在挽救生命的情況下，方便且準(zhǔn)確的診斷工具對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，即對(duì)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(duì)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(lái)為不同的組織成分提供額外的對(duì)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(zhǎng)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(cè)，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(guò)程，加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員開(kāi)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(guò)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(kāi)發(fā)了一種基于深度學(xué)習(xí)的技術(shù)，無(wú)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(shuō)，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(guò)生成用于腎臟組織的一整套特殊染色——過(guò)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(píng)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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