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| 病理学的新边疆自动化玻片的阅读 | |||
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在过去的三十年中,病理学的实践经历了前所未有的自动化和标准化的进程。 trade-assay板块和简单的工具spectrophotometers-have让位给高通量自动化临床分析。 然而临床实验室的一个领域仍然依赖手工的决心:阅读和分析在玻片标本解剖病理学实验室。Jose de la Torre-Bueno博士是研发和副总统 肯尼斯·d·鲍尔博士,副总裁兼首席科学官ChromaVision医疗系统公司(圣胡安Capistrano,CA)。 Branwyn斯图尔特Wagman自由职业者,医疗作家位于圣克鲁斯,CA。
阅读玻片染色和免疫组织化学(IHC)试剂一直是艺术实践的病理状态。 正常和病变细胞有一定的物理特性,可以用来区分彼此。 这些特征包括复杂的模式,罕见的事件,和微妙的颜色和强度的变化。 他们是一个病理学家寻找当扫描和手动显微镜幻灯片。有限制,然而,人类的眼睛的力量。 病理学家疲劳可能是一个问题,能不能区分类似的颜色。为了帮助病理学家在他们的分析,科学家发明了一种仪器读取玻璃幻灯片为目的的检测、计数、和classify-ing细胞的临床兴趣。 称为自动细胞成像系统(埃西斯),这项技术从ChromaVision医疗系统公司(圣胡安Capistrano,CA)使病理学家将获得更一致,则分析幻灯片的内容比可能通过一个标准的光学显微镜。
各种各样的标本类型进行分析,包括组织学标本,细胞病理学标本,血液和骨髓。 标准IHC和采用(ICC)试剂与系统用于染色标本,以阐明细胞和蛋白质的临床兴趣。埃西斯有两个主要组件:一个自动滑动分析仪使用显微镜和digital-imaging技术,和基于windows的计算机专用软件,允许病理学家管理分析和报告的结果(见图1)。标准品
到目前为止,还没有电脑系统可以与人眼的复杂的模式识别能力。 然而,计算机可以超越人类的眼睛发现罕见事件的能力和识别颜色和强度上微妙的变化”。 计算机科学家首次接洽的挑战自动化样品的阅读玻片从模式识别的角度,试图写一个软件程序来复制人类大脑的行动。
一些模式识别算法用于埃西斯;然而,它使用计算机检测和隔离可能感兴趣的细胞或对象基于颜色作为第一标准,并依赖于人类观察者的微妙的判断。 了解这种技术的进化,我们首先看看自动化模式识别的挑战。
复制和自动模式识别人类所具有的技能,比如寻找肿瘤细胞在组织样本,必须准确理解人类的标准适用于区分细胞。 但人类不能总是充分解释的基础辨别什么使细胞出现显著的(如。 、癌前)。 计算机算法描述的基础上,训练有素的观察员基地的歧视的细胞间不能正确区分细胞观察员的满意度。 简而言之,提取的特征是最大的挑战和所有其他图像分析问题。
算法模拟人类视觉过程是昂贵的机器周期和计算成本。 事实上,人类模式识别计算成本非常高昂。 人类视网膜本身就是一个电脑的相当大的权力,和it项目信息到视觉皮层,另一种类型的计算机不同寻常的力量。 所以在某种程度上,一个人可以找出人类,然后创建一个程序模仿它,算法将是昂贵的。 例如,可以编写一个算法来匹配一个形状。 但是最便宜的版本的算法只能找到一些相同的尺寸和相同的取向为例。 添加的需求找到对象的大小和方向增加计算成本的数量级。 另外,找对象时部分被遮挡或破碎的进一步增加计算成本。
采取不同的方法,计算机程序员试图模仿人类大脑的运作通过神经网络算法。 这些程序允许教电脑使用的例子。 例如,一个病理学家将显示计算机大量肿瘤细胞和正常细胞的例子。 神经网络可以让计算机学习通过创建一个加权算法来区分它们。 然而,没有人知道什么算法计算机创造了分辨的例子和是否使用相同的特性,人类观察者将使用训练。 使用神经网络的优势是,当计算代价高昂的学习模式,执行模式是便宜的。 在其他模式识别算法,计算代价高昂的执行模式。
在开发模式识别技术通常是一个软件问题,一些可以创建专门的硬件运算速度的问题。 例如,一个定制的硬件可以应用到一个经常使用的算法,和多个硬件并行通道可以应用。 将更快的硬件任务,交易速度计算机算法的灵活性。 随着计算机变得更快更强大,然而,对图像分析应用专门的硬件问题的优点是减少。除了模式识别玻璃幻灯片,病理学家也参与rare-event检测。 rare-event检测定量准确性是至关重要的,包括检测和量化分数量的病毒在组织或肿瘤细胞,骨髓,尿液,或血液。 甚至存在一个这样的细胞在骨髓吸入可能是巨大的。与模式识别相比,这是一个视觉的挑战,人类的大脑不执行。 如果人类在同一场景看起来大约5到10分钟大脑acclimatizes,失去了检测场景中的细微变化的能力。 好像观察者看到内存,而不是实际的场景。 让一个人花长时间扫描幻灯片,有相似的特性导致疲劳和增加机会错过重要信息的幻灯片。 电脑不会经历这种形式的疲劳,因此在特定条件有效地检测微妙的变化。 因此,rare-event检测是一个适当的使用电脑的权力。
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