如何评估红细胞的可变形性

SUTD研究人员利用基于图像的深度学习和动态形状分类技术，开发了一种检测红细胞变形性的新方法，该方法侵入性更小，成本效益更高，灵敏度更高，吞吐量更高。

　　

红细胞(红细胞)在全身运输氧气，由于其变形能力，它能够穿过狭窄的毛细血管。新加坡科技与设计大学(SUTD)副教授Ye Ai说:“红细胞的可变形性是其健康和功能的重要指标，这种特性的变化可能预示着疾病的存在。”

改进目前的技术来测量红细胞的变形能力提供了疾病检测的好处。通过能够早期检测RBC变形性变化，可以早期诊断和治疗患者，改善其预后。精密的测量工具还将帮助研究人员更好地理解红细胞的可变形性及其机制，可能会带来新的治疗方法。

“总的来说，改善红细胞可变形性的测量方法可以带来更好的诊断工具，加强对疾病进展的监测，以及更有效的治疗，”Ai副教授补充说，他领导了一项研究，开发了基于图像的红细胞可变形性评估，通过形状分类(IRIS)技术。

在论文《通过动态形状分类对红细胞进行基于智能图像的可变形性评估》中，Ai副教授和他的团队介绍了IRIS作为一种新方法，可以通过对通过通道的红细胞形状进行分类来评估红细胞的可变形性。IRIS使用深度学习，分为四个阶段:微流体设置，图像捕获，形状分类和可变形性评估。

红细胞首先被引入模拟血管自然环境的微流体通道中，然后它们就会变形。然后，高速摄像机捕获通过的红细胞的图像，并通过深度学习模型进行处理，以识别并将红细胞分类为代表红细胞变形不同状态的六种预定义形状。最后，评估了不同条件下每种形状的频率和类型。这提供了RBC变形能力的定量数据，可用于检查治疗对RBC健康和功能的影响。

虽然IRIS并不是第一个测量红细胞变形能力的技术，但它基于微流体的技术比光学镊子和原子力显微镜等传统技术有很多优势。利用微流体技术，IRIS比传统的基于单细胞的技术产生更高的吞吐量，但可以自动化和简化，减少训练有素的操作人员的手工工作。

与传统技术所需的设备相比，微流体装置需要更小的样本量，更具成本效益。此外，微流体系统很容易集成到其他工具和大规模生产的可扩展。这些优点使这种系统在广泛的临床和研究环境中非常有益。

微流体技术还可以精确控制通道中的流动条件，从而可以在不同的用户控制环境中详细研究RBC的行为。最重要的是，微流体技术涉及较少的细胞操作，从而减少了人为改变细胞自然状态的机会，这种情况在使用原子力显微镜和光学镊子时可能发生。

IRIS的另一个显著优势是它的四形分类(4SC)。与零形状(0SC)或双形状分类(2SC)相比，使用4SC可以提高灵敏度，因为变形状态的分辨率增加了，统计能力更好，形状识别精度也提高了。从本质上讲，4SC将红细胞分为四种形状，包括中间变形状态。与仅将红细胞分为两种形状(2SC)或无形状(0SC)相比，这提供了更精确的红细胞变形性视图。

IRIS为临床、治疗和研究提供了一些好处。获得红细胞可变形性的详细信息可以实现疾病的早期检测和诊断，同时为每位患者提供个性化的治疗计划。作为一种高通量方法，IRIS在生成大量数据的药物测试中也很有用。最后，该技术精确改变红细胞环境的能力及其高灵敏度使研究人员能够在各种条件下研究红细胞的特性，从而提高研究和临床能力。

Ye Ai副教授的目标是扩展和完善IRIS技术，并通过临床结果验证其结果。此外，他还着眼于创建可移植的IRIS，以增加其可访问性和应用范围。总而言之，他预计从长远来看，IRIS将成为一种可靠、有效和易于使用的诊断工具。