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Spectrum高速數字化使細胞分類技術得以突破

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2019-03-04 17:35:00

--東京大學研發出了世界上第一基于圖像的高通量細胞分選儀

  細胞分選在分子生物學,病理學,免疫學和病毒學研究中起著重要作用。它需要能夠根據細胞的獨特化學特征和形狀快速搜索和分類細胞。傳統的方法在發現這些差異方面是有局限性的,或者過于耗費人力或時間,或者必須在速度和準確性之間進行權衡。東京大學化學系開發了一種智能圖像激活細胞分選儀(IACS),其核心是超快頻譜儀器--數字化儀。這是世界上第一個基于圖像的高通量細胞分選技術,可以以前所未有的吞吐量和準確度處理細胞。這項技術具有高度的通用性并且能夠用在基于機器的科學發現上,有望用在生物,制藥和醫學科學領域,尤其是癌癥領域,它可以分辯出癌癥和非癌細胞之間的細微差別。

 

圖片1.png


  IACS使用實時機器智能技術提供全新的數據管理基礎架構,能夠以前所未有的速度對單元進行精確排序。 IACS將高吞吐量的細胞成像、細胞聚焦和細胞排序與獨特的軟硬件數據管理基礎設施結合在一起。它利用了許多不同的技術,包括光學,微流體,電子,機械和數據處理。該系統靈活且可擴展,并為數據采集,數據處理,決策制定和分揀驅動提供實時,自動化操作。實際上,即使使用復雜的學習算法,整個過程也只需每個單元32毫秒即可執行!
  IACS設置的一個關鍵部分是處理映像構造的部分。這里使用的是同一所大學研制的頻分復用顯微鏡。FDM顯微鏡具有連續、高速、無模糊、靈敏的亮場和雙色熒光圖像采集等優點。這就要求實現系統的突破處理速率~每秒100個單元。

  這種超快速細胞分選的另一個關鍵是獲取來自FDM中雪崩光電二極管的信號。這是通過將信號傳遞到以1.25 GS / s的采樣速率運行的Spectrum M4i.2212-x8數字化儀來完成的。然后,通過卡高速PCIe總線將所獲取的數據傳送到PC,其中可以分離包含在數字化波形中的空間輪廓。數字化儀的快速PCIe接口允許此過程以高事件率連續運行。分離過程涉及在頻域中工作,通過執行傅里葉變換,其顯示每個信號的不同調制頻率。

m4i.2212-x8.png

  一旦圖像構建完成,使用10gb以太網將結果傳輸到IACS的圖像分析和時間管理階段。這里有一個現場可編程門陣列(FPGA)、三個中央處理器(cpu)、一個圖形處理器(GPU)和一個網絡交換機,它們結合起來在神經網絡上使用深度學習技術執行必要的圖像處理和決策。

  Spectrum Instrumentation的CTO Oliver Rovini解釋說:“這是一個例子,說明我們的超高速數字化卡可以在圖像識別系統獲取和處理圖像方面發揮關鍵作用,以滿足對越來越快、越來越精確的系統的需求。”“系統設計師想要創建實時處理圖像的解決方案,我們的超高速數字化設備可以讓這種應用程序通過工廠自動化和過程控制成為可能。”

  東京大學化學系是日本和美國的一個大型研究機構和組織聯盟的一部分,它們對智能細胞搜索引擎的開發進行了基礎研究。 有關IACS開發的完整演示,包括整個實驗設置和結果的詳細信息,可從Cell Press下載期刊文章:

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31044-4

  還有一個視頻在:

https://www.cell.com/cms/10.1016/j.cell.2018.08.028/attachment/376fe425-fe7a-44f2-87d7-73ab3cd3af3d/mmc1

 


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