前段時間，電視劇《我是刑警》的播出引發(fā)觀眾的熱議，用DNA檢驗技術破案的情節(jié)更是牽動人心。利用警察勘查摸排到的“一丁點”生物樣本，檢驗人員如何更快速更精準地找到證據(jù)？為了解決微量生物樣本的快速精準檢測難題，上海理工大學科研團隊以“人工智能驅(qū)動科學創(chuàng)新（AI for Science）”為核心理念，研發(fā)出“AI熒光成像——無濾波熒光顯微成像技術”，讓生物樣本檢測更高效。
這一成果由中國工程院院士、上海理工大學光電信息與計算機工程學院院長莊松林，上海理工大學常務副院長張大偉帶領的超精密光學制造團隊與上海交通大學附屬仁濟醫(yī)院浦南分院、美國杜克大學合作完成，可廣泛應用于生物診斷、臨床醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、刑偵勘探等領域。相關論文以“支持深度學習的無濾光片熒光顯微鏡”為題日前發(fā)表于國際學術期刊《科學》子刊《科學進展》。
AI賦能光學器件
這項研究的初衷并非刑偵應用，而是源于臨床醫(yī)學智能化的需求。
3年前，依托上海理工大學醫(yī)工交叉項目，上海理工大學教授戴博團隊與上海交通大學附屬仁濟醫(yī)院教授管陽太團隊開展了一系列科研合作。合作過程中，雙方意識到，先進的智能光電檢測技術能夠為臨床診斷提供全面、精準、便捷的手段，從而造福廣大病患。無濾波熒光顯微成像技術則脫胎于該項目。作為一項普適的生物醫(yī)學檢測技術，它可以從根本上解決傳統(tǒng)熒光顯微成像的痛點。
“熒光成像系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛用于醫(yī)學基礎研究與臨床實踐，例如神經(jīng)免疫病抗體檢測、腫瘤細胞的輔助檢測和定位、藥物在體內(nèi)分布和代謝情況的監(jiān)測等。”管陽太團隊科研助理王侃說，但現(xiàn)有的熒光成像系統(tǒng)，需要裝備二向色鏡、濾光片等多套濾波組件才能滿足多波段熒光成像要求。此外，進行多通道熒光成像時，操作人員要用機械裝置切換熒光濾波組件，不僅耗時、操作繁瑣，且增加了成像系統(tǒng)的復雜性、體積及成本。
戴博團隊“AI賦能光學器件”的研究恰好能解決這一痛點。團隊大膽提出：能否利用AI技術取代傳統(tǒng)光學濾光組件，從而對熒光信號的特異性進行定位及定量分析，實現(xiàn)對生物樣本高效精確地檢測分析。由此展開的“數(shù)字虛擬濾波器”研究，成為破解難題的關鍵。
高效還原各類熒光信號
找準攻關方向后，新的難題又擺在研究團隊面前。該研究涉及多學科融合，需要不同領域的學者一起攻關。此前，研究團隊匯集了光學工程、人工智能及臨床醫(yī)學等領域的專家，形成了獨特的跨學科優(yōu)勢，助推項目最終落地。
團隊從AI技術出發(fā)，開發(fā)了數(shù)字虛擬濾波器，并提出了無濾波熒光顯微成像技術。使用該技術的熒光顯微成像系統(tǒng)，不需要昂貴的熒光濾波元件，通過暗場照明方式即可減弱背景噪聲。成像系統(tǒng)獲取圖像后，通過神經(jīng)網(wǎng)絡，自動選擇熒光通道，準確預測熒光信號。結(jié)果表明，無濾波熒光顯微成像系統(tǒng)具有良好的魯棒性，對不同顯微放大倍率、熒光染料濃度、樣品種類，均能高效、精準地還原出熒光信號，實現(xiàn)高靈敏、高特異性熒光成像。
論文第一作者戴博打了個比方：“顯微鏡里的細胞就好比星光，我們要用不同的鏡片來識別不同的顏色。如果想把這些光點都識別出來，就要不停地換鏡片，耗時耗力。我們研究團隊使用AI技術顛覆了這一概念，無論天上有多少不同顏色的光點，用一個普通的望遠鏡就可以全部清晰、快速地識別出來。”
研究中，團隊針對多色熒光量子點納米顆粒、多種熒光染料共染的細胞、組織切片、動態(tài)細胞進行了熒光成像實驗。此外，他們還利用無濾波熒光顯微成像系統(tǒng)進行了成纖維細胞活化蛋白表達分析，檢測人食管組織、人肝組織切片等一系列生物研究，以及臨床檢測實驗。以往對一份腫瘤切片進行病理檢測至少需要20分鐘，而采用這一新技術則僅需4分鐘，效率提高了5倍之多。新技術將為醫(yī)生精準診斷、守護病患健康提供更多助力。
“目前提出的無濾波熒光成像技術，在熒光顯微成像系統(tǒng)中得到了初步驗證。該技術存在巨大的研究價值和應用潛力，有待進一步移植到各類熒光檢測相關的儀器中，例如共聚焦顯微鏡、熒光流式細胞儀等，推動現(xiàn)有生化檢測儀器的智能化升級換代。”張大偉說。
前段時間，電視劇《我是刑警》的播出引發(fā)觀眾的熱議，用DNA檢驗技術破案的情節(jié)更是牽動人心。利用警察勘查摸排到的“一丁點”生物樣本，檢驗人員如何更快速更精準地找到證據(jù)？為了解決微量生物樣本的快速精準檢測難題，上海理工大學科研團隊以“人工智能驅(qū)動科學創(chuàng)新（AI for Science）”為核心理念，研發(fā)出“AI熒光成像——無濾波熒光顯微成像技術”，讓生物樣本檢測更高效。
這一成果由中國工程院院士、上海理工大學光電信息與計算機工程學院院長莊松林，上海理工大學常務副院長張大偉帶領的超精密光學制造團隊與上海交通大學附屬仁濟醫(yī)院浦南分院、美國杜克大學合作完成，可廣泛應用于生物診斷、臨床醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、刑偵勘探等領域。相關論文以“支持深度學習的無濾光片熒光顯微鏡”為題日前發(fā)表于國際學術期刊《科學》子刊《科學進展》。
AI賦能光學器件
這項研究的初衷并非刑偵應用，而是源于臨床醫(yī)學智能化的需求。
3年前，依托上海理工大學醫(yī)工交叉項目，上海理工大學教授戴博團隊與上海交通大學附屬仁濟醫(yī)院教授管陽太團隊開展了一系列科研合作。合作過程中，雙方意識到，先進的智能光電檢測技術能夠為臨床診斷提供全面、精準、便捷的手段，從而造福廣大病患。無濾波熒光顯微成像技術則脫胎于該項目。作為一項普適的生物醫(yī)學檢測技術，它可以從根本上解決傳統(tǒng)熒光顯微成像的痛點。
“熒光成像系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛用于醫(yī)學基礎研究與臨床實踐，例如神經(jīng)免疫病抗體檢測、腫瘤細胞的輔助檢測和定位、藥物在體內(nèi)分布和代謝情況的監(jiān)測等。”管陽太團隊科研助理王侃說，但現(xiàn)有的熒光成像系統(tǒng)，需要裝備二向色鏡、濾光片等多套濾波組件才能滿足多波段熒光成像要求。此外，進行多通道熒光成像時，操作人員要用機械裝置切換熒光濾波組件，不僅耗時、操作繁瑣，且增加了成像系統(tǒng)的復雜性、體積及成本。
戴博團隊“AI賦能光學器件”的研究恰好能解決這一痛點。團隊大膽提出：能否利用AI技術取代傳統(tǒng)光學濾光組件，從而對熒光信號的特異性進行定位及定量分析，實現(xiàn)對生物樣本高效精確地檢測分析。由此展開的“數(shù)字虛擬濾波器”研究，成為破解難題的關鍵。
高效還原各類熒光信號
找準攻關方向后，新的難題又擺在研究團隊面前。該研究涉及多學科融合，需要不同領域的學者一起攻關。此前，研究團隊匯集了光學工程、人工智能及臨床醫(yī)學等領域的專家，形成了獨特的跨學科優(yōu)勢，助推項目最終落地。
團隊從AI技術出發(fā)，開發(fā)了數(shù)字虛擬濾波器，并提出了無濾波熒光顯微成像技術。使用該技術的熒光顯微成像系統(tǒng)，不需要昂貴的熒光濾波元件，通過暗場照明方式即可減弱背景噪聲。成像系統(tǒng)獲取圖像后，通過神經(jīng)網(wǎng)絡，自動選擇熒光通道，準確預測熒光信號。結(jié)果表明，無濾波熒光顯微成像系統(tǒng)具有良好的魯棒性，對不同顯微放大倍率、熒光染料濃度、樣品種類，均能高效、精準地還原出熒光信號，實現(xiàn)高靈敏、高特異性熒光成像。
論文第一作者戴博打了個比方：“顯微鏡里的細胞就好比星光，我們要用不同的鏡片來識別不同的顏色。如果想把這些光點都識別出來，就要不停地換鏡片，耗時耗力。我們研究團隊使用AI技術顛覆了這一概念，無論天上有多少不同顏色的光點，用一個普通的望遠鏡就可以全部清晰、快速地識別出來。”
研究中，團隊針對多色熒光量子點納米顆粒、多種熒光染料共染的細胞、組織切片、動態(tài)細胞進行了熒光成像實驗。此外，他們還利用無濾波熒光顯微成像系統(tǒng)進行了成纖維細胞活化蛋白表達分析，檢測人食管組織、人肝組織切片等一系列生物研究，以及臨床檢測實驗。以往對一份腫瘤切片進行病理檢測至少需要20分鐘，而采用這一新技術則僅需4分鐘，效率提高了5倍之多。新技術將為醫(yī)生精準診斷、守護病患健康提供更多助力。
“目前提出的無濾波熒光成像技術，在熒光顯微成像系統(tǒng)中得到了初步驗證。該技術存在巨大的研究價值和應用潛力，有待進一步移植到各類熒光檢測相關的儀器中，例如共聚焦顯微鏡、熒光流式細胞儀等，推動現(xiàn)有生化檢測儀器的智能化升級換代。”張大偉說。
本文鏈接：http://m.020gz.com.cn/news-2-1158-0.htmlAI熒光成像技術為生物檢測提速增效
聲明：本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時間刪除處理。
下一篇：澳心衰患者靠“鈦心”度過百日
點擊右上角
微信好友
朋友圈
點擊瀏覽器下方“
”分享微信好友Safari瀏覽器請點擊“
”按鈕
點擊右上角
QQ
點擊瀏覽器下方“”分享QQ好友Safari瀏覽器請點擊“”按鈕
