Постановка задачи
Цель:
Подбор параметров сегментации, при которых изменение размера клетки в случае
изменения фокусировки, в результате различных вариантов сегментации,
остается минимальным.
Задачи:
обзор литературы и работ, связанных с проектом
анализ предметной области и объектной среды
анализ исходных данных
разработка требований к проведению экспериментального исследования
разработка концептуальной модели экспериментального исследования
разработка методики проведения основного эксперимента
проведение экспериментального исследования
анализ и представление полученных результатов
выводы на основе анализа данных
Исходные данные:
Изображения клеток крови, полученные с помощью аппаратного комплекса «Атлант»
Препараты клеток крови
Программа расчета морфологических признаков
Предпроектное обследование
Сегодня компьютерные технологии играют всё большую роль в наше жизни . Развитие компьютерных технологий позволяет использовать их в самых различных областях, в частности в медицинской диагностики. Одним из наиболее массовых анализов в медицине является анализ крови. Практически все люди сдают его много раз в течение своей жизни. Анализ крови даёт возможность получить большое количество информации о человеке. Проблема автоматизации анализа крови является, в первую очередь, задачей распознавания и анализа изображений клеток крови, наблюдаемых под микроскопом. Попытки решения этой проблемы предпринимались и предпринимаются постоянно.
При проведении анализа и распознавания изображений клеток крови, возникает вопрос, соответствует ли получаемые изображения клеток крови действительности? Ведь при различных условиях съёмки существует риск получить изображение, отличающееся от реального, что может привести к неправильному распознаванию клеток крови, т.е. к неправильной классификации (класс-множество объектов одной категории), что в свою очередь приводит к постановке неправильного диагноза.
Итак, возникает необходимость проведения экспериментального исследования влияния условий проведения съёмки на текстурные характеристики получаемых изображений клеток крови, а следовательно и на их распознавание. Исследование должно ответить на следующие вопросы:
1)Какие факторы влияют на процесс съёмки?
2)Насколько сильно каждый из исследуемых факторов влияет на текстурные признаки?
3)Может ли это изменение признаков повлиять на классификацию?
4)А если может, то как минимизировать влияние этих факторов?
В итоге необходимо создать методику получения «чистого» изображения, т.е. изображения, минимально отличающегося от реальной клетки крови. Возможно, эта методика упростит задачу диагностики, а также уменьшит ошибку распознавания изображений клеток крови.
Для решения поставленной задачи в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) разработана автоматизированная система диагностики гематологических заболеваний АТЛАНТ . Технической базой указанной системы являются: моторизованный микроскоп, обеспечивающий автоматическое сканирование мазка крови; электронная камера для регистрации микроскопического изображения; компьютер с программным обеспечением, реализующим управление сканированием препарата и обработку изображений клеток крови. Основное назначение системы - поддержка принятия решений в сложных случаях диагностики гематологических заболеваний, и в первую очередь - при острых лейкозах. Анализ крови с применением системы выполняется в несколько этапов: сначала проводится автоматическое сканирование препарата с поиском клеток лейкоцитарного ряда, затем выполняется распознавание бластных клеток, после чего результаты распознавания представляются врачу для формирования окончательного заключения. Автоматическое распознавание бластных клеток в системе построено на сравнении морфологических и текстурных характеристик изображений анализируемых клеток с значениями характеристик изображений, содержащихся в электронной базе данных системы.
Рассмотрим основные типы клеток крови.
Эритроциты - это красные кровяные тельца (Рис.1) диаметром от 6 до 9 мкм, толщиной 1 мкм с увеличением к краям до 2,2 мкм. В норме эритроциты практически одинаковы по форме и размерам. Эритроциты лишены ядер, для них характерно центральное просветление, обусловленное двояковогнутой формой клетки. Особая форма эритроцитов приводит к увеличению диффузионной поверхности, что способствует лучшему выполнению основной функции эритроцитов – дыхательной.
Рис
1
Моноциты - ядросодержащие клетки крови (Рис.2), относятся к мононуклеарам, т.е. характеризуются округлой формой ядра. Клетки крупных размеров от 12 до 20 мкм, имеют (как правило) овальную форму ядра, на котором иногда имеется одиночное бухтообразное вдавление, также характеризуются широкой цитоплазмой. Клетки содержат большое количество слабобазофильной цитоплазмы, в которой выявляются мелкие азурофильные гранулы и отдельные жировые капли и вакуоли. Хроматин состоит из тонких параллельных волокон, расположенных на относительно большом расстоянии друг от друга. Ядрышки хорошо заметны.
Рис
2
Лимфоциты - мононуклеары (Рис.3), большинство лимфоцитов нормальной крови представлено мелкими элементами – от 8 до 12 мкм, с округлым ядром и узким ободком серо-голубой цитоплазмы. Это малые лимфоциты. Ядро занимает большую часть клетки, содержит крупные блоки конденсированного хроматина, цитоплазма лишена каких-либо включений. Клетки характеризуются высоким ядерно – цитоплазматическим соотношением. Ядрышки удается визуализировать лишь в небольшой части этих клеток. Также в крови здорового человека встречаются так называемые большие гранулярные лимфоциты. Цитоплазма, как правило, светло – серая, содержит немногочисленные крупные азурофильные гранулы. Ядро имеет овальную, реже бобовидную форму; хроматин в нем несколько более рыхлый, отчего ядро выглядит более светлым. Ядрышки заметны не во всех клетках.
Рис
3
Базофилы (Рис 4) - характеризуются обильной зернистостью, гранулы практически полностью закрывают собой ядро клетки. Отличительной особенностью цитоплазматических гранул является их очень крупные размеры – от 2 до 3 мкм, и темный, почти черный цвет. По особенностям строения ядра клетки относятся к сегментоядерным. Продолжительность жизни базофилов - 8-12 дней, время циркуляции в периферической крови – несколько часов. Базофилы имеют на своей поверхности рецепторы для антител. Базофилы продуцируют и содержат биологически активные вещества (гепарин, гистамин и др.), чем и обусловлена их функция в организме. Гепарин препятствует свертыванию крови в очаге воспаления. Гистамин расширяет капилляры, что способствует рассасыванию и заживлению.
Рис
4
Теперь рассмотрим клетки крови, относящиеся к лейкозам.
Лимфоциты (волосатоклеточного лейкоза ) (Рис 5) Размеры этих клеток достигают 15 мкм. Цитоплазма широкая , серого или голубого цвета. У многих клеток можно видеть различной формы выпячивания цитоплазм: ворсинки, остроконечные выросты и т.п. Ядра обычно занимают большую часть клетки, нередко довольно светлые. Хроматин гомогенный. Этих клеток никогда не бывает в норме, они характерны для довольно редкой опухоли – волосатоклеточного лейкоза.
Рис
5
Миелобласт (Рис 6) - Ядро миелобласта чаще всего округлое, имеет типичную для бластных клеток структуру хроматина. Размеры клеток достигают 15-20 мкм. В ядре отчетливо видно от 2 до 5 ядрышек. У всех миелобластов соотношение ядра и цитоплазмы смещено в пользу ядра, цитоплазма обычно лишь узким ободком окружает ядро. Цитоплазма базофильная, иногда вакуолизированная, обычно содержит нежную азурофильную зернистость и палочки Ауэра. Палочки Ауэра являются абсолютным доказательством миелоидного происхождения бласта.
Рис
6
Монобласт (Рис 7) - Крупная клетка с бобовидным ядром, имеющим неглубокие вдавления, которые обусловлены складчатостью ядра. Цитоплазма этих клеток меньше, чем у моноцита, но больше, чем у миелобласта; ее цвет бывает различных оттенков – от серо-голубого до интенсивно синего; она нередко содержит скудную пылевидную азурофильную зернистость. Монобласты, как правило, сосуществуют в крови с миелобластами.
Рис
7
Лимфобласт (Рис 8) Клетка, размером примерно 15 мкм с беззернистой цитоплазмой обычно голубого цвета. Форма клетки округлая или овальная. Определяющий признак – ядро – имеет нежно – структурную хроматиновую сеть, состоящую из нитей равномерного калибра и окраски. Ядро лимфобласта занимает большую часть клетки, оно может содержать 1-2 мелких почти одинакового размера ядрышек, имеющих характерное перинуклеолярное уплотнение. Цвет ядрышек – от голубого до синего. До проведения цитохимических и иммунологических исследований, точно определяющих линейную принадлежность опухолевых клеток (миелоидная, лимфоидная В- или Т- клеточная) любая бластная клетка с описанной морфологией должна считаться морфологически неидентифицируемой.
Рис
8