[发明专利]基于图像熵的三维培养人体心肌细胞搏动特性检测方法

说明书

本发明公开了一种基于图像熵的三维培养人体心肌细胞搏动特性检测方法包括如下步骤：将心肌细胞搏动视频序列帧的第一帧作为参照图像；将参照图像转换为灰度图像；获取参照图像中各心肌细胞团的心肌细胞团子图像，及心肌细胞团的参考区域；计算各参考区域的图像熵；将第一帧之外的心肌细胞搏动视频序列帧作为实时图像，对实时图像进行灰度处理；计算实时图像中每个心肌细胞团参考区域的图像熵；绘制各心肌细胞团的心肌细胞搏动曲线；获取心肌细胞搏动曲线中的心肌细胞搏动频率及幅度。图像熵和图像分割技术可以自动检测心肌细胞搏动特性，具有智能化、非入侵、无标记、低成本、可重复、实时处理优点。

技术领域

本发明属于心肌细胞的搏动特性检测技术领域，更具体地，本发明涉及一种基于图像熵的三维培养人体心肌细胞搏动特性检测方法。

背景技术

由人体干细胞分化的心肌细胞对研究心脏疾病、毒理学、新药创制等方面具有重要作用。人体心肌细胞的三维培养是一种新的培养体系，克服了传统二维贴壁细胞培养的单层局限，通过模拟机体内细胞生长的微环境，具有细胞培养直观性和条件可控性等优势。检测心肌细胞搏动频率和强度，可以直观反映心脏是否病变，对医学和药物研究都有重要价值。在心肌细胞搏动特性检测方面，传统的基于显微镜钙成像技术需要对心肌细胞进行染色，操作复杂，且染色对心肌细胞产生毒性，影响心肌细胞功能。基于图像处理的心肌细胞搏动特性检测方法具有便捷、非入侵、可重复等技术优势。

现有基于图像处理的心肌细胞搏动特性检测方法多是针对二维培养的贴壁心肌细胞，三维培养的心肌细胞结构更为复杂，需要研究新的检测方法。从检测方法看，现有的基于图像处理的心肌细胞搏动特性检测方法分为两种：1、基于像元强度差异的方法。通过计算电子显微镜录取的视频中，不同帧图像指定参考点像元强度的变化获取细胞搏动频率曲线。该方法具有的不稳定和精度差等缺点，尤其对参考点的选取有很高的技术要求。2、基于运动矢量分析的方法。利用光流运动追踪等技术，通过计算不同帧图像在指定区域内所有点的运动矢量，分析细胞搏动特性。该方法具有操作复杂、处理速度慢等缺点。

发明内容

本发明提供一种基于图像熵的三维培养人体心肌细胞搏动频率检测方法，利用图像熵来表征三维培养心肌细胞搏动，可以精确的提取心肌细胞搏动频率和幅度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：基于图像熵的三维培养人体心肌细胞搏动频率检测方法，所述方法具体包括如下步骤：

S1、将心肌细胞搏动视频序列帧的第一帧作为参照图像；

S2、将参照图像转换为灰度图像，获得参照图像的灰度图像；

S3、获取参照图像中各心肌细胞团的心肌细胞团子图像，及心肌细胞团子图像在参照图像中的位置坐标，记为心肌细胞团的参考区域；

S4、计算各参考区域的图像熵；

S5、随后采集的心肌细胞搏动视频序列帧作为实时图像，对实时图像进行灰度处理；

S6、分别计算实时图像中每个心肌细胞团参考区域的图像熵；

S7、绘制各心肌细胞团的心肌细胞搏动曲线；

S8、检测心肌细胞搏动曲线中波峰或波谷位置，统计单位时间内波峰或波谷的个数即可获得心肌细胞搏动频率，并统计相邻波峰与波谷的差值可获得心肌细胞搏动幅度。

进一步的，步骤S3具体包括如下步骤：

S31、判定参照图像是否包含多个心肌细胞团，若参照图像中包含多个心肌细胞团，则执行步骤S32；若参照图像中只包含一个心肌细胞团，则执行步骤S4；

S32、对参照图像的灰度图像进行自动分割，获取每个心肌细胞团的心肌细胞团子图像及各心肌细胞团的参考区域。

进一步的，各参考区域的图像熵E计算公式为：