[发明专利]一种人工组织和类器官的检测方法及其装置

说明书

本发明公开一种人工组织和类器官的检测方法及其装置。本发明利用人工组织和类器官分割深度学习网络实现人工组织和类器官分割，得到人工组织和类器官区域三维图像；其标签采用对比度增强后图像；按照连通域计算培养到最后一天对应培养板每个培养孔中人工组织和类器官的形态学指标与ATP数值；将人工组织和类器官的形态学指标与ATP数值进行标准化处理后构建的矩阵计算协方差矩阵；将协方差矩阵进行奇异值分解获得右奇异矩阵和奇异值矩阵；按照方差贡献率提取主成分，得到人工组织和类器官综合指标。利用此人工组织和类器官的综合性指标进行药物疗效的研究。

技术领域

本发明属于人工组织器官检测领域，特别涉及一种基于OCT的人工组织和类器官的检测方法及其装置。

背景技术

人工组织和类器官是由人来源细胞或干细胞驱动以自我组装的方式构建形成的3D细胞复合体，能够模拟人体器官的结构和功能，可用于药物的优化筛选，病理探究等，在人工组织和类器官培养过程中或对具有特定生理结构的人工组织和类器官进行药筛时，人工组织或类器官的形态学指标与其功能状态密切相关，可以通过高分辨的连续形态观测，检测人工组织或类器官的生长发育状态。但由于人工组织和类器官的特征形态结构小，与周围介质差异不明显，随着培养时间的延长，无法通过肉眼观察其特征形态结构的变化，因此需要通过特征形态结构的分割和量化分析来比较体现人工组织和类器官的生长情况，以研究某种药物对疾病的治疗效果。

传统的检测方法都是侵入性的，如染色组织学、荧光显微镜、明场显微镜等，但无法评估细胞的真实状态，且没有体积结构成像能力，无法量化体积形态特征，因为此类方法检测人工组织或类器官基于平面信息或者将人工组织或类器官近似为球体或椭球体进行量化分析，然而类器官的生长并不规则，这样会产生较大的误差。同时此类方法成像穿透深度有限，难以进行深层组织成像。

光学相干层析成像(OCT)技术具有无损、非侵入、高分辨率，且其成像方式为体积成像的优点，成像深度可达几毫米。本发明通过使用OCT检测人工组织和类器官的生长过程，将人工组织和类器官的特征形态学指标，如人工组织特征结构或类器官的总体积、总表面积、平均体积、平均表面积等指标和表示人工组织或类器官活性的指标腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)，通过主成分分析将形态学指标与ATP进行结合，得到综合性指标，并利用此人工组织或类器官的综合性指标进行药物疗效的研究。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有技术的不足，提出一种基于OCT的人工组织和类器官的检测方法，为了使用OCT表征人工组织和类器官生长情况，将人工组织和类器官的特征结构的形态指标，如总体积、总表面积、平均体积、平均表面积等和表示人工组织和类器官活性的指标腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)进行结合建立检测人工组织和类器官的综合性指标，进而实现OCT对人工组织和类器官随着时间生长、消亡的检测。

一种基于OCT的人工组织和类器官检测方法，包括以下步骤：

步骤(1)：使用OCT设备采集人工组织和类器官的原始三维灰度图像；

打开OCT设备的系统软件，设置采集数据格式及保存路径，并选择3D采集模式，根据人工组织和类器官培养孔板孔的直径设置OCT视场大小、单个像素大小以及扫描的速度，所检测孔应位于视场范围内，像素按照需要的图像清晰度及数据大小进行设定。折射率按照实际采集对象的材料进行调整。在采集数据前，调整参考臂、样品臂以及光强调节按钮，以达到信噪比高、人工组织或类器官培养孔位于视场中央以及图像显示最清晰的目的，同时调整孔板的角度以消除条纹噪声的影响。镜头的放置位置以地面为参考，镜头朝上称为倒采、镜头朝下称为正采，由于人工组织或类器官是贴着孔板底部生长，本发明使用倒采能够缩短镜头与样品的距离使图像更清晰。在开始进行数据采集时，使用预览功能，观察采集方案下采集数据的三维图像，以此判断采集方案是否符合预期，如果符合预期则进行采集，否则调整采集参数。

步骤(2)：构建打标签后的二维图像或三维图像数据集，并将数据集分为训练集和测试集；