飛納臺式掃描電鏡人工智能硅藻檢驗(yàn)系統(tǒng)在溺亡診斷的應(yīng)用

背景速覽

 

1904 年，Revenstorf 在研究一起溺水事件的時(shí)候，首次在死者體內(nèi)的肺部發(fā)現(xiàn)了硅藻的痕跡，而在其他部位并沒有發(fā)現(xiàn)硅藻，從而判斷死者是他殺而非落水死亡�？梢哉f Revenstorf 開創(chuàng)了硅藻診斷溺死的先河。

 

WHO 在 2017 年的一份報(bào)告中指出，溺水是世界范圍內(nèi)意外傷害死亡的第三大原因，占所有傷害相關(guān)死亡的 7%。

 

世界部分國家溺亡人數(shù)（每十萬人）

 

然而，在所有案件中，溺死是最難進(jìn)行準(zhǔn)確判斷的，尤其是水中高度腐敗的尸體。盡管近年來全球都有報(bào)道利用硅藻斷案，但實(shí)際應(yīng)用依然困難重重。

 

硅藻檢驗(yàn)的方法的進(jìn)步

 

硅藻檢驗(yàn)從方法到檢測裝備，其進(jìn)化速度可謂日新月異。傳統(tǒng)的離心法，光學(xué)顯微鏡下觀察，由于離心損失和光鏡放大倍數(shù)的限制，溺死尸體的硅藻檢出率不高，在實(shí)際中應(yīng)用價(jià)值受限。

 

但是實(shí)際硅藻檢驗(yàn)中，由于 90% 容易進(jìn)入體循環(huán)臟器的硅藻小于 40 微米，小的甚至 1 微米，因此離心法很容易導(dǎo)致硅藻丟失，而且光學(xué)顯微鏡也容易漏檢。于是，膜富集法結(jié)合掃描電鏡的方法應(yīng)運(yùn)而生。膜富集技術(shù)有效解決了檢出率不高的難題。進(jìn)一步，微波消解法的出現(xiàn)消除了有機(jī)質(zhì)殘留多的難題。掃描電鏡（SEM）的出現(xiàn)更是解決了光學(xué)顯微鏡觀察的局限性。硅藻在水中尸體組織中的定性、定量分析進(jìn)入了新階段。

 

MD-VF-AutoSEM 法檢測出的硅藻（圖片來自“飛納電鏡”）

 

解決了硅藻富集和小硅藻難發(fā)現(xiàn)的問題后，廣州市刑事科學(xué)技術(shù)研究所（廣州刑科所）和蘭波（蘇州）智能科技有限公司（蘭波科技）合作，開發(fā)了一套基于飛納臺式掃描電鏡的自動硅藻檢驗(yàn)系統(tǒng) —— DiatomScope，整個(gè)流程如下：

 

 

這樣，操作人員在電鏡下設(shè)置好掃描條件后，軟件會自動將一個(gè)案例中需要分析的 4 至 5 個(gè)樣品一次性掃描完成，而不用每個(gè)樣品每個(gè)視場都要進(jìn)行手動操作，極大地簡化了分析流程，將人力放在最重要的硅藻識別上。

 

下一個(gè)難題

 

隨著掃描電鏡的應(yīng)用，硅藻檢驗(yàn)技術(shù)逐步趨于成熟，但是新的問題也浮現(xiàn)出來：硅藻的種類之多，形態(tài)之復(fù)雜，給試圖引進(jìn)整套設(shè)備的基層工作單位立了下馬威。專人負(fù)責(zé)硅藻的檢驗(yàn)工作在基層工作單位的確不現(xiàn)實(shí)。更重要的是，如果硅藻的掃描、識別工作依賴人力，其準(zhǔn)確性、工作時(shí)間都將受人的主觀因素影響。如何突破“微波消解-濾膜富集-掃描電鏡”最后一個(gè)難題？

 

AI 哪都有你

 

廣州刑科所和蘭波科技在自動硅藻檢驗(yàn)系統(tǒng)——DiatomScope 的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前熱門的 AI（人工智能）技術(shù)，完美地解決了依賴檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)硅藻的難題。

 

AI 不僅能跟人比下象棋，也能用來識別硅藻了

 

人工智能（Artificial Intelligence）以與人類智慧相類似的學(xué)習(xí)能力成為計(jì)算機(jī)行業(yè)的新星，逐漸應(yīng)用于語言識別、圖像識別、自然語言處理等眾多領(lǐng)域。AI 與硅藻識別技術(shù)的融合，就是利用其圖像識別的學(xué)習(xí)記憶功能，通過大量圖像學(xué)習(xí)，掌握各種類硅藻的形態(tài)特征，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對硅藻的標(biāo)記。

 

由法醫(yī)對樣品（水，肺，肝，腎）進(jìn)行微波消解、真空抽濾等一系列的處理后，將制備好的樣品裝入搭載自動硅藻檢驗(yàn)系統(tǒng)——DiatomScope 的飛納臺式掃描電鏡樣品倉內(nèi)（最多可放置 9 個(gè) 1 英寸樣品），設(shè)置好掃描參數(shù)后，即可完成自動掃描（也可設(shè)置夜間運(yùn)行）。

 

等待樣品掃描完成后，AI 系統(tǒng)將發(fā)揮它的超強(qiáng)識別力，對硅藻進(jìn)行標(biāo)記，系統(tǒng)會自動對標(biāo)記硅藻位置進(jìn)行高放大倍數(shù)下的拍攝，并完成硅藻的分析和判定。

 

最后，系統(tǒng)會自動對硅藻數(shù)量，位置信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并生成統(tǒng)計(jì)報(bào)告和導(dǎo)出硅藻細(xì)節(jié)圖片。這一系列過程將技術(shù)人員從繁雜的鏡下觀察、標(biāo)記、判定、統(tǒng)計(jì)等工作中解放出來，節(jié)省了人力，削減了這一過程對人力的依賴，極大的提高了硅藻的檢驗(yàn)效率和準(zhǔn)確性；更重要的是，AI 的出現(xiàn)真正實(shí)現(xiàn)了硅藻自動化檢驗(yàn)，讓基層單位不需要專人操作掃描電鏡，即可完成硅藻的檢驗(yàn)鑒定工作。

 

科技服務(wù)人類。解放勞動力，人類將有更多機(jī)會發(fā)揮自主創(chuàng)造性。