

3、和计算机速度；软件决定了图像处理和分析功能。和分析功能。10/27/20223硬硬件件部部分分l l由图像输入系统、图像卡、计算机、监视器和由图像输入系统、图像卡、计算机、监视器和打印机等构成。打印机等构成。l l图像输入系统包括显微镜、摄像机、扫描仪和图像输入系统包括显微镜、摄像机、扫描仪和数码相机等。数码相机等。l l摄像机、数码相机与显微镜相连，将显微图像摄像机、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用于将图片上的信息以数字信号的形式输入计算机。算机。10/27/20224计

4、计算算机机图图像像分分析析系系统统工工作作流流程程10/27/20225图像录入界面图像录入界面l计算机在图像分析软件的支持下，从图像卡上或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。过计算机处理和分析将结果输出。10/27/20226图像录入界面图像录入界面10/27/20227三、计算机图像分析方法三、计算机图像分析方法10/27/20228准备工作准备工作准备工作准备工作图像分析图像分析图像分析图像分析图像处理图像处理图像处理图像处理图像获取图像获取图像获取图像获取图图图图像像

5、像像分分分分割割割割图图图图像像像像测测测测量量量量图图图图形形形形修修修修饰饰饰饰统统统统计计计计分分分分析析析析（一）图像定量测试和分析的一般步骤（一）图像定量测试和分析的一般步骤10/27/202291 1）图像分割）图像分割l图像仪根据图像的特征，用颜色覆盖或用线条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将图像中需要统计分析的目标区域与周围区域分割出来。分割出来。10/27/202210图像分割10/27/2022112）图形修饰l分割后形成的图形常常不能直接用于测量，因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

6、过处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，得到适用于边界，连接、分离或删除图形等，得到适用于统计分析的图形。统计分析的图形。10/27/202212图形修饰10/27/2022133）图形测量l图像分割后，迅速对各种形态结构的目标准确有图像分割后，迅速对各种形态结构的目标准确有效的测量。效的测量。l全自动测量全自动测量是计算机自动对全屏目标测量；是计算机自动对全屏目标测量；半自半自动测量动测量（俗称（俗称“套细胞套细胞”）是计算机自动依次搜）是计算机自动依次搜索目标，由操纵者用键盘或

7、鼠标决定是否要测量索目标，由操纵者用键盘或鼠标决定是否要测量每个目标；每个目标；手动测量手动测量是由操纵者用鼠标选择所测是由操纵者用鼠标选择所测量的目标。量的目标。10/27/202214（二）图像定量分析的结构参数l图像的结构特点通过结构参数值体现出来。图像的结构特点通过结构参数值体现出来。结结构参数构参数是图像定量测试的具体指标和定量分析是图像定量测试的具体指标和定量分析的基础。的基础。l结构参数结构参数：几何学参数、光度学参数和特化参：几何学参数、光度学参数和特化参数三大类。数三大类。10/27/2022151.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用于定量描述结构的几何学特

8、征及其相对大小的构成。的构成。包括包括平面结构参数平面结构参数和和三维结构参数三维结构参数。10/27/202216平面结构参数l直接测得的参数为直接测得的参数为平面结构参数平面结构参数（面积、周长、（面积、周长、长径、短径、等效直径、长径、短径、等效直径、形状因子、矩形度、形状因子、矩形度、面积密度、核浆面积比、长短径比、面数密度面积密度、核浆面积比、长短径比、面数密度及位点参数等）。及位点参数等）。l面积反映平面结构的大小（通过将某结构边缘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）。的实际面积）。l周

9、长即结构周边的长度（将某结构周边各像素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之间的距离相加乘上每个像素点所代表的实际长度）。长度）。10/27/202217三维参数l即体视学参数（密度类参数、形状类参数、尺即体视学参数（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）。寸类参数、分布类参数和其它一些参数）。10/27/2022182光度学参数l包括灰度、光密度（吸光度）、图像纹理和色包括灰度、光密度（吸光度）、图像纹理和色度学参数。度学参数。10/27/202219灰度l是定量描述灰度图像上粒子颜色深浅（浓淡度）是定量描述灰度图像上粒子颜

10、色深浅（浓淡度）程度的参数。以整数值表示像素的浓淡信息，程度的参数。以整数值表示像素的浓淡信息，所得的具体值为所得的具体值为灰度值（灰度级）灰度值（灰度级）。l包含了由白灰黑三色之间的一系列变化过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，有以程。在用灰度值表达图像灰度时，有以0 0为白，为白，最大值为黑的灰度设定方法；也有以最大值为黑的灰度设定方法；也有以0 0为黑，最为黑，最大值为白的表示方法。在进行灰度分析时，注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。意灰度的设定方法，把握灰度值变化的意义。10/27/202220积分灰度l即

11、所测结构范围内各像素灰度之和。反映所测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。结构的灰度与面积的综合变化。10/27/202221光密度（吸光度）（光密度（吸光度）（ODOD）l指光线通过溶液或某物质前的入射光强度与该光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。线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数。ODOD值值越大，则光线被吸收程度愈大，溶液或物质越大，则光线被吸收程度愈大，溶液或物质的颜色越深，溶质含量越高；反之的颜色越深，溶质含量越高；反之ODOD值值越小，则越小，则光线被吸收程度愈小，溶液或物质中颜色越浅，光线被吸

12、收程度愈小，溶液或物质中颜色越浅，溶质含量越低。溶质含量越低。l免疫组化常用底物是免疫组化常用底物是DABDAB（棕黄色），其（棕黄色），其ODOD值反值反映颜色的深浅（映颜色的深浅（DAB DAB 沉积量）沉积量）,即反映了目标抗即反映了目标抗原的量。原的量。10/27/202222积分光密度（积分光密度（积分吸光度）积分吸光度）l指所测结构范围内各像素光密度值之和。指所测结构范围内各像素光密度值之和。l积分光密度反映所测结构的光密度与面积的综合积分光密度反映所测结构的光密度与面积的综合变化。变化。10/27/202223平均光密度平均光密度l是积分光密度与图像面积的商。是积分光密度与图像面

13、积的商。l反映了阳性细胞的数量与染色程度的整体水平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（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。的商，可用来单独评价细胞的染色程度。10/27/202224四、计算机图像分析在肿瘤病理学中四、计算机图像分析在肿瘤病理学中的应用进展的应用进展 10/27/202225肿瘤定量病理学研究肿瘤定量病理学研究l肿瘤的形态结构特征表现为组织和细胞结构的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

14、小可用形态定量参数性反映出来。异型性的大小可用形态定量参数来定量描述和测试。来定量描述和测试。l肿瘤定量病理学通过定量揭示肿瘤组织的形态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。分类、浸润转移、复发和预后等问题。10/27/202226（一）在肿瘤发生发展方面l研究良性病变演变为恶性病变，研究良性病变演变为恶性病变，如恶变的舌角化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。变的舌角化病。l通过形态定量分析（核长轴均值

15、、标准差及核长通过形态定量分析（核长轴均值、标准差及核长轴）轴）CollanCollan以函数以函数F F值判断子宫内膜增生过长是否值判断子宫内膜增生过长是否会向子宫内膜癌方向发展（会向子宫内膜癌方向发展（F F0 0，病变不癌变；，病变不癌变；F F0 0，则病变可癌变）（准确度，则病变可癌变）（准确度8383）。）。10/27/202227（二）在肿瘤病理诊断和分类分型方面l对宫颈鳞状细胞、不典型增生和鳞癌的细胞核对宫颈鳞状细胞、不典型增生和鳞癌的细胞核作面积、周长、长短轴比、直径和圆度的分析作面积、周长、长短轴比、直径和圆度的分析研究：不典型增生研究：不典型增生III III 级和癌二者

16、在细胞核的长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（不典型增生的差异性（不典型增生III III 级病变不同于癌）。级病变不同于癌）。10/27/202228（三）在肿瘤预后判断方面l用用预测性判别函数预测性判别函数判断肿瘤患者的预后判断肿瘤患者的预后（根据（根据乳腺癌直径、淋巴结状态、乳腺癌直径、淋巴结状态、DNADNA倍体和核分裂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）（准确度达系）（准确度达8383）。）。10/27/202229（四）在肿瘤转移和复发方面l建立肺癌与淋巴结转移关系的数学模型（建立肺癌与淋巴结转移关系的数学模型（F F值，即值，即肿瘤大小肿瘤大小与与核平均面积之差）。核平均面积之差）。F F低，淋巴结转移低，淋巴结转移阳性；阳性；F F高，只存在淋巴结转移的低度危险性（准高，只存在淋巴结转移的低度危险性（准确度为确度为8080 9494）。）。l研究动脉瘤样骨囊肿的复发因素研究动脉瘤样骨囊肿的复发因素（核分裂指数低，（核分裂指数低，复发率