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基于深度学习的细胞核图像分割方法研究

基于深度学习的细胞核图像分割方法研究

作者：李刚森哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近些年来,随着影像技术的蓬勃发展与应用,在越来越多的医疗诊断中,影像技术被用来提高医生诊断的效率并降低误诊率。在这种情况下,医疗机构需要处理越来越多的医学影像,而其中非常重要的就是对医学影像进行分割。在以往的临床诊断中,通... 详细信息

近些年来,随着影像技术的蓬勃发展与应用,在越来越多的医疗诊断中,影像技术被用来提高医生诊断的效率并降低误诊率。在这种情况下,医疗机构需要处理越来越多的医学影像,而其中非常重要的就是对医学影像进行分割。在以往的临床诊断中,通常是经验丰富的医生来人工的进行分割,这种方式耗时耗力、结果不稳定并且分割结果存在着一定的分歧。因此,准确、快速、高效地对医学影像进行分割显得尤为重要。传统的图像分割算法一般需要人工事先提取一些特征,通常是一些低级别的图像特征,如图像的边缘、拐角、纹理和线条等。这些低级别的图像特征往往稳健性较差,容易受到环境的影响。研究证明,通常情况下,高层次、抽象的特征对于图像分割来说更加重要。而深度学习网络可以从原始的像素特征开始,通过层层的卷积操作,最终抽取出对于图像分割至关重要的高层次特征,然后利用这些特征来对图像进行分割。本文分别提出了全卷积神经网络(FCN)、U-net和改进型U-net来进行细胞核图像的分割,三种网络都将传统的卷积神经网络中的全连接层更改为卷积层,并且使用反卷积结构来实现上采样。与FCN采用逐点相加的特征融合方式有所不同,U-net将特征图在通道维度上进行拼接来实现特征的融合,并且采用跳过结构来结合低层与高层特征。U-net相比FCN取得了更好的分割效果,但是依然存在着对小细胞核分割较差、边缘粗糙、欠分割与过分割的缺陷。因此,本文最后一章不仅采用了更加复杂的卷积神经网络来构建编码器,使用预训练的参数来进行初始化,并将空洞卷积加入其中,最后还对原始U-net的损失函数进行了改进。文末对FCN、U-net、改进型U-net的细胞核图像分割结果进行了分析,可以看出:从FCN到U-net再到改进型U-net,细胞核图像分割效果越来越好,鲁棒性与健壮性稳步增强,对边缘细节部分和较小的细胞核的分割能力越来越强,过分割和欠分割的现象也逐步减少,证明了本文对于FCN、U-net的改进取得了相应的效果。

关键词：深度学习全卷积神经网络 U-net 医学图像分割细胞核

衰老人胚肺成纤维细胞核及染色质的体外转录活性

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北京医科大学学报 1997年第6期29卷 485-487页

作者：于宏升张宗玉北京医科大学生物化学与分子生物学系 100083

研究人胚肺成纤维细胞（简称2BS）核及染色质体外转录活性与代龄的关系。方法：用γ-^(32)PATP及~3H-UTP参入法测定衰老2BS细胞核及染色质的转录活性。结果：（1）衰老2BS细胞核的转录起始能力较年轻的下降44％（P＜0.01）；（2）衰老... 详细信息

研究人胚肺成纤维细胞（简称2BS）核及染色质体外转录活性与代龄的关系。方法：用γ-^(32)PATP及~3H-UTP参入法测定衰老2BS细胞核及染色质的转录活性。结果：（1）衰老2BS细胞核的转录起始能力较年轻的下降44％（P＜0.01）；（2）衰老和年轻2BS细胞核内不与染色质结合的RNA聚合酶（RNP）转录活性无差异（P＞0．05），而与染色质结合的RNA聚合酶转录活性则随增龄明显下降（P＜0．01）；（3）衰老2BS染色质体外转录活性较年轻2BS下降58％（P＜0．01），对DNaseⅠ的敏感性也有所降低。结论：衰老2BS细胞核染色质结构的改变可能是转录活性下降的原因。

关键词：成纤维细胞染色质细胞核代谢转录

基于内源性的细胞核构建活体血管内的生物微流泵

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基于内源性的细胞核构建活体血管内的生物微流泵

作者：高晴暨南大学

学位级别：硕士

实现纳米颗粒和生物细胞在活体血管内的靶向运输,对于免疫治疗以及药物运输等生物医疗领域意义重大。通过在活体血管内部构建微流泵,可以借助光流输运技术实现纳米颗粒以及生物细胞的定向运输。因而,研究人员研发了多种方式驱动的微流泵... 详细信息

实现纳米颗粒和生物细胞在活体血管内的靶向运输,对于免疫治疗以及药物运输等生物医疗领域意义重大。通过在活体血管内部构建微流泵,可以借助光流输运技术实现纳米颗粒以及生物细胞的定向运输。因而,研究人员研发了多种方式驱动的微流泵,包括:化学驱动、磁场驱动、声学驱动、光学驱动以及生物驱动等。然而,它们都需要将外源性物质植入到活体血管,生物兼容性较差,限制了在生物医学领域的潜在应用。针对以上挑战,我们提出一种新型的细胞核微流泵来实现对活体血管内药物颗粒和生物细胞的靶向运输。由于细胞核是体内存在的内源性材料,生物兼容性良好,可以防止外界材料植入所引发的免疫响应。利用扫描光镊技术,我们以一种非接触无损伤的方式将细胞核从红细胞中取出,并在流动的血液中对其进行稳定捕获、精准排列和动态旋转。旋转的细胞核可以作为一个功能化的微流泵,利用其产生的驱动微流,可在活体内实现纳米颗粒和生物细胞的定向运输。鉴于细胞核较小的体积,丰富的数量以及生物兼容等优势,细胞核微流泵有望为血液疾病治疗以及生物医学分析等提供一种环境友好且高通量的体内药物运输平台。

关键词：光流输运内源性微流泵细胞核光镊主动运输

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白菜型油菜细胞核雄性不育三系选育研究

西北农业学报 1992年第1期1卷 37-40页

作者：王武萍庄顺琪董振生陕西省特种作物研究所杨陵712100

在白菜型油菜细胞核雄性不育研究中,一般只能获得不育率50%的两型系。将两型系的相应保持株自交,自交子代100%可育的原两型系称杂合两型系;自交子代出现1/4不育株的原两型系称纯合两型系。用纯合两型系中的不育株,与杂合两型系内的可育... 详细信息

在白菜型油菜细胞核雄性不育研究中,一般只能获得不育率50%的两型系。将两型系的相应保持株自交,自交子代100%可育的原两型系称杂合两型系;自交子代出现1/4不育株的原两型系称纯合两型系。用纯合两型系中的不育株,与杂合两型系内的可育株测交,可获得100%不育株的全不育系。全不育系与原父本回交,回交子代出现50%的可育株,所以把杂合两型系中的可育株称为临保系。用全不育系与恢复系测交,选育出强优势的杂种组合。

关键词：三系配套油菜细胞核白菜型选育

Cd^(2+)或Hg^(2+)水污染对菱体细胞的细胞核及叶绿体超微结构的影响

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植物资源与环境 1999年第2期8卷 43-48页

作者：李大辉施国新南京师范大学生物系

用Ｃｄ２＋、Ｈｇ２＋两种重金属离子溶液培育菱（ＴｒａｐａｂｉｃｏｒｎｉｓＯｓｂｅｃｋ．）植物体后，观察体细胞的细胞核及叶绿体超微结构的变化。处理后第８天，菱浮水叶叶片和不定根细胞中细胞核的染色质与核质遭到破坏，不定根... 详细信息

用Ｃｄ２＋、Ｈｇ２＋两种重金属离子溶液培育菱（ＴｒａｐａｂｉｃｏｒｎｉｓＯｓｂｅｃｋ．）植物体后，观察体细胞的细胞核及叶绿体超微结构的变化。处理后第８天，菱浮水叶叶片和不定根细胞中细胞核的染色质与核质遭到破坏，不定根中细胞核的核仁消失。但在各处理浓度（１０μｍｏｌ／Ｌ～５０μｍｏｌ／ＬＣｄ２＋或Ｈｇ２＋）下，核膜均保持完整。叶片细胞的叶绿体基粒数目减少，基粒片层解体，叶绿体双层膜断裂，叶绿体中的质体球流入细胞基质中。两种结构的破坏程度随处理的离子浓度提高而增大。说明菱体细胞超微结构的变化观测可作为监测重金属污染的一种方法。

关键词：镉汞重金属离子水污染菱细胞核叶绿体

质膜和细胞核双重靶向嵌合肽用于光敏剂递送和增强光动力学疗法

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质膜和细胞核双重靶向嵌合肽用于光敏剂递送和增强光动力学疗法

作者：袁萍广州医科大学

学位级别：硕士

光动力疗法(PDT)是一种通过光敏药物和激光激活来治疗肿瘤疾病的新方法。采取特定波长的激光光照肿瘤部位可以激活光敏药物,使该药物可以选择性地聚集在肿瘤组织中并引发光化学反应以破坏肿瘤。光敏剂(PS),分子氧和激光是PDT的三个组成... 详细信息

光动力疗法(PDT)是一种通过光敏药物和激光激活来治疗肿瘤疾病的新方法。采取特定波长的激光光照肿瘤部位可以激活光敏药物,使该药物可以选择性地聚集在肿瘤组织中并引发光化学反应以破坏肿瘤。光敏剂(PS),分子氧和激光是PDT的三个组成部分。在PDT处理中,首先将光敏剂注入患者体内或在皮肤表面覆盖一定时间,以确保PS被内化到组织中,然后预先准备了适当波长的激发光来照射靶组织以形成活性氧(ROS),活性氧具有通过凋亡介导的细胞损伤、血管破坏和免疫应答激活来破坏癌细胞的能力。与传统疗法相比,PDT有其自身的优势,(a)双重选择性(b)无耐药性(c)非侵入性治疗(d)精准治疗、副作用低。但是,PDT也存在固有缺陷,只要部位存在光敏剂,激光照射到那个部位就会产生毒性。同时,药物毒副作用大的一个很大原因就是药物不仅在需要的目标中释放出来,而且还在其它器官组织中释放,对非靶向组织造成大的毒副作用。因此,直接靶向到癌细胞内甚至是亚细胞器内进行PDT,对提升PDT疗效和降低毒副作用显得尤为重要。细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的堡垒,可确保细胞内环境的相对稳定性,并使各种生化反应能够有序地进行。细胞核是真核细胞的所有细胞结构中的重镇,它是细胞里遗传和代谢的调控中心。与其它文献报道的单靶点(如线粒体、溶酶体等)相比,细胞膜和细胞核双靶点能在破坏细胞防御,促进药物内吞的情况下,更精准地作用于控制遗传的细胞核上,阻止细胞复制分裂,从而控制癌症的发展。受此启发,我们猜测,设计一种用于亚细胞器质膜和细胞核双靶向的自递送嵌合肽纳米棒可直达PDT作用靶点,以达到精准PDT的效果并大大减少其毒副作用。研究目的在此次工作中,我们拟构建了用于质膜和细胞核双靶光敏剂递送的自递送嵌合肽纳米棒(表示为pnPNP),以实现协同的原位光动力学治疗,并可进一步观察其在精准肿瘤治疗中的应用。为了突出pnPNP的双靶向PDT的优势,设计了具有单核靶向的pnNP用于对照组。研究方法1.pnPNP和pnNP的表征:用Nano-ZS ZEN360表征了粒径和Zeta电位。通过TEM观察形态。紫外可见吸收率是利用紫外可见分光光度计测量。2.pnPNP和pnNP的ROS产生能力:分别使用SOSG和DCFH-DA作为指示剂,通过荧光光谱仪和CLSM测量ROS的产生。3.细胞摄取和光触发的溶酶体逃逸:采用CLSM研究细胞摄取和光触发的溶酶体逃逸。4.pnPNP的质膜锚定和核靶向能力:采用CLSM方法研究pnPNP和pnNP对He La、CT26和4T1细胞的质膜锚定和核靶向能力。5.体外细胞毒性测量:通过MTT、流式细胞术和CLSM测量pnPNP和pnNP的细胞毒性。6.体内抗癌研究:当肿瘤体积达到大概100 mm时,选择4T1荷瘤小鼠来评估pnPNP的抗肿瘤作用。将小鼠随机分为五组(每组五只小鼠),包括PBS、pnPNP、pnNP、加激光照射的pnPNP、加激光照射的pnNP。将pnPNP和pnNP采取静脉注射方式注射到荷瘤小鼠中。在给药后20小时,对小鼠进行激光照射5分钟。每隔一天监测一次肿瘤体积和体重。15天后,采集肿瘤组织用于照相和称重。研究结果1、动态光散射(DLS)测量结果说明pnPNP和pnNP的纳米粒子分散均匀,尺寸分布狭窄。TEM图像表明,纳米棒长宽比为3-4,具有正电荷,这有利核渗透。从UV光谱中可看出pnPNP和pnNP大概在400 nm有尖峰,且500-700nm处有显著的Pp IX特征吸收峰。2、SOSG显示在没有光照射的情况下,在pnPNP和pnNP组中几乎没有荧光变化;在光照射下,在pnPNP组而不是在pnNP组中发现了更快的荧光增强;在CLSM的细胞内ROS检测中也发现了相似的结果,激光照射后在pnPNP组中检测到最强的绿色荧光。3、随着培养时间的增加,4T1细胞对pnPNP和pnNP的吸收均增强。但是,用pnPNP处理的4T1细胞的荧光强度比用pnNP处理的细胞的荧光强度高约10倍。Lyso-Tracker Green被发现与pnPNP和pnNP很好地匹配,这指示了纳米棒的内吞作用途径为溶酶体,在激光照射后,溶酶体绿色荧光信号在4T1细胞中消失了,这归因于pnPNP和pnNP对溶酶体结构的有效光动力破坏。4、pnPNP的红色荧光无论是在4T1、He La或CT26中均与细胞膜染料Di O的绿色荧光重叠,证明了pnPNP的出色的质膜靶向能力。在不存在或存在光照射的情况下,都能观察到pnPNP和pnNP的核靶向能力。5、体外细胞毒性显示,pnPNP和pnNP对4T1和He La细胞均表现出较低暗毒性和浓度依赖性的光毒性,且与pnNP相比,观察到pnPNP的光毒性明显更高。6、体内抗肿瘤研究显示,与PBS一样,用不加光照的pnPNP或pnNP注射几乎不能抑制肿瘤的生长。一旦暴露在光下,pnPNP和pnNP都对肿瘤的生长有明显的抑制作用,且pnPNP明显优于pnN

关键词：嵌合肽质膜细胞核双靶向光动力学治疗

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川芎嗪对心肌细胞核钙转运功能异常的保护

中国临床药理学与治疗学 2002年第2期7卷 124-126页

作者：夏腊梅伍杰雄广东省顺德市杏坛医院顺德528325 中山大学医院管理处广州510080

目的 :观察异丙肾上腺素 (ISO)致大鼠心肌缺血损伤时心肌细胞核钙转运功能的变化及川芎嗪对其影响。方法 :Wistar大鼠皮下注射 5mg·kg- 1ISO液 ,造成心肌缺血损伤模型。超速离心分离纯化心肌细胞核。酶学方法鉴定核纯度和测定核膜Ca2 +... 详细信息

目的 :观察异丙肾上腺素 (ISO)致大鼠心肌缺血损伤时心肌细胞核钙转运功能的变化及川芎嗪对其影响。方法 :Wistar大鼠皮下注射 5mg·kg- 1ISO液 ,造成心肌缺血损伤模型。超速离心分离纯化心肌细胞核。酶学方法鉴定核纯度和测定核膜Ca2 + ATP酶活性 ,同位素法观测核钙的摄取。结果 :与正常对照组比较 ,心肌缺血组 (实验组 )心肌细胞核膜Ca2 + 依赖性ATP酶活性降低 18.1%(P 细胞核Ca2 + 依赖性ATP酶的最大反应速度 (Vmax)降低 33.0 %(P 细胞核Ca2 + ATP酶活性及核4 5Ca2 + 摄取与正常对照组比较均未见显著性改变。结论 :川芎嗪对ISO致大鼠心肌缺血损伤时心肌细胞核钙转运功能降低有保护作用。

关键词：川芎嗪 Ca^2+转运 Ca^2+依赖性ATP酶细胞核心肌

腺病毒E1B55ku癌蛋白打破hDaxx与PML在细胞核的共定位

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微生物学杂志 2001年第4期21卷 46-48页

作者：万艳平谭立志刘传爱吴移谋 Colosimo April 廖代清南华大学基础医学院病原生物学研究所湖南衡阳421001 加拿大Sherbrooke大学医学院微生物学与感染学系美国Florida大学医学院解剖学与细胞生物学系

利用间接免疫荧光试验 ,通过Confocal激光扫描生物荧光显微镜和图像软件分析腺病毒 (adenovirus,Ad)E1B 5 5ku癌蛋白 (AdE1B 5 5ku)与人Daxx(humanDaxx ,hDaxx)在细胞核的定位关系 ,研究它对早幼粒细胞性白血病蛋白 (promyelocyticleuke... 详细信息

利用间接免疫荧光试验 ,通过Confocal激光扫描生物荧光显微镜和图像软件分析腺病毒 (adenovirus,Ad)E1B 5 5ku癌蛋白 (AdE1B 5 5ku)与人Daxx(humanDaxx ,hDaxx)在细胞核的定位关系 ,研究它对早幼粒细胞性白血病蛋白 (promyelocyticleukemiaprotein ,PML)与hDaxx在细胞核定位关系的影响。实验结果表明 ,AdE1B 5 5ku与hDaxx共定位细胞核 ,并打破hDaxx与PML共定位于细胞核PML致癌结构域 (PMLoncogenicdomains,PODs)

关键词：腺病毒E1B55ku癌蛋白 hDaxx PML 细胞核共定位感染

心肌细胞核Ca^(2+)-ATP酶活性特征的研究

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北京医科大学学报 1997年第4期29卷 329-332页

作者：王培勇汤健庞永政苏静怡唐朝枢北京医科大学心血管基础研究所病生室 100083

目的：观察心肌细胞核钙泵活性特征及核蛋白磷酸化对其活性的影响。方法：在密度梯度离心纯化的离体家兔心肌细胞核上进行实验，采用酶学方法测定Ca2+ATP酶活性。结果：心肌细胞核上存在Ca2+－ATPase，其活性具有〔Ca2+〕和〔ATP〕依赖... 详细信息

目的：观察心肌细胞核钙泵活性特征及核蛋白磷酸化对其活性的影响。方法：在密度梯度离心纯化的离体家兔心肌细胞核上进行实验，采用酶学方法测定Ca2+ATP酶活性。结果：心肌细胞核上存在Ca2+－ATPase，其活性具有〔Ca2+〕和〔ATP〕依赖性。蛋白激酶A（PKA）和蛋白激酶M（PKM）依赖的核蛋白磷酸化能显著抑制心肌细胞核Ca2+－ATPase活性，Vmax分别降低46％和44％，而Km分别降低47％和78％（P＜0.01）。结论：家兔心肌细胞核上存在高亲和力的钙泵，其活性受蛋白磷酸化调节，其生理和病理意义有待进一步探讨。

关键词：心肌 ATP酶细胞核钙