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把智能手机显微镜变成实验室设备

由国际医疗资讯本刊作者
发布在02 May 2018
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图片:3D打印出来的设备连到智能手机的摄像镜头时能捕捉显微图像(图片蒙Ozcan研究组/加州大学洛杉矶分校惠赐)。
图片:3D打印出来的设备连到智能手机的摄像镜头时能捕捉显微图像(图片蒙Ozcan研究组/加州大学洛杉矶分校惠赐)。
手机有利于打造经济实惠、可携至现场的成像与传感技术,其性能接近化验级仪器。然而,手机的光学成像接口不是为显微镜检设计的,显像微小样本时会产生畸变。
 
深度学习是一种强人工智能;最近的研究表明,深度学习能分辨和增强智能手机所摄照片里的细枝末节。这项技术提高了智能手机相片的分辨率,增加了色彩细节,使图像质量近乎化验级显微镜的图像质量。
 
美国加利福尼亚大学洛杉矶分校Samueli工学院(https://samueli.ucla.edu)的生物工程师对肺组织样本、血液涂片和巴氏涂片进行成像,他们先使用一台标准的实验室级显微镜,然后使用一部配备3D打印的显微镜附件的智能手机。科学家然后把对应的图像成对输入计算机系统,让计算机“学习”如何快速增强手机图像。该过程依托基于深度学习的计算机程序。
 
用深度学习校正手机显微镜引起的这类畸变有利于去除图像噪声,校正图像颜色,产生高分辨率图像,成像性能可媲美配备高端目镜的台式显微镜,还延展了台式显微镜的景深。他们训练完卷积神经网络后,成功显像人体组织切片、巴氏涂片和血液涂片等各类样本,采集的图像经过高度压缩,以简化存储和传输。用3D打印机可以低成本生产出该技术所用的附件,每件成本不到100美元,而购买图像质量类似的实验室级设备则需花费数千美元。
 
电机与计算机工程系暨生物工程系教授Aydogan Ozcan博士说:“我们通过深度学习弥合了廉价手机显微镜与金标准——采用高端镜头的台式显微镜——的图像质量之间的差距。我们相信,我们的方法可广泛应用于其它使用廉价镜头或摄像头的低成本显微镜系统,有利于将高端台式显微镜换成经济实惠的移动设备。”该研究的论文发表于2018年3月15日《ACS Photonics》杂志的网络版。
 
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