一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法与流程

1.本发明涉及类器官图像识别技术领域，特别涉及一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法。


背景技术：

2.类器官是一种利用成体干细胞，在体外培养出的3d细胞培养物与对应的人体器官具有高度相似的组织学特征，能重现器官的部分生理功能。随着相关研究的逐步深入，类器官目前已成为科学界研究的热点。
3.尽管动物模型可以回答一些生物学问题，但是太复杂，无法直接回答细胞间相互作用。此外，人体和动物之间的物种差别，使得动物实验只能作为一个参考，在转化至人体时，通常会发现差别。
4.类器官是2017年nature methods评选的年度方法, 细胞可来源于人体，结构类似于器官，则可以作为接近人体的研究模型, 进行科学研究和药物筛选。
5.类器官研究契合当前个体精准医学设计的需求，尤其在肿瘤发生机制和相关药物筛选、建立模型领域有突出的前景，助力新药研发加速递进，是新药研发有力的工具。类器官的应用可通过智能分析获得预期疗效及用药结果并寻找相关循因导向，作为成因探究路径。
6.类器官在培育过程中，会需要对其培育进程进行观测并获取数据用于分析，现有的类器官评分析体系，一般是基于人工观察所得或是终点法，人工观察法不够客观，可能会影响到最终的分析结果，同时人工观察也为研究人员带来较多的工作内容，提高工作难度，而终点法虽避免人为干扰，但不能记录过程，只能对最终结果进行检测，无法实时记录各阶段的类器官状态，最终呈现的分析数据供后续研究的数据有限，为了改变这一现状，我们提出了以下方案。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是：现有技术下，需通过人工观察法记录类器官培养状态，所得数据不够客观，容易出错。
8.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法，包括控制终端和扫描终端，所述扫描终端包括显微镜摄像头、高清摄像头、扫描单元和定位模块，所述控制终端包括识别成型单元、模型训练单元、进程记录单元、数据分析单元和上传单元，所述扫描单元用于扫描类器官以得到其外部特征，所述定位模块是用于定位扫描地点，所述识别成型单元是根据扫描单元的扫描结果构成具有具体标注的三维图或平面图，所述模型训练单元是在识别成型单元构成的图形上进行特定训练，所述进程记录单元是用来记录类器官在培育过程中的进程，所述数据分析单元是用来分析所有数据并给出分析结果，所述上传单元是将类器官的所有数据上传至公用或私用数据库作为分享或存储；
所述扫描单元包括外观扫描模块、特征识别模块、定时录像模块和定时拍照模块，所述特征识别模块与外观扫描模块、定时录像模块和定时拍照模块相连；所述识别成型单元包括三维成型模块、数据测量模块、标注模块和成图模块，所述三维成型模块、数据测量模块、标注模块和成图模块相连；所述模型训练单元包括训练路径匹配模块和虚拟训练模块，所述训练路径匹配模块和虚拟训练模块相连；所述进程记录单元包括视频分析模块、图像摘取模块和进程标注模块，所述视频分析模块、图像摘取模块和进程标注模块相连；所述数据分析单元包括分类模块、数据分析模块和报表构成模块，所述数据分析模块和报表构成模块相连，所述外观扫描模块是利用显微镜摄像头或高清摄像头对类器官的外部进行扫描，所述特征识别模块是用于识别类器官的各类外部特征，所述定时录像模块用于对类器官进行特定时段的录像，所述定时拍照模块用于设定定时拍照时间和频次以摄取类器官培养中的进程分割图片，所述特征识别模块中识别的类器官外部特征包括其轮廓、像素、纹理、灰度值和壁厚，所述视频分析模块是用来分析类器官的培养视频中培养进程是否符合规定培养进程，且培养中的各类数值是否达标，所述图像摘取模块是用于在摄取的培养进程视频中分析不同进程的发育形态并自动摘取该形态的图像，所述进程标注模块是在摘取的图像中标注进行名称和该图像在视频内的时段，外观扫描模块对类器官进行各特征的扫描，以获取类器官的各项数据，同时通过人工设定定时录像模块和定时拍照模块可以完成对不同的类器官的培养进程图像摄取，替代了人工监测，再通过进程记录单元的图像摘取模块和视频分析模块对类器官的培养录像进行拆分和详解，直接给出数据结果，给出了不同状态下的研究结果的同时，也大大减小了研究人员的研究难度，也提供了更多的时间让研究人员发挥其更多的作用，提高工作效率。
9.作为优选，所述三维成型模块用于根据扫描单元的扫描结果构成类器官的立体三维图，所述数据测量模块是根据扫描单元的扫描结果测量类器官的长度、分布距离的具体数值，所述标注模块是将数据测量模块的测量结果标注于立体三维图中，所述成图模块是用于截取立体三维图的不同方位平面图，当类器官培养成功时，用扫描单元对类器官的外部进行精准扫描，并形成比例一致的立体三维图，同时通过数据测量模块和标注模块对三维图的各个部分进行精准明确的数据标注，使三维图更为直观，再通过成图模块截取不同方位的图片作为保存，呈现了一整套类器官的数据资料，便于为后续研究作材料。
10.作为优选，所述训练路径匹配模块用于根据数据分析单元分析出的具体类别匹配数据库中该类器官的运行活动，所述虚拟训练模块是将立体三维图在控制终端上进行匹配出的运行活动的虚拟训练，所述分类单元是根据所收集的所有数据自动匹配数据库，以完成对该类器官的明确分类，所述数据分析模块是用来分析扫描单元扫描出的各类数值，所述报表构成单元是根据数据分析模块分析的结果构成各类报表以辅助研究，通过训练路径匹配模块直接匹配出数据库中该类器官的训练路径，并使用构成的三维图通过虚拟训练模块进行虚拟训练，再通过数据分析单元对各类数据进行数据分析并构成报表，可根据分析出的数据快速检测类器官是否培育成功，并直接找出其存在的问题，以便下一步研究。
11.相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：1.本发明通过扫描单元和进程记录单元自动对类器官的培养进程进行记录，进一
步客观的对培养进程进行分析，同时也精简了研究人员的研究难度，也提供了不同阶段下的培育状态，外观扫描模块对类器官进行各特征的扫描，以获取类器官的各项数据，同时通过人工设定定时录像模块和定时拍照模块可以完成对不同的类器官的培养进程图像摄取，替代了人工监测，再通过进程记录单元的图像摘取模块和视频分析模块对类器官的培养录像进行拆分和详解，直接给出数据结果，给出了不同状态下的研究结果的同时，也大大减小了研究人员的研究难度，也提供了更多的时间让研究人员发挥其更多的作用，提高工作效率。
12.2.本发明通过识别成型单元与扫描单元相配合，给出标注明确且清晰的类器官图片，便于后续研究作为材料，当类器官培养成功时，用扫描单元对类器官的外部进行精准扫描，并形成比例一致的立体三维图，同时通过数据测量模块和标注模块对三维图的各个部分进行精准明确的数据标注，使三维图更为直观，再通过成图模块截取不同方位的图片作为保存，呈现了一整套类器官的数据资料，便于为后续研究作材料。
13.3.本发明通过模型训练单元和数据分析单元，使类器官直接进行虚拟训练以获得各类数据，可快速检测出所培育的类器官是否存在问题，通过训练路径匹配模块直接匹配出数据库中该类器官的训练路径，并使用构成的三维图通过虚拟训练模块进行虚拟训练，再通过数据分析单元对各类数据进行数据分析并构成报表，可根据分析出的数据快速检测类器官是否培育成功，并直接找出其存在的问题，以便下一步研究。
附图说明
14.图1为本发明提出的一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法的整体结构图；图2为本发明提出的一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法的扫描单元结构图；图3为本发明提出的一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法的识别成型单元结构图；图4为本发明提出的一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法的模型训练单元结构图；图5为本发明提出的一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法的进程记录单元结构图；图6为本发明提出的一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法的数据分析单元结构图；图7为本发明提出的一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法的具体步骤流程图。
具体实施方式
15.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
16.参见图1-5，一种基于人工智能的大数据类器官图像识别的方法，包括控制终端和扫描终端，扫描终端包括显微镜摄像头、高清摄像头、扫描单元和定位模块，控制终端包括识别成型单元、模型训练单元、进程记录单元、数据分析单元和上传单元，扫描单元用于扫
描类器官以得到其外部特征，定位模块是用于定位扫描地点，识别成型单元是根据扫描单元的扫描结果构成具有具体标注的三维图或平面图，模型训练单元是在识别成型单元构成的图形上进行特定训练，进程记录单元是用来记录类器官在培育过程中的进程，数据分析单元是用来分析所有数据并给出分析结果，上传单元是将类器官的所有数据上传至公用或私用数据库作为分享或存储；扫描单元包括外观扫描模块、特征识别模块、定时录像模块和定时拍照模块，特征识别模块与外观扫描模块、定时录像模块和定时拍照模块相连；识别成型单元包括三维成型模块、数据测量模块、标注模块和成图模块，三维成型模块、数据测量模块、标注模块和成图模块相连；模型训练单元包括训练路径匹配模块和虚拟训练模块，训练路径匹配模块和虚拟训练模块相连；进程记录单元包括视频分析模块、图像摘取模块和进程标注模块，视频分析模块、图像摘取模块和进程标注模块相连；数据分析单元包括分类模块、数据分析模块和报表构成模块，数据分析模块和报表构成模块相连，外观扫描模块是利用显微镜摄像头或高清摄像头对类器官的外部进行扫描，特征识别模块是用于识别类器官的各类外部特征，定时录像模块用于对类器官进行特定时段的录像，定时拍照模块用于设定定时拍照时间和频次以摄取类器官培养中的进程分割图片，特征识别模块中识别的类器官外部特征包括其轮廓、像素、纹理、灰度值和壁厚，视频分析模块是用来分析类器官的培养视频中培养进程是否符合规定培养进程，且培养中的各类数值是否达标，图像摘取模块是用于在摄取的培养进程视频中分析不同进程的发育形态并自动摘取该形态的图像，进程标注模块是在摘取的图像中标注进行名称和该图像在视频内的时段，外观扫描模块对类器官进行各特征的扫描，以获取类器官的各项数据，同时通过人工设定定时录像模块和定时拍照模块可以完成对不同的类器官的培养进程图像摄取，替代了人工监测，再通过进程记录单元的图像摘取模块和视频分析模块对类器官的培养录像进行拆分和详解，直接给出数据结果，给出了不同状态下的研究结果的同时，也大大减小了研究人员的研究难度，也提供了更多的时间让研究人员发挥其更多的作用，提高工作效率。
17.参见图3，三维成型模块用于根据扫描单元的扫描结果构成类器官的立体三维图，数据测量模块是根据扫描单元的扫描结果测量类器官的长度、分布距离的具体数值，标注模块是将数据测量模块的测量结果标注于立体三维图中，成图模块是用于截取立体三维图的不同方位平面图，当类器官培养成功时，用扫描单元对类器官的外部进行精准扫描，并形成比例一致的立体三维图，同时通过数据测量模块和标注模块对三维图的各个部分进行精准明确的数据标注，使三维图更为直观，再通过成图模块截取不同方位的图片作为保存，呈现了一整套类器官的数据资料，便于为后续研究作材料。
18.参见图4-6，训练路径匹配模块用于根据数据分析单元分析出的具体类别匹配数据库中该类器官的运行活动，虚拟训练模块是将立体三维图在控制终端上进行匹配出的运行活动的虚拟训练，分类单元是根据所收集的所有数据自动匹配数据库，以完成对该类器官的明确分类，数据分析模块是用来分析扫描单元扫描出的各类数值，报表构成单元是根据数据分析模块分析的结果构成各类报表以辅助研究，通过训练路径匹配模块直接匹配出
数据库中该类器官的训练路径，并使用构成的三维图通过虚拟训练模块进行虚拟训练，再通过数据分析单元对各类数据进行数据分析并构成报表，可根据分析出的数据快速检测类器官是否培育成功，并直接找出其存在的问题，以便下一步研究。
19.参见图7，具体包括以下步骤：s1：建立数据库，存入以往培养出的各类类器官的标准分析数据；s2：根据不同类器官的记录需求，通过扫描单元的定时录像模块或定时拍照模块记录现培养的类器官培养进程；s3：通过扫描类器官外部特征生成视频或图像，并提取数据后，通过数据分析模块分析所提取的数据是否符合规定的培养进程以辅助研究；s4：分析各类数据并根据分析的结果制成数据报表以供观看；s5：将所有数据整合好后上传至公用或私用数据库中，并附上定位以作为记录或便于学术交流。
20.所述方法的工作原理：工作人员手持或固定扫描终端，通过扫描单元对类器官进行扫描，通过外观扫描模块和特征识别模块获取类器官轮廓、像素、纹理、灰度值和壁厚的各类特征，并通过定时录像模块或定时拍照模块对类器官的培育进程进行拍摄，拍摄出的视频通过图像摘取模块进行拆分，使其呈现出不同状态下的外观图片，并通过进程标注模块对其进行标注，得到最客观的进行分析图，当类器官培育完毕后，再通过三维成型单元呈现立体三维图，再用数据测量模块和标注模块对三维图的各项数据进行标注，接着通过模型训练单元对三维立体图进行模拟训练，得到各项数据，再通过数据分析单元根据各项数据进行分析并构成最终报表，由此得到类器官的所有明细数据和分析结果。
21.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。