HPV检测及病理分析系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种HPV检测及病理分析系统与方法，系统包括采集模块、切片模块、增强模块、特征提取模块和分析模块；所述采集模块利用显微拍摄装置对待测样本进行荧光原位杂交细胞图像采集，获取样本细胞图像；所述切片模块用于对样本细胞图像进行裁切，分成多个图像切片构成样本集；所述增强模块用于以数据增强方法扩增样本集；所述特征提取模块用于提取扩增后样本数据集的特征数据；所述分析模块设置深度神经网络模型，用于对扩增后样本数据集的特征数据进行HPV病理分析，得到HPV病理数据。本发明专利技术可能提高HPV检测与病理的准确性，降低判断的偏差率。

【技术实现步骤摘要】
HPV检测及病理分析系统和方法
本专利技术涉及HPV检测
，特别涉及一种HPV检测及病理分析系统和方法。
技术介绍
HPV(人乳头瘤病毒)是一种属于乳多空病毒科的乳头瘤空泡病毒A属，是球形DNA病毒，能引起人体皮肤黏膜的鳞状上皮增殖。表现为寻常疣、生殖器疣(尖锐湿疣)等症状。随着性病中尖锐湿疣的发病率急速上升和宫颈癌、肛门癌等的增多，人乳头瘤病毒感染越来越引起人们的关注。目前，皮肤型的HPV人群感染率非常普遍，如常见的寻常疣、趾疣、扁平疣等，无法得到具体的感染率，比较引起注意到是高危型的HPV感染和外生殖器的低危型HPV感染造成的生殖器疣和宫颈癌；女性生殖道感染HPV易引发宫颈癌，我国每年约有13.15万新发现的宫颈癌，宫颈癌发病年龄年轻化，且发病率和死亡率都有增加趋势。HPV的早期检测与发现，有利于相关疾病的预防、诊断与治疗，但是目前HPV检测及病理分析的准确度还需要进一步提高。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种HPV检测及病理分析系统，包括采集模块、切片模块、增强模块、特征提取模块和分析模块；所述采集模块利用显微拍摄装置对待测样本进行荧光原位杂交细胞图像采集，获取样本细胞图像；所述切片模块用于对样本细胞图像进行裁切，分成多个图像切片构成样本集；所述增强模块用于以数据增强方法扩增样本集；所述特征提取模块用于提取扩增后样本数据集的特征数据；所述分析模块设置深度神经网络模型，用于对扩增后样本数据集的特征数据进行HPV病理分析，得到HPV病理数据。可选的，所述深度神经网络模型包括抽象网络、筛选网络、池化层及分类与回归层：所述抽象网络用于对输入的图像特征进行抽象并生成卷积特征图；所述筛选网络用于根据卷积网络输出的卷积特征图进行筛选，推荐候选区域；所述池化层用于对所述卷积特征图以及所述候选区域进行卷积操作，将不同大小的输入信号转换为固定长度的输出信号，得到一组低维特征向量；所述分类与回归层用于构建一个预测病理等级的放射组学模型，以放射组学模型对低维特征向量进行放射学特征分析，得到HPV病理数据。可选的，所述切片模块内设细胞识别子模块，所述细胞识别子模块用于在裁切前进行细胞识别，过程如下：采用以下公式对样本细胞图像进行滤波处理：上式中，g()表示滤波函数；μ，λ分别表示在x轴，y轴上的空间平移量；σ表示函数的包络值，k表示中心频率与带宽之间的比例，f表示中心频率；是正弦波的波长；θ表示复数调制部分函数的辐角；γ表示高斯函数的纵横比；i表示虚数符号；τ表示偏移度；再采用以下公式进行中值滤波：P(x)＝med{w(x-ε)，(ε∈W)}上式中，P()表示中值滤波处理后的样本细胞图像；w()表示中值滤波处理前的样本细胞图像；x表示样本细胞图像坐标值；ε表示5*21的矩阵区域的滑动模板；然后，对中值滤波后的样本细胞图像进行细胞识别；所述切片模块根据细胞识别情况进行裁切，使得单个图像切片至少包括一个细胞的图像，且单个细胞的图像位于同一图像切片上。可选的，所述系统还包括变换模块和明晰模块，所述变换模块与切片模块连接，所述明晰模块分别变换模块和增强模块连接；所述变换模块用于将图像切片组成一个样本序列，采用以下公式对切片模块裁切的图像切片进行离散小波变换：上式中，P(x)表示样本序列的离散小波变换；N表示尺度；Xw(p0,q)表示变换函数；表示尺度函数；p0表示初始尺度因子；f(p,q)(x)表示小波基函数；p表示尺度因子；q表示平移因子；所述明晰模块用于获取图像切片的碎片特征，采用以下公式计算图像切片的似然能量：上式中，表示；E表示成像平面坐标集合，α表示样品序列的帧数；δ表示高斯因子；g表示时间；t表示时刻；N表示尺度；和表示t时刻样品帧的特征点i在成像平面的投影；和表示t+1时刻样品帧的特征点i在成像平面的投影；采用惩罚函数方法，通过以下公式得到的势能：Q(wi,αi)＝min{||αi-αi+1||2,ε}上式中，Q(wi,αi)表示第α帧样品的特征点i的势能；wi表示特征点i的尺度函数；i和i+1表示第α帧样品的两个相邻特征点；ε表示势能阈值，取值大于零。可选的，还包括试剂检测模块和预测模块；当HPV病理数据反映存在HPV时，所述试剂检测模块用于采用HPV检测试剂对待测样本进行检测，得到HPV检测数据；所述HPV检测试剂包括人乳头瘤病毒测序引物溶液，所述人乳头瘤病毒测序引物溶液中含有一种或多种人乳头瘤病毒亚型的测序引物，所述人乳头瘤病毒亚型选自：HPV10、HPV11、HPV12、HPV13、HPV14、HPV15、HPV16、HPV17、HPV18、HPV19、HPV1a、HPVme、HPV20、RTRX7、HPV21、HPV22、HPV23、HPV24、HPV25、HPV26、HPV27b、HPV27、HPV28、HPV29、HPV2a、HPV30、HPV31、HPV32、HPV33、HPV34、HPV35、HPV36、HPV37、HPV38b、HPV38、HPV39、HPV3、HPV40、HPV41、HPV42、HPV43、HPV44、HPV45、HPV47、HPV48、HPV49、HPV4、HPV50、HPV51、HPV52、HPV53、HPV54、HPV56、HPV57b、HPV57c、HPV57、HPV58、HPV59、HPV5b、HPV5、HPV60、HPV61、HPV62、HPV63、HPV65、HPV66、HPV67、HPV68a、HPV69、HPV6a、HPV6b、HPV70、HPV72、HPV73、HPV7、HPV82、HPV8、HPV94或HPV9；所述预测模块用于结合HPV病理数据和HPV检测数据进行病理预测，得到HPV病理预测结果。本专利技术还提供了一种HPV检测及病理分析方法，包括以下步骤：S100利用显微拍摄装置对待测样本进行荧光原位杂交细胞图像采集，获取样本细胞图像；S200对样本细胞图像进行裁切，分成多个图像切片构成样本集，以数据增强方法扩增样本集；S300提取扩增后样本数据集的特征数据，采用深度神经网络模型对扩增后样本数据集的特征数据进行HPV病理分析，得到HPV病理数据。可选的，在S300步骤中，所述HPV病理分析的方式如下：对输入的图像特征进行抽象并生成卷积特征图，根据卷积特征图进行筛选，推荐候选区域；对所述卷积特征图以及所述候选区域进行卷积操作，将不同大小的输入信号转换为固定长度的输出信号，得到一组低维特征向量；构建一个预测病理等级的放射组学模型，以放射组学模型对低维特征向量进行放射学特征分析，得到HPV病理数据。可选的，在S300步骤中，所述深度神经网络模型通过以下方式构建：S310构建神经网络原始模型，在神经网络原始模型内设置源图像库本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HPV检测及病理分析系统，其特征在于，包括采集模块、切片模块、增强模块、特征提取模块和分析模块；/n所述采集模块利用显微拍摄装置对待测样本进行荧光原位杂交细胞图像采集，获取样本细胞图像；/n所述切片模块用于对样本细胞图像进行裁切，分成多个图像切片构成样本集；/n所述增强模块用于以数据增强方法扩增样本集；/n所述特征提取模块用于提取扩增后样本数据集的特征数据；/n所述分析模块设置深度神经网络模型，用于对扩增后样本数据集的特征数据进行HPV病理分析，得到HPV病理数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种HPV检测及病理分析系统，其特征在于，包括采集模块、切片模块、增强模块、特征提取模块和分析模块；
所述采集模块利用显微拍摄装置对待测样本进行荧光原位杂交细胞图像采集，获取样本细胞图像；
所述切片模块用于对样本细胞图像进行裁切，分成多个图像切片构成样本集；
所述增强模块用于以数据增强方法扩增样本集；
所述特征提取模块用于提取扩增后样本数据集的特征数据；
所述分析模块设置深度神经网络模型，用于对扩增后样本数据集的特征数据进行HPV病理分析，得到HPV病理数据。


2.根据权利要求1所述的HPV检测及病理分析系统，其特征在于，所述深度神经网络模型包括抽象网络、筛选网络、池化层及分类与回归层：
所述抽象网络用于对输入的图像特征进行抽象并生成卷积特征图；
所述筛选网络用于根据卷积网络输出的卷积特征图进行筛选，推荐候选区域；
所述池化层用于对所述卷积特征图以及所述候选区域进行卷积操作，将不同大小的输入信号转换为固定长度的输出信号，得到一组低维特征向量；
所述分类与回归层用于构建一个预测病理等级的放射组学模型，以放射组学模型对低维特征向量进行放射学特征分析，得到HPV病理数据。


3.根据权利要求1所述的HPV检测及病理分析系统，其特征在于，所述切片模块内设细胞识别子模块，所述细胞识别子模块用于在裁切前进行细胞识别，过程如下：
采用以下公式对样本细胞图像进行滤波处理：



上式中，g()表示滤波函数；μ，λ分别表示在x轴，y轴上的空间平移量；σ表示函数的包络值，k表示中心频率与带宽之间的比例，f表示中心频率；是正弦波的波长；θ表示复数调制部分函数的辐角；γ表示高斯函数的纵横比；i表示虚数符号；τ表示偏移度；
再采用以下公式进行中值滤波：
P(x)＝med{w(x-ε)，(ε∈W)}
上式中，P()表示中值滤波处理后的样本细胞图像；w()表示中值滤波处理前的样本细胞图像；x表示样本细胞图像坐标值；ε表示5*21的矩阵区域的滑动模板；
然后，对中值滤波后的样本细胞图像进行细胞识别；
所述切片模块根据细胞识别情况进行裁切，使得单个图像切片至少包括一个细胞的图像，且单个细胞的图像位于同一图像切片上。


4.根据权利要求1所述的HPV检测及病理分析系统，其特征在于，所述系统还包括变换模块和明晰模块，所述变换模块与切片模块连接，所述明晰模块分别变换模块和增强模块连接；
所述变换模块用于将图像切片组成一个样本序列，采用以下公式对切片模块裁切的图像切片进行离散小波变换：



上式中，P(x)表示样本序列的离散小波变换；N表示尺度；Xw(p0,q)表示变换函数；表示尺度函数；p0表示初始尺度因子；f(p,q)(x)表示小波基函数；p表示尺度因子；q表示平移因子；
所述明晰模块用于获取图像切片的碎片特征，采用以下公式计算图像切片的似然能量：



上式中，表示；E表示成像平面坐标集合，α表示样品序列的帧数；δ表示高斯因子；g表示时间；t表示时刻；N表示尺度；和表示t时刻样品帧的特征点i在成像平面的投影；和表示t+1时刻样品帧的特征点i在成像平面的投影；
采用惩罚函数方法，通过以下公式得到的势能：
Q(wi,αi)＝min{||αi-αi+1||2,ε}
上式中，Q(wi,αi)表示第α帧样品的特征点i的势能；wi表示特征点i的尺度函数；i和i+1表示第α帧样品的两个相邻特征点；ε表示势能阈值，取值大于零。


5.根据权利要求1所述的HPV检测及病理分析系统，其特征在于，还包括试剂检测模块和预测模块；当HPV病理数据反映存在HPV时，
所述试剂检测模块用于采用HPV检测试剂对待测样本进行检测，得到HPV检测数据；所述HPV检测试剂包括人乳头瘤病毒测序引物溶液，所述人乳头瘤病毒测序引物溶液中含有一种或多种人乳头瘤病毒亚型的测序引物，所述人乳头瘤病毒亚型选自：HPV10、HPV11、HPV12、HPV13、HPV14、HPV15、HPV16、HPV17、HPV18、HPV19、HPV1a、HPVme、HPV20、RTRX7、HPV21、HPV22、HPV23、HPV24、HPV25、HPV26、HPV27b、HPV27、HPV28、HPV29、HPV2a、HPV30、HPV31、HPV32、HPV33、HPV34、HPV35、HPV36、HPV37、HPV38b、HPV38、HPV39、HPV3、HPV40、HPV41、HPV42、HPV43、HPV44、HPV45、HPV47、HPV48、HPV49、HPV4、HPV50、HPV51、HPV52、HPV53、HPV54、HPV56、HPV57b、HPV57c、HPV57、HPV58、HPV59、HPV5b、HPV5、HPV60、HPV61、HPV62、HPV63、HPV65、HPV66、HPV67、HPV68a、HPV69、HPV6a、HPV6b、HPV70、HPV72、HPV...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永彬，战克明，韩滋呈，
申请(专利权)人：王永彬，
类型：发明
国别省市：山东;37