JP2022033035A - Intelligent identification method and system for calcium oxalate crystals based on microscopic images - Google Patents
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Abstract
【課題】操作者の手動同定による誤差、時間、作業効率の問題を解決するシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法を提供する。【解決手段】シュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得するステップであって、訓練データは複数種の結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶を含むステップと、ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するためのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得るステップと、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得するステップと、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力するステップとを含む。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intelligent identification method for calcium oxalate crystals, which solves problems of error, time and work efficiency due to manual identification by an operator. SOLUTION: This is a step of acquiring training data of calcium oxalate crystals, and the training data includes a step including a plurality of crystal types of calcium oxalate crystals and training data using a deep convolution neural network. The step of obtaining a deep convolutional neural network model for identifying calcium oxalate crystals and the feature matching of the microscopic image of the collected sample using the deep convolutional neural network model are performed, and the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample is performed. This includes a step of generating and outputting the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample according to the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は植物類漢方薬同定の技術分野に関し、特に顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法及びシステムに関する。 The present invention relates to the technical field of plant Chinese herbal medicine identification, and particularly to an intelligent identification method and system of calcium oxalate crystals based on microscopic images.
漢方薬は中国医学理論を指導として、疾患を予防、治療、診断し、リハビリテーションや健康維持の役割を果たす薬物である。漢方薬は主として、薬用植物、薬用動物及び薬用鉱物を含む天然薬及びこれらの加工品に由来するものである。このうち、薬用植物は漢方薬資源の87%を占め、薬用植物は漢方薬分野において極めて重要であることが分かる。 Chinese medicine is a drug that plays a role in prevention, treatment, diagnosis, rehabilitation and health maintenance under the guidance of Chinese medicine theory. Chinese herbs are mainly derived from medicinal plants, medicinal animals and natural medicines including medicinal minerals and their processed products. Of these, medicinal plants account for 87% of Chinese herbal resources, and it can be seen that medicinal plants are extremely important in the field of Chinese herbs.
薬用植物においては、シュウ酸カルシウム結晶が重要な化学成分である。シュウ酸カルシウム結晶は一般的な細胞作動性物質として植物類の細胞に広く存在しており、通常、柱状結晶、クラスタ状結晶、針状結晶、角柱状結晶や砂状結晶などの複数種のタイプの結晶形態を持つ。シュウ酸カルシウム結晶の構造形態が安定的であり、様々な科、属及び種の生薬の組織構造においては、結晶の有無、結晶の異なる形態、サイズ及び分布のいずれも特異性を示す。従来の研究から明らかなように、ユリ科、ラン科、サトイモ科、ヤマノイモ科の植物の根茎には針状結晶及び針状束結晶が含まれ、キンポウゲ科、タデ科、ウコギ科の植物にはクラスタ状結晶が含まれ、ナス科、ヒユ科の植物には砂状結晶が含まれ、マメ科、ミカン科の植物には角柱状結晶が含まれる場合が多い。上記の内容から分かるように、シュウ酸カルシウム結晶の微細構造情報が、漢方薬の品種を顕微鏡で識別して研究し、未知の生薬を分類して検索する重要な根拠とすることができる。近年、シュウ酸カルシウム結晶の特異性も生薬のテスト分野に使用されつつあり、生薬及び飲片の真偽を識別するために技術サポートを提供する。 Calcium oxalate crystals are an important chemical component in medicinal plants. Calcium oxalate crystals are widely present in plant cells as common cytoactive substances and are usually of multiple types such as columnar crystals, clustered crystals, acicular crystals, prismatic crystals and sandy crystals. Has a crystal form of. The structural morphology of calcium oxalate crystals is stable, and the presence or absence of crystals and the different morphologies, sizes and distributions of crystals show specificity in the tissue structure of biopharmaceuticals of various families, genera and species. As is clear from previous studies, the rhizomes of plants of the Liliaceae, Orchid, Satoimo, and Yam families contain needle-like crystals and needle-like bundle crystals, and plants of the Ranunculaceae, Polygonaceae, and Araliaceae families. Cluster-like crystals are included, and sand-like crystals are often contained in plants of the family Polygonaceae and Liliaceae, and prismatic crystals are often contained in plants of the family Polygonaceae and Polygonaceae. As can be seen from the above contents, the microstructural information of calcium oxalate crystals can be an important basis for identifying and studying Chinese herbal medicine varieties under a microscope and classifying and searching unknown crude drugs. In recent years, the specificity of calcium oxalate crystals has also been used in the field of herbal testing, providing technical support for identifying the authenticity of herbal medicines and drinks.
通常、シュウ酸カルシウム結晶を識別するには漢方薬の顕微同定方法が必要とされる。顕微同定方法は漢方薬を同定する4つの主な手段のうちの1つであり、漢方薬の顕微同定とは、顕微鏡を利用して生薬(飲片)切片、粉末、表面、解離組織やシート、及び飲片粉末を含有する製剤を観察し、組織、細胞や包含物などの特徴に従って生薬同定を行う方法である。この同定方法は、伝統的で、効率的で、速度が速く、経済性に優れ、環境にやさしく、特に漢方薬の有効成分が明確ではない場合に特に有用であり、定性、定量、さらに定位などにおいて所定の作用を果たす。シュウ酸カルシウム結晶に対する顕微同定では、植物の組織、細胞や包含物中の関連物質の特徴に従って決定する必要がある。 Usually, a method for microscopic identification of Chinese herbs is required to identify calcium oxalate crystals. The microscopic identification method is one of the four main means for identifying Chinese herbal medicines, and the microscopic identification of Chinese herbal medicines is the use of a microscope for crude drug (drinking piece) sections, powders, surfaces, dissociated tissues and sheets, and drinking pieces. This is a method of observing a pharmaceutical product containing a powder and identifying crude drugs according to characteristics such as tissues, cells and inclusions. This identification method is traditional, efficient, fast, economical, environmentally friendly, especially useful when the active ingredient of Chinese herbal medicine is not clear, in qualitative, quantitative, and even localization. It has a predetermined effect. Microidentification of calcium oxalate crystals needs to be determined according to the characteristics of the relevant substances in plant tissues, cells and inclusions.
しかし、シュウ酸カルシウム結晶に対する従来の漢方薬顕微同定方式では、ほとんど、操作者が手動で顕微鏡を操作し、顕微鏡下で植物の組織、細胞や包含物中の関連物質の顕微的特徴を観察し、操作者が手動でこの特徴を描画し、従来の特定のシュウ酸カルシウム結晶と特徴マッチングを行うことで、薬用植物中のシュウ酸カルシウム結晶を人工で同定する。このような方法では、操作者が手動で操作するので、主観的な要因による誤差が大きく、描画に時間がかかり、しかも作業効率が低いなどの問題が存在する。 However, in most conventional methods for microscopic identification of Chinese herbal medicines for calcium oxalate crystals, the operator manually operates the microscope and observes the microscopic characteristics of related substances in plant tissues, cells and inclusions under the microscope. The operator manually draws this feature and performs feature matching with a conventional specific calcium oxalate crystal to artificially identify the calcium oxalate crystal in the medicinal plant. In such a method, since the operator manually operates the method, there are problems that an error due to subjective factors is large, drawing takes time, and work efficiency is low.
本発明は、シュウ酸カルシウム結晶の漢方薬顕微同定方式では操作者による手動同定を必要とし、主観的な要因による誤差が大きく、描画に時間がかかり、しかも作業効率が低いという従来技術の問題を解決するために、顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法、システム、及び読み取り可能な記憶媒体を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the prior art that the Chinese herbal medicine micro-identification method for calcium oxalate crystal requires manual identification by an operator, large errors due to subjective factors, long drawing time, and low work efficiency. To provide an intelligent identification method, system, and readable storage medium for calcium oxalate crystals based on microscopic images.
上記目的を達成させるために、本発明の第1の態様によれば、本発明は顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法を提案し、該シュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法は、
シュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得するステップであって、訓練データは複数種の結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶を含むステップと、
ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するためのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得るステップと、
ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得するステップと、
採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力するステップと、を含む。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the present invention proposes an intelligent identification method of a calcium oxalate crystal based on a microscopic image, and the intelligent identification method of the calcium oxalate crystal is described.
It is a step to acquire training data of calcium oxalate crystals, and the training data includes a step containing multiple types of crystal types of calcium oxalate crystals.
Steps to train training data using a deep convolutional neural network to obtain a deep convolutional neural network model for identifying calcium oxalate crystals,
A step to obtain the crystal type of calcium oxalate crystals contained in the sample by performing feature matching on the microscopic image of the sample using a deep convolutional neural network model.
It includes a step of generating and outputting the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample according to the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample.
好ましくは、シュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得する前記ステップは、
様々な結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶をそれぞれ含有する生薬を複数種選択するステップと、
各生薬におけるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を撮影するステップと、
顕微鏡画像内のシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプをマークするステップと、
各シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像と結晶タイプを用いて、各シュウ酸カルシウム結晶の訓練データをそれぞれ生成するステップと、を含む。
Preferably, the step of acquiring training data for calcium oxalate crystals is
Steps to select multiple crude drugs containing various crystal types of calcium oxalate crystals,
Steps to take microscopic images of calcium oxalate crystals in each herbal medicine,
Steps to mark the crystal type of calcium oxalate crystals in the microscopic image,
Includes steps to generate training data for each calcium oxalate crystal using microscopic images and crystal types of each calcium oxalate crystal.
好ましくは、前記ディープ畳み込みニューラルネットワークは畳み込み層、プーリング層及び完全接続層を含み、
ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて訓練データを訓練し、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得る前記ステップは、
訓練データに含まれるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を畳み込み層に入力するステップと、
複数層の畳み込み層を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得るステップと、
プーリング層を用いてシュウ酸カルシウム結晶の特徴画像に特徴圧縮を行い、特徴画像に対応する結晶特徴を得るステップと、
完全接続層を用いて、同一顕微鏡画像に対応する全ての特徴画像の結晶特徴を接続し、分類器によって顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶タイプに対応する結晶特徴を決定するステップと、
顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶特徴を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の種類ごとにディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを作成するステップと、を含む。
Preferably, the deep convolutional neural network includes a convolutional layer, a pooling layer and a fully connected layer.
The above step of training training data using a deep convolutional neural network to obtain a deep convolutional neural network model is
The step of inputting the microscopic image of the calcium oxalate crystal included in the training data into the convolution layer,
A step of performing a convolution operation on a microscopic image of a calcium oxalate crystal using a multi-layer convolution layer to obtain a characteristic image of the calcium oxalate crystal.
A step of performing feature compression on a feature image of a calcium oxalate crystal using a pooling layer to obtain crystal features corresponding to the feature image, and
A step of connecting the crystal features of all feature images corresponding to the same microscopic image using a fully connected layer and determining the crystal type of the microscopic image and the crystal features corresponding to the crystal type with a classifier.
Includes steps to create a deep convolutional neural network model for each type of calcium oxalate crystal using the crystal type and crystal characteristics of the microscopic image.
好ましくは、複数層の畳み込み層を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得る前記ステップは、
Preferably, the step of performing a convolution operation on a microscopic image of a calcium oxalate crystal using a plurality of convolution layers to obtain a characteristic image of the calcium oxalate crystal is the step.
好ましくは、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行うステップの前、前記シュウ酸カルシウム結晶同定方法は、顕微鏡画像自動収集装置を用いて通常光源視野と偏光光源視野での採取試料の顕微鏡画像をそれぞれ撮影するステップをさらに含み、
顕微鏡画像自動収集装置を用いて通常光源視野と偏光光源視野での採取試料の顕微鏡画像をそれぞれ撮影するステップは、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて水平運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御するステップと、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて垂直運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御し、ステージ上の採取試料をリアルタイムで追跡して合焦するテップと、
デジタル撮像装置を用いて、所定の時間間隔で採取試料の顕微鏡画像を複数回撮影するステップと、を含む。
Preferably, prior to the step of feature matching the microscopic images of the sample taken using a deep convolutional neural network model, the calcium oxalate crystal identification method is performed in a normal light source field and a polarized light source field of view using an automatic microscopic image collector. Including the step of taking each microscopic image of the collected sample of
The step of taking microscopic images of the sample collected in the normal light source field of view and the polarized light source field of view using the automatic microscope image collecting device is
A step of controlling the stage of the microscope using a control box so that horizontal motion is performed in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory.
A Tep that controls the stage of the microscope using a control box to perform vertical movement in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined movement trajectory, and tracks and focuses the sample collected on the stage in real time.
It comprises taking multiple microscopic images of a sample taken at predetermined time intervals using a digital image pickup device.
好ましくは、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力する前記ステップは、
ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルが採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得した場合、採取試料の結晶タイプ情報と採取試料のステッチ結晶特徴画像を生成して出力し、又は、
ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルが採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得していない場合、採取試料のステッチ顕微鏡画像を生成して出力するステップを含む。
Preferably, the step of generating and outputting the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample according to the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample is
When the deep convolutional neural network model acquires the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample, the crystal type information of the collected sample and the stitch crystal characteristic image of the collected sample are generated and output, or
If the deep convolutional neural network model does not acquire the crystal type of the calcium oxalate crystals contained in the sample, it includes the step of generating and outputting a stitch microscopic image of the sample.
好ましくは、採取試料のステッチ顕微鏡画像を生成する前記ステップは、
ステッチアルゴリズムを用いて同一採取試料に対応する各顕微鏡画像の画像画素座標と空間物理座標との間の変換マトリックスを算出するステップと、
変換マトリックスに従って、同一座標系下で同一採取試料の全ての顕微鏡画像をステッチし、ステッチ顕微鏡画像を得るステップと、を含む。
Preferably, the step of generating a stitched microscopic image of a sample is
The step of calculating the transformation matrix between the image pixel coordinates and the spatial physical coordinates of each microscope image corresponding to the same sample collected using the stitch algorithm, and
A step of stitching all microscopic images of the same sample taken under the same coordinate system according to the transformation matrix to obtain a stitched microscopic image is included.
好ましくは、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力するステップの後、前記方法は、
採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプをマークするステップと、
採取試料の顕微鏡画像とマークした結晶タイプを訓練データに追加するステップとをさらに含む。
Preferably, after the step of generating and outputting the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample, the method is described.
Steps to mark the crystal type of calcium oxalate crystals contained in the sample,
It further includes a microscopic image of the sample taken and the step of adding the marked crystal type to the training data.
本発明の第2の態様によれば、本発明は、
シュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得するためのデータ取得モジュールであって、訓練データは複数種の結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶を含むデータ取得モジュールと、
ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するためのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得るためのニューラルネットワークモジュールと、
ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得するための特徴マッチングモジュールと、
採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成するための結果生成モジュールと、
採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を出力するための結果出力モジュールと、を含む、顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定システムをさらに提供する。
According to the second aspect of the present invention, the present invention
It is a data acquisition module for acquiring training data of calcium oxalate crystals, and the training data includes a data acquisition module containing multiple types of crystal types of calcium oxalate crystals.
A neural network module for training training data using a deep convolutional neural network to obtain a deep convolutional neural network model for identifying calcium oxalate crystals, and
A feature matching module for acquiring the crystal type of calcium oxalate crystals contained in the sample by performing feature matching on the microscopic image of the sample using the deep convolutional neural network model.
A result generation module for generating the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample according to the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample.
Further provided is an intelligent identification system for calcium oxalate crystals based on microscopic images, including a result output module for outputting the identification results of calcium oxalate crystals in a sample.
好ましくは、前記ニューラルネットワークモジュールは、
訓練データに含まれるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を畳み込み層に入力するための画像入力サブモジュールと、
複数層の畳み込み層を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得るための畳み込み操作サブモジュールと、
プーリング層を用いてシュウ酸カルシウム結晶の特徴画像に特徴圧縮を行い、特徴画像に対応する結晶特徴を得るための特徴圧縮サブモジュールと、
完全接続層を用いて、同一顕微鏡画像に対応する全ての特徴画像の結晶特徴を接続するための特徴接続サブモジュールと、
分類器によって顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶タイプに対応する結晶特徴を決定するための結晶分類サブモジュールと、
顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶特徴を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の種類ごとにディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを作成するためのモデル作成サブモジュールと、を含む。
Preferably, the neural network module is
An image input submodule for inputting microscopic images of calcium oxalate crystals contained in the training data into the convolutional layer,
A convolution operation submodule for performing a convolution operation on a microscopic image of a calcium oxalate crystal using a multi-layer convolution layer and obtaining a characteristic image of the calcium oxalate crystal,
A feature compression submodule for performing feature compression on a feature image of calcium oxalate crystals using a pooling layer to obtain crystal features corresponding to the feature image,
A feature connection submodule for connecting the crystal features of all feature images corresponding to the same microscope image using a fully connected layer,
A crystal classification submodule for determining the crystal type of the microscopic image and the crystal characteristics corresponding to the crystal type by the classifier,
Includes a modeling submodule for creating a deep convolutional neural network model for each type of calcium oxalate crystal using the crystal type and crystal characteristics of the microscopic image.
好ましくは、前記システムは、
顕微鏡画像自動収集装置を用いて通常光源視野と偏光光源視野での採取試料の顕微鏡画像をそれぞれ撮影するための画像撮影モジュールをさらに含み、
画像撮影モジュールは、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて水平運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御するための運動制御サブモジュールと、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて垂直運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御し、ステージ上の採取試料をリアルタイムで追跡して合焦するための合焦制御サブモジュールと、
デジタル撮像装置を用いて、所定の時間間隔で採取試料の顕微鏡画像を複数回撮影するための画像撮影サブモジュールと、を含む。
Preferably, the system is
It also includes an imaging module for capturing microscopic images of the sample taken in the normal light source field of view and the polarized light source field of view using an automatic microscope image collector.
The image shooting module is
A motion control submodule for controlling the stage of a microscope using a control box to perform horizontal motion in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory.
A focus control submodule for controlling the stage of the microscope using a control box to perform vertical movement in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory, and tracking and focusing the sample collected on the stage in real time. When,
Includes an imaging submodule for taking multiple microscopic images of a sample taken at predetermined time intervals using a digital imaging device.
本発明の第3の態様によれば、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体をさらに提供し、該コンピュータ読み取り可能な記憶媒体にはシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法のプログラムが記憶されており、該シュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法のプログラムはプロセッサによって実行されると、上記のいずれかの技術的解決手段に記載のシュウ酸カルシウム同定方法のステップを実現する。 According to a third aspect of the present invention, a computer-readable storage medium is further provided, and the computer-readable storage medium stores a program of an intelligent identification method for calcium oxalate crystals, and the oxalate is stored. When executed by a processor, the program for intelligent identification of calcium crystals implements the steps of the calcium oxalate identification method described in any of the above technical solutions.
本出願で提案される技術的解決手段では、複数種の結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶を含むシュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得し、次に、ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて該訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するための、様々なタイプのシュウ酸カルシウム結晶の特徴を識別可能なディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得て、次に、訓練済みのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、前記採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得し、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、前記採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力する。 The technical solution proposed in this application obtains training data for calcium oxalate crystals containing multiple crystal types of calcium oxalate crystals and then trains the training data using a deep convolutional neural network. And to obtain a deep convolutional neural network model that can identify the characteristics of various types of calcium oxalate crystals for identifying calcium oxalate crystals, then harvested using a trained deep convolutional neural network model. Feature matching was performed on the microscopic image of the sample to obtain the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample, and the calcium oxalate crystal of the collected sample was obtained according to the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample. Generate and output the identification result.
以上のように、本出願によるシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法は、人工知能方法を用いて訓練することで、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得て、採取試料におけるシュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴を自動的にマッチングさせることにより、該シュウ酸カルシウム結晶のタイプを自動的に識別し、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定構造を出力するものであり、人工同定方法では操作者が手動で操作するため、主観的な要因による誤差が大きく、描画に時間がかかり、しかも作業効率が低いなどの従来技術の問題を解決する。 As described above, the intelligent identification method of calcium oxalate crystals according to the present application obtains a deep convolution neural network model by training using an artificial intelligence method, and automatically characterizes the crystal characteristics of calcium oxalate crystals in the collected sample. The type of calcium oxalate crystal is automatically identified by matching the crystals, and the identification structure of the calcium oxalate crystal of the collected sample is output. In the artificial identification method, the operator manually operates the calcium oxalate crystal. It solves the problems of the prior art such as large error due to subjective factors, long drawing time, and low work efficiency.
本発明の実施例又は従来技術の技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明するが、明らかに、以下の説明における図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な努力を必要とせずに、これらの図面に示す構造に基づいて他の図面を得ることができる。
なお、ここで説明する具体的な実施例は本発明を解釈するために過ぎず、本発明を限定するものではない。 It should be noted that the specific examples described here are merely for interpreting the present invention and do not limit the present invention.
本発明の実施例の主な解決的課題は以下のとおりである。従来技術ではシュウ酸カルシウム結晶に対する漢方薬顕微同定方式は、操作者で観察して顕微的特徴を手動で描画し、シュウ酸カルシウム結晶の特徴を手動でマッチングさせ、シュウ酸カルシウム結晶のタイプを同定するのが一般的である。このような方法は、主観的な要因による誤差が大きく、描画に時間がかかり、しかも作業効率が低いなどの問題を招く。 The main solving problems of the examples of the present invention are as follows. In the prior art, the Chinese herbal medicine micro-identification method for calcium oxalate crystals is to identify the type of calcium oxalate crystal by observing with an operator and manually drawing the microscopic features and manually matching the features of the calcium oxalate crystal. Is common. Such a method causes problems such as a large error due to subjective factors, a long drawing time, and low work efficiency.
上記問題を解決するために、図1を参照して、図1は本発明の実施例による適用シナリオの模式図である。該適用シナリオは、本発明の以下の実施例による顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法を実現するものである。図1に示すように、該適用シナリオは、顕微鏡と顕微鏡画像自動収集装置を含み、該顕微鏡画像自動収集装置は、主に、コントロールボックス、デジタル撮像デバイス、及びコンピュータを含み、これらのうち、コントロールボックスは顕微鏡のステージを制御して運動させ、デジタル撮像デバイスは顕微鏡に接続されて顕微鏡の画像を収集し、コンピュータはデジタル撮像デバイス及びコントロールボックスにそれぞれ電気的に接続されて、画像処理、コントロールボックスへの顕微鏡制御命令の送信に用いられる。ここで、顕微鏡は普通光源と偏光光源の2つの視野のシナリオでの画像をそれぞれ取得する。 In order to solve the above problem, with reference to FIG. 1, FIG. 1 is a schematic diagram of an application scenario according to an embodiment of the present invention. The application scenario realizes an intelligent identification method for calcium oxalate crystals based on microscopic images according to the following examples of the present invention. As shown in FIG. 1, the application scenario includes a microscope and an automatic microscope image collector, which mainly includes a control box, a digital imaging device, and a computer, of which controls. The box controls and moves the stage of the microscope, the digital imaging device is connected to the microscope to collect images of the microscope, and the computer is electrically connected to the digital imaging device and the control box, respectively, for image processing and control box. Used to send microscope control commands to. Here, the microscope acquires images in two visual field scenarios, a normal light source and a polarized light source, respectively.
具体的には、コンピュータはコントロールボックスへ上位機器制御信号3を送信し、コントロールボックスの制御カードが該上位機器制御信号3に従って顕微鏡へモータ駆動信号4を送信し、顕微鏡内の3台のステッピングモータを制御して正確に運動させ、それにより、顕微鏡のステージ(対照生薬又は採取試料を置く)はそれぞれX、Y、Zの3つの互いに垂直な方向で軸方向に運動するとともに、顕微鏡のステッピングモータはコントロールボックスへテーブル位置信号5をリアルタイムでフィードバックし、コントロールボックスの制御カードはコンピュータと交互にカード通信信号2を制御して、顕微鏡のステージの移動をリアルタイムでフィードバックして調整し、デジタル撮像デバイスは、顕微鏡のステージ移動中、対照生薬又は採取試料の顕微鏡画像をリアルタイムで追跡して取得し、ビデオ信号1の形で該顕微鏡画像をコンピュータにフィードバックし、コンピュータはディープ畳み込みニューラルネットワークにより該顕微鏡画像を処理し、例えばシュウ酸カルシウム結晶特徴を識別するディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得て、又は採取試料の顕微的特徴をマッチングさせ、このように、シュウ酸カルシウム結晶が同定される。
Specifically, the computer transmits a host
上記目的を達成させるために、図2を参照し、図2は本発明の実施例による顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法の一例の模式的フローチャートである。図2に示すように、該顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法は、ステップS110~S140を含む。 In order to achieve the above object, with reference to FIG. 2, FIG. 2 is a schematic flowchart of an example of an intelligent identification method for calcium oxalate crystals based on a microscopic image according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the method for intelligently identifying calcium oxalate crystals based on the microscopic image includes steps S110 to S140.
S110:シュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得し、訓練データは複数種の結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶を含む。 S110: The training data of calcium oxalate crystals is acquired, and the training data includes a plurality of crystal types of calcium oxalate crystals.
該訓練データはディープ畳み込みニューラルネットワークを訓練するものであり、該シュウ酸カルシウム結晶は複数種の結晶タイプを有し、このため、ディープ畳み込みニューラルネットワークは該訓練データを通じて様々な結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶の特徴を識別することができる。また、該訓練データはテストデータでもあり、訓練データがマークしたシュウ酸カルシウム結晶のタイプとディープ畳み込みニューラルネットワークで識別されたシュウ酸カルシウム結晶のタイプとを比較することにより、ディープ畳み込みニューラルネットワークの識別精度を向上させることができる。 The training data trains a deep convolutional neural network, and the calcium oxalate crystal has multiple crystal types, so that the deep convolutional neural network can be used for various crystal types of calcium oxalate through the training data. The characteristics of the crystal can be identified. The training data is also test data, and the deep convolutional neural network is identified by comparing the type of calcium oxalate crystal marked by the training data with the type of calcium oxalate crystal identified by the deep convolutional neural network. The accuracy can be improved.
図3に示すように、該シュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得するステップは、具体的には、ステップS111~S114を含む。 As shown in FIG. 3, the step of acquiring the training data of the calcium oxalate crystal specifically includes steps S111 to S114.
S111:様々な結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶をそれぞれ含有する生薬を複数種選択する。 S111: A plurality of crude drugs containing various crystal types of calcium oxalate crystals are selected.
シュウ酸カルシウム結晶は複数種のタイプを有し、異なる生薬は異なるタイプのシュウ酸カルシウム結晶を有し、例えば、ヤカンはシュウ酸カルシウム柱状結晶を含み、ゴカヒはシュウ酸カルシウムクラスタ状結晶を含み、ハンゲはシュウ酸カルシウム針状結晶を含み、コウカヒはシュウ酸カルシウム角柱状結晶を含み、ジコッピはシュウ酸カルシウム砂状結晶を含む。 Calcium oxalate crystals have multiple types, different biopharmaceuticals have different types of calcium oxalate crystals, for example, Yakan contains calcium oxalate columnar crystals, Gokahi contains calcium oxalate clustered crystals, Hange contains calcium oxalate acicular crystals, Koukahi contains calcium oxalate prismatic crystals, and Dikoppi contains calcium oxalate sandy crystals.
S112:各生薬におけるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を撮影する。 S112: A microscopic image of calcium oxalate crystals in each crude drug is taken.
各生薬に含まれるシュウ酸カルシウム結晶のタイプが異なるので、各生薬におけるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を撮影すると、異なるタイプのシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像が得られ、次に、ディープ畳み込みニューラルネットワークを通じて異なるタイプのシュウ酸カルシウム結晶の顕微的特徴が得られる。 Since the types of calcium oxalate crystals contained in each biopharmaceutical are different, taking a microscopic image of the calcium oxalate crystals in each biopharmaceutical yields microscopic images of different types of calcium oxalate crystals, followed by a deep convolution neural network. Microscopic features of different types of calcium oxalate crystals are obtained through.
S113:顕微鏡画像内のシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプをマークする。 S113: Mark the crystal type of calcium oxalate crystals in the microscopic image.
様々な結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶が異なる結晶特徴を有するので、シュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプをマークすることにより、ディープ畳み込みニューラルネットワークは異なる結晶タイプに従ってシュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴を識別することができ、かつ、マークした結晶タイプはディープ畳み込みニューラルネットワークが正確に識別したか否かをチェックして、ディープ畳み込みニューラルネットワークの識別精度を向上させることもできる。 Since various crystal types of calcium oxalate crystals have different crystal characteristics, by marking the crystal type of the calcium oxalate crystal, the deep convolution neural network identifies the crystal characteristics of the calcium oxalate crystal according to the different crystal types. It is also possible to check whether the marked crystal type is accurately identified by the deep convolution neural network and improve the identification accuracy of the deep convolution neural network.
S114:各シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像と結晶タイプを用いて、各シュウ酸カルシウム結晶の訓練データをそれぞれ生成する。 S114: Using the microscopic image and crystal type of each calcium oxalate crystal, training data of each calcium oxalate crystal is generated respectively.
該訓練データは各シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像と結晶タイプを少なくとも含み、このようにして、ディープ畳み込みニューラルネットワークは顕微鏡画像に従ってこの画像内の結晶特徴を識別して抽出し、マークした結晶タイプとマッチングさせて確認を行い、それにより、ディープ畳み込みニューラルネットワークの識別精度を向上させることができる。 The training data includes at least a microscopic image and crystal type of each calcium oxalate crystal, thus the deep convolutional neural network identifies and extracts crystal features within this image according to the microscopic image and marks the crystal type. Matching and confirmation can be performed, thereby improving the identification accuracy of the deep convolutional neural network.
関連するシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像については、図9-A~9-Jを参照すればよい。これらのうち、9-Aは普通光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウム柱状結晶の顕微鏡画像であり、9-Bは偏光光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウム柱状結晶の顕微鏡画像であり、上記2つの顕微鏡画像はヤカンの画像を撮影することにより得られる。9-Cは普通光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウムクラスタ状結晶の顕微鏡画像であり、9-Dは偏光光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウムクラスタ状結晶の顕微鏡画像であり、上記2つの顕微鏡画像はゴカヒの画像を撮影したものである。9-Eは普通光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウム針状結晶の顕微鏡画像であり、9-Fは偏光光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウム針状結晶の顕微鏡画像であり、上記2つの顕微鏡画像はハンゲの画像を撮影したものである。9-Gは普通光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウム角柱状結晶の顕微鏡画像であり、9-Hは偏光光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウム角柱状結晶の顕微鏡画像であり、上記2つの顕微鏡画像はコウカヒの画像を撮影したものである。9-Iは普通光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウム砂状結晶の顕微鏡画像であり、9-Jは偏光光源シナリオで撮影したシュウ酸カルシウム砂状結晶の顕微鏡画像であり、上記2つの顕微鏡画像はジコッピの画像を撮影したものである。 See FIGS. 9-A-9-J for microscopic images of the relevant calcium oxalate crystals. Of these, 9-A is a microscope image of calcium oxalate columnar crystals taken in a normal light source scenario, and 9-B is a microscope image of calcium oxalate columnar crystals taken in a polarized light source scenario, and the above two microscopes. The image is obtained by taking an image of Yakan. 9-C is a microscopic image of calcium oxalate clusters taken in a normal light source scenario, 9-D is a microscopic image of calcium oxalate clusters taken in a polarized light source scenario, and the above two microscopic images are This is an image of Gokahi. 9-E is a microscope image of calcium oxalate needle-like crystals taken in a normal light source scenario, 9-F is a microscope image of calcium oxalate needle crystals taken in a polarized light source scenario, and the above two microscope images are This is a photograph of Hange. 9-G is a microscopic image of calcium oxalate prismatic crystals taken in a normal light source scenario, 9-H is a microscopic image of calcium oxalate prismatic crystals taken in a polarized light source scenario, and the above two microscopic images are This is an image of Koukahi. 9-I is a microscopic image of calcium oxalate sandy crystals taken in a normal light source scenario, 9-J is a microscopic image of calcium oxalate sandy crystals taken in a polarized light source scenario, and the above two microscopic images are This is an image of Zikoppi.
S120:ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するためのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得る。 S120: Training data is trained using a deep convolutional neural network to obtain a deep convolutional neural network model for identifying calcium oxalate crystals.
ディープ畳み込みニューラルネットワークは、訓練データにおけるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を取得した後、該顕微鏡画像に特徴抽出を行い、予め設定された分類器によって、シュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴を対応する結晶タイプに抽出し、様々な結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶に対応する結晶特徴を得て、様々な結晶タイプシュウ酸カルシウム結晶を同定するディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得る。このようにして、入力するシュウ酸カルシウム結晶に対して結晶特徴や結晶タイプの同定を容易に実施できる。 The deep convolution neural network acquires a microscopic image of a calcium oxalate crystal in the training data, then extracts features from the microscopic image, and uses a preset classifier to correspond the crystal features of the calcium oxalate crystal to the crystal type. To obtain crystal characteristics corresponding to various crystal types of calcium oxalate crystals, and to obtain a deep convolutional neural network model that identifies various crystal types of calcium oxalate crystals. In this way, it is possible to easily identify the crystal characteristics and crystal type of the input calcium oxalate crystal.
ここで、該ディープ畳み込みニューラルネットワークは畳み込み層、プーリング層及び完全接続層を含む。上記ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて訓練データを訓練するステップは、図4に示すように、具体的には、ステップS121~S125を含む。 Here, the deep convolutional neural network includes a convolutional layer, a pooling layer and a fully connected layer. As shown in FIG. 4, the step of training the training data using the deep convolutional neural network specifically includes steps S121 to S125.
S121:訓練データに含まれるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を畳み込み層に入力する。 S121: The microscopic image of the calcium oxalate crystal contained in the training data is input to the convolution layer.
シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像が畳み込み層に入力されると、畳み込み層は該顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、対応する特徴画像に変換する。該シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像はシュウ酸カルシウム柱状結晶の顕微鏡画像、シュウ酸カルシウムクラスタ状結晶の顕微鏡画像、シュウ酸カルシウム針状結晶の顕微鏡画像、シュウ酸カルシウム角柱状結晶の顕微鏡画像、及びシュウ酸カルシウム砂状結晶の顕微鏡画像を含む。 When the microscopic image of the calcium oxalate crystal is input to the convolutional layer, the convolutional layer performs a convolution operation on the microscopic image and converts it into a corresponding feature image. The microscopic images of the calcium oxalate crystals are a microscopic image of a calcium oxalate columnar crystal, a microscopic image of a calcium oxalate cluster-like crystal, a microscopic image of a calcium oxalate needle-like crystal, a microscopic image of a calcium oxalate prismatic crystal, and Shu. Includes microscopic images of calcium oxalate sandy crystals.
S122:複数層の畳み込み層を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得る。 S122: Using a plurality of convolutional layers, a convolution operation is performed on a microscopic image of a calcium oxalate crystal to obtain a characteristic image of the calcium oxalate crystal.
畳み込み層は所定のサイズを有する「受容野」を有し、この「受容野」の深度が入力画像の深度と同じであり、該畳み込み層の受容野と入力画像との畳み込みにより、対応するサイズの特徴マップが得られ、該畳み込み層は複数層の畳み込みを含み、このようにして、畳み込み層は元の顕微鏡画像に畳み込み操作を複数回繰り返すことができ、それにより、より深いレベルのシュウ酸カルシウム結晶の特徴画像が得られる。 The convolutional layer has a "receptive field" having a predetermined size, and the depth of this "receptive field" is the same as the depth of the input image. A feature map of is obtained, the convolutional layer contains multiple convolutions, thus allowing the convolutional layer to repeat the convolution operation multiple times on the original microscopic image, thereby providing deeper levels of oxalic acid. A characteristic image of calcium crystals can be obtained.
該複数層の畳み込み層を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得る方法は、具体的には、以下のとおりである。 Specifically, the method for obtaining a characteristic image of the calcium oxalate crystal by performing a convolution operation on the microscopic image of the calcium oxalate crystal using the plurality of convolutional layers is as follows.
の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得て、式中、
ディープ畳み込みニューラルネットワークに非線形ファクタを追加して、畳み込み層が要件を満たす特徴画像を抽出することを可能とする。
By performing a convolution operation on the microscope image of, a characteristic image of calcium oxalate crystals was obtained, and in the formula,
A non-linear factor is added to the deep convolutional neural network to allow the convolutional layer to extract feature images that meet the requirements.
ここで該畳み込み層の出力次元数の計算式は以下のとおりである。
Here, the formula for calculating the number of output dimensions of the convolution layer is as follows.
S123:プーリング層を用いてシュウ酸カルシウム結晶の特徴画像に特徴圧縮を行い、特徴画像に対応する結晶特徴を得る。 S123: Using the pooling layer, feature compression is performed on the feature image of the calcium oxalate crystal to obtain crystal features corresponding to the feature image.
プーリング層は入力した特徴画像を圧縮する役割を果たし、特徴画像を小さくし、ネットワーク計算の複雑さを低減させるとともに、特徴圧縮を行い、特徴画像上の主要特徴を抽出することができ、この主要特徴は上記特徴画像に対応する結晶特徴である。 The pooling layer serves to compress the input feature image, making the feature image smaller, reducing the complexity of network calculations, and performing feature compression to extract the main features on the feature image. The feature is a crystal feature corresponding to the feature image.
ここで、プーリング層の出力次元数の計算式は以下のとおりである。
式中、プーリング層poolのカーネルのサイズはF2である。
Here, the formula for calculating the number of output dimensions of the pooling layer is as follows.
In the equation, the size of the kernel of the pooling layer pool is F2.
S124:完全接続層を用いて、同一顕微鏡画像に対応する全ての特徴画像の結晶特徴を接続し、分類器によって顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶タイプに対応する結晶特徴を決定する。 S124: A fully connected layer is used to connect the crystal features of all feature images corresponding to the same microscopic image, and the classifier determines the crystal type of the microscopic image and the crystal features corresponding to the crystal type.
完全接続層は同一顕微鏡画像上の全ての結晶特徴を接続し、出力した結晶特徴を分類器に入力し、分類器によって顕微鏡画像の結晶タイプ及び該結晶タイプに対応する結晶特徴を決定する。 The fully connected layer connects all the crystal features on the same microscope image, inputs the output crystal features to the classifier, and determines the crystal type of the microscope image and the crystal features corresponding to the crystal type by the classifier.
S125:顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶特徴を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の種類ごとにディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを作成する。 S125: A deep convolutional neural network model is created for each type of calcium oxalate crystal using the crystal type and crystal characteristics of the microscope image.
各ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルは対応するシュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴を識別することができ、該結晶特徴を識別した後、該結晶特徴を対応するシュウ酸カルシウムのタイプとマッチングさせる。例えば、ヤカン、ゴカヒ、ハンゲ、コウカヒ、及びジコッピの対照生薬の顕微鏡画像の結晶タイプ並びに結晶特徴をそれぞれ使用し、シュウ酸カルシウム柱状結晶のニューラルネットワークモデル、シュウ酸カルシウムクラスタ状結晶のニューラルネットワークモデル、シュウ酸カルシウム針状結晶のニューラルネットワークモデル、シュウ酸カルシウム角柱状結晶のニューラルネットワークモデル、及びシュウ酸カルシウム砂状結晶のニューラルネットワークモデルをそれぞれ作成し、それにより、シュウ酸カルシウム柱状結晶、クラスタ状結晶、針状結晶、角柱状結晶、及び砂状結晶の顕微鏡画像の結晶特徴をそれぞれ識別する。 Each deep convolutional neural network model can identify the crystal features of the corresponding calcium oxalate crystals, and after identifying the crystal features, match the crystal features with the corresponding calcium oxalate type. For example, a neural network model of calcium oxalate columnar crystals, a neural network model of calcium oxalate clustered crystals, using the crystal types and crystal characteristics of microscopic images of Yakan, Gokahi, Hange, Koukahi, and Zikoppi control biopharmaceuticals, respectively. A neural network model of calcium oxalate needle-like crystals, a neural network model of calcium oxalate prismatic crystals, and a neural network model of calcium oxalate sandy crystals were created, respectively, thereby forming calcium oxalate columnar crystals and clustered crystals. , Needle-shaped crystals, prismatic crystals, and sand-like crystals, respectively, to identify the crystal features of the microscopic images.
本出願の実施例による技術的解決手段では、複数層の畳み込み層を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得て、次に、プーリング層を用いてシュウ酸カルシウム結晶の特徴画像に特徴圧縮を行い、特徴画像に対応する結晶タイプを得て、さらに分類器によって顕微鏡画像の結晶タイプ及び該結晶タイプに対応する結晶特徴を決定し、それにより、シュウ酸カルシウム結晶の種類ごとにディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを作成し、該ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルによって対応するタイプシュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴を識別し、該結晶特徴を識別することにより、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶のタイプを決定する。 In the technical solution according to the embodiment of the present application, a plurality of folding layers are used to perform a folding operation on a microscopic image of a calcium oxalate crystal to obtain a characteristic image of the calcium oxalate crystal, and then a pooling layer. The feature image of the calcium oxalate crystal is feature-compressed using, the crystal type corresponding to the feature image is obtained, and the crystal type of the microscopic image and the crystal feature corresponding to the crystal type are further determined by a classifier. Create a deep convolutional neural network model for each type of calcium oxalate crystal, identify the crystal characteristics of the corresponding type calcium oxalate crystal by the deep convolutional neural network model, and collect by identifying the crystal characteristics. Determine the type of calcium oxalate crystals contained in the sample.
S130:ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得する。 S130: Using a deep convolutional neural network model, feature matching is performed on the microscopic image of the collected sample, and the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample is obtained.
異なるディープ畳み込みニューラルネットワークモデルによって様々な結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶が識別され、様々な結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴が得られる。このようにして、採取試料の顕微鏡画像が該ディープ畳み込みニューラルネットワークに入力されると、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルは、該顕微鏡画像に結晶特徴のマッチングを行い、結晶特徴により該採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶のタイプを決定する。例えば、上記採取試料の顕微鏡画像を、異なるディープ畳み込みニューラルネットワークモデルで識別されたシュウ酸カルシウム柱状結晶、クラスタ状結晶、針状結晶、角柱状結晶、及び砂状結晶モデルのうちのいずれか1つとマッチングさせると、対応する結晶タイプ情報が生成される。 Different deep convolutional neural network models identify different crystal types of calcium oxalate crystals and provide the crystal characteristics of different crystal types of calcium oxalate crystals. In this way, when the microscopic image of the collected sample is input to the deep convolutional neural network, the deep convolutional neural network model matches the crystal features with the microscopic image, and the oxalate contained in the collected sample according to the crystal characteristics. Determine the type of calcium oxalate crystals. For example, the microscopic image of the collected sample is taken with any one of calcium oxalate columnar crystals, clustered crystals, acicular crystals, prismatic crystals, and sandy crystal models identified by different deep convolutional neural network models. When matched, the corresponding crystal type information is generated.
S140:採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力する。 S140: The identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample is generated and output according to the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample.
採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプが得られると、対応するシュウ酸カルシウム結晶の同定結果が生成され、それにより、シュウ酸カルシウム結晶の迅速で正確な同定が可能である。 Once the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the sample is obtained, the corresponding calcium oxalate crystal identification result is generated, which enables rapid and accurate identification of the calcium oxalate crystal.
図5に示すように、該採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力するステップは、具体的には、ステップS141~S143を含む。 As shown in FIG. 5, the steps for generating and outputting the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample according to the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample are specifically steps S141 to S143. including.
S141:採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプが決定されたかどうか。ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルにはシュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴と結晶タイプとの対応関係が記憶されており、ステップS130で採取試料におけるシュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴がマッチングすると、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプが決定され得る。 S141: Whether the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample has been determined. The deep convolution neural network model stores the correspondence between the crystal characteristics of the calcium oxalate crystal and the crystal type. When the crystal characteristics of the calcium oxalate crystal in the collected sample are matched in step S130, the shu contained in the collected sample is stored. The crystal type of calcium oxalate crystals can be determined.
S142:ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルが採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得した場合、採取試料の結晶タイプ情報、採取試料のステッチ結晶特徴画像、及び採取試料の試料結晶の特徴画像を生成して出力する。採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得した場合、採取試料の結晶特徴の画像だけをステッチしてもよく、このようにすれば、ユーザにより明瞭な画像を表示する。例えば、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルがクラスタ状結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶を検出した場合、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルは該シュウ酸カルシウムクラスタ状結晶の画像をステッチし、それにより、ユーザに明瞭かつ細かい画像を表示する。 S142: When the deep convolution neural network model acquires the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample, the crystal type information of the collected sample, the stitch crystal characteristic image of the collected sample, and the characteristic image of the sample crystal of the collected sample are obtained. Generate and output. When the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample is acquired, only the image of the crystal characteristics of the collected sample may be stitched, and in this way, a clearer image is displayed by the user. For example, if the deep convolutional neural network model detects a clustered crystal type calcium oxalate crystal, the deep convolutional neural network model stitches an image of the calcium oxalate clustered crystal, thereby giving the user a clear and detailed image. Is displayed.
又は、
S143:ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルが採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得していない場合、採取試料のステッチ顕微鏡画像を生成して出力する。ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルが採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得していないと、該採取試料にシュウ酸カルシウム結晶が含まれていないことが分かり、このように採取試料の全部のステッチ顕微鏡画像を生成すると、採取試料の全体の形態が表示され、関連する操作者がこの採取試料の微細構造を明確に検索して把握することができる。
Or,
S143: When the deep convolutional neural network model does not acquire the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the sample, a stitch microscope image of the sample is generated and output. If the deep convolutional neural network model does not acquire the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample, it is found that the collected sample does not contain the calcium oxalate crystal, and thus all of the collected sample. When the stitch microscopic image is generated, the entire morphology of the collected sample is displayed, and the related operator can clearly search and understand the microstructure of the collected sample.
ここで、採取試料のステッチ顕微鏡画像を生成する方法は、具体的には、以下のステップを含む。 Here, the method of generating a stitch microscopic image of the collected sample specifically includes the following steps.
即ち、ステッチアルゴリズムを用いて同一採取試料に対応する各顕微鏡画像の画像画素座標と空間物理座標との間の変換マトリックスを算出するステップを含む。通常、同一採取試料について複数の顕微鏡画像を取得する必要があり、かつ、各顕微鏡画像の画像画素座標が異なり、このため、採取試料のステッチ顕微鏡画像を得るには、ステッチアルゴリズムを用いて画像画素座標と実空間中の空間物理座標との間の変換マトリックスを算出することにより、全ての顕微鏡画像をステッチする必要がある。 That is, it includes a step of calculating a conversion matrix between the image pixel coordinates and the spatial physical coordinates of each microscope image corresponding to the same sample sample using a stitch algorithm. Normally, it is necessary to acquire multiple microscope images for the same sample, and the image pixel coordinates of each microscope image are different. Therefore, in order to obtain a stitch microscope image of the sample, image pixels are used using a stitch algorithm. All microscopic images need to be stitched by calculating the transformation matrix between the coordinates and the spatial physical coordinates in real space.
変換マトリックスに従って、同一座標系下で同一採取試料の全ての顕微鏡画像をステッチし、ステッチ顕微鏡画像を得るステップを含む。変換マトリックスを使用することにより、実際の空間物理座標に従って、同一座標系下で全ての顕微鏡画像をステッチし、ステッチ顕微鏡画像を得て、該採取試料全体の形態を得ることができる。また、隣り合う2枚の画像のステッチ結果画素がずれるという問題が生じる場合、完全なステッチ顕微鏡画像を得るために画像グレースケール特徴に基づくテンプレートマッチング方法によってマッチング最適化を行う。ステッチ結晶特徴画像の取得方法は同様であるため、ここでは詳しく説明しない。 It comprises the step of stitching all microscopic images of the same sample taken under the same coordinate system according to the transformation matrix to obtain a stitched microscopic image. By using the transformation matrix, all microscopic images can be stitched under the same coordinate system according to the actual spatial and physical coordinates, stitched microscopic images can be obtained, and the morphology of the entire sample to be collected can be obtained. Further, when there is a problem that the stitch result pixels of two adjacent images are displaced, matching optimization is performed by a template matching method based on an image grayscale feature in order to obtain a complete stitch microscope image. Since the method of acquiring the stitch crystal feature image is the same, it will not be described in detail here.
以上のように、本出願の実施例による顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法では、複数種の結晶タイプの前記シュウ酸カルシウム結晶を含むシュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得し、次に、ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて前記訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するための、様々なタイプのシュウ酸カルシウム結晶の特徴を識別可能なディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得て、次に、訓練済みのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、前記採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得し、前記採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、前記採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力する。 As described above, in the intelligent identification method of calcium oxalate crystal based on the microscopic image according to the embodiment of the present application, training data of calcium oxalate crystal including the calcium oxalate crystal of a plurality of crystal types is acquired, and the following In addition, the training data was trained using a deep convolutional neural network to obtain a deep convolutional neural network model capable of identifying the characteristics of various types of calcium oxalate crystals for identifying calcium oxalate crystals. In addition, feature matching was performed on the microscopic image of the collected sample using a trained deep convolution neural network model to obtain the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample, and the calcium oxalate contained in the collected sample was obtained. The identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample is generated and output according to the crystal type of the crystal.
本出願の実施例によるシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法は、人工知能方法を用いて訓練することで、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得て、採取試料におけるシュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴を自動的にマッチングさせることにより、該シュウ酸カルシウム結晶のタイプを自動的に識別し、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定構造を出力するものであり、人工同定方法では操作者が手動で操作するため、主観的な要因による誤差が大きく、描画に時間がかかり、しかも作業効率が低いなどの従来技術の問題を解決する。 The intelligent identification method of calcium oxalate crystals according to the examples of the present application obtains a deep convolution neural network model by training using an artificial intelligence method, and automatically characterizes the crystal characteristics of calcium oxalate crystals in a sample. By matching, the type of the calcium oxalate crystal is automatically identified, and the identification structure of the calcium oxalate crystal of the collected sample is output. In the artificial identification method, the operator manually operates it, so that it is subjective. It solves the problems of the conventional technology such as large error due to various factors, time-consuming drawing, and low work efficiency.
また、図6に示すように、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行う上記ステップS130の前、前記シュウ酸カルシウム結晶同定方法は、ステップS200をさらに含む。 Further, as shown in FIG. 6, before the step S130 of performing feature matching on the microscopic image of the collected sample using the deep convolutional neural network model, the calcium oxalate crystal identification method further includes step S200.
S200:顕微鏡画像自動収集装置を用いて通常光源視野と偏光光源視野での採取試料の顕微鏡画像をそれぞれ撮影する。 S200: A microscope image of a sample collected in a normal light source field of view and a polarized light source field of view is taken by using an automatic microscope image collecting device.
従来のシュウ酸カルシウム結晶顕微鏡画像の収集方法では、通常光源視野でのシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像だけを撮影する場合が多い。ただし、このような画像収集方法では、撮影過程において照明むらが存在するため、シュウ酸カルシウム結晶の一部が採取試料の他の構造と混同する可能性があり、このため、シュウ酸カルシウム結晶を完全かつ正確に特定することが困難であり、誤判定を引き起こしやすい。したがって、本出願の実施例では、顕微鏡画像自動収集装置を用いて通常光源視野と偏光光源視野での採取試料の顕微鏡画像をそれぞれ撮影することができ、このように2つの光源視野を組み合わせて、明瞭なシュウ酸カルシウム結晶構造を取得し、シュウ酸カルシウム結晶の識別精度を向上させることができる。 In the conventional method of collecting a calcium oxalate crystal microscope image, it is often the case that only a microscope image of a calcium oxalate crystal is taken in a normal light source field of view. However, in such an image collection method, there is uneven illumination in the imaging process, so that a part of the calcium oxalate crystal may be confused with the other structure of the collected sample. Therefore, the calcium oxalate crystal is used. It is difficult to identify completely and accurately, and it is easy to cause a misjudgment. Therefore, in the embodiment of the present application, the microscope image of the sample collected in the normal light source field of view and the polarized light source field of view can be taken by using the automatic microscope image collecting device, and the two light source fields of view are combined in this way. A clear calcium oxalate crystal structure can be obtained, and the identification accuracy of the calcium oxalate crystal can be improved.
図1及び図7に示すように、該顕微鏡画像自動収集装置を用いて通常光源視野と偏光光源視野での採取試料の顕微鏡画像をそれぞれ撮影する方法は、具体的には、ステップS210~S230を含む。 As shown in FIGS. 1 and 7, the method of taking the microscope images of the sample collected in the normal light source field of view and the polarized light source field of view by using the microscope image automatic collecting device is specifically described in steps S210 to S230. include.
S210:所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて水平運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御する。 S210: The stage of the microscope is controlled by using a control box so as to perform horizontal motion in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory.
S220:所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて垂直運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御し、ステージ上の採取試料をリアルタイムで追跡して合焦する。 S220: The stage of the microscope is controlled by using a control box so as to perform vertical motion in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory, and the sample collected on the stage is tracked and focused in real time.
S230:デジタル撮像装置を用いて、所定の時間間隔で採取試料の顕微鏡画像を複数回撮影する。 S230: Using a digital image pickup device, microscopic images of the collected sample are taken a plurality of times at predetermined time intervals.
本出願の実施例による技術的解決手段では、コントロールボックスの運動制御カードは3台のステッピングモータを制御して正確に運動させ、それにより、ステージはそれぞれX、Y、Zの3つの互いに垂直な方向の軸方向において運動し、ここで、図8に示すように、X軸とY軸での運動により顕微鏡のスライドガラス(又はステージ)が水平に移動しながら収集し、またステージがZ軸の方向に沿って垂直に移動することにより、採取試料がリアルタイムで追跡されて焦点を合わせ、観察過程にわたり明瞭な画像が表示される。ステージがX、Y及びZの3つの互いに垂直な方向の軸方向に沿って運動するときに、デジタル撮像デバイスは所定の時間間隔で採取試料の顕微鏡画像を複数回撮影し、同一採取試料の複数の顕微鏡画像をリアルタイムで取得し、コンピュータが同一採取試料に対して処理を複数回繰り返すことに有利である。ここで、普通光と偏光の2つの光源視野では画像の収集ステップが同じである。 In a technical solution according to an embodiment of the present application, the motion control card of the control box controls and accurately motions three stepping motors, whereby the stages are three perpendicular to each other, X, Y, Z, respectively. It moves in the axial direction of the direction, and here, as shown in FIG. 8, the slide glass (or stage) of the microscope moves horizontally due to the movement in the X-axis and the Y-axis to collect, and the stage is in the Z-axis. By moving vertically along the direction, the sample collected is tracked and focused in real time, displaying a clear image throughout the observation process. As the stage moves along the three axial directions perpendicular to each other, X, Y and Z, the digital imaging device takes multiple microscopic images of the sample taken at predetermined time intervals and multiple samples of the same sample. It is advantageous for the computer to acquire the microscopic image of the same sample in real time and repeat the process multiple times for the same sample. Here, the image acquisition step is the same for the two light source fields of view of ordinary light and polarized light.
顕微鏡の具体的な移動経路は図8に示される。点Aはデジタル撮像デバイスの初期座標点であり、顕微鏡スライドガラスはまずA点に調整され、次にY軸の横方向に沿って移動し、さらにX軸の縦方向に沿って移動し、このようにn(nは0よりも大きい正の整数)回繰り返し、それにより、対照生薬又は採取試料を水平に移動させることによって、収集対象領域全体がカバーされる。顕微鏡がX軸とY軸で運動することによって、顕微鏡のスライドガラス上の顕微鏡画像が収集され、ステージがZ軸方向にて運動することによって、顕微鏡がリアルタイムで追跡されて焦点を合わせ、過程にわたり複数の明瞭な顕微鏡画像が撮影される。 The specific movement path of the microscope is shown in FIG. Point A is the initial coordinate point of the digital imaging device, the microscope slide glass is first adjusted to point A, then moves along the horizontal direction of the Y axis, and then moves along the vertical direction of the X axis. As such, n (n is a positive integer greater than 0) is repeated, thereby covering the entire collection area by horizontally moving the control drug or sample. As the microscope moves in the X-axis and Y-axis, microscope images on the microscope slides are collected, and as the stage moves in the Z-axis direction, the microscope is tracked and focused in real time and over the course of the process. Multiple clear microscopic images are taken.
また、好ましい実施例として、元のシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法では、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力する元のステップS140の後、本出願の実施例の前記方法は、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプをマークするステップと、採取試料の顕微鏡画像とマークした結晶タイプを訓練データに追加するステップとをさらに含む。 Further, as a preferred embodiment, in the intelligent identification method of the original calcium oxalate crystal, after the original step S140 of generating and outputting the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample, the method of the embodiment of the present application is performed. Further includes a step of marking the crystal type of the calcium oxalate crystals contained in the collected sample and a step of adding the microscopic image of the collected sample and the marked crystal type to the training data.
本出願の実施例による技術的解決手段では、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプをマークした後、該採取試料の顕微鏡画像とマークした結晶タイプとを訓練データに追加することによって、ディープ畳み込みニューラルネットワークの訓練サンプルを強化させるとともに、ディープ畳み込みニューラルネットワークの同定能力を高める。 In the technical solution according to the embodiment of the present application, after marking the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample, the microscopic image of the collected sample and the marked crystal type are added to the training data. Strengthen the training sample of the deep convolutional neural network and enhance the identification ability of the deep convolutional neural network.
また、上記方法の実施例と同様な構想に基づいて、本発明の実施例は、本発明の上記方法を実現するための、顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定システムをさらに提供し、該システムの実施例は、解決する問題の原理が上記方法と類似しているので、少なくとも上記実施例の技術的解決手段による全ての有益な効果を有し、ここでは詳しく説明しない。 Further, based on the same concept as the embodiment of the above method, the embodiment of the present invention further provides an intelligent identification system for calcium oxalate crystals based on a microscope image for realizing the above method of the present invention. The embodiments of the system have at least all the beneficial effects of the technical solutions of the embodiments, as the principle of the problem to be solved is similar to the method described above, and will not be described in detail herein.
図10を参照し、図10は本発明の実施例による顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定システムの構造模式図である。図10に示すように、該顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定システムは、
シュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得するためのデータ取得モジュール110であって、訓練データは複数種の結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶を含むデータ取得モジュール110と、
ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するためのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得るためのニューラルネットワークモジュール120と、
ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得するための特徴マッチングモジュール130と、
採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成するための結果生成モジュール140と、
採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を出力するための結果出力モジュール150と、を含む。
With reference to FIG. 10, FIG. 10 is a structural schematic diagram of an intelligent identification system for calcium oxalate crystals based on microscopic images according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the intelligent identification system for calcium oxalate crystals based on the microscopic image is
It is a
A
A
A
It includes a
以上のように、本出願の実施例による顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定システムでは、データ取得モジュール110はシュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得し、該訓練データは複数種の結晶タイプの前記シュウ酸カルシウム結晶を含み、次に、ニューラルネットワークモジュール120は、ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いてデータ取得モジュール110により取得された訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するためのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得て、該ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルは、様々なタイプのシュウ酸カルシウム結晶の特徴を識別し、次に、特徴マッチングモジュール130は、訓練済みのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得し、次に、結果生成モジュール140及び結果出力モジュール150は、採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、前記採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力する。
As described above, in the intelligent identification system for calcium oxalate crystals based on the microscopic images according to the examples of the present application, the
本出願の実施例によるシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定システムは、人工知能方法を用いて訓練することで、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得て、採取サンプルにおけるシュウ酸カルシウム結晶の結晶特徴を自動的にマッチングさせることにより、該シュウ酸カルシウム結晶のタイプを自動的に識別し、採取サンプルのシュウ酸カルシウム結晶の同定構造を出力するものであり、人工同定方法では操作者が手動で操作するため、主観的な要因による誤差が大きく、描画に時間がかかり、しかも作業効率が低いなどの従来技術の問題を解決する。 The intelligent identification system for calcium oxalate crystals according to the examples of this application obtains a deep convolution neural network model by training using an artificial intelligence method, and automatically characterizes the crystal characteristics of calcium oxalate crystals in the collected sample. By matching, the type of the calcium oxalate crystal is automatically identified, and the identification structure of the calcium oxalate crystal of the collected sample is output. In the artificial identification method, the operator manually operates it, so that it is subjective. It solves the problems of the conventional technology such as large error due to various factors, time-consuming drawing, and low work efficiency.
図11に示すように、該ニューラルネットワークモジュール120は、
訓練データに含まれるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を畳み込み層に入力するための画像入力サブモジュール121と、
複数層の畳み込み層を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得るための畳み込み操作サブモジュール122と、
プーリング層を用いてシュウ酸カルシウム結晶の特徴画像に特徴圧縮を行い、特徴画像に対応する結晶特徴を得るための特徴圧縮サブモジュール123と、
完全接続層を用いて、同一顕微鏡画像に対応する全ての特徴画像の結晶特徴を接続するための特徴接続サブモジュール124と、
分類器によって顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶タイプに対応する結晶特徴を決定するための結晶分類サブモジュール125と、
顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶特徴を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の種類ごとにディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを作成するためのモデル作成サブモジュール126と、を含む。
As shown in FIG. 11, the
An
A
A
A
A
Includes a
また、好ましい実施例として、図12を参照し、本実施例によるシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定システムは、図10に示す各構造モジュールに加えて、顕微鏡画像自動収集装置を用いて通常光源視野と偏光光源視野での採取試料の顕微鏡画像をそれぞれ撮影するための画像撮影モジュール160をさらに含み、
画像撮影モジュール160は、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて水平運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御するための運動制御サブモジュール161と、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて垂直運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御し、ステージ上の採取試料をリアルタイムで追跡して合焦するための合焦制御サブモジュール162と、
デジタル撮像装置を用いて、所定の時間間隔で採取試料の顕微鏡画像を複数回撮影するための画像撮影サブモジュール163と、を含む。
Further, as a preferred embodiment, refer to FIG. 12, and the intelligent identification system for calcium oxalate crystals according to this embodiment uses a normal light source field of view using an automatic microscope image acquisition device in addition to each structural module shown in FIG. It also includes an
The
A
A focus control submodule for controlling the stage of the microscope using a control box to perform vertical movement in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory, and tracking and focusing the sample collected on the stage in real time. 162 and
Includes an
また、本出願の実施例はコンピュータ読み取り可能な記憶媒体をさらに提供し、該コンピュータ読み取り可能な記憶媒体には顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法のプログラムが記憶されており、該顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法のプログラムはプロセッサによって実行されると、上記のいずれかの技術的解決手段に記載のシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法のステップを実現する。 In addition, the examples of the present application further provide a computer-readable storage medium, in which the computer-readable storage medium stores a program of an intelligent identification method for calcium oxalate crystals based on a microscope image, and the microscope is stored. The image-based intelligent identification method program for calcium oxalate crystals, when executed by a computer, implements the steps of the intelligent identification method for calcium oxalate crystals described in any of the above technical solutions.
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の具体的な実施例は上記顕微鏡画像に基づくシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法の各実施例とほぼ同じであるので、ここでは詳細な説明を省略する。 Since the specific examples of the computer-readable storage medium of the present invention are substantially the same as the examples of the intelligent identification method for calcium oxalate crystals based on the above-mentioned microscopic images, detailed description thereof will be omitted here.
当業者にとって明らかなように、本発明の実施例は、方法、システム、又はコンピュータプログラム製品として提供されてもよい。したがって、本発明は、完全なハードウェア実施例、完全なソフトウェア実施例、又はソフトウェアとハードウェアを組み合わせた実施例の形態であってもよい。さらに、本発明はコンピュータにより利用可能なプログラムコードを含む1つ以上のコンピュータ利用可能な記憶媒体(磁気ディスクメモリ、CD-ROM、光メモリなどを含むが、これらに限定されない)で実施されるコンピュータプログラム製品の形態とされてもよい。 As will be apparent to those of skill in the art, embodiments of the present invention may be provided as methods, systems, or computer program products. Accordingly, the invention may be in the form of a complete hardware embodiment, a complete software embodiment, or a combination of software and hardware embodiments. Further, the present invention is a computer program implemented in one or more computer-usable storage media including, but not limited to, magnetic disk memory, CD-ROM, optical memory, etc., including program code available by the computer. It may be in the form of a product.
本発明は、本発明の実施例にかかる方法、デバイス(システム)、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び/又はブロック図を参照して説明されている。なお、コンピュータプログラム命令によってフローチャート及び/又はブロック図のそれぞれのフロー及び/又はブロック、及びフローチャート及び/又はブロック図のフロー及び/又はブロックの組み合わせを実現することができる。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、組み込みプロセッサや他のプログラム可能データ処理デバイスのプロセッサに適用されて機械を構成し、それにより、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理デバイスのプロセッサで実行される命令はフローチャートの1つのフロー又は複数のフロー及び/又はブロック図の1つのブロック又は複数のブロックで指定される機能を実現するための装置を構成する。 The present invention is described with reference to flowcharts and / or block diagrams of methods, devices (systems), and computer program products according to embodiments of the present invention. It should be noted that a combination of each flow and / or block of the flowchart and / or the block diagram and the flow and / or the block of the flowchart and / or the block diagram can be realized by a computer program instruction. These computer program instructions are applied to the processors of general purpose computers, dedicated computers, embedded processors and other programmable data processing devices to form machines, thereby executing on computers or the processors of other programmable data processing devices. The instructions given constitute a device for realizing a function specified by one flow or a plurality of flows and / or a block of a block diagram.
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理デバイスをガイドして特定の方式で作動させるコンピュータ読み取り可能なメモリに記憶されてもよく、このようにして、該コンピュータ読み取り可能なメモリに記憶された命令は命令装置を含む製品を構成し、該命令装置はフローチャートの1つのフロー又は複数のフロー及び/又はブロック図の1つのブロック又は複数のブロックで指定された機能を実現する。 These computer program instructions may be stored in a computer-readable memory that guides the computer or other programmable data processing device to operate in a particular manner, thus in the computer-readable memory. The stored instructions constitute a product including an instruction device, which realizes a function specified by one flow or multiple flows and / or one block of a block diagram.
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理デバイスにインストールされて、コンピュータ又は他のプログラム可能デバイス上で一連の操作ステップを実行してコンピュータにより実現される処理を発生させてもよく、それにより、コンピュータ又は他のプログラム可能デバイス上で実行される命令は、フローチャートの1つのフロー又は複数のフロー及び/又はブロック図の1つのブロック又は複数のブロックで指定される機能を実現するステップを提供する。 These computer program instructions may be installed on a computer or other programmable data processing device to perform a series of operational steps on the computer or other programmable device to generate the processing achieved by the computer. , Thereby an instruction executed on a computer or other programmable device realizes the function specified by one or more flows and / or one block of the block diagram. I will provide a.
注意すべきものとして、請求項では、括弧内のいずれの参照符号も請求項を制限するものではない。用語「含む」は、請求項に記載されていない部材又はステップを含む場合を排除しない。部材の間に記載の用語「一」又は「1つ」はこのような部材が複数存在する場合を排除しない。本発明は、異なる部材を複数含むハードウェア及び適切にプログラムされているコンピュータによって実現されてもよい。いくつかの装置のユニットが挙げられた請求項では、これらの装置のうち、いくつかは同一のハードウェアによって具現化されてもよい。「第1」、「第2」、及び「第3」などの用語の使用はいかなる順番を示すものでもない。これらの用語を名称として解釈してもよい。 It should be noted that in the claims, no reference code in parentheses limits the claim. The term "contains" does not exclude cases that include members or steps not described in the claims. The term "one" or "one" described between the members does not exclude the case where a plurality of such members are present. The present invention may be realized by hardware including a plurality of different members and a properly programmed computer. In the claims in which the units of several devices are listed, some of these devices may be embodied in the same hardware. The use of terms such as "first", "second", and "third" does not indicate any order. These terms may be interpreted as names.
本発明の好ましい実施例を説明したが、当業者が基本的な創造の概念を把握すると、これらの実施例についてさらなる変更や修正を行うことができる。このため、添付の特許請求の範囲は、好ましい実施例及び本発明の範囲内の全ての変更や修正を含むものとして解釈すべきである。 Although preferred embodiments of the present invention have been described, those skilled in the art will be able to make further changes and modifications to these embodiments once they have a basic concept of creation. For this reason, the appended claims should be construed as including preferred embodiments and all modifications and amendments within the scope of the invention.
明らかに、当業者であれば、本発明について本発明の主旨や範囲を逸脱することなく、様々な変化や変形を行うことができる。このため、本発明のこれらの修正や変形が本発明の特許請求の範囲及びそれと等同の技術的範囲に属すると、本発明はこれらの変化や変形も含むことを意図している。 Obviously, one of ordinary skill in the art can make various changes and modifications to the present invention without departing from the gist and scope of the present invention. Therefore, if these modifications or modifications of the present invention belong to the claims of the present invention and the same technical scope thereof, the present invention is intended to include these changes and modifications.
Claims (10)
シュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得するステップであって、前記訓練データは複数種の結晶タイプの前記シュウ酸カルシウム結晶を含むステップと、
ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて前記訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するためのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得るステップと、
前記ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、前記採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得するステップと、
前記採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、前記採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成して出力するステップと、を含む、ことを特徴とするインテリジェント同定方法。 An intelligent identification method for calcium oxalate crystals based on microscopic images.
It is a step of acquiring the training data of the calcium oxalate crystal, and the training data includes a step including the calcium oxalate crystal of a plurality of crystal types and a step.
Steps to train the training data using a deep convolutional neural network to obtain a deep convolutional neural network model for identifying calcium oxalate crystals.
The step of performing feature matching on the microscopic image of the collected sample using the deep convolutional neural network model and acquiring the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample, and
An intelligent identification method comprising a step of generating and outputting an identification result of a calcium oxalate crystal of the collected sample according to a crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample.
様々な結晶タイプのシュウ酸カルシウム結晶をそれぞれ含有する生薬を複数種選択するステップと、
各生薬におけるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を撮影するステップと、
前記顕微鏡画像内のシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプをマークするステップと、
各シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像と結晶タイプを用いて、それぞれの前記シュウ酸カルシウム結晶の訓練データをそれぞれ生成するステップと、を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法。 The step of acquiring training data for calcium oxalate crystals is
Steps to select multiple crude drugs containing various crystal types of calcium oxalate crystals,
Steps to take microscopic images of calcium oxalate crystals in each herbal medicine,
The step of marking the crystal type of calcium oxalate crystals in the microscopic image,
The calcium oxalate crystal according to claim 1, comprising a step of generating training data for each of the calcium oxalate crystals using a microscopic image and a crystal type of each calcium oxalate crystal. Intelligent identification method.
ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて前記訓練データを訓練し、ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得る前記ステップは、
前記訓練データに含まれるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を前記畳み込み層に入力するステップと、
複数層の前記畳み込み層を用いて前記シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、前記シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得るステップと、
前記プーリング層を用いて前記シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像に特徴圧縮を行い、前記特徴画像に対応する結晶特徴を得るステップと、
完全接続層を用いて、同一顕微鏡画像に対応する全ての特徴画像の結晶特徴を接続し、分類器によって前記顕微鏡画像の結晶タイプ及び前記結晶タイプに対応する結晶特徴を決定するステップと、
前記顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶特徴を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の種類ごとにディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを作成するステップと、を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法。 The deep convolutional neural network includes a convolutional layer, a pooling layer and a fully connected layer.
The step of training the training data using a deep convolutional neural network to obtain a deep convolutional neural network model is
A step of inputting a microscopic image of calcium oxalate crystals contained in the training data into the convolution layer, and
A step of performing a convolution operation on a microscopic image of the calcium oxalate crystal using the plurality of convolutional layers to obtain a characteristic image of the calcium oxalate crystal.
A step of performing feature compression on a feature image of the calcium oxalate crystal using the pooling layer to obtain crystal features corresponding to the feature image, and
A step of connecting the crystal features of all feature images corresponding to the same microscope image using a fully connected layer and determining the crystal type of the microscope image and the crystal features corresponding to the crystal type by a classifier.
The calcium oxalate crystal according to claim 1, comprising a step of creating a deep convolutional neural network model for each type of calcium oxalate crystal using the crystal type and crystal characteristics of the microscopic image. Intelligent identification method.
The step of performing a convolution operation on a microscopic image of the calcium oxalate crystal using a plurality of convolutional layers to obtain a characteristic image of the calcium oxalate crystal is
顕微鏡画像自動収集装置を用いて通常光源視野と偏光光源視野での採取試料の顕微鏡画像をそれぞれ撮影するステップをさらに含み、
顕微鏡画像自動収集装置を用いて通常光源視野と偏光光源視野での採取試料の顕微鏡画像をそれぞれ撮影する前記ステップは、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて水平運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御するステップと、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて垂直運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御し、ステージ上の採取試料をリアルタイムで追跡して合焦するステップと、
デジタル撮像装置を用いて、所定の時間間隔で前記採取試料の顕微鏡画像を複数回撮影するステップと、を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法。 Before the step of feature matching microscopic images of sample samples using a deep convolutional neural network model,
It also includes the steps of taking microscopic images of the sample taken in the normal light source field of view and the polarized light source field of view using an automatic microscope image collector.
The above step of taking a microscope image of a sample collected in a normal light source field of view and a polarized light source field of view using an automatic microscope image collecting device is described in the above step.
A step of controlling the stage of the microscope using a control box so that horizontal motion is performed in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory.
A step of controlling the stage of the microscope using a control box to perform vertical motion in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory, and tracking and focusing the sample collected on the stage in real time.
The intelligent identification method for a calcium oxalate crystal according to claim 1, comprising: taking a microscopic image of the collected sample a plurality of times at predetermined time intervals using a digital image pickup apparatus.
前記ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルが前記採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得した場合、前記採取試料の結晶タイプ情報と前記採取試料のステッチ結晶特徴画像を生成して出力し、又は、
前記ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルが前記採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得していない場合、前記採取試料のステッチ顕微鏡画像を生成して出力するステップを含む、ことを特徴とする請求項1に記載のシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法。 The step of generating and outputting the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample according to the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample is
When the deep convolutional neural network model acquires the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample, the crystal type information of the collected sample and the stitch crystal characteristic image of the collected sample are generated and output, or
If the deep convolutional neural network model does not acquire the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the sample, the claim comprises a step of generating and outputting a stitch microscopic image of the sample. Item 2. The method for intelligently identifying calcium oxalate crystals according to Item 1.
ステッチアルゴリズムを用いて同一採取試料に対応する各顕微鏡画像の画像画素座標と空間物理座標との間の変換マトリックスを算出するステップと、
前記変換マトリックスに従って、同一座標系下で前記同一採取試料の全ての顕微鏡画像をステッチし、前記ステッチ顕微鏡画像を得るステップと、を含む、ことを特徴とする請求項6に記載のシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定方法。 The step of generating a stitched microscopic image of a sample is
The step of calculating the transformation matrix between the image pixel coordinates and the spatial physical coordinates of each microscope image corresponding to the same sample collected using the stitch algorithm, and
The calcium oxalate crystal according to claim 6, comprising stitching all microscopic images of the same sample sample under the same coordinate system according to the conversion matrix to obtain the stitched microscopic images. Intelligent identification method.
シュウ酸カルシウム結晶の訓練データを取得するためのデータ取得モジュールであって、前記訓練データは複数種の結晶タイプの前記シュウ酸カルシウム結晶を含むデータ取得モジュールと、
ディープ畳み込みニューラルネットワークを用いて前記訓練データを訓練し、シュウ酸カルシウム結晶を同定するためのディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを得るためのニューラルネットワークモジュールと、
前記ディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを用いて採取試料の顕微鏡画像に特徴マッチングを行い、前記採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプを取得するための特徴マッチングモジュールと、
前記採取試料に含まれるシュウ酸カルシウム結晶の結晶タイプに従って、前記採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を生成するための結果生成モジュールと、
前記採取試料のシュウ酸カルシウム結晶の同定結果を出力するための結果出力モジュールと、を含む、ことを特徴とするインテリジェント同定システム。 An intelligent identification system for calcium oxalate crystals based on microscopic images.
It is a data acquisition module for acquiring training data of calcium oxalate crystals, and the training data includes a data acquisition module including the calcium oxalate crystals of a plurality of crystal types.
A neural network module for training the training data using a deep convolutional neural network to obtain a deep convolutional neural network model for identifying calcium oxalate crystals, and
A feature matching module for performing feature matching on a microscopic image of a sample collected using the deep convolutional neural network model and acquiring the crystal type of calcium oxalate crystals contained in the sample, and a feature matching module.
A result generation module for generating the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample according to the crystal type of the calcium oxalate crystal contained in the collected sample, and the result generation module.
An intelligent identification system comprising: a result output module for outputting the identification result of the calcium oxalate crystal of the collected sample.
前記訓練データに含まれるシュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像を畳み込み層に入力するための画像入力サブモジュールと、
複数層の前記畳み込み層を用いて前記シュウ酸カルシウム結晶の顕微鏡画像に畳み込み操作を行い、前記シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像を得るための畳み込み操作サブモジュールと、
プーリング層を用いて前記シュウ酸カルシウム結晶の特徴画像に特徴圧縮を行い、前記特徴画像に対応する結晶特徴を得るための特徴圧縮サブモジュールと、
完全接続層を用いて、同一顕微鏡画像に対応する全ての特徴画像の結晶特徴を接続するための特徴接続サブモジュールと、
分類器によって前記顕微鏡画像の結晶タイプ及び前記結晶タイプに対応する結晶特徴を決定するための結晶分類サブモジュールと、
前記顕微鏡画像の結晶タイプ及び結晶特徴を用いて、シュウ酸カルシウム結晶の種類ごとにディープ畳み込みニューラルネットワークモデルを作成するためのモデル作成サブモジュールと、を含む、ことを特徴とする請求項8に記載のシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定システム。 The neural network module is
An image input submodule for inputting a microscopic image of calcium oxalate crystals contained in the training data into the convolutional layer, and an image input submodule.
A convolution operation submodule for performing a convolution operation on a microscopic image of the calcium oxalate crystal using the plurality of convolution layers to obtain a characteristic image of the calcium oxalate crystal, and a convolution operation submodule.
A feature compression submodule for performing feature compression on the feature image of the calcium oxalate crystal using the pooling layer to obtain crystal features corresponding to the feature image, and
A feature connection submodule for connecting the crystal features of all feature images corresponding to the same microscope image using a fully connected layer,
A crystal classification submodule for determining the crystal type of the microscope image and the crystal characteristics corresponding to the crystal type by the classifier, and
8. The eighth aspect of claim 8 comprises a model creation submodule for creating a deep convolutional neural network model for each type of calcium oxalate crystal using the crystal type and crystal characteristics of the microscopic image. Intelligent identification system for calcium oxalate crystals.
前記画像撮影モジュールは、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて水平運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御するための運動制御サブモジュールと、
所定の運動軌跡に従って三次元座標系にて垂直運動を行うようにコントロールボックスを用いて顕微鏡のステージを制御し、ステージ上の採取試料をリアルタイムで追跡して合焦するための合焦制御サブモジュールと、
デジタル撮像装置を用いて、所定の時間間隔で前記採取試料の顕微鏡画像を複数回撮影するための画像撮影サブモジュールと、を含む、ことを特徴とする請求項8に記載のシュウ酸カルシウム結晶のインテリジェント同定システム。 It also includes an imaging module for capturing microscopic images of the sample taken in the normal light source field of view and the polarized light source field of view using an automatic microscope image collector.
The image capturing module is
A motion control submodule for controlling the stage of a microscope using a control box to perform horizontal motion in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory.
A focus control submodule for controlling the stage of the microscope using a control box to perform vertical movement in a three-dimensional coordinate system according to a predetermined motion trajectory, and tracking and focusing the sample collected on the stage in real time. When,
The calcium oxalate crystal according to claim 8, which comprises an imaging submodule for taking a microscope image of the collected sample a plurality of times at a predetermined time interval using a digital image pickup apparatus. Intelligent identification system.
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