外观和运动模式感知的有丝分裂细胞检测

摘要：

目的 在癌症筛查和药物研发等医学研究和诊疗过程中,显微图像中的有丝分裂细胞检测可以提供重要的生物学判据.然而,不同培养条件下图像分布差异明显,且细胞密度逐渐增大导致场景变得复杂,常规预处理方法难以进行有效的区域筛选;不同阶段细胞外观相似、运动过程模糊,现有方法缺乏对区域特征编码的显式监督,容易因为语义区分能力不足导致错误预测.为此,本文提出基于外观和运动模式感知的检测框架,通过两阶段预处理和对细胞状态模式的判别性学习,实现复杂场景下的精准预测.方法 本文方法采用3阶段检测框架:在预处理阶段结合区域分割网络和先验优化算法来充分精简候选区域;在预训练阶段构造基于图像分类和重构的两种辅助任务,为候选区域的外观和运动编码提供直接监督,使编码网络具备对不同细胞状态的语义感知能力;在全模型训练和预测阶段,以预处理得到的候选区域序列作为输入,用预训练的编码网络提取候选区域特征,最终通过时序网络融合序列上下文信息得到细胞检测结果.结果 在C2C12-16数据集上的实验结果表明,本文方法的平均性能达到:验证集精准率85.3％,召回率89.3％,F得分87.2％;测试集精准率86.4％,召回率86.1％,F得分86.2％,时序检测误差0.221±0.536帧,空间检测误差3.321±2.461像素,在检测精度和稳定性上都超过了现有方法.结论 本文提出了新的复杂场景下有丝分裂细胞检测框架.所采用的预处理策略可以有效精简候选区域,显著提高检测效率;针对编码网络的辅助任务预训练充分提升了模型对候选区域外观和运动特征的学习能力,最终能够克服电镜图像中复杂场景和细胞模式的干扰,准确且稳定地对有丝分裂细胞进行时空检测.

关键词：相衬显微图像、有丝分裂细胞检测、多阶段检测、时空特征编码、辅助训练

所属期刊栏目：28

分类号：TP391.7(计算技术、计算机技术)

在线出版日期：2023-10-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：2733-2748