一种基于无标记成像的多表皮亚层自动分割方法与流程

本申请实施例涉及生物医学图像分割，具体涉及一种基于无标记成像的多表皮亚层自动分割方法。

背景技术：

1、皮肤表皮由角质层、基底上层和基底层等构成，各层在组织结构和生理功能上存在显著差异。基底层锚定大量黑素细胞，色素含量最高，对入射光吸收显著；基底上层细胞核密集，组织结构致密；角质层则由扁平死细胞构成，富含角蛋白。在无标记明场成像中，不同表皮亚层因光吸收、折射与散射等固有光学属性差异，形成特征性的灰度分布与层间交界线，为基于图像的分层识别提供了物理基础。

2、现有技术多依赖荧光染色、基因标记等手段靶向表皮层特异性标志物，再结合人工阅片实现分层识别。然而，此类方法不仅会破坏组织原始形态，成像质量易受切片制备干扰，而且分层结果高度依赖于操作人员的主观经验，重复性、客观性和稳定性均难以保证，难以满足标准化、高通量的分析需求。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种基于无标记成像的多表皮亚层自动分割方法，克服了或者至少部分地解决了上述现有技术易破坏组织原始形态且人工阅片高度依赖于操作人员主观经验的问题。

2、本申请实施例提供了一种基于无标记成像的多表皮亚层自动分割方法，包括：获取无标记图像单元；设定不同的分割阈值以提取无标记图像单元中的背景、角质层和基底层；基于背景和基底层提取真皮层和非基底层表皮连通域，其中，非基底层表皮连通域为表皮层中除基底层以外的区域；基于非基底层表皮连通域和角质层提取基底上层；基于背景、角质层、基底层、真皮层和基底上层提取表面交界线、上交界线和下交界线以分割不同表皮亚层。

3、本申请提供的基于无标记成像的多皮层自动分割方法，通过设定不同分割阈值提取背景、角质层和基底层，并在此基础上通过逻辑运算提取真皮层、基底上层以及三条关键交界线，实现了无需任何荧光染色或基因标记的纯光学图像分割。本申请直接利用皮肤组织固有的光学属性差异进行分层，完整保留了组织原始形态，避免了外源标记对样本的破坏，降低了实验成本和操作复杂度。

4、本申请采用固定阈值与形态学逻辑运算相结合的分割策略，运算效率高、可重复性强，能够在普通实验设备条件下稳定运行，支持批量图像的高通量自动化处理，满足标准化分析需求。通过提取表面交界线、上交界线和下交界线，完整刻画了角质层和外界环境的物理界面、角质层和活细胞层的分界以及表皮层和真皮层之间的波浪状交界的形态学特征。其中，活细胞层是指表皮层中除角质层以外的所有部分。

5、在一种可选的方式中，设定不同的分割阈值以提取无标记图像单元中的背景、角质层和基底层，包括：通过第一分割阈值初步识别目标背景区域，配合形态学运算提取背景；通过第二分割阈值初步识别目标角质层区域，经降噪、形态学处理，结合背景进行差分处理，提取角质层；通过第三分割阈值初步识别目标基底层区域，经形态学运算形成完整实心连通域，结合面积过滤剔除无效信号，再进行形态学二次运算以精准提取基底层。

6、在一种可选的方式中，基于背景和基底层提取真皮层和非基底层表皮连通域，包括：分别以背景和基底层作为空间约束条件，填充像素，生成对应二值掩膜；对二值掩膜进行集合补运算得到非基底层表皮连通域与真皮层的复合区域，通过开运算去除孤立噪点实现区域分离，再进行连通域分析与面积过滤，提取真皮层和非基底层表皮连通域。

7、在一种可选的方式中，基于非基底层表皮连通域和角质层提取基底上层，包括：将非基底层表皮连通域与角质层的区域进行集合差运算，提取基底上层。

8、在一种可选的方式中，基于背景、角质层、基底层、真皮层和基底上层提取表面交界线、上交界线和下交界线以分割不同表皮亚层，包括：将背景与角质层的区域进行逻辑与运算，获得表面交界区，提取拓扑结构，获得表面交界线。将基底层的掩码与基底上层的掩码执行集合并运算，生成完整的细胞层掩码，对细胞层掩码进行集合补运算生成包含背景、角质层和真皮层的复合区域；其中，细胞层包括基底上层和基底层。对复合区域进行轮廓膨胀，并与细胞层掩码执行逻辑与运算，清除非细胞层区域的干扰信号，获取紧邻交界面的上交界区和下交界区。提取上交界区和下交界区的拓扑结构，获得上交界线和下交界线。

9、在一种可选的方式中，基于下交界线、角质层、基底层和基底上层计算角质层平均宽度、基底上层占比和下交界线波浪度。

10、在一种可选的方式中，基于角质层计算角质层平均宽度，基于角质层的面积、基底层的面积和基底上层的面积计算基底上层占比，基于下交界线的长度和下交界线的端点坐标计算下交界线波浪度。

11、在一种可选的方式中，基底上层占比和下交界线波浪度的计算公式如下：

12、

13、其中为角质层的面积，为基底上层的面积，为基底层的面积，

14、其中为下交界线的长度；下交界线的端点坐标分别为（，）和（，）。

15、上述说明仅是本申请实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

1.基于无标记成像的多表皮亚层自动分割方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定不同的分割阈值以提取所述无标记图像单元中的背景、角质层和基底层，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述背景和所述基底层提取真皮层和非基底层表皮连通域，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述非基底层表皮连通域和所述角质层提取所述基底上层，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述背景、所述角质层、所述基底层、所述真皮层和所述基底上层提取表面交界线、上交界线和下交界线以分割不同表皮亚层，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述角质层计算所述角质层平均宽度，基于所述角质层的面积、所述基底层的面积和所述基底上层的面积计算所述基底上层占比，基于所述下交界线的长度和所述下交界线的端点坐标计算所述下交界线波浪度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基底上层占比和所述下交界线波浪度的计算公式如下：