基于液基夹层杯法的结核杆菌自动检测研究

This project focuses on the automatical detection of Mycobacterium tuberculosis (MTB) based on the sandwich cup collecting bacteria and smear method (sandwich cup method)，and perform MTB detection automatically, efficiently and with good enough accuracy. This will also reduce the intensity of labour and high infectious risk. Issues to be addressed include the design of an automated microscopy platform with self-perception unit based on biological morphology, autofocus methods for automated microscopy on the basis of image feedback, MTB images understanding and recognition methods based on biological morphology. Fast and reliable autofocus algorithms will be proposed for automated high power microscopes. New color image segmentation and recognition methods for MTB will also presented. Finally we will develop a platform of control, detection and identification for MTB, clinical test and comparative experiments will be conducted to testify the detection accuracy of MTB. The accomplishment of this project will have a very important significance to the prevention and treatment work of MTB in our country, even will have an important influence on the world.

本项目将研究基于液基夹层杯法的结核杆菌自动检测方法与技术,实现结核病形态学检验全自动化，解决形态学检验的效率低、劳动强度大、感染风险高、误判漏判多等问题。主要研究内容包括基于生物形态学自主感知单元的自动显微镜平台设计、基于图像反馈的自动调焦方法、基于生物形态学方法的图像理解与识别技术。项目将提出基于图像反馈的自动聚焦新算法，解决高倍油镜下显微镜的可靠、快速自动聚焦科学问题；提出结核杆菌彩色图像分割新算法、基于形态学的结核杆菌识别新算法，解决结核杆菌的自动检测、识别和统计等关键科学问题。在此基础上将研发一种集控制、检测和识别为一体的结核杆菌自动识别和统计系统平台，通过临床检验实验及与人工检验的对比，测试平台系统形态学检验的准确度。项目的完成对我国的结核病防治工作有着重要的现实意义，甚至对全球结核病防治产生重要影响。

本项目主要研究基于液基夹层杯法的结核杆菌自动检测方法与技术,实现结核病形态学检验全自动化，解决形态学检验的效率低、劳动强度大、感染风险高、误判漏判多等问题。我们设计实现了一台高精度、三自由度、可以对结核杆菌涂片快速自动对焦、扫描和图像获取的显微镜平台，完成了相应的软件系统和算法实现。提出了一种基于图像内容重要度的聚焦算法（也称为聚焦曲线陡峭度增强算法），同时，我们重点研究了显微镜大范围聚焦中的极值搜索问题及多视野扫描中的快速聚焦问题，提出了基于视频连续反馈的多视野扫描聚焦算法。提出了基于加权阈值直方图均衡化的彩色图像增强算法，在增强结核杆菌图像对比度的同时，还降低了噪声的干扰，更好地保持了图像的平均亮度，为后续的图像分割和目标识别提供了基础。提出了一种区域分割的光学显微结核杆菌图像分割算法，提出了基于标记分水岭的结核杆菌图像分割算法，提出了基于色差向量场的图像细胞分割算法，提出了基于GVF Snake的重叠结核杆菌目标分割算法，比较完善地解决了结核杆菌的分割问题。 提出了基于ASM的结核杆菌目标自动识别算法，提出了基于目标骨架的断裂目标连接算法，提高了结核杆菌识别结果的灵敏度、特异度和准确率。在湖南省结核病医院进行了实验验证，通过临床检验实验及与人工检验的对比，测试了平台系统形态学检验的准确度。项目的完成对我国的结核病防治工作有着重要的现实意义，甚至对全球结核病防治产生重要影响。