小海龜率先實(shí)現(xiàn)AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字PCR完美融合

近日，復(fù)旦大學(xué)與上海小海龜科技有限公司的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名專業(yè)期刊《Sensors & Actuators: B. Chemical》上發(fā)表了題為 "R³Net: A three-phase neural network for noise elimination and accurate quantification in chip-based digital PCR"的突破性論文 (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400525008998) ，標(biāo)志著小海龜科技在BioAI（生命科學(xué)人工智能）領(lǐng)域取得了新的技術(shù)突破，也是小海龜科技踐行“引領(lǐng)生命科學(xué)與分子診斷進(jìn)入數(shù)字時(shí)代”企業(yè)座右銘的重要體現(xiàn)。
  
傳統(tǒng)的芯片式數(shù)字PCR（cdPCR）在實(shí)驗(yàn)操作與圖像采集過(guò)程中，不可避免的面臨熒光污染噪聲、暗場(chǎng)干擾、光泄漏等多重技術(shù)挑戰(zhàn)，這些問(wèn)題有可能直接影響檢測(cè)結(jié)果的精度和可靠性。而現(xiàn)有的傳統(tǒng)圖像處理方法在處理這些復(fù)雜噪聲時(shí)往往力不從心，成為制約數(shù)字PCR技術(shù)進(jìn)一步提升的瓶頸。

小海龜科技的R³Net（Recognition-Restoration-Reading Net）以其創(chuàng)新的三相神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)徹底改變了這一局面。該技術(shù)采用噪聲識(shí)別-圖像修復(fù)-芯片讀取的三階段處理流程，首先通過(guò)U-Net網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)識(shí)別噪聲區(qū)域并生成噪聲掩碼，隨后利用創(chuàng)新的脈沖通道分離殘差網(wǎng)絡(luò)（S-SRNet）進(jìn)行圖像修復(fù)，最終通過(guò)輕量級(jí)的YOLO-mini網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高精度的定量分析。這一技術(shù)架構(gòu)的獨(dú)特之處在于其時(shí)序輸入機(jī)制，通過(guò)在不同時(shí)間步長(zhǎng)輸入帶噪圖像和噪聲掩碼，網(wǎng)絡(luò)能夠更有效地區(qū)分前景噪聲和背景區(qū)域，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的噪聲處理。同時(shí)，脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN）的引入不僅提升了計(jì)算效率，更增強(qiáng)了系統(tǒng)的時(shí)間敏感性，為復(fù)雜噪聲環(huán)境下的圖像處理提供了全新的解決方案。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出色。團(tuán)隊(duì)使用肺癌、新冠病毒、流感病毒等DNA樣本進(jìn)行了大量測(cè)試，R³Net技術(shù)在關(guān)鍵指標(biāo)上全面領(lǐng)先：檢測(cè)準(zhǔn)確性方面，在處理有干擾的圖像時(shí)，R³Net的準(zhǔn)確率高達(dá)88.47%，圖像清晰度和相似度指標(biāo)分別達(dá)到41.38和99.72%，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法。處理速度方面，新開(kāi)發(fā)的輕量化算法在保持98.27%高精度的同時(shí)，系統(tǒng)資源占用比傳統(tǒng)方法減少了98%以上，處理一張圖片僅需1.3秒，完全滿足臨床快速檢測(cè)的需求。

這項(xiàng)技術(shù)突破的意義遠(yuǎn)超學(xué)術(shù)層面，其商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)前景同樣令人矚目。小海龜科技作為國(guó)內(nèi)數(shù)字PCR與數(shù)字等溫等數(shù)字分子檢測(cè)產(chǎn)品的領(lǐng)軍企業(yè)，擁有從BioDigital 青分體機(jī)到SCI Digital Pro全自動(dòng)一體機(jī)的完整產(chǎn)品矩陣，此次AI技術(shù)的成功融入將為其產(chǎn)品線注入更強(qiáng)勁的技術(shù)動(dòng)能。對(duì)于終端用戶而言，R³Net技術(shù)的應(yīng)用意味著即使在復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，也能獲得更加穩(wěn)定可靠的檢測(cè)結(jié)果。

R³Net技術(shù)的成功應(yīng)用標(biāo)志著數(shù)字PCR開(kāi)始進(jìn)入AI驅(qū)動(dòng)的新時(shí)代，也是小海龜科技在BioAI領(lǐng)域布局的開(kāi)始。作為全球生命科學(xué)研究AI社區(qū)BioBuddy的發(fā)起方之一，小海龜科技正在構(gòu)建一個(gè)涵蓋BioSalesAI數(shù)字員工解決方案、生命科學(xué)人工智能訓(xùn)練中心等多元化技術(shù)方案和產(chǎn)品組合。歡迎有興趣的行業(yè)伙伴和科研人員交流與合作。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400525008998
 

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