--東京大學(xué)研發(fā)出了世界上第一臺(tái)基于圖像的高通量細(xì)胞分選儀

  細(xì)胞分選在分子生物學(xué),，病理學(xué),，免疫學(xué)和病毒學(xué)研究中起著重要作用。它需要能夠根據(jù)細(xì)胞的獨(dú)特化學(xué)特征和形狀快速搜索和分類細(xì)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(fèi)人力或時(shí)間，或者必須在速度和準(zhǔn)確性之間進(jìn)行權(quán)衡。東京大學(xué)化學(xué)系開發(fā)了一種智能圖像激活細(xì)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(gè)基于圖像的高通量細(xì)胞分選技術(shù),，可以以前所未有的吞吐量和準(zhǔn)確度處理細(xì)胞。這項(xiàng)技術(shù)具有高度的通用性并且能夠用在基于機(jī)器的科學(xué)發(fā)現(xiàn)上,，有望用在生物,，制藥和醫(yī)學(xué)科學(xué)領(lǐng)域，尤其是癌癥領(lǐng)域,，它可以分辯出癌癥和非癌細(xì)胞之間的細(xì)微差別,。

  IACS使用實(shí)時(shí)機(jī)器智能技術(shù)提供全新的數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)架構(gòu)，能夠以前所未有的速度對單元進(jìn)行精確排序,。 IACS將高吞吐量的細(xì)胞成像,、細(xì)胞聚焦和細(xì)胞排序與獨(dú)特的軟硬件數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合在一起。它利用了許多不同的技術(shù),，包括光學(xué),，微流體，電子,，機(jī)械和數(shù)據(jù)處理,。該系統(tǒng)靈活且可擴(kuò)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(dòng)提供實(shí)時(shí),，自動(dòng)化操作,。實(shí)際上，即使使用復(fù)雜的學(xué)習(xí)算法,，整個(gè)過程也只需每個(gè)單元32毫秒即可執(zhí)行,！
  IACS設(shè)置的一個(gè)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(xué)研制的頻分復(fù)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(diǎn),。這就要求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的突破處理速率~每秒100個(gè)單元。

  這種超快速細(xì)胞分選的另一個(gè)關(guān)鍵是獲取來自FDM中雪崩光電二極管的信號(hào),。這是通過將信號(hào)傳遞到以1.25 GS / s的采樣速率運(yùn)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(yùn)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(gè)信號(hào)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(shí)間管理階段,。這里有一個(gè)現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA),、三個(gè)中央處理器(cpu)、一個(gè)圖形處理器(GPU)和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),，它們結(jié)合起來在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上使用深度學(xué)習(xí)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(gè)例子，說明我們的超高速數(shù)字化卡可以在圖像識(shí)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?！薄跋到y(tǒng)設(shè)計(jì)師想要?jiǎng)?chuàng)建實(shí)時(shí)處理圖像的解決方案,，我們的超高速數(shù)字化設(shè)備可以讓這種應(yīng)用程序通過工廠自動(dòng)化和過程控制成為可能?！?/span>

  東京大學(xué)化學(xué)系是日本和美國的一個(gè)大型研究機(jī)構(gòu)和組織聯(lián)盟的一部分,，它們對智能細(xì)胞搜索引擎的開發(fā)進(jìn)行了基礎(chǔ)研究。 有關(guān)IACS開發(fā)的完整演示,，包括整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置和結(jié)果的詳細(xì)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(gè)視頻在：

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