[发明专利]通过显微术识别生物材料的方法

说明书

本发明总体上涉及基于计算机的图像识别的领域。更具体地，本发明涉及用于识别和任选地定量生物来源的离散对象的方法和系统，所述生物来源为诸如细胞、细胞质结构、寄生虫、寄生虫卵等，它们典型地是显微分析的对象。本发明可以以用于训练计算机识别样本中的目标生物材料的方法的形式来实施。该方法可以包括访问多个训练图像，所述训练图像通过包含目标生物材料和任选地非目标生物材料的一个或多个样本的光学显微术获得。训练图像由人类或计算机裁剪以产生裁剪图像，每个裁剪图像主要显示目标生物材料。然后，人类在可能识别的裁剪图像中的每一个中识别目标生物材料，并将识别标签与可能识别的裁剪图像中的每一个相关联。然后，将计算机实现的特征提取方法应用于每个标记的裁剪图像。然后，将计算机实现的学习方法应用于每个标记的裁剪图像，以将生物材料的提取特征与目标生物材料相关联。

技术领域

本发明总体上涉及基于计算机的图像识别的领域。更具体地，本发明涉及用于识别意见可选地定量生物来源的离散对象的方法和系统，所述生物来源为诸如细胞、细胞质结构、寄生虫、寄生虫卵等，它们典型地是显微分析的对象。

背景技术

由于各种各样的原因，各种各样的生物材料通过光学显微术进行分析。显微术的一种这样的用途是用于医学、兽医学和植物学疾病的诊断。例如，显微术可以用于在其他宿主细胞中识别特定类型的宿主细胞，诸如正常细胞群体中的癌细胞。另一个示例是在样本中的其他生物或非生物材料中的传染性微生物的识别。又一个示例是粪便样本中寄生虫卵种类（ovum species）的识别和定量。除了任何诊断原因之外，在研究活动过程中，还对人、动物和植物材料进行微观分析。

显微术也用于工业环境中，以对生物材料进行识别和计数。细菌和酵母用于许多工业过程中，为了质量保证和质量控制，需要对发酵剂和过程样本进行仔细分析。

在正确识别样本中的生物材料过程中，常常会有一些困难。由于存在非目标材料，诸如细胞碎片、组织碎屑、土等，可能会出现困难。非目标材料的存在可能模糊目标材料，或者至少在试图识别潜在目标材料时产生不确定性或混乱。虽然在有人类显微镜学家介入的情况下会出现这些困难，但是在使用计算机实现的图像识别方法来识别目标材料时，这些问题更加显著。虽然近年来图像识别的准确度有所提高，但是样本中非目标材料的存在可能是导致算法输出不准确的混杂因素。

因此，为了可接受的准确度，许多图像识别方法需要在准备成像时将目标材料纯化或以其它方式处理。诸如离心和过滤的方法可以用于基本上分离目标材料，然而此类方法增加了材料和劳动力成本。

在纯化程序由不精通实验室技术的人员在现场执行的情况下，出错的可能性很高。完全有可能在纯化程序期间无意中丢失一些或全部目标材料，导致虚假的低计数，甚至假阴性结果。考虑到远程诊断系统的使用越来越多，消除了将样本物理运输到诊断实验室的需要，样本制备更多的时候由消费者负责。

本发明的一个方面是提供允许通过计算机实现的图像识别手段可靠地检测和识别生物材料的方法、系统和装置。另一个方面是提供一种用于检测和识别生物材料的现有技术的方法、系统和装置的替代方案。

文件、行为、材料、装置、制品等的讨论被包括在本说明书中，仅仅是为了提供本发明的上下文。没有暗示或表示任何或所有这些事项因为其在本申请的每个权利要求的优先权日之前就存在而形成了现有技术基础的一部分，或者是与本发明相关的领域中的公知常识。

发明内容

在第一方面，但不一定是最广泛的方面，本发明提供了一种用于训练计算机实现的学习方法以识别样本中的目标生物材料的方法，该方法包括以下步骤：

访问多个训练图像，该训练图像通过包含目标生物材料和任选地非目标生物材料的一个或多个样本的光学显微术获得，

通过人类和/或计算机手段裁剪多个训练图像中的一个或多个，以便产生一个或多个裁剪图像，一个或多个裁剪图像中的每一个主要显示目标生物材料，