[发明专利]基于深度学习的外泌体粒径分析装置及方法有效

专利信息
申请号: 202110948240.4 申请日: 2021-08-18
公开(公告)号: CN113689456B 公开(公告)日: 2023-07-25
发明(设计)人: 苏绚涛;王卓 申请(专利权)人: 山东大学
主分类号: G06T7/20 分类号: G06T7/20;G06T7/11;G06T7/00;G06N3/02;G06V10/774;G06V10/82;G01N15/02
代理公司: 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 代理人: 朱忠范
地址: 250014 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 基于 深度 学习 外泌体 粒径 分析 装置 方法
【权利要求书】:

1.一种基于深度学习的外泌体粒径分析装置,其特征在于,包括:

激发模块,用于对激光进行整形,形成射入待检测外泌体样本的激发光片;

检测模块,用于将激发光片透射过待检测外泌体样本,形成外泌体侧向散射光;

采集模块,用于获取外泌体布朗运动的视频;

分析模块,用于结合所述视频,进行外泌体颗粒的定位,获取外泌体颗粒运动轨迹,计算颗粒的粒径;

所述激发模块,包括激光光源(1)、滤光片(2)、柱面透镜(3)和照明物镜(4);激光光源(1)发射高斯光束,经过滤光片调整光强后,投射到柱面透镜(3),从柱面透镜(3)出射后投射到照明物镜(4)中,由照明物镜(4)射出激发光片;

所述分析模块包括定位单元、追踪单元以及计算单元;

所述定位单元,用于利用训练好的深度学习网络,对视频中的图像进行处理,获取外泌体颗粒的定位信息;其中,所述训练好的深度学习网络由训练集训练得到,所述训练集包括多个外泌体布朗运动的图像以及用于标注图像中外泌体颗粒中心区域位置的金标注;

所述追踪单元,用于根据获取的每帧图像的颗粒定位信息,逐帧进行颗粒追踪,获取外泌体颗粒的布朗运动轨迹;

所述计算单元,用于根据外泌体颗粒的布朗运动轨迹,计算每个颗粒的均方位移,获取扩散系数,利用斯托克斯爱因斯坦方程计算得到每个颗粒的粒径。

2.根据权利要求1所述的基于深度学习的外泌体粒径分析装置,其特征在于,利用点扩散函数实现对纳米颗粒散射图像的模拟,用来生成训练集。

3.根据权利要求2所述的基于深度学习的外泌体粒径分析装置,其特征在于,配置基础神经网络,利用训练集训练所述基础神经网络,对外泌体颗粒中心区域进行分割,达到颗粒定位的目的,得到训练好的深度学习网络。

4.根据权利要求1所述的基于深度学习的外泌体粒径分析装置,其特征在于,所述检测模块,由玻片制作而成,形成有外泌体样本腔室(5),激发光片贯穿并照亮样本腔室(5)中的外泌体样本,形成外泌体侧向散射光。

5.根据权利要求1所述的基于深度学习的外泌体粒径分析装置,其特征在于,所述采集模块包括成像物镜(6)和CMOS探测器(8);成像物镜(6)被放置在与激光传播方向垂直的位置用来收集外泌体侧向散射光,通过CMOS探测器(8)记录外泌体布朗运动的运动视频图像数据。

6.根据权利要求3所述的基于深度学习的外泌体粒径分析装置,其特征在于,所述的基础神经网络为采用端到端的U-net网络。

7.根据权利要求2所述的基于深度学习的外泌体粒径分析装置,其特征在于,采用基于夫琅禾费衍射的点扩散函数模型作为基础,图像生成参数由以下公式决定:

其中,(x,y)是图像像素坐标索引,即每个颗粒出现在图像中的位置;A为强度系数,用于模拟不同散射光强度和不同相机参数下的纳米颗粒图像;P为点扩散函数模型;N是一幅图像中外泌体颗粒的数量;(xn,yn)是第n个粒子的位置坐标;zn表示点扩散函数在z轴上的位置,决定了图像中粒子的外观;G为图片中随机加入的高斯噪声。

8.一种利用如权利要求1-7任一项所述的基于深度学习的外泌体粒径分析装置进行外泌体粒径计算的方法,其特征在于,包括:

对激光进行整形,形成射入待检测外泌体样本的激发光片;

将激发光片透射过待检测外泌体样本,形成外泌体侧向散射光;

基于侧向散射光,获取外泌体布朗运动的图像;

结合所述图像,进行外泌体颗粒的定位,获取外泌体颗粒运动轨迹,计算颗粒的粒径;

其中,包括激光光源(1)、滤光片(2)、柱面透镜(3)和照明物镜(4);激光光源(1)发射高斯光束,经过滤光片调整光强后,投射到柱面透镜(3),从柱面透镜(3)出射后投射到照明物镜(4)中,由照明物镜(4)射出激发光片;

其中,利用训练好的深度学习网络,对视频中的图像进行处理,获取外泌体颗粒的定位信息;其中,所述训练好的深度学习网络由训练集训练得到,所述训练集包括多个外泌体布朗运动的图像以及用于标注图像中外泌体颗粒中心区域位置的金标注;

根据获取的每帧图像的颗粒定位信息,逐帧进行颗粒追踪,获取外泌体颗粒的布朗运动轨迹;

根据外泌体颗粒的布朗运动轨迹,计算每个颗粒的均方位移,获取扩散系数,利用斯托克斯爱因斯坦方程计算得到每个颗粒的粒径。

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