[發明專利]一種基于顯微圖像的類器官活力評價方法及系統

有效

• 申請號: 202110601223.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113283352B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李剛;陳澤新;于言;朱宇
• 申請（專利權）人: 創芯國際生物科技（廣州）有限公司
• 主分類號: G06V20/69
• 分類號: G06V20/69;G06V10/762;G06V10/764;G06V10/82;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

本發明提供一種基于顯微圖像的類器官活力評價方法及系統。該方法包括：獲取一系列類器官的顯微圖像；對其中的類器官進行人工類型判斷，然后進行類器官框選并進行活力逐一評分，將評分結果作為類器官活力評價模型的訓練集，并采用該訓練集訓練所述類器官活力評價模型；利用訓練好的類器官活力評價模型對一幅顯微圖像進行自動活力評分，輸出其中每個類器官的分值并匯總加權。該系統包括：顯微圖像獲取裝置；類器官活力評價裝置，與所述顯微圖像獲取裝置連接，所述類器官活力評價裝置包括類器官目標檢測模塊、類器官特征提取器和評分模塊；通訊裝置。本發明可以大大節約人力物力與時間成本，不受主觀評分影響，得到長久統一的、精確的、穩定的評分。

技術領域

本發明屬于生物醫藥技術領域，具體涉及一種基于顯微圖像的類器官活力評價方法及系統。

背景技術

類器官(Organoid)是在體外用3D培養技術對干細胞或器官祖細胞進行誘導分化形成的在結構和功能上都類似目標器官或組織的三維細胞復合體，其具有穩定的表型和遺傳學特征，能夠在體外長期培養，它在形成過程中再現了體內器官發生的兩個事件，即同類細胞以黏附的方式分類聚集和空間特異性的細胞譜系定型。與傳統2D細胞培養模式相比，3D培養的類器官包含多種細胞類型，突破了細胞間單純的物理接觸聯系，形成了更加緊密的細胞間生物通信，細胞間相互影響、誘導、反饋，協作發育并形成具有功能的迷你器官或組織，能更好地用于模擬器官組織的發生過程及生理病理狀態，因而在基礎研究以及臨床診療方面具有廣闊的應用前景。

現有的類器官評價體系，一般是基于人工觀察所得，有人為誤差，沒有一個系統的評價體系，受主觀影響較大，如實驗員A認為一個類器官為活性高的，而實驗員B則認為此類器官活性一般；僅有的少數評價體系也是建立在毒性或者加藥情況下對比前后類器官顯著區別的，并沒有真正消除人為評價時前后不一的現象。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種基于顯微圖像的類器官活力評價方法及系統。本發明的技術方案為：

第一個方面，本發明提供一種基于顯微圖像的類器官活力評價方法，包括以下步驟：

步驟1，獲取一系列類器官的顯微圖像；

步驟2，對該系列顯微圖像中的類器官進行人工類型判斷，然后進行類器官框選并進行活力逐一評分，以形成類器官活力評價模型的訓練集，并采用該訓練集訓練所述類器官活力評價模型；

步驟3，利用訓練好的類器官活力評價模型對一幅類器官的顯微圖像進行自動類型判斷、框選以及活力評分，輸出所框選的每個類器官的分值并匯總加權。

進一步地，所述步驟2中框選為將符合細胞團數量和細胞團質量的類器官選定。

優選地，所述步驟2中類器官活力評價模型為神經網絡模型，所述神經網絡模型采用監督學習方法訓練。

進一步地，所述神經網絡模型的具體訓練過程包括：

(1)訓練類器官檢測網絡：將獲取的一系列類器官的顯微圖像中的每個類器官進行框選，并用一個4維向量[x,y,w,h]對每個類器官所在的目標框進行位置編碼，其中x表示目標框在圖像中的橫坐標索引，y表示目標框在圖像中的縱坐標索引，w和h分別表示目標框的寬和高；采用編碼后的所有類器官目標框和顯微圖像數據共同優化用于框選類器官檢測的卷積網絡，直至代價函數收斂；

(2)訓練評價函數：將步驟(1)獲得的所有位置編碼和這些位置編碼對應的顯微圖像送入卷積神經網絡中訓練，訓練過程是基于熵最小化原理并采用對比學習策略優化評價函數，訓練結束后提取所有圖像中每個類器官的顯著特征；

(3)擬合聚合函數：利用回歸分析方法將所有圖像中每個類器官的顯著特征進行聚合，并與酶標儀器測定值進行對比，計算回歸擬合曲線值，并確定各項特征權重。