[發(fā)明專(zhuān)利]基于深度學(xué)習(xí)的外泌體粒徑分析裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110948240.4
• 申請(qǐng)日: 2021-08-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113689456B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇絢濤;王卓
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/20
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/20;G06T7/11;G06T7/00;G06N3/02;G06V10/774;G06V10/82;G01N15/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 朱忠范

本發(fā)明提供基于深度學(xué)習(xí)的外泌體粒徑分析裝置及方法，屬于外泌體檢測(cè)識(shí)別設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括：激發(fā)模塊對(duì)激光進(jìn)行整形，形成射入待檢測(cè)外泌體樣本的激發(fā)光片；檢測(cè)模塊將激發(fā)光片透射過(guò)待檢測(cè)外泌體樣本，形成外泌體側(cè)向散射光；采集模塊獲取外泌體布朗運(yùn)動(dòng)的視頻；分析模塊結(jié)合所述視頻，利用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行外泌體顆粒的定位，獲取外泌體顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，計(jì)算顆粒的粒徑。本發(fā)明避免了背景干擾和雜散光影響，具有較好的信噪比；成本低，避免了交叉污染問(wèn)題和樣品浪費(fèi)；不會(huì)導(dǎo)致顆粒尺寸過(guò)分高估；不需要標(biāo)記大尺寸磁珠，簡(jiǎn)化了標(biāo)記步驟和成本；提高了顆粒定位精度，無(wú)需進(jìn)行連續(xù)的參數(shù)調(diào)整，減少了主觀因素的影響，保證了結(jié)果的魯棒性和適用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及外泌體檢測(cè)識(shí)別設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的外泌體粒徑分析裝置及方法。

背景技術(shù)

外泌體是含有蛋白質(zhì)和核酸的囊泡，大小在40-200nm之間，其可由多種細(xì)胞類(lèi)型和細(xì)胞系分泌，如腫瘤細(xì)胞、干細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞等，廣泛存在于大多數(shù)如血液、尿液、腹水等體液環(huán)境中。

外泌體在各種生物過(guò)程中起到重要作用，其含的有蛋白質(zhì)，脂質(zhì)，核酸和糖等生物活性分子在轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞時(shí)具有相應(yīng)的功能，起著細(xì)胞與細(xì)胞間通訊的重要作用，能夠與相鄰細(xì)胞相互作用或進(jìn)入循環(huán)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)處細(xì)胞。腫瘤細(xì)胞來(lái)源的外泌體可以通過(guò)與成纖維細(xì)胞、正常細(xì)胞、免疫細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等細(xì)胞進(jìn)行相互作用來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境、促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)；誘使腫瘤位置及轉(zhuǎn)移地區(qū)的血管生成；誘導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移，增加腫瘤侵襲性；提高腫瘤對(duì)放射和化學(xué)療法的耐受性的目的；外泌體參與了肝癌的進(jìn)展，可能是肝癌的內(nèi)在標(biāo)志物。

透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡可以有效觀察單個(gè)高分辨率外泌體。但是，這些方法缺乏統(tǒng)計(jì)結(jié)果，操作復(fù)雜，儀器和測(cè)量?jī)r(jià)格高。動(dòng)態(tài)光散射和納米顆粒跟蹤分析技術(shù)是外泌體統(tǒng)計(jì)分析最常用的技術(shù)，但它們需要昂貴的專(zhuān)業(yè)設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)業(yè)人員。傳統(tǒng)流式細(xì)胞儀對(duì)光散射的最低檢測(cè)限為200～500nm，改造后的最低檢測(cè)限可低至100nm。使用流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)外泌體的常用方法是在外泌體上標(biāo)記較大尺寸的磁珠，不僅標(biāo)記磁珠步驟復(fù)雜繁瑣，而且標(biāo)記所用試劑的成本也較高。

由于納米顆粒布朗運(yùn)動(dòng)特性，很多時(shí)候外泌體分析離不開(kāi)納米顆粒跟蹤技術(shù)，而納米粒子跟蹤的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是粒子的定位。由于成像質(zhì)量的影響，納米顆粒可能會(huì)形成復(fù)雜的圖像，不利于精確定位。傳統(tǒng)的定位方法主要依賴(lài)像素強(qiáng)度分布信息，如最大值法和徑向?qū)ΨQ(chēng)中心法。這些方法的主觀性等局限性阻礙了它們?cè)诩{米顆粒跟蹤復(fù)雜場(chǎng)景中的應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)方法在使用過(guò)程中還需要不斷調(diào)整參數(shù)。特別是在復(fù)雜的場(chǎng)景中，參數(shù)的調(diào)整具有很強(qiáng)的主觀性，會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)納米顆粒的尺寸識(shí)別的基于深度學(xué)習(xí)的外泌體粒徑分析裝置及方法，以解決上述背景技術(shù)中存在的至少一項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供一種基于深度學(xué)習(xí)的外泌體粒徑分析裝置，包括：

激發(fā)模塊，用于對(duì)激光進(jìn)行整形，形成射入待檢測(cè)外泌體樣本的激發(fā)光片；

檢測(cè)模塊，用于將激發(fā)光片透射過(guò)待檢測(cè)外泌體樣本，形成外泌體側(cè)向散射光；

采集模塊，用于獲取外泌體布朗運(yùn)動(dòng)的視頻；

分析模塊，用于結(jié)合所述圖像，進(jìn)行外泌體顆粒的定位，獲取外泌體顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，計(jì)算顆粒的粒徑。

優(yōu)選的，所述分析模塊包括定位單元、追蹤單元以及計(jì)算單元；

所述定位單元，用于利用訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)所述圖像進(jìn)行處理，獲取外泌體顆粒的定位信息；其中，所述訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)由訓(xùn)練集訓(xùn)練得到，所述訓(xùn)練集包括多個(gè)外泌體模擬圖像以及用于標(biāo)注圖像中外泌體顆粒中心區(qū)域位置的金標(biāo)注；