擷取白血球細胞核特徵

白血球細胞核特徵可以分成兩部分來探討：形狀以及紋理，本小節先介紹本 論文所使用的形狀特徵，再介紹本論文所使用的紋理特徵。

1. 與紅血球面積的相對比例：在本論文中，面積的單位為像素，計算白血球細 胞核範圍內所占面積，並且與紅血球面積相比較，最後可以得知白血球細胞 核所占面積相對於紅血球細胞所占面積的倍數。

2. 邊界曲率均方差：邊界曲率變化是評估白血球輪廓變化程度的依據，但是如 果將整個白血球細胞核邊界都納入考量，那麼特徵向量的大小將會非常驚人，

因此，根據最初的想法，使用此特徵的目的在於求得輪廓變化程度，所以只 取邊界曲率均方差，均方差越大，則邊界曲率變化越大，均方差越小，則邊 界曲率變化越小。

3. 邊界到中心的帄均距離與均方差：因為邊界曲率很容易受到擾動，還需要一 個更為穩固的特徵來協助描述邊界，本論文採用的特徵為邊界到中心的帄均 距離以及均方差；作法則是將邊界到中心距離作為高斯混合模型擬合的目標，

以三個高斯模型來近似，這三個高斯模型分別代表遠、中、近距離模型，最 後再以最遠距離模型的均值，將所有數據作正規化處理(normalization)，透過 這三個高斯模型的帄均值以及均方差，可以得到描述邊界的另一種看法，雖 然無法完全取代邊界曲率對於整個邊界描述的重要性，但也能在邊界曲率受

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到干擾的時候提供一個較為穩定的邊界描述。

4. 正圓度(roundness)：用來描述細胞核邊界近似圓形的程度，因為淋巴細胞與 單核細胞之細胞核形狀變化較少，基本上很接近圓形，相較起淋巴細胞與單 核細胞，其他三類粒細胞之細胞核變化就非常不規則，因此，用正圓度作為 特徵，可以很清楚地分別出淋巴細胞、單核細胞與粒細胞，對於初期的粗分 類是非常有幫助的；正圓度的定義如下：

4 2

Perimeter

Roundness  Area (2)

5. 堅實度(solidity)：堅實度的定義如下：

Area Hull Convex

Solidity  Area (3)

堅實度代表著在目標區塊凸殼(Convex Hull )內的像素同時也在目標區塊中的 比例；若白血球細胞核區塊其扭曲程度或者是正圓度太低，通常會導致其凸 殼面積遠大於細胞核區塊面積，因此堅實度會大幅下降；堅實度的高低也可 以做為判斷淋巴細胞、單核細胞以及粒細胞的一個依據。

6. 分葉數(lobes)：細胞核分葉，對於判斷細胞核為哪種類別是很重要的特徵，

例如：嗜中性粒細胞通常有 3 到 4 分葉左右，而嗜酸性粒細胞則為 2 分葉，

嗜鹼性粒細胞其分葉數不明顯，淋巴細胞與單核細胞之分葉數皆為 1 分葉。

在白血球細胞核分類特徵中，分葉數應可以說是最重要的特徵，本論文在此 嘗詴用帄均值移動演算法(mean-shift)來找出白血球細胞核的分葉數目，流程 如圖 3.27，而分葉特徵抽取流程請見圖 3.28。

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圖 3.27 分葉數計算流程圖

(a)

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(b)

(c)

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(d)臨界值為 0.4 (e)臨界值 0.45

(f)臨界值 0.5 (g)臨界值 0.55

(h)臨界值 0.6 (i)臨界值 0.65

(j)臨界值 0.7 (k)臨界值 0.75

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(l)臨界值 0.8

(l)白血球細胞核分葉數量

圖 3.28 細胞核分葉特徵抽取。 (a)為經過區域成長及結合邊界資訊之後的白血 球細胞核影像；(b) 白血球細胞核像素距離邊緣最近距離影像；(c) 距離影像以 三維模型表示；(d)~(l) 距離影像以多重臨界值切割的結果；

(l) 白血球細胞核分葉數量。

由圖 3.28(b)可以看出透過計算細胞核影像距離最近的背景像素距離，可 以得到白血球細胞核每個區段的寬窄資訊，通常在判斷分葉的時候，所依據

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的是扭曲程度，以及寬窄；在細胞核分葉區，寬度通常會比分葉與分葉連接 處的寬度要寬，根據這個線索，可以先把圖 3.28(a)距離影像中每個細胞核區 像素值除以每個細胞核裡面最高距離值，把每個細胞核的距離影像進行正規 化(normalization)，因此距離影像中每個細胞核核區的像素都呈現出和該核最 大寬度相對比例；如此一來，將可以進一步分析分葉。

從多重臨界值切割以及圖 3.28(b)，可以知道在距離影像的所提供的相對 距離資訊，裡面含有許多的區域極值，隨著臨界值變動可以看出這現象，因 此為了不讓分葉計算受到區域極值影響，本論文在此以多重臨界值切割來累 積數據，每一次臨界值切割所產生的區塊中心將被保留下來，當多重臨界值 完成的時候，已經累積了足夠的資訊來分析分葉數。

由於我們並不知道一個白血球細胞應該分葉成幾葉，得要由累積下來的 細胞核各區塊的中心，以帄均值移動演算法來找出分葉數，結果如圖 3.28(l)。

7. 紋理特徵：詳細資訊請參考第 2.4 節灰度共生矩陣，以灰度共生矩陣提取出 細 胞 核 區 塊 的 凸 殼 範 圍 內 的 能 量 (energy) 、 對 比 度 (contract) 、 相 關 度 (correlation)、熵(entropy)、以及同質性(homogeneity)，可以用這些特徵分析凸 殼區塊內的亮度分佈特性，藉此描述細胞核凸殼範圍內的染色情形，一般來 說，嗜中性粒細胞與嗜酸性粒細胞除了在細胞核分葉上有些差別之外，另一 個差異在於嗜酸性粒細胞內含嗜酸性顆粒，因此相較之下，兩者在細胞質的 區域之飽和度比較，嗜酸性粒細胞會比嗜中性粒細胞來得高，因此，透過灰 階共生矩陣，可以將這個特性描述出來。