在挽救生命的情況下，方便且準(zhǔn)確的診斷工具對于幫助病理學(xué)家檢查活檢組織樣本以尋找疾病跡象至關(guān)重要。加州大學(xué)洛杉磯分校的工程師找到了一條新途徑來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，即對組織圖像進(jìn)行虛擬重新染色，該方法比人工執(zhí)行的特殊染色速度更快，而且準(zhǔn)確度一樣高。
在顯微鏡下，病理學(xué)家檢查活檢組織樣本，這些樣本已經(jīng)用特殊染料染色以增強(qiáng)對比度和顏色。最常用的染色劑是蘇木精和伊紅 (H&E) 染色劑。然而，在許多臨床病例中，需要額外的特殊染色劑來為不同的組織成分提供額外的對比度和顏色。這使病理學(xué)家能夠獲得更清晰的診斷圖片。這些特殊染色劑通常需要更長的時(shí)間進(jìn)行組織制備，并且需要額外的工作和專家組織技術(shù)人員的監(jiān)測，所有這些都會(huì)增加疾病診斷的成本和時(shí)間。
為了以指數(shù)方式加速這一過程，加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員開發(fā)了一種由人工智能驅(qū)動(dòng)的計(jì)算技術(shù)，該技術(shù)將先前用 H&E 染色的組織圖像轉(zhuǎn)換為添加了特殊染色劑的新圖像。每個(gè)組織樣本的過程只需不到一分鐘，而人類專家則需要幾個(gè)小時(shí)甚至一天以上的時(shí)間。這種速度差異可以更快地進(jìn)行需要特殊染色的初步診斷，同時(shí)還可以顯著節(jié)省成本。Nature Communications最近發(fā)表了研究報(bào)告，概述了新技術(shù)及其影響。
“我們開發(fā)了一種基于深度學(xué)習(xí)的技術(shù)，無需組織技術(shù)人員進(jìn)行特殊染色，”研究負(fù)責(zé)人Aydogan Ozcan 說，他是加州大學(xué)洛杉磯分校 Samueli 工程學(xué)院電氣和計(jì)算機(jī)工程系的工程創(chuàng)新教授，也是一名加州納米系統(tǒng)研究所(CNSI)副主任。“在診斷器官移植排斥病例等醫(yī)療狀況時(shí)，提高的速度和準(zhǔn)確性尤其重要，在這種情況下，快速準(zhǔn)確的診斷可以實(shí)現(xiàn)快速治療，這可能會(huì)大大改善臨床結(jié)果。”
Ozcan 的團(tuán)隊(duì)通過生成用于腎臟組織的一整套特殊染色——過碘酸希夫 (PAS)、瓊斯銀染色和馬森三色染色，展示了基于人工智能的技術(shù)。使用在現(xiàn)有 H&E 染色組織活檢圖像上訓(xùn)練的專門深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，研究人員能夠在各種臨床樣本上虛擬生成這些特殊染色，涵蓋廣泛的腎臟疾病。一個(gè)由董事會(huì)認(rèn)證的腎臟病理學(xué)家組成的多機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)隨后進(jìn)行了臨床評估，以確定虛擬染色到染色轉(zhuǎn)化技術(shù)的功效。他們發(fā)現(xiàn)，與僅使用 H&E 染色的活檢圖像相比，使用虛擬生成的特殊染色在診斷上取得了統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著改善。
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