PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA DETERMINAR UN CONTORNO CELULAR DE UNA CÉLULA.

Procedimiento para determinar un contorno (110) celular de una célula con un núcleo (114) celular y un plasma (116) celular en una imagen de la célula,

que comprende: determinar píxeles candidatos de núcleo (Ki), que pertenecen al núcleo (114) celular; determinar un píxel que se encuentra en el interior de una zona formada por los píxeles candidatos de núcleo (Ki), para obtener un píxel candidato de núcleo central (K0); determinar un primer píxel candidato de borde (PN) como un píxel sobre un trayecto (120) predeterminado que se aleja del píxel candidato de núcleo central (K0) detectando un cambio de una primera sección a una segunda sección de un espacio de color; y hallar píxeles candidatos de borde que se alejan del primer punto candidato de borde (PN), que forman un límite (122) que rodea la célula, por medio de un algoritmo para hallar la trayectoria utilizando una función de costos dependiente del color, tendiendo el algoritmo para hallar la trayectoria a preferir tanto longitudes de trayectoria más pequeñas como trayectorias a través de píxeles en la segunda sección del espacio de color

Procedimiento y dispositivo para determinar un contorno celular de una célula.

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para determinar un contorno celular de una célula y especialmente a la segmentación con bordes precisos de plasma y núcleos en leucocitos.

Un reconocimiento seguro y una segmentación exacta de los glóbulos blancos (leucocitos) en frotis coloreados de sangre periférica constituyen el fundamento de una elaboración automática, basada en imágenes de un denominado recuento sanguíneo diferencial en el contexto del diagnóstico médico de laboratorio (la denominada microscopía asistida por ordenador (CAM)). La diversidad de los glóbulos blancos que aparecen en un frotis sanguíneo, junto con sus respectivas distribución del color y texturización características, aumentan la dificultad de su clasificación en el contexto de una completa automatización. Mientras que la detección automática y segmentación de glóbulos blancos en imágenes digitales pertenecen ya al estado de la técnica, no se ha resuelto todavía una segmentación con bordes precisos posterior del núcleo celular y especialmente del plasma celular en cuanto a una clasificación siguiente. A este respecto, las imágenes digitales pueden encontrarse en distintos esquemas de color o espacios de color. Un espacio de color RGB especifica el color de un píxel mediante los porcentajes de los tres colores primarios (rojo, verde, azul), indicando un espacio de color HSV el color de un píxel mediante un valor H (tipo de color), un valor S (saturación) y un valor V (valor o brillo).

Planteamientos conocidos para la segmentación del plasma celular y el núcleo celular de glóbulos blancos recurren a menudo a procedimientos de valor umbral. Esto se describe por ejemplo en Cseke, I.: "A fast segmentation scheme for white blood cell images" en 11th I-APR Int. Conf. On Pattern Recognition Vol. III: Image, Speech & Signal Analysis. (1992) 530-533 y en Liao, Q., Deng, Y.: "An accurate segmentation method for white blood cell images" en: IEEE Intl. Sym. on Biomedical Imaging. (2002) 245-248. Un procedimiento propuesto en "Leukocyte segmentation and classification in blood-smear images" por Ramoser, H., Laurain, V., Bischof, H., et al en IEEE Engineering Medicine and Biology Society (2005) 3371-3374 introduce adicionalmente elementos de la teoría de la probabilidad, para encontrar una diferencia en el fondo, glóbulos rojos, así como el núcleo y plasma de los leucocitos. Un procedimiento de contorno activo para la determinación del contorno celular se utiliza en "An automated differential blood count system" por Ongun, G., Halici, U., Leblebicioglu, K., et al en IEEE Eng, Med. and Biology Soc. 3 (2001) 2583-2586. El planteamiento presentado en "A novel white blood cell segmentation scheme based on feature space clustering" por Jiang, K., Liao, Q.M., Xiong, Y. en Soft Comput. 10 (2006) 12-19 propone el filtrado espacio-escala (Scale-Space-Filtering) para la determinación del núcleo celular y el agrupamiento de cuencas 3D (3D-Watershed-Clustering) de la imagen transformada en el modelo HSV. Además, en la publicación preliminar "Analysis of Blood and Bone Marrow Smears using Digital Image Processing Techniques" de H. Hengen, S. Spoor y M. Pandit se desarrolla un método para separar grupos de glóbulos blancos. En la publicación preliminar "Bildverarbeitung für ein motorisiertes Lichtmikroskop zur automatischen Lymphozytenidentifikation" de M. Beller, R. Stotzka, H. Gemmeke, K. F. Weibezahn y G. Knetlitschek se utiliza un microscopio óptico motorizado junto con una cámara CCD, para desarrollar adicionalmente un sistema de detección que puede emplearse para los linfocitos. En la publicación preliminar "Automation of Differential Blood count" de N. Sinha y A. G. Ramakrishnan se desarrolla una técnica para el recuento de glóbulos blancos que usa especialmente los denominados conglomerados de K medias (K-Means-Clustering) y el algoritmo EM. En la publicación preliminar "Blood Cell Segmentation using EM-algorithm" de los mismos autores se presenta un procedimiento para la segmentación de células sanguíneas que usa especialmente el espacio de color HSV, y utiliza una maximización del valor esperado (EN). En la publicación preliminar "Statistical Evaluation of Computer extracted Blood Cell Features for Screening Populations to detect Leukemias" de H. M. Aus, H. Harms, V. ter Meulen y U. Gunzer (en NATO ASI Series Vol. F 30) se usa un método para la segmentación de imágenes celulares que combina diferencias de color, isogramas equidistantes, operaciones geométricas con un modelo celular. En la publicación preliminar "Microscopic Image Analysis using mathematical morphology: Application to haematological Cytology" de J. Angulo y G. Flandrin se presenta un procedimiento para el análisis de imágenes en el que se usa morfología matemática para el reconocimiento de muestras. Finalmente, en el documento WO 99/52074 A se da a conocer un procedimiento para la segmentación de núcleos celulares que utiliza valores de la escala de grises en forma de cuadrícula para una zona intermedia entre un círculo interno y uno externo.

Partiendo de este estado de la técnica, la presente invención se basa en el objetivo de crear un dispositivo y un procedimiento para determinar un contorno celular de una célula que proporcione resultados de manera fiable, rápida y de alta calidad.

Este objetivo se soluciona mediante un procedimiento según la reivindicación 1, un dispositivo según la reivindicación 11 o un programa informático según la reivindicación de patente 15.

La presente invención se basa en el conocimiento de que el contorno celular de una célula puede determinarse mediante un desarrollo de procedimiento de cuatro etapas. Para ello se determinan en primer lugar los píxeles que representan los candidatos para un núcleo celular y en una segunda etapa se determina a partir de esta cantidad de candidatos un píxel candidato de núcleo central. Partiendo de este píxel candidato de núcleo central se determina en una tercera etapa un primer píxel candidato de borde detectando, sobre un trayecto predeterminado, que se aleja del píxel candidato de núcleo central, valores de color de la imagen, de modo que un cambio de una primera sección a una segunda sección del espacio de color señaliza un borde del plasma celular. Finalmente, partiendo de este píxel candidato de borde se determina un trayecto cerrado preferiblemente dentro de la segunda sección del espacio del trayecto, de modo que la mayoría de las veces se encierra el plasma celular por el trayecto cerrado. Por consiguiente, la última etapa comprende hallar píxeles candidatos de borde que se alejan del primer píxel candidato de borde, que forman un límite que rodea la célula, por medio de un algoritmo para hallar la trayectoria, que tiende a preferir longitudes de trayectoria más pequeñas y trayectorias a través de píxeles en la segunda sección del espacio de color.

Un dispositivo según la invención presenta una unidad para determinar píxeles candidatos de núcleo, una unidad para determinar un píxel candidato de núcleo central, una unidad para determinar un primer píxel candidato de borde así como una unidad para hallar píxeles candidatos de borde que se alejan.

Especialmente con los ejemplos de realización de la presente invención se persigue un planteamiento novedoso que combina los denominados métodos de fijación de nivel/marcha rápida (Level-Set/Fast Marching) con un algoritmo del trayecto más corto, para obtener de esta manera una segmentación lo más completa posible y con bordes precisos del núcleo celular y el plasma celular. A este respecto sirven como material de partida fotografías de microscopio óptico de frotis sanguíneos, que se han tratado con una coloración MGG (coloración de May-Grünwald-Giemsa). De este modo se marcan con color de manera correspondiente determinados componentes de la célula (núcleo celular, plasma celular), fondo, glóbulos rojos, etc. y las características de color correspondientes se reflejan en la elección de los parámetros del siguiente procedimiento. Para poder realizar automáticamente una segmentación, puede usarse por ejemplo un algoritmo de tres etapas, que puede subdividirse grosso modo en:

1. tratamiento previo de la imagen;

2. localización de núcleo y plasma; y

3. tratamiento posterior y corrección fina.

Dado que algunos elementos de la imagen tales como glóbulos rojos (borde azulado mediante...

1. Procedimiento para determinar un contorno (110) celular de una célula con un núcleo (114) celular y un plasma (116) celular en una imagen de la célula, que comprende:

determinar píxeles candidatos de núcleo (K_i), que pertenecen al núcleo (114) celular;

determinar un píxel que se encuentra en el interior de una zona formada por los píxeles candidatos de núcleo (K_i), para obtener un píxel candidato de núcleo central (K₀);

determinar un primer píxel candidato de borde (P_N) como un píxel sobre un trayecto (120) predeterminado que se aleja del píxel candidato de núcleo central (K₀) detectando un cambio de una primera sección a una segunda sección de un espacio de color; y

hallar píxeles candidatos de borde que se alejan del primer punto candidato de borde (P_N), que forman un límite (122) que rodea la célula, por medio de un algoritmo para hallar la trayectoria utilizando una función de costos dependiente del color, tendiendo el algoritmo para hallar la trayectoria a preferir tanto longitudes de trayectoria más pequeñas como trayectorias a través de píxeles en la segunda sección del espacio de color.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la determinación de los píxeles candidatos de núcleo (K_i) comprende una comprobación de los píxeles para determinar si una suma de sus tres componentes de color en un espacio de color RGB queda por debajo de un umbral predeterminado.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se determinan además un segundo píxel candidato de borde (P_O), un tercer píxel candidato de borde (P_S) y un cuarto píxel candidato de borde (P_W) como píxeles sobre trayectos (230, 240, 250) adicionales predeterminados que se alejan del píxel candidato de núcleo central (K₀) en distintas direcciones detectando un cambio de la primera sección a la segunda sección del espacio de color.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de hallar píxeles candidatos de borde que se alejan, por medio del algoritmo para hallar la trayectoria tiene lugar usando una función de costos, prefiriendo la función de costos apartarse del contorno (110) celular con respecto a atravesar el contorno (110) celular.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el algoritmo para hallar la trayectoria usa una función de costos, en el que, con una función de costos constante, el algoritmo para hallar la trayectoria proporciona una trayectoria recta.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa de determinar un primer píxel candidato de borde (P_N) se usa como espacio de color un espacio de color HSV con una componente H, una componente S y una componente V y en el que se determinan los píxeles del plasma (116) celular atravesando un límite (γ) predeterminado de la componente V del espacio de color HSV.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el límite γ predeterminado se ajusta de manera iterativa, de modo que se encuentran cuatro píxeles candidatos de borde (P_N, P_O, P_S, P_W), sobre cuatro trayectos (120, 230, 240, 250) distintos que se alejan del píxel candidato de núcleo central (K₀).

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una etapa de clasificar un núcleo (114) celular, en el que la segmentación de un núcleo (114) celular comprende un uso de una razón de una componente azul con respecto a una componente verde de un espacio de color RGB.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un tratamiento (170) posterior, y el tratamiento (170) posterior comprende un desplazamiento por puntos del trayecto (122) que se encontró por medio del algoritmo para hallar la trayectoria.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de determinar los píxeles candidatos de núcleo (K_i) comprende determinar los píxeles de la imagen que se encuentran en una primera zona predeterminada del espacio de color.

11. Dispositivo para determinar un contorno (110) celular de una célula con un núcleo (114) celular y un plasma (116) celular en una imagen de la célula, que comprende:

una unidad para determinar píxeles candidatos de núcleo (K_i), que pertenecen al núcleo (114) celular;

una unidad para determinar un píxel que se encuentra en el interior de una zona (114) formada por los píxeles candidatos de núcleo (K_i), para obtener un píxel candidato de núcleo central (K₀);

una unidad para determinar un primer píxel candidato de borde (P_N) como un píxel sobre un trayecto (120) predeterminado que se aleja del píxel candidato de núcleo central (K₀) detectando un cambio de una primera sección a una segunda sección de un espacio de color; y

una unidad para hallar píxeles candidatos de borde que se alejan del primer punto candidato de borde (P_N), que forman un límite (122) que rodea la célula, por medio de un algoritmo para hallar la trayectoria utilizando una función de costos dependiente del color, que tiende a preferir tanto longitudes de trayectoria más pequeñas como trayectorias a través de píxeles en la segunda sección del espacio de color.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, que comprende además una unidad para la transformación de un espacio de color RGB en un espacio de color HSV.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 11 ó 12, que comprende además una unidad para la clasificación del núcleo celular.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 11 a 13, que comprende además una unidad para el tratamiento (170) posterior del plasma (116) celular, comprendiendo el tratamiento (170) posterior un desplazamiento de la trayectoria determinada mediante el algoritmo para hallar la trayectoria.

15. Programa informático con un código de programa para realizar un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, cuando se ejecuta el programa informático en un ordenador.