循环肿瘤细胞的机器阅片方法技术

本发明专利技术公布一种采用机器代替人眼来检测循环肿瘤细胞(CTC)的方法，包括在明场用YoLoV4模型识别出疑似CTC，然后对疑似CTC继续追查其在其他通道的染色情况来综合判断它是不是CTC，这些辅助通道包括检测细胞核染色的DAPI通道、检测是否为白细胞的TRITC通道、还有CY5和FITC通道。本发明专利技术忠实于人工检测的过程，对疑似CTC的检测准确率达到94％，采用软件自动计算其他各通道的特征参数并实时判断，替代了人工检测的阅片过程和后期数据处理。了人工检测的阅片过程和后期数据处理。

【技术实现步骤摘要】
循环肿瘤细胞的机器阅片方法


[0001]本专利技术涉及循环肿瘤细胞的自动检测，以机器自动识别完全取代人工阅片其中的检测方法。

技术介绍

[0002]转移和复发是癌症患者死亡的主要原因，而循环肿瘤细胞(circulating tumor cells,CTC)在癌症转移和复发中起着重要作用。循环肿瘤细胞检测在早期发现癌细胞的转移、复发、评估预后和选择个体化治疗方案方面有着重要作用。
[0003]循环肿瘤细胞检测是采集患者的适量外周血后先通过微流控等方式实现CTC富集，即剔除大部分白细胞，保留CTC。根据需要，对富集后的CTC样本添加各种荧光染料，而后制成玻片样本供后续在微分干涉差显微镜(DIC)下观察，即阅片。
[0004]目前，主要采用人工阅片的方式：切换不同通道的光源激发荧光，通过荧光的有无和亮度来判断是否为CTC。
[0005]主要有五种通道可供选择：(1)明场(BF，Bright Field)，即可见光通道，通过它观察细胞的形状、大小、表面光洁度等；(2)DAPI，该染料与细胞核结合，发出蓝色荧光的强度能指示细胞核的致密度；(3)TRITC，该染料发出黄色荧光，而肿瘤细胞不染色；(4)FITC，该染料显示绿光；(5)CY5，该染料显示红光。
[0006]通过明场阅片的判别步骤和标准为：
[0007](1)在明场通道浏览玻片样本来寻找疑似的肿瘤细胞，它的特点是具有细胞形态、直径比白细胞大、表面比较粗糙；
[0008](2)发现疑似肿瘤细胞后，切换到DAPI通道，看其对应位置蓝色荧光的强度：
[0009](a)如果没有蓝色荧光，则说明是没有细胞核，属于杂质；
[0010](b)如果蓝色荧光比周围白细胞的更致密、荧光范围更大，则对该位置进行拍照。之后通过将荧光强度和荧光范围与设定的阈值进行比较来判断是否为疑似肿瘤细胞。
[0011](3)切换到TRITC通道，如果该对应位置有黄色荧光，说明是白细胞，否则为疑似肿瘤细胞；
[0012](4)切换到FITC和CY5通道，这两个通道中的对应位置处若有荧光，则为疑似肿瘤细胞。
[0013]综上，最终判断为肿瘤细胞的条件为：在明场通道直径较大且具有细胞形态；在DAPI通道荧光致密且面积大于阈值；在TRITC通道没有荧光，在FITC和CY5任一通道有荧光(即大于某微小阈值)。
[0014]还可以通过DAPI通道阅片，即在DAPI通道浏览玻片样本上的细胞，看到致密且大的细胞核荧光时判断为疑似肿瘤细胞，然后切换TRITC、FITC和CY5通道来进行最终判断。
[0015]一般情况下，对一个人的血液样本进行阅片需要检测人员对着电脑显示器工作，一边移动显微镜下的玻片样本，一边在显示器上捕捉疑似的肿瘤细胞。发现疑似的肿瘤细胞时，就手动切换显微镜上的各个通道并进行拍照取样用于后续分析。这个过程大约花费
半个小时，检测人员的视力、经验和责任心都会影响检测结果。同时显示器的质量对人工阅片效果也有较大影响。
[0016]之后对拍照数据进行分析，需要人工在明场通道勾选出疑似肿瘤细胞的轮廓，之后软件计算该封闭轮廓的直径以及在各个通道的荧光亮度均值，与阈值进行比较，得出最终的结果。其中，勾选细胞轮廓耗时较长，对检测人员的视力和耐心要求较高。
[0017]现有的自动阅片仪，是把显微镜上的通道切换改装成电动，采用机器视觉对DAPI通道阅片。即在电机移动玻片样本时，拍下DAPI通道的图像，实时对DAPI图像进行处理分析。DAPI图像处理分析的方法为：对DAPI图像进行二值化后得到每个细胞核的轮廓，计算每个细胞核的面积和荧光强度；如果发现超过阈值的细胞核，便电动切换TRITC、FITC和CY5通道进行综合判断。
[0018]这种阅片仪相对人工阅片有较大自动化方面的提升，但是有如下缺陷：(1)有些肿瘤细胞有两个细胞核，就不会被检测到；(2)DAPI通道不适宜长时间激发荧光，容易猝灭而影响其他通道的荧光检测，而本方法，激光持续照射在样本上，容易造成邻近细胞的荧光猝灭；(3)没有采用明场通道的检测，因此细胞形貌等信息没有被用于检测，这相比人工阅片减少了信息获取和利用，最终会对检测结果产生影响。
[0019]本专利技术提出一种更加忠实于人工阅片过程的机器阅片方法，用机器学习和机器视觉来实现先浏览明场来阅片，再结合其他通道的图像来综合判断，一次性得出检测结果，准确率高。

技术实现思路

[0020]本专利技术提出一种循环肿瘤细胞检测的机器阅片方法，采用机器视觉和机器学习替代了人工阅片，又比现有的阅片仪更加准确可靠。
[0021]本专利技术是基于机械自动化切换显微镜的通道和移动玻片样本，结合人工智能算法，替代了人工阅片的手和眼的操作。具体
技术实现思路
为：
[0022]事先采用大量明场通道的图片(比如200张)训练YoLoV4网络模型，人工标记出所有的疑似CTC，这些图片的背景是大量正常的白细胞和一些杂质。只标记需要检测出的疑似CTC，对白细胞和杂质不进行处理。依次训练出来的检测模型测试mAP(平均准确率)达到94％。
[0023]在YoLoV4外加一些后处理程序来组成整个测试系统，后处理程序包括对其他通道的图片进行检测、发出切换通道的信号和移动玻片样本的信号。
[0024]各通道的图像拍摄后，要保证它们之间的坐标对齐，这样可以直接一个通道的相应位置直接找到另一个通道的同样位置的图像。
[0025](1)在明场通道浏览玻片样本，采用事先训练好的YoLoV4模型进行测试，来从显微镜图像中识别出疑似CTC；
[0026](2)当在视场中出现疑似CTC时，切换到DAPI通道拍照，并把DAPI图片输入后处理程序，后处理程序通过明场通道中该疑似CTC的位置找到它在DAPI通道的图像，根据DAPI通道的染色情况做判断；
[0027](3)切换到TRITC通道，在对应位置处找到疑似CTC的TRITC染色情况，根据染色情况做判断；
[0028](4)切换到CT5通道，判断其染色情况；
[0029](5)切换到FITC通道，判断其染色情况；
[0030](6)综合各个通道的染色情况，得到最终判断结果。
附图说明
[0031]图1为整个检测方法的流程图。
具体实施方式
[0032]本专利技术给出了一种循环肿瘤细胞的机器阅片方法，实现阅片过程和图像分析的全自动化一次性完成。下面结合具体实施例和附图进一步说明。
[0033]以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0034]本专利技术的实施相比现有市场上的检测方法需要三个方面的改进：(1)显微镜的改进；(2)图像检测方法的改进；(3)CTC检测流程的改进。本专利技术侧重于图像检测方法的创新。
[0035]本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.循环肿瘤细胞的一种机器阅片方法，其特征在于：包括采用目标识别模型对明场图片进行疑似CTC的目标识别，结合DAPI通道检测其细胞核情况、TRITC检测其白细胞特征、以及CY5和FITC通道来综合确定是否为CTC。2.如权利要求1所属的循环肿瘤细胞的一种机器阅片方法，其特征在于：所述采用目标识别模型对明场图片进行疑似CTC的目标识别，训练的目标是人工阅片时认为可能是CTC，即人工阅片时遇到了会继续查看它的其他通道信息来确认是否为CTC；而所述的目标识别模型可以为YoLo系列算法或SSD,Efficientdet。3.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：江琴，王永凯，
申请(专利权)人：江琴，
类型：发明
国别省市：