Medizinelektronik Digitizer und Deep-Learning in der Krebsforschung

Echtzeitanforderungen hat nicht nur die Industrie, sondern auch die medizinischen Forschung: Für einen Zellsortierer sind Digitizer mit hoher Abtastrate und schneller PCIe-Schnittstelle nötig.
Echtzeitanforderungen hat nicht nur die Industrie, sondern auch die medizinischen Forschung: Für einen Zellsortierer sind Digitizer mit hoher Abtastrate und schneller PCIe-Schnittstelle nötig.

Die Universität Tokio hat den ersten bildbasiert arbeitenden Zellsortierer mit hohem Durchsatz entwickelt. Er soll die klinische Forschung und speziell die Krebsforschung deutlich vereinfachen. Für die Datenerfassung werden Digitizer aus Deutschland verwendet.

Zellsortierer werden unter anderem in der Krebsforschung eingesetzt. Hier müssen sehr geringfügige Unterschiede zwischen Krebszellen und gesunden Zellen sicher und bei möglichst hohem Durchsatz identifiziert werden. Die Fakultät für Chemie der Universität Tokio hat dafür einen intelligenten €»Image-Activated Cell Sorter€« (IACS) entwickelt, der bildbasiert arbeitet.

Eine Zelle ist in 32 Millisekunden zugeordnet. In dieser kurzen Zeitspanne werden die durchfließenden Zellen fokussiert und fotografiert, relevante optische Merkmale extrahiert, über einen Deep-Learning-Algorithmus klassifiziert und letztlich ein Aktuator für den Sortierungsprozess ausgelöst.

Datenverarbeitung über Digitizer

Die von einem Frequenzmultiplex-Mikroskop (FDM) gelieferten Bilddaten erfasst eine Digitizer-Karte (M4i.2212-x8 von Spectrum Instrumentation aus Deutschland) mit 1,25 GSa/s und leitet sie über PCIe an einen PC zur Auswertung weiter. Ein Faktor für die Sortiergeschwindigkeit ist der schnelle Datenverkehr zwischen Digitizer-Karte und PC. Die Bildanalyse-Stufe im IACS besteht aus FPGA, drei CPUs, einem GPU und einem Netzschalter. Hier findet die eigentliche Bildverarbeitung und Klassifizierung stattfindet.

Die Fakultät für Chemie an der Universität von Tokio ist Teil eines großen Konsortiums von Instituten und Organisationen aus Japan und den Vereinigten Staaten, das grundlegende Forschungen zur Entwicklung einer intelligenten Zellsortierung unternommen hat.