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《四川大学》 2002年
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激光扫描共焦显微三维生物医学图象处理和重建

何小海  
【摘要】: 激光扫描共焦显微(LSCM,Laser Scanning Confocal Microscopy)成象在生物医学中,特别是三维的显微结构研究方面有着重要的应用价值。它可用于细胞和组织的形态检测和定位、立体结构重组、动态变化过程等研究。它可提供定量荧光测定、定量图象分析等实用研究手段。结合其它相关生物技术,在形态学、生理学、病理学、免疫学、遗传学等领域得到了广泛应用。 为了更加充分地发挥激光扫描共焦显微技术的优势,需要在图象处理技术,特别是在三维图象处理方面进行深入的研究。本文的目的就是建立一个基于LSCM的三维图象处理的技术平台,从而为生物医学显微图象的分析提供强大的支持。为此本文对从图象的采集到特征参数的提取所涉及的每个环节都进行了全面深入的研究,并在此基础上实现了整个系统的分析和处理功能,主要开展了以下几个方面的工作。 点扩展函数(PSF.Point spread function)的估计对图象复原具有重要的作用。本研究提出了针对LSCM系统的一种新的点扩展函数估计方法。它既包含了成象系统本身的点扩展函数,也包含了样本的点扩展函数,故称其为广义点扩展函数。 提出了基于小波变换的一种新的插值算法(NIAWT,A New Interpolation Algorithm Based On Wavelet Transform),该算法的特点是较好地保持了信号的高频信息,提高了插值处理的精度,增大了图象信号的信噪比。实验结果表明,其插值算法效果优于传统的线性插值及其它的小波插值方法。 共焦显微图象如荧光染色细胞核图象,往往是一种比较模糊的图象,并且亮度范围大,灰度均匀度也较差。本文提出了循环递增阈值分割法和等高地图 中文摘要!!! 一 分割法这两种图象分割算法,较好地实现了激光扫描共焦显微生物医学图象的 目标分割。对于激光扫描共焦显微生物医学图象的目标分割而言,这两种新算 法比己有的图象分割方法效果更佳。 将主轴变换应用于三维图象的特征提取并取得了良好的效果;提出了起飞 着陆二维、三维距离变换算法,可以大大提高运算速度;提出了新的二维霍夫 圆变换及三维霍夫球变换算法,降低了存储器的要求,提高了运算速度。将这 些算法应用到激光扫描共焦显微生物医学图象中的物体特征抽取具有重要的实 用价值。 提出了四种新的或改进的三维物体重建的方法:基于行程法的三维物体实 体重建算法:基于围线积分法和链接表法的三维叠片实体重建算法;改进的 Nlarcl川吧 Cube三维物体表面重建算法;改进的轮廓跟踪三维物体表面重建算 法。头两种算法能够降低运算时间,第三种算法消除了传统移动立方体法中的 孔洞现象,最后一种算法解决了轮廓对应、分叉曲面、轮廓拼接等关键性问题。 在解决以上问题的基础上,又结合大量的图象处理理论和技术,构建了一 个l_SC\1二维图象处理的技术平台。通过对实际的LSC\1生物医学图象的处理, 证明了其理论意义和应用价值,从而可以对激光扫描共焦泉微图象进?丁细致的 处理和分祈,并取得大量的二维、三维定量参数,为生物医学分析工作的5采入 汗展创造了良好的条件。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:R310

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