硅微通道阵列红细胞变形性测量系统图像处理分析方法研究与实现

论文摘要

红细胞变形性是血液流变学的重要指标之一,对红细胞变形能力的研究,对于相关疾病的预防与诊治有着重要的意义。本论文首先介绍了一种自行开发的基于MEMS和微流控加工技术的硅微通道红细胞变形性测量系统,并基于该系统建立了三种测量红细胞变形性的方法。该方法与一般红细胞流变学检测技术相比具有信息量丰富,结构灵活可控,操作简便,价格低廉的优势。本论文的研究重点是基于硅微通道红细胞变形性测量系统的图像采集和处理分析方法研究,以测量红细胞变形性。主要工作分为三部分,第一部分是基于我们的红细胞变形性测量的理论模型设计的软件系统,实现采集硬件系统中红外光电管阵列的电压信号,红细胞悬浮液流量比-滤过体积曲线的自动绘制,以及理论模型中的红细胞变形性双参数的自动计算;第二部分是利用高速摄像系统拍摄红细胞通过硅微通道时的图像,以流体入口效应理论为基础,对红细胞悬浮液过硅微通道的动态图像进行分析,通过计算红细胞过通道的速度、加速度等信息以定性分析红细胞变形性;第三部分是编写红细胞静态图像处理软件对系统采集到的红细胞图像进行处理,针对传统边缘检测算法的不足,提出了细胞边缘轮廓提取改进算法,有效抑制噪声干扰,精确提取红细胞边缘,并计算红细胞周长、面积等变形性参数以检测红细胞流变性。本论文采用Visual C++6.0和Matlab作为课题的开发工具。本论文的系统验证实验结果表明,系统检测的数据和结果达到了预定的研究目标。可以看出,这是一种在细胞流变学研究与临床应用上经济、方便、准确、多信息量的有效方法。同时,也为这一新方法在细胞流变学领域中更深入的发展打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 课题来源
• 1.3 课题研究目的和意义
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 红细胞变形性测量方法概述
• 1.4.2 基于微通道的红细胞变形性测量技术概述
• 1.4.3 微流控芯片技术及其应用
• 1.5 本论文主要研究工作
• 2 硅微通道阵列红细胞变形性测量系统概述
• 2.1 系统总论
• 2.2 硅微通道芯片设计
• 2.3 流路测控系统设计
• 2.4 软件设计
• 2.5 本章小结
• 3 基于理论模型的红细胞变形性测量
• 3.1 测量方法概述
• 3.2 方案实现
• 3.2.1 图像采集
• 3.2.2 红细胞变形性双参数指标测量
• 3.2.3 软件实现
• 3.3 本章小结
• 4 动态图像红细胞变形性定性分析
• 4.1 动态图像分析概述
• 4.2 红细胞变形性定性分析方法原理
• 4.3 图像采集子系统
• 4.3.1 高速摄像系统概述
• 4.3.2 高速摄像系统基本构成及原理简述
• 4.3.3 高速摄像中直接影响数据结构的一些因素
• 4.3.4 高速摄像中的照明技术
• 4.3.5 高速红细胞图像采集
• 4.4 红细胞变形性分析测量
• 4.5 本章小结
• 5 静态图像红细胞变形性定量分析
• 5.1 红细胞形态特征检测理论概述
• 5.2 细胞图像处理
• 5.3 红细胞图像处理系统概述
• 5.4 红细胞图像预处理
• 5.5 红细胞图像分割及优化
• 5.5.1 医学图像分割概述
• 5.5.2 图像的边缘检测及提取
• 5.5.3 边缘检测梯度算法
• 5.5.4 灰度阈值分割
• 5.6 红细胞轮廓提取算法改进
• 5.6.1 改进算法提出的意义
• 5.6.2 细胞边缘轮廓提取改进算法的基本原理
• 5.6.3 分割最佳阈值的迭代算法
• 5.6.4 细胞图像的轮廓提取
• 5.6.5 轮廓提取受噪声影响分析
• 5.7 红细胞变形性参数测定
• 5.8 静态红细胞图像处理软件实现方案
• 5.9 本章小结
• 6 开发平台描述
• 7 结论与展望
• 7.1 论文完成的主要研究工作和意义
• 7.2 存在问题及下一步可开展的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录