作者单位
摘要
1 吉林农业大学 信息技术学院, 吉林 长春 130118
2 长春工业大学 计算机科学与工程学院, 吉林 长春 130012
3 长春中医药大学附属医院 医药影像科, 吉林 长春 130000
4 长春中医药大学 医药信息学院, 吉林 长春 130117
对血液涂片图像中的红细胞进行精确分割是一项重要的技术,也是一个难题,主要是因为红细胞经常重叠,没有明显边界。针对此问题,本文提出一种基于U-Net++和神经常微分方程(Neural Ordinary Differential Equations,NODE)的深度学习网络NODE-UNet++用于红细胞的初步分割,再利用标记分水岭算法分割血液涂片图像中的粘连红细胞。首先对图像进行裁剪和标注,突出待分割区域;然后应用新的语义分割体系结构NODE-UNet++对预处理后的图像进行初始分割得到概率灰度图;最后采用标记分水岭算法将灰度图中的粘连红细胞分离,得到最终红细胞分割结果图。实验结果表明,Dice系数达到96.89%、平均像素准确率达到98.97%、平均交并比达到96.33%。通过对不同血液涂片图像的分割结果表明,该方法能高效精确地提取每个红细胞,满足后续红细胞图像处理的需求。
图像分割 红细胞 神经常微分方程 标记分水岭算法 image segmentation red blood cell neural ordinary differential equations marked watershed algorithm 
液晶与显示
2022, 37(9): 1190
作者单位
摘要
北京信息科技大学 光电测试技术北京市重点实验室 生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京 100101
提出一种结合显微镜和微流控芯片技术的红细胞多角度形态学分析方法, 实现了红细胞的动态显微成像, 用于红细胞多角度形态学的测量与分析。利用微流控芯片的缩/扩结构使红细胞在特定位置产生旋转或翻转; 利用MATLAB对采集到的视频图像进行分帧处理, 通过灰度调整、中值滤波、形态学处理、质心法、目标物识别、动态跟踪等算法处理后, 实现对血细胞的有效识别与准确的分类、计数; 对分类结果进行多角度形态学分析, 并对不同形态红细胞进行最大直径的测量。通过对单细胞多帧关联图像的分析, 验证方法的准确性; 并利用红细胞多角度形态学分析方法, 对糖尿病患者血液及正常人血液进行实验。结果表明, 糖尿病患者红细胞相比于正常人红细胞, 其平均最大直径及分布宽度均增大。微流控芯片结合图像处理的方法可以实现糖尿病患者与正常人红细胞高通量检测及多角度分析, 为其他类型样本细胞多角度形态学测量提供新方法。
微流控芯片 动态显微成像 多角度形态学分析 红细胞分布宽度 microfluidic chip dynamic microimaging multi-angle morphological analysis red blood cell distribution width 
光学技术
2021, 47(4): 417
作者单位
摘要
1 北京工业大学环境与生命学部, 北京 100124
2 浙江大学医学院附属儿童医院国家儿童健康与疾病临床医学研究中心, 浙江 杭州 310003
利用共聚焦拉曼光谱技术, 对人工心脏泵不同剪切应力下受到亚损伤的红细胞进行实验研究, 验证拉曼光谱对红细胞亚损伤程度的评估能力, 为血液损伤评价提供了一种新的思路。 实验采集血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图并进行对比分析, 以确定红细胞谱图特征峰的归属。 用血液剪切力试验平台对测试血样施加暴露时间为1 s, 大小分别为0, 50, 100, 150, 200, 250和300 pa的剪切力。 利用共聚焦拉曼仪器, 在10倍长焦物镜, 532 nm激光光源波长, 积分时间10 s, 积分次数2次, 2.5 mW功率下采集剪切应力作用后的红细胞拉曼谱图。 通过归一化的方法对比红细胞的拉曼谱图变化, 评估红细胞亚损伤的程度, 运用曲线拟合方法对特征峰和剪切应力进行拟合, 验证拉曼光谱对红细胞亚损伤的评估能力。 对比血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图发现, 红细胞谱图能够反映血红蛋白的内部结构。 且结果表明, 拉曼光谱法可以用于区分不同剪切应力下亚损伤的红细胞, 推断剪切应力可以透过细胞膜从而影响到其内部的血红蛋白结构。 且随着剪切力的增大, 1 376 cm-1位置左侧谱线呈现明显抬高趋势, 1 549和1 604 cm-1位置的峰强增高, 1 639 cm-1位置的氧浓度标记带ν10振动谱带减弱。 其中1 549 cm-1位置的峰强为亚铁离子高自旋带, 在不同剪切力的作用下, 峰强差异表现最明显, 与剪切应力呈明显的正向线性关系, 拟合效果良好。 拉曼光谱法检测样本处理简单、 耗时短、 操作简便、 重现性好, 且可以精确的检测到细胞内部结构的细微变化, 可以评估红细胞的亚损伤程度, 弥补了传统评价溶血的方法的不足, 为人工心脏泵血液损伤评价提供了新的技术手段, 拓宽了拉曼检测方法的应用领域。
红细胞 血红蛋白 拉曼光谱 血液损伤 剪切应力 人工心脏 Red blood cell Hemoglobin Raman spectroscopy Blood injury Shear stress Artificial heart 
光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1811
作者单位
摘要
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院 ,江苏 南京 210094
2 江苏曙光光电有限公司,江苏 扬州 225109
血红细胞的形貌特征是医学领域对多种疾病进行预防和诊断的一项重要指标,提出一种同步移相显微干涉法实现对血红细胞形貌的动态测量。搭建了透射式显微干涉成像系统,测量了100 μm内径模拟微血管内、名义直径为7 μm~8 μm、高度最大值为2 μm的新西兰兔血红细胞,针对血红细胞所处的微血管环境提出了基于微血管相位相减的血红细胞形貌提取方法和成像放大率校正方法,实验得到模拟微血管内的血红细胞平均直径7.757 μm和平均最高高度2.022 μm,验证了本方法具有在体定量测量血红细胞形貌的潜力。
形貌测量 同步移相 血红细胞形貌 显微干涉 profile measurement simultaneous phase-shifting red blood cell profile microscopic interference 
应用光学
2020, 41(5): 1020
Author Affiliations
Abstract
École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Optics Laboratory, Lausanne, Switzerland
We accurately reconstruct three-dimensional (3-D) refractive index (RI) distributions from highly ill-posed two-dimensional (2-D) measurements using a deep neural network (DNN). Strong distortions are introduced on reconstructions obtained by the Wolf transform inversion method due to the ill-posed measurements acquired from the limited numerical apertures (NAs) of the optical system. Despite the recent success of DNNs in solving ill-posed inverse problems, the application to 3-D optical imaging is particularly challenging due to the lack of the ground truth. We overcome this limitation by generating digital phantoms that serve as samples for the discrete dipole approximation (DDA) to generate multiple 2-D projection maps for a limited range of illumination angles. The presented samples are red blood cells (RBCs), which are highly affected by the ill-posed problems due to their morphology. The trained network using synthetic measurements from the digital phantoms successfully eliminates the introduced distortions. Most importantly, we obtain high fidelity reconstructions from experimentally recorded projections of real RBC sample using the network that was trained on digitally generated RBC phantoms. Finally, we confirm the reconstruction accuracy using the DDA to calculate the 2-D projections of the 3-D reconstructions and compare them to the experimentally recorded projections.
optical diffraction tomography three-dimensional imaging machine learning deep learning image reconstruction red blood cell missing cone problem 
Advanced Photonics
2020, 2(2): 026001
作者单位
摘要
1 广西师范大学物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
2 广西科学院生物物理实验室, 广西 南宁 530003
3 武汉大学化学与分子科学学院, 湖北 武汉 430072
单细胞光镊拉曼光谱技术测量单个红细胞的血红蛋白浓度,配制不同浓度的血红蛋白溶液后利用拉曼光谱强度与血红蛋白浓度的关系,测量单个红细胞的拉曼光谱,根据公式计算单个红细胞内血红蛋白浓度。测量了70个血红细胞的拉曼光谱,结果显示单个红细胞的血红蛋白浓度为270~500 g/L,其中血红蛋白浓度在350~450 g/L 之间的是成熟的红细胞,占红细胞总数的90%以上,而浓度在300 g/L 以下的可能是网织红细胞,浓度在450 g/L 以上的是老化了的红细胞。这与平均红细胞血红蛋白浓度(MCHC)310~370 g/L 基本一致。表明利用该方法可以对单个红细胞内的血红蛋白浓度进行快速、无损、简单、精确的定量分析,展现了拉曼光谱技术在单细胞分析上的优势。
光谱学 拉曼光谱 血红蛋白 单个红细胞 平均红细胞血红蛋白浓度 
中国激光
2016, 43(1): 0115003
作者单位
摘要
1 黑龙江中医药大学, 黑龙江 哈尔滨150040
2 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨150001
3 哈尔滨工业大学理学院, 黑龙江 哈尔滨150001
使用激光共聚焦拉曼光谱仪测量正常大鼠红细胞、 正常人红细胞、 糖尿病STZ造模大鼠红细胞、 糖尿病四氧嘧啶造模大鼠红细胞和人Ⅱ型糖尿病红细胞的拉曼光谱, 应用主成分分析(principal component analysis, PCA)结合支持向量机(support vector machines, SVM)分类器对数据进行判别分析, 然后采用类间距离判断两种造模方法与人Ⅱ型糖尿病的接近程度。 结果发现糖尿病红细胞与正常红细胞的拉曼光谱存在明显差异, 糖尿病在酰胺 ⅥCO变形振动谱带处峰高显著, 并在酰胺ⅤN—H变形振动谱带处谱线出现偏移, 属于磷脂的脂酰基C—C骨架1 130 cm-1谱线增强, 1 088 cm-1谱线强度减弱, 说明糖尿病红细胞膜的通透性增强。 PCA结合SVM可以很好地区分以上5类红细胞的拉曼光谱, 分类器测试结果表明分类准确度达100%。 通过分别计算两种造模方法与人Ⅱ型糖尿病的类间距离, 发现STZ造模法更接近人Ⅱ型糖尿病。 由此得出结论: 拉曼光谱法可以用于糖尿病诊断, 大鼠糖尿病STZ造模法更接近人类Ⅱ型糖尿病。
拉曼光谱 红细胞 主成分分析 支持向量机 Raman spectroscopy Red blood cell Principal component analysis Support vector machine 
光谱学与光谱分析
2015, 35(10): 2776
作者单位
摘要
广东医学院信息工程学院, 广东 东莞 523808
提出了用纳米光纤表面的倏逝波捕获和输送鸡血红细胞的方法。纳米光纤由通信用单模光纤通过热熔法拉制而成,直径为700 nm,光纤的一端直接与带有单模光纤输出端口的808 nm激光器相连接,插入损耗非常小。纳米光纤被完全浸入到鸡血红细胞的悬浮液中。通过实验观察发现,当导入纳米光纤中的激光功率增大到50 mW时,光纤附近的鸡血红细胞在倏逝波所产生的光梯度力的作用下,被捕获到光纤表面,并在光散射力的作用下,沿着光的传播方向运动,鸡血红细胞的运动速度约为2.9 μm/s。由进一步的实验分析可知,鸡血红细胞沿着光纤运动的平均速度与输入功率成线性拟合关系。利用该方法可以稳定地捕获和操控生物细胞和病毒等。
光纤光学 纳米光纤 血红细胞 捕获和输送 
激光与光电子学进展
2013, 50(10): 100606
作者单位
摘要
重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
为了获取流体中血红细胞精确的光散射信息,以反常衍射近似理论为基础,采用扁椭球构建了流体中血红细胞的数学散射模型。应用数值仿真模拟技术,分别讨论了血红细胞形体变化、体积变化、取向角和相对折射率变化对光散射幅值分布的影响,建立了相应的图谱分布,并通过实验对此模型进行了验证。结果表明,在前向小角度内,不同血红细胞大小、不同相对折射率对光散射信息有着较大影响。这一结果对于病理血红细胞的快速准确检测和流式细胞仪等细胞测量仪的精确测量是有帮助的。
散射 图谱分布 反常衍射近似 红细胞 扁椭球模型 数值分析 实验验证 scattering spectrum distribution anomalous diffraction approximation red blood cell oblate ellipsoid model numerical analysis experiment proving 
激光技术
2013, 37(4): 487
李刚 1,*赵静 1李家星 1,2熊慧 1,3[ ... ]张宝菊 4
作者单位
摘要
1 天津大学, 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 天津科技大学, 海洋科学与工程学院, 天津 300072
3 天津工业大学, 电气工程与自动化学院, 天津 300160
4 天津师范大学, 物理与电子信息学院, 天津 300387
利用舌诊归一化反射光谱对人体血液中红细胞总数(RBC)进行了无创检测研究。 采集240名志愿者舌尖反射光谱并进行反射率归一化同时用数码相机记录志愿者舌象。 将样本分为两组: 校正集和预测集, 以血液成分含量生化分析值为参考, 建立红细胞总数与光谱数据的偏最小二乘回归(PLSR)预测模型。 所建模型的相关系数为0.991, 用所建模型对预测集进行预测, 预测值和生化分析值间的相关系数为0.994, 平均相对误差为0.81%, 均方根误差为0.472。 实验结果证明了舌体可以作为RBC的无创检测位置; 从预测模型和预测结果来看, 舌尖反射光谱可以较准确的进行红细胞总数的无创检测。
归一化反射光谱 舌诊 红细胞总数(RBC) 偏最小二乘回归(PLSR) Normalized reflection spectroscopy Tongue inspection Red blood cell counts(RBC) Partial least squares regression (PLSR) 
光谱学与光谱分析
2011, 31(5): 1328

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