CN115063412A - 一种染色体图像拼接方法及染色体核型分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种染色体图像拼接方法及染色体核型分析方法，染色体图像拼接方法包括：读入两条不同染色体的图像，将各染色体片段分割出来，对齐不同染色体片段的切割面，根据切割面将不同染色体连接起来，再用自编码网络对连接后的染色体进行重构，重构后复原非连接区域的染色体，得到拼接后的染色体。与现有技术相比，本发明通过神经网络和图像处理方法对染色体图像进行拼接处理，能快速形成异常染色体参考图像，辅助医生进行异常类型判断，从而降低医生的诊断难度，提高诊断的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及染色体分析技术领域，特别是涉及一种染色体图像拼接方法及染色体核型分析方法。
背景技术
人类染色体作为遗传物质的载体，其在结构上的变异会导致某些疾病产生，所以染色体核型分析对于某些疾病的诊断具有重要意义。通常而言，人类染色体由22对常染色体以及X，Y性染色体组成，而异常染色体则由不同类型的正常染色体上的片段发生了交换、缺失和重复等等情况所导致，因此染色体异常情况数量巨大，种类繁多的异常情况，大大增加了医生的诊断难度。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能辅助医生进行异常类型判断，降低医生的诊断难度的染色体图像拼接方法及染色体核型分析方法。
本发明提供一种染色体图像拼接方法，包括：读入两条不同的均具有异常位点的染色体的图像，将各染色体片段分割出来，分割线经过异常位点，对齐不同染色体片段的切割面，根据切割面将不同染色体连接起来，再用自编码网络对连接后的染色体进行重构，重构后复原非连接区域的染色体，得到拼接后的染色体。
本发明还提供一种染色体图像拼接方法，包括如下步骤：
S1、读入染色体图像，读入拍摄的两条不同染色体的图像，各染色体均具有异常位点；
S2、染色体片段分割，利用分别经过两条染色体异常位点的两切割线对该两条染色体进行切割，形成四个染色体片段；
S3、染色体片段对齐，旋转每个染色体片段使切割线与水平线平行，然后选择需要进行拼接的两个染色体片段，将该两个染色体片段的切割线进行对齐，使两切割面宽度相等；
S4、染色体片段连接，将对齐后的两染色体片段连接起来，得到一条新染色体图像L，原切割线形成连接线；
S5、自编码网络重构，以连接线为中轴线，确定上下N个像素范围的矩形区域，再将新染色体图像输入自编码网络中，得到重构后的染色体图像P；
S6、非连接区域还原，将重构后的染色体图像P，除矩形区域外的所有像素点的像素值还原为染色体图像L上的像素值，得到拼接后的染色体图像。
进一步地，步骤S3中，旋转每个染色体片段使切割线与水平线平行包括：计算染色体片段切割线上的点的斜率k，再根据斜率k计算切割线与水平线的角度d，最后以染色体片段切割线上所有点的中心为旋转中心，旋转角度为角度d，进行旋转操作。
进一步地，步骤S3中，将该两个染色体片段的切割线进行对齐包括：分别计算两染色体片段的切割线的染色体宽度，计算方法为求切面上像素值不为255的第一个像素点和最后一个像素点之间的距离；取其中一宽度做为基准值，对另一染色体片段进行宽度上的尺寸缩放，使得缩放后两染色体片段的切割面的宽度相等。
进一步地，步骤S5中，N=5。
进一步地，步骤S6中，非连接区域还原包括如下步骤：
S61、将重构染色体图片P中非矩形区域中的像素点的像素值置为0；
S62、将染色体图片L中矩形区域中的像素点的像素值置为0；
S63、将S61和S62处理后的染色体图片P和染色体图片L逐像素进行相加，得到最终结果图像，即拼接后的染色体图像。
本发明还提供一种染色体核型分析方法，包括：获取中期染色体***相图像；对多条染色体图像采用如上所述的染色体图像拼接方法形成拼接后的染色体图像作为异常染色体参考图像；将异常染色体参考图像与真实异常染色体图像进行比较，得到染色体的异常类型。
本发明提供的染色体图像拼接方法及染色体核型分析方法，通过神经网络和图像处理方法对染色体图像进行拼接处理，能快速形成异常染色体参考图像，辅助医生进行异常类型判断，从而降低医生的诊断难度，提高诊断的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例染色体图像拼接方法的流程示意图。
图2a为图1所示染色体图像拼接方法中第一条染色体的示意图。
图2b为图1所示染色体图像拼接方法中第二条染色体的示意图。
图3a为图2a所示第一条染色体中第一个染色体片段的示意图。
图3b为图2a所示第一条染色体中第二个染色体片段的示意图。
图3c为图2b所示第二条染色体中第一个染色体片段的示意图。
图3d为图2b所示第二条染色体中第二个染色体片段的示意图。
图4a为第一个选择拼接的染色体片段的示意图。
图4b为第二个选择拼接的染色体片段的示意图。
图5为连接后得到的新染色体图像。
图6为图5所示新染色体图像确定矩形区域后的示意图。
图7为图5所示新染色体图像自编码网络重构后的示意图。
图8为对图7所示重构后的新染色体图像非连接区域还原过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例中，染色体图像拼接方法通过神经网络和图像处理方法对染色体图像进行拼接处理，具体为：读入两条不同的均具有异常位点的染色体的图像，将各染色体片段分割出来，分割线经过异常位点，对齐不同染色体片段的切割面，根据切割面将不同染色体连接起来，再用自编码网络对连接后的染色体进行重构，重构后复原非连接区域的染色体，得到拼接后的染色体。
自编码网络为人工神经网络的一种，通常包括编码器和解码器，编码器负责将输入进行压缩编码，解码器负责将压缩后的编码还原为输出。在本实施例中，使用卷积自编码网络，输入为染色体图像，输出为解码后的染色体图像。
具体而言，如图1所示，本实施例染色体图像拼接方法包括如下步骤。
S1、读入染色体图像。读入拍摄的两条不同染色体的图像，各染色体均具有异常位点（如图2a、2b所示，异常位点分别标示为A、B）。
S2、染色体片段分割。利用分别经过两条染色体异常位点A、B的两切割线Ya、Yb（切割线可人为确定）对该两条染色体进行切割，形成四个染色体片段U1、D1、U2、D2，如图3a至图3d所示。其中片段U1、D1为根据切割线Ya切分的染色体片段，片段U2、D2为根据切割线Yb切分的染色体片段。
S3、染色体片段对齐。旋转每个染色体片段使切割线与水平线平行，然后选择需要进行拼接的两个染色体片段（本实施例选择片段U1、D2），将该两个染色体片段的切割线进行对齐，使两切割面宽度相等。
其中，旋转每个染色体片段使切割线与水平线平行包括：计算染色体片段切割线上的点的斜率k，再根据斜率k计算切割线与水平线的角度d，最后以染色体片段切割线上所有点的中心为旋转中心，旋转角度为角度d，进行旋转操作。
其中，将该两个染色体片段的切割线进行对齐包括：分别计算两染色体片段的切割线的染色体宽度Wa、Wb（如图4a、图4b所示），计算方法为求切面上像素值不为255的第一个像素点和最后一个像素点之间的距离；取其中一宽度（如取Wa和Wb中的最大值）做为基准值，对另一染色体片段进行宽度上的尺寸缩放（缩小或放大），使得缩放后两染色体片段的切割面的宽度相等。
S4、染色体片段连接。将对齐后的两染色体片段连接起来，得到一条新染色体图像L（如图5所示），原切割线形成连接线Lc（如图6所示）。
具体方法为：将染色体片段U1的切割线Ya上的染色体像素点和染色体片段D2的切割线Yb上的染色体像素点一一对应并连接起来。由于步骤S3对染色体片段U1、D2进行旋转，则染色体片段上的切割线Ya，Yb也进行了旋转，且平行于水平线，所以Ya，Yb互相平行，且在步骤S3中对Ya、Yb进行了宽度上的对齐，所以Ya，Yb宽度相等，再将染色体片段U1、D2根据切割线Ya、Yb连接后，会得到一条新的染色体L。
S5、自编码网络重构。以连接线为中轴线，确定上下N（本实施例中N=5）个像素范围的矩形区域Area（如图6所示），再将染色体图像L输入自编码网络中，得到重构后的染色体图像P（如图7所示）。通过重构，使两片段连接处的图像更加接近真实。
S6、非连接区域还原。如图8所示，将重构后的染色体图像P，除矩形区域外的所有像素点的像素值还原为染色体图像L上的像素值，得到拼接后的染色体图像。
具体包括如下步骤：
S61、将重构染色体图片P中非矩形区域Area中的像素点的像素值置为0（如图8左图）；
S62、将染色体图片L中矩形区域Area中的像素点的像素值置为0（如图8中图）；
S63、将S61和S62处理后的染色体图片P和染色体图片L逐像素进行相加，得到最终结果图像，即拼接后的染色体图像（如图8右图）。
本实施例还提供一种染色体核型分析方法，包括：获取中期染色体***相图像；对多条染色体图像采用如上所述的染色体图像拼接方法形成拼接后的染色体图像作为异常染色体参考图像；将异常染色体参考图像与真实异常染色体图像进行比较，得到染色体的异常类型（交换、缺失和重复）。
本实施例提供的染色体图像拼接方法及染色体核型分析方法，通过神经网络和图像处理方法对染色体图像进行拼接处理，能快速形成异常染色体参考图像，辅助医生进行异常类型判断，从而降低医生的诊断难度，提高诊断的准确性。
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种染色体图像拼接方法，其特征在于，包括：读入两条不同的均具有异常位点的染色体的图像，将各染色体片段分割出来，分割线经过异常位点，对齐不同染色体片段的切割面，根据切割面将不同染色体连接起来，再用自编码网络对连接后的染色体进行重构，重构后复原非连接区域的染色体，得到拼接后的染色体。
2.一种染色体图像拼接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、读入染色体图像，读入拍摄的两条不同染色体的图像，各染色体均具有异常位点；
S2、染色体片段分割，利用分别经过两条染色体异常位点的两切割线对该两条染色体进行切割，形成四个染色体片段；
S3、染色体片段对齐，旋转每个染色体片段使切割线与水平线平行，然后选择需要进行拼接的两个染色体片段，将该两个染色体片段的切割线进行对齐，使两切割面宽度相等；
S4、染色体片段连接，将对齐后的两染色体片段连接起来，得到一条新染色体图像L，原切割线形成连接线；
S5、自编码网络重构，以连接线为中轴线，确定上下N个像素范围的矩形区域，再将新染色体图像输入自编码网络中，得到重构后的染色体图像P；
S6、非连接区域还原，将重构后的染色体图像P，除矩形区域外的所有像素点的像素值还原为染色体图像L上的像素值，得到拼接后的染色体图像。
3.如权利要求2所述的染色体图像拼接方法，其特征在于，步骤S3中，旋转每个染色体片段使切割线与水平线平行包括：计算染色体片段切割线上的点的斜率k，再根据斜率k计算切割线与水平线的角度d，最后以染色体片段切割线上所有点的中心为旋转中心，旋转角度为角度d，进行旋转操作。
4.如权利要求2所述的染色体图像拼接方法，其特征在于，步骤S3中，将该两个染色体片段的切割线进行对齐包括：分别计算两染色体片段的切割线的染色体宽度，计算方法为求切面上像素值不为255的第一个像素点和最后一个像素点之间的距离；取其中一宽度做为基准值，对另一染色体片段进行宽度上的尺寸缩放，使得缩放后两染色体片段的切割面的宽度相等。
5.如权利要求2所述的染色体图像拼接方法，其特征在于，步骤S5中，N=5。
6.如权利要求2所述的染色体图像拼接方法，其特征在于，步骤S6中，非连接区域还原包括如下步骤：
S61、将重构染色体图片P中非矩形区域中的像素点的像素值置为0；
S62、将染色体图片L中矩形区域中的像素点的像素值置为0；
S63、将S61和S62处理后的染色体图片P和染色体图片L逐像素进行相加，得到最终结果图像，即拼接后的染色体图像。
7.一种染色体核型分析方法，其特征在于，包括：获取中期染色体***相图像；对多条染色体图像采用如权利要求1至6中任一所述的染色体图像拼接方法形成拼接后的染色体图像作为异常染色体参考图像；将异常染色体参考图像与真实异常染色体图像进行比较，得到染色体的异常类型。
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