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ImageJ 基础篇 | 基于阈值分割的自动细胞计数
发布时间:2024-09-02 发布者: 浏览次数:

ImageJ 基础篇 | 基于阈值分割的自动细胞计数

Ethan & Dany 科研图像处理 2023-11-13 20:24

科/研/图/像/处/理


在对细胞进行成像后,我们往往需要对细胞的数量进行定量,手动数细胞 是一个极其无聊以及耗费精力的工作,而且可能存在人为的bias,可重复性较差


上一篇文章为大家介绍了ImageJ的安装,以后的文章我会以 实际应用 的方式,解释 ImageJ 在科研图像处理中的各种实例。


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还记得被红血球计数板支配的恐惧吗


这是解放双手篇的第一篇——利用ImageJ实现,基于阈值分割的自动细胞计数。


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利用ImageJ进行基于阈值的自动细胞计数的工作流程(Workflow)

在进行自动细胞计数之前,需要对 ImageJ 进行初始设置:

(Process -> Binary -> Options)

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▲勾选Black background


这样可以避免二值化后出现Inverting LUT的情况,避免混淆物体和背景。





自动细胞计数





01


打开想要处理的图像

(File->Open,或者将图片直接拖动到菜单栏):


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以一张DAPI免疫荧光染色照片为例

我们的目标是:自动对DAPI染色的细胞核进行计数,得到细胞核的总数。



02


将图像转为8-bit

(Image->Type->8-bit):


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RGB格式简介: RGB代表 红、绿、蓝 三个通道,可以通过这 三个通道的叠加 得到各式各样的颜色。

在 ImageJ 中,RGB的每个通道只支持8-bit,即 256级亮度,用数字表示为从0、1、2...直到255。在0时最弱,而在255最亮。

当我们把一个RGB图像,转换为8-bit图像时,其实就是来了一个简单的缩放。使用以下公式转换为灰度:

灰色=(红色+绿色+蓝色)/ 3

当然对于本文的单通道的图像来说,也可以通过Image -> Color -> Split Channels,提取蓝色通道也是可以的。

注意:如果你的图像在保存时,已经保存成单通道了(8-bit,16-bit),不需要进行这一步。这一步是为了后面设置Threshold。

16-bit的图像可以直接进行Threshold,不用转成8-bit,否则会有亮度信息的损失。可参考公众号关于成像注意事项的文章:

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▲点击图片查看原文


03


调整阈值,去除背景,选中细胞核

(Image->Adjust->Threshold):

首先需要解释一下设定阈值(Threshold)的原理:

阈值的本质就是利用物体和背景的信号强度的差异,通过 只选中pixel value在一定范围内的pixel,来分割出物体

设定好阈值之后,Apply即可将选中物体进行二值化,可以进行后续的形态学操作或者统计。

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▲设定阈值的原理
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Threshold后,选中的细胞核为红色

注意:设置阈值时建议选择Red来进行表征,变为红色的区域就是已经选中的区域。

注意背景是黑的,所以要勾选Dark Background!

这时候可能需要进行两项操作:

(1)如果图像带有比例尺:拖动调节阈值的上限可以去除比例尺(因为自动计数可能会把比例尺也当做细胞来统计)。

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所以建议大家成像的时候不要把比例尺印在图像上。

(2)如果自动阈值效果不好:换拖动调节阈值的下限,可以增加选中区域,但要注意在选中细胞核的同时,尽可能少的减少背景。

拖动完成后点击Apply,图片转为非黑即白的二值化(Binary)图片:

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▲这里白色区域是分割出的细胞核(pixel value为255)


04


填补细胞核的空隙

(Process->Binary->Fill holes):

阈值分割往往并不完美,一些细胞核存在亮度不均匀的部分,这部分可能并不能被阈值选中。

图像转为二值化后,可以进行形态学操作,填补细胞核的空隙,使得细胞核变成实心球形:

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▲Fill holes后的结果

这一步是为了后面进行watershed。




05


打断细胞核的重叠部分

(Process->Binary->Watershed):


细胞密度比较大时,通常会有细胞重叠或者贴近的情况。可以利用Watershed自动将重叠的两个细胞核分离开来:


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▲红框中是Watershed分割后的结果。


06


自动分析、计数颗粒

(Analyze->Analyze Particles):

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出现Analyze Particles界面,通过不同的情况设置参数,最重要的是红框中的参数
Size:300-Infinity——指分析颗粒面积大于300(这里的单位是pixel),一直到无穷大的颗粒。(根据细胞大小,以及结果好坏来更改
Circularity:0.00-1.00——指圆度,可以根据细胞形状,调整需要的圆度,1.00为标准圆。
Exclude on edges——处于边缘的颗粒不计入
设置完成后,点击 OK ,即出现以下结果:

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可以看到最后统计出的细胞核数为141,且每个细胞核的面积也在Results中显示出来。可以放大检查原图中是否有多数或者漏数的细胞。


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