免疫細胞視頻圖像形變度量方法研究

《免疫細胞視頻圖像形變度量方法研究》是依託北京理工大學，由劉志文擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：免疫細胞視頻圖像形變度量方法研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：劉志文
• 項目類別：面上項目

項目摘要

免疫細胞形變及其運動特性與人體免疫系統是否正常存在關聯性，因此研究免疫細胞視頻圖像形態變化的度量，揭示與定量分析其相關性，具有重要理論意義和廣闊的臨床套用前景。組織活檢是臨床診斷排斥反應的病理學方法，屬於金標準，但存在明顯不足，即有創、耗時、次數受限，同時取材部位影響診斷結果。臨床上醫生通過觀察外周血免疫細胞形變及其運動特性也可診斷排斥反應，但該方法工作量大，且診斷結果帶有人為經驗性和主觀性。本項目針對免疫細胞視頻圖像，研究免疫細胞活性的表征和度量，並對照臨床排斥反應病理診斷結果，建立免疫細胞活性特徵參數與人體免疫抑制水平之間的數學模型，提高臨床診斷排斥反應的快捷性和客觀性。主要研究內容是，免疫細胞形狀表征，細胞質運動場提取，2D細胞動態形變度量與分析，細胞核漿比參數提取，球諧函式3D細胞動態形變度量與分析，免疫細胞視頻圖像形變的度量與免疫排斥反應的定量關係。

結題摘要

免疫細胞形變及其細胞內部運動特性與人體免疫系統是否正常存在關聯性，因此研究免疫細胞視頻圖像形態變化的度量，揭示與定量分析其相關性，具有重要理論意義和廣闊的臨床套用前景。組織活檢是臨床診斷排斥反應的病理學方法，屬於金標準，但存在明顯不足，即有創、耗時、次數受限，同時取材部位影響診斷結果。臨床上醫生通過觀察外周血免疫細胞形變及其運動特性也可輔助診斷排斥反應，但該方法工作量大，且診斷結果帶有人為經驗性和主觀性。針對現存方法的不足，本項目提出基於免疫細胞視頻圖像，來研究免疫細胞活性的表征和度量，同時建立與個體免疫抑制水平之間的數學模型。本項目的研究工作按照如下三方面展開：(1) 根據細胞形變的特點研究有效的形變描述方法；(2) 研究細胞的長時間形變進行建模方法以捕獲細胞形變的時間維度信息；(3) 建立有效的細胞形變分類框架以探究細胞形變與機體免疫排斥反應之間的相關性。項目負責人及所在團隊針對上述內容進行了深入研究，對應取得的研究成果匯總如下：(1) 在細胞形變特徵表示方面，提出了基於四元數的彩色圖像描述方法、基於彈性曲線的細胞形變建模方法、基於自適應變分光流模型的細胞內部運動量化方法等；(2)在細胞形變時間維度建模方面，提出了基於動態時間規整的不等長時間序列的對齊方法、基於視覺詞袋的時間維度建模方法以及基於緊湊型編碼的時間維度建模方法等；(3)對於細胞形變分類架構，提出了基於淺層學習的分類方法和基於深度學習的分類方法。綜上所述，本研究團隊較好完成了研究任務，達到了預期目標。特別地，項目成果不僅揭示了細胞輪廓變化和免疫排斥反應之間的關係，而且建立了細胞內部運動特性和免疫排斥反應之間的聯繫。由於驗證本項目所提出的方法的實驗數據，是小鼠皮膚移植實驗中採集得到的，並且具有醫學意義的標籤，這進一步保證了研究成果具有重要的理論意義與實用價值。