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《四川大学》 2003年
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细胞力学实验图象处理方法及平台研究

李晓宁  
【摘要】: 通过各种力学装置对体外培养的活细胞施加机械力,是目前细胞力学研究的主要途径。在力学刺激下活细胞将发生多种适应性变化,不同的力学环境其变化的程度不尽相同。细胞形态学上的变化是最直观的变化,它预示并隐含着细胞功能上的变化。运用图象分析系统,定量研究细胞和亚细胞结构的运动和形态的动态变化特性,有助于理解力学刺激和细胞生长的关系,也有助于理解细胞病变的机理。但是,细胞力学实验中针对的是不能染色的生物活细胞图象,图象因细胞种类而异,并且图象性质随实验条件的变化而变化。迄今为止尚没有一个图象分析系统适用于所有的图象分析。鉴于此,本文针对交变应力环境下的细胞剪切力实验和细胞膜式张应力实验,开展了细胞力学实验图象处理平台和方法的研究。 针对剪切力环境下内皮细胞的形态变化,本文提出了两个反映细胞形态变化速率的指标,拉伸长度时间变化率和方向角时间变化率,可以综合表征细胞形态学变化的快慢。 图象分割是图象处理过程中最为困难也是最为关键的环节。本文深入分析了细胞力学实验中细胞图象的特点,针对细胞无交叠的图象,提出了基于微分边缘检测算子的图象分割技术路线,共有8个步骤。依次为图象增强、灰度化、消除光晕、Canny边缘检测、数学形态学膨胀、区域填充、平滑边缘、形态学重建。针对交叠现象严重的细胞图象,提出了基于watershed的的图象分割技术路线,共有7个步骤。依次为图象增强、灰度化、形态学光源校正分离细胞与背 景、形态学重建去噪、距离转换、提取marke。图、water、hed转换,初步实现 了对交叠细胞的分割。 本文使用ol帅pus IX70倒置相差显微镜观察细胞图象,采用两种采集方式 采集细胞数字图象,建立了细胞力学实验的图象获取与处理硬件平台。一种采 集方式是采用JvC一C68O一EC模拟CCO配合V工以g000V图象采集卡,另一种方式 采用Pixera 1 50ES专业数字显微CCD。并且建立了显微镜照明自动控制系统,可 以按照捕获设定,定时接通显微镜照明电源,减少显微镜照明灯泡的损耗。实 现了细胞图象采集的程控化,使用者可以根据实验需要设定捕获方案,如单帧 捕获、多帧捕获和视频图象流捕获,便于实现无人职守。 本文使用VisualC++ 6.0开发环境,建立了细胞图象处理的软件平台。 它是一个集成化的软件包,将图像采集、文件管理、图像处理、特征提取、参 数测量以及结果输出等多项功能有机地组织在一个集成环境中。由于C++集成了 面向对象技术,该平台功能模块很容易实现功能扩充和代码移植。 运用建立的图象处理硬件平台,采集多个实验的细胞图象。结果表明,模 拟CCD方案虽然分辨率不高,但是在采集细胞的视频图象方面具有优势:专用 数字显微CCD方案分辨率高,光灵敏度高,图象采集数据损耗小,比较适合细 胞静态图象采集。分别采用两种分割技术路线分割细胞图象,得到的细胞轮廓 线与细胞实际边界比较吻合。运用开发的图象处理系统,开展了大鼠主动脉血 管内皮细胞在病理脉动大剪切力环境下的形态学研究,实验结果表明,图象处 理系统可以胜任细胞的形态学参数的定量分析。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:Q27

【引证文献】
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【同被引文献】
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