--東京大學研發(fā)出了世界上第一臺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(jù)細胞的獨特化學特征和形狀快速搜索和分類細胞,。傳統(tǒng)的方法在發(fā)現(xiàn)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(quán)衡,。東京大學化學系開發(fā)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(shù)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(shù),，可以以前所未有的吞吐量和準確度處理細胞,。這項技術(shù)具有高度的通用性并且能夠用在基于機器的科學發(fā)現(xiàn)上，有望用在生物,，制藥和醫(yī)學科學領(lǐng)域,，尤其是癌癥領(lǐng)域，它可以分辯出癌癥和非癌細胞之間的細微差別,。

  IACS使用實時機器智能技術(shù)提供全新的數(shù)據(jù)管理基礎架構(gòu),，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(shù)據(jù)管理基礎設施結(jié)合在一起,。它利用了許多不同的技術(shù)，包括光學,，微流體,，電子，機械和數(shù)據(jù)處理。該系統(tǒng)靈活且可擴展,，并為數(shù)據(jù)采集,，數(shù)據(jù)處理，決策制定和分揀驅(qū)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(zhí)行！
  IACS設置的一個關(guān)鍵部分是處理映像構(gòu)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(xù)、高速,、無模糊,、靈敏的亮場和雙色熒光圖像采集等優(yōu)點。這就要求實現(xiàn)系統(tǒng)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(guān)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(shù)字化儀來完成的。然后,，通過卡高速PCIe總線將所獲取的數(shù)據(jù)傳送到PC,，其中可以分離包含在數(shù)字化波形中的空間輪廓。數(shù)字化儀的快速PCIe接口允許此過程以高事件率連續(xù)運行,。分離過程涉及在頻域中工作,，通過執(zhí)行傅里葉變換，其顯示每個信號的不同調(diào)制頻率,。

  一旦圖像構(gòu)建完成,，使用10gb以太網(wǎng)將結(jié)果傳輸?shù)絀ACS的圖像分析和時間管理階段。這里有一個現(xiàn)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(wǎng)絡交換機，它們結(jié)合起來在神經(jīng)網(wǎng)絡上使用深度學習技術(shù)執(zhí)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(shù)字化卡可以在圖像識別系統(tǒng)獲取和處理圖像方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，以滿足對越來越快,、越來越精確的系統(tǒng)的需求,。”“系統(tǒng)設計師想要創(chuàng)建實時處理圖像的解決方案,，我們的超高速數(shù)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(gòu)和組織聯(lián)盟的一部分，它們對智能細胞搜索引擎的開發(fā)進行了基礎研究,。 有關(guān)IACS開發(fā)的完整演示,，包括整個實驗設置和結(jié)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