[發(fā)明專利]細(xì)胞圖像解析方法、細(xì)胞圖像解析裝置、及學(xué)習(xí)模型創(chuàng)建方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880090926.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN111837157A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高橋涉;赤澤禮子
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社島津制作所
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00
• 代理公司: 上海立群專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發(fā)明通過運(yùn)算從細(xì)胞的全息圖像中形成相位像，使用全層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)該相位像按每個(gè)像素進(jìn)行分割，識(shí)別未分化細(xì)胞區(qū)域、未分化逃脫細(xì)胞區(qū)域、異物區(qū)域等。學(xué)習(xí)時(shí)若讀取小批次所包含的學(xué)習(xí)圖像(S13)，則將該畫像隨機(jī)上下或左右翻轉(zhuǎn)(S13)后旋轉(zhuǎn)隨機(jī)的角度(S14)。通過以旋轉(zhuǎn)后的圖像的邊緣為軸的鏡像翻轉(zhuǎn)，填補(bǔ)由于該旋轉(zhuǎn)而在旋轉(zhuǎn)前的圖像的框內(nèi)缺損的部分(S15)。使用這樣生成的學(xué)習(xí)圖像進(jìn)行全層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)(S16)。對(duì)所有小批次重復(fù)相同的處理，進(jìn)而在打亂分配給小批次的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)同時(shí)，按規(guī)定次數(shù)重復(fù)學(xué)習(xí)。由此，學(xué)習(xí)模型的精度提高。由于能學(xué)習(xí)旋轉(zhuǎn)不變的特征，因此能高精度地識(shí)別各種形狀的細(xì)胞菌落。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對(duì)針對(duì)細(xì)胞進(jìn)行觀察得到的觀察圖像進(jìn)行解析處理的方法及裝置，以及用于該解析的學(xué)習(xí)模型的創(chuàng)建方法，更詳細(xì)而言，涉及在培養(yǎng)多能性干細(xì)胞(ES細(xì)胞或iPS細(xì)胞)的過程等中，以非侵襲方式對(duì)細(xì)胞的狀態(tài)進(jìn)行判定或者取得細(xì)胞的數(shù)目等與細(xì)胞相關(guān)的信息時(shí)優(yōu)選的細(xì)胞圖像解析方法、細(xì)胞圖像解析裝置及學(xué)習(xí)模型創(chuàng)建方法。

背景技術(shù)

近年來，在再生醫(yī)療領(lǐng)域中盛行使用iPS細(xì)胞、ES細(xì)胞等多能干細(xì)胞進(jìn)行研究。在利用了這樣的多能干細(xì)胞的再生醫(yī)療的研究和開發(fā)中,需要大量培養(yǎng)維持多能性的狀態(tài)的未分化的細(xì)胞。因此,需要選擇適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)環(huán)境且對(duì)環(huán)境穩(wěn)定的控制,并且需要以較高的頻率確認(rèn)培養(yǎng)中的細(xì)胞的狀態(tài)。例如,當(dāng)細(xì)胞菌落內(nèi)的細(xì)胞從未分化狀態(tài)逃脫時(shí),在該情況下,位于細(xì)胞菌落內(nèi)的所有細(xì)胞均具有分化的能力,因此菌落內(nèi)的細(xì)胞最終全部轉(zhuǎn)變?yōu)槲捶只用摖顟B(tài)。因此，觀察者需要每天確認(rèn)正在培養(yǎng)的細(xì)胞中是否產(chǎn)生逃脫了未分化狀態(tài)的細(xì)胞(已經(jīng)分化的細(xì)胞、快要分化的細(xì)胞，下面稱為“未分化逃脫細(xì)胞”)，并在發(fā)現(xiàn)了未分化逃脫細(xì)胞的情況下，迅速地去除該未分化逃脫細(xì)胞。

通過利用未分化標(biāo)記進(jìn)行染色，能夠可靠地進(jìn)行多能干細(xì)胞是否維持著未分化狀態(tài)的判定。然而，由于進(jìn)行了染色的細(xì)胞會(huì)死亡，因此在再生醫(yī)療用的多能干細(xì)胞的判定中無法實(shí)施未分化標(biāo)記染色。因此，在當(dāng)前的再生醫(yī)療用細(xì)胞培養(yǎng)的現(xiàn)場(chǎng)，觀察者基于使用了相位差顯微鏡的細(xì)胞的形態(tài)觀察，來判定其是否為未分化細(xì)胞。使用相位差顯微鏡是因此，細(xì)胞一般是透明的而在通常的光學(xué)顯微鏡中難以進(jìn)行觀察。

此外,如非專利文獻(xiàn)1所公開的那樣,最近,使用全息技術(shù)來獲取細(xì)胞的觀察圖像的裝置也被實(shí)用化。該裝置如專利文獻(xiàn)1～4等所公開的那樣,通過對(duì)由數(shù)字全息顯微鏡得到的全息圖數(shù)據(jù)進(jìn)行相位恢復(fù)或圖像重建等數(shù)據(jù)處理，從而創(chuàng)建易于清晰地觀察細(xì)胞的相位像(由于使用同軸型全息顯微鏡(In-line Holographic Microscopy:IHM)，因此以下稱為“IHM相位像”)。在數(shù)字全息顯微鏡中,在獲取全息圖數(shù)據(jù)之后的運(yùn)算處理的階段，能夠計(jì)算任意距離下的相位信息，因此具有在拍攝時(shí)無需每次都進(jìn)行對(duì)焦而能夠縮短測(cè)量時(shí)間這樣的優(yōu)點(diǎn)。

然而,在相位差顯微圖像或IHM相位像中即使可一定程度上清晰地觀察細(xì)胞,觀察者要想通過目視正確地判定未分化細(xì)胞等也需要熟練度。此外,由于是基于人的判斷,因此在判定中不可避免地產(chǎn)生偏差。因此,這樣的以往的方法不適于在工業(yè)上大量地生產(chǎn)多能干細(xì)胞。

對(duì)于上述技術(shù)問題，以往提出有通過對(duì)細(xì)胞的觀察圖像進(jìn)行圖像處理來評(píng)價(jià)細(xì)胞的狀態(tài)的各種技術(shù)。

例如在專利文獻(xiàn)5中,記載有如下方法：根據(jù)相隔規(guī)定時(shí)間而獲取的多個(gè)細(xì)胞觀察圖像分別計(jì)算細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的紋理特征量，計(jì)算紋理特征量相對(duì)于該多個(gè)細(xì)胞觀察圖像的差分或相關(guān)值，并根據(jù)其時(shí)間序列變化來判別細(xì)胞的活性度。在該方法中,例如在紋理特征量的差分值呈現(xiàn)出隨著時(shí)間的經(jīng)過而減少的傾向的情況下,能夠判斷為該細(xì)胞的活性度減少等。

此外在專利文獻(xiàn)6中,記載有如下方法：使用從細(xì)胞觀察圖像獲取的多個(gè)指標(biāo)值實(shí)施模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FNN)解析,預(yù)測(cè)增殖率等細(xì)胞的品質(zhì)。在該文獻(xiàn)中，還記載有將通過對(duì)細(xì)胞觀察圖像的圖像處理求出的紋理特征量作為指標(biāo)值來利用。