本技术涉及一种创新的染色体簇技术,应用于生物信息学领域,结合生物医学与人工智能技术,提供一种染色体分割的新方法。该方法通过标注染色体原图像,针对不同任务进行优化处理,实现高效准确的染色体分割。
背景技术
在生物医学研究中,染色体分割是识别、分析染色体结构和功能的关键步骤。传统的染色体分割方法往往基于图像预处理、阈值设定、区域生长等步骤直接进行分割。由于染色体倾斜、弯折等形态各异,加上噪声和多条染色体的重叠等影响,这样直接进行染色体分割的准确率不高。
近年来,深度学习在图像处理领域取得了突破性进展,特别是卷积神经网络在图像分类、目标检测和语义分割等任务中展现出了卓越的表现。传统的染色体分割方法难以应对图像噪声、染色体重叠和复杂背景等挑战,导致染色体边界模糊、细节丢失,甚至可能错误识别非染色体区域。这些问题影响了分割的准确性,从而阻碍了染色体自动分析的有效性。
染色体分割领域主要有两种主流技术:一种是基于形态学的方法,这种方法在大多数情况下都能正常分割,但在染色体重叠的情况下性能有限;另一种是基于检测的方法,这种方法在处理复杂的分割任务时性能良好,但在数据环境发生变化时稳定性较差。简而言之,基于形态学的方法在处理非重叠染色体时更可靠,但在处理染色体重叠时效果较差;而基于检测的方法在处理复杂情况时更有效,但在不同数据环境下可能不够稳定。
综上所述,现有技术存在的问题是:
(1)染色体重叠的处理困难:传统的基于形态学的方法通常无法有效处理染色体重叠的情况,尤其是在染色体形态变化较大、倾斜或弯曲时,这种方法往往会导致染色体边界模糊或错分。而基于检测的方法虽然可以在复杂环境下进行有效处理,但在染色体重叠、形态变化等挑战下,仍然存在分割精度不高的问题。
(2)在染色体图像中,常常会出现背景噪声、低对比度、光照不均等问题,这些因素会影响分割网络的准确性。
解决上述技术问题的难度:
传统方法在处理重叠染色体时效果不佳,深度学习方法虽表现出色,但依赖大量标注数据,泛化能力也有限,并且直接利用实例分割网络进行染色体分割,重叠问题也不能很好的解决,并且受噪声背景影响也较大。
公开号为CN117078668B的专利申请文件公开了一种基于大尺寸图像的染色体分割方法,通过切图、分类网络和分割网络,能够自动、准确地从大尺寸图像中识别并分割出染色体。该方法采用密集卷积神经网络,其中使用可训练的张量回归层代替传统的全连接层,从而显著提升了训练速度,并降低了计算资源和时间的消耗。但由于该方法在推理过程中需要进行切图和分类,并且依靠分类来确定分割的子图,从而导致部分边界信息丢失,尤其是在处理复杂图像时,存在一定的精度损失。
公开号为CN113781505A的专利申请文件公开了一种染色体分割方法、染色体分析仪及存储介质,通过对原图像进行图像处理,获取掩码图像并提取骨架图像,从而确定交叉染色体的交叉点和轮廓关键点,进而实现对交叉染色体的精确分割。但由于该方法在处理高度复杂或密集的染色体图像时,可能会受到图像噪声影响,轮廓提取不完整的问题,从而导致分割精度下降。此外,骨架提取和关键点确定过程可能会对计算资源产生较高要求,特别是在高分辨率图像中,可能导致处理时间较长和计算成本较高。
实现思路