利用深度学习从实验室培养皿图像端到端实现噬斑计数与病毒滴度测定

由 root 提交于 周三, 09/09/2026 - 22:47
噬斑实验是定量感染性病毒的金标准,但噬斑计数目前仍通常采用人工方式完成,使病毒滴度测定耗时、具有主观性,并且难以在不同分析人员和实验室之间实现标准化。现有自动化方法主要针对单个任务,例如噬斑分割或计数,但无法提供从平板图像到生物学定量的集成工作流程。本文提出了 Titra,一种基于标准噬斑实验平板照片、用于自动开展细胞病变效应(cytopathic effect,CPE)病毒滴度测定的端到端工作流程。该流程在单一的基于网络的平台中,集成了孔位自动检测、噬斑分割、用于实例分离的后处理、噬斑计数以及每毫升噬斑形成单位(plaque-forming units per millilitre,PFU/mL)估算,同时支持实验管理和专家复核。 该方法采用来自三种病毒(Mayaro 病毒、柯萨奇病毒 B3 型和痘苗病毒)、两种平板规格(6 孔和 12 孔)以及多种异质图像采集条件下的图像进行评估,其中包括一个新近整理的数据集和公开的 VACVPlaque 数据集。自动噬斑计数结果与人工标注高度一致(MAYV/CVB3 的 Pearson 相关系数为 0.98,VACV 为 0.88),而对于 MAYV/CVB3 数据集,PFU/mL 估算值与人工计算结果也高度吻合(Pearson r=0.975)。与 U-Net、StarDist、HSD-WBR 和 PyPlaque 的对比实验表明,该方法在分割和计数方面具有较强的竞争力,并且在公开的 VACVPlaque 数据集上取得了最高的 Dice 系数和平均精度均值(mAP)。

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Eugenia Moris,Alicia Costáble,Sebastián Rey,Irene Ferreiro,Joaquín Hurtado,Matías Villagrán,Lizandra Lissette Luciano,Aisha Espino Vázquez,Jomari Ramos,Isadora Monteiro,María Victoria de Santiago,Pilar Moreno,Gonzalo Moratorio,José Ignacio Orlando

DOI:

https://doi.org/10.64898/2026.09.04.749375

Eugenia Moris 1 Arionkoder;

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ORCID 记录:Eugenia Moris

通讯作者:

eugenia.moris{at}arionkoder.com

Alicia Costáble 2 蒙得维的亚巴斯德研究所;

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Sebastián Rey 2 蒙得维的亚巴斯德研究所;

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Irene Ferreiro 2 蒙得维的亚巴斯德研究所;

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Joaquín Hurtado 3 蒙得维的亚巴斯德研究所;

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Matías Villagrán 1 Arionkoder;

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Lizandra Lissette Luciano 4 Arionkoder 有限责任公司

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Aisha Espino Vázquez 4 Arionkoder 有限责任公司

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Jomari Ramos 4 Arionkoder 有限责任公司

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Isadora Monteiro 4 Arionkoder 有限责任公司

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María Victoria de Santiago 4 Arionkoder 有限责任公司

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Pilar Moreno 3 蒙得维的亚巴斯德研究所;

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Gonzalo Moratorio 3 蒙得维的亚巴斯德研究所;

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蚀斑实验是定量感染性病毒的金标准,但蚀斑计数目前仍通常由人工完成,这使得病毒滴定过程劳动强度高、主观性强,并且难以在不同分析人员和实验室之间实现标准化。现有自动化方法主要针对蚀斑分割或计数等单项任务,尚不能提供从培养皿图像到生物学定量结果的完整一体化流程。本文提出了 Titra,这是一种基于标准蚀斑实验培养皿照片、用于自动化细胞病变效应(CPE)病毒滴定的端到端工作流程。该流程在单一基于 Web 的平台中整合了孔的自动检测、蚀斑分割、用于实例分离的后处理、蚀斑计数以及每毫升蚀斑形成单位(PFU/mL)估算,同时支持实验管理和专家审核。研究使用来自3种病毒(马亚罗病毒、柯萨奇病毒 B3 型和牛痘病毒)、2种培养板规格(6孔和12孔)以及异质性图像采集条件的图像对该方法进行了评估,其中包括一个新整理的数据集和公开的 VACVPlaque 数据集。自动蚀斑计数与人工标注结果表现出高度一致性(MAYV/CVB3 的 Pearson 相关系数为0.98,VACV 为0.88),而对于 MAYV/CVB3 数据集,PFU/mL 估算值与人工计算结果高度吻合(Pearson r=0.975)。与 U-Net、StarDist、HSD-WBR 和 PyPlaque 的比较实验表明,该方法在分割和计数性能方面具有竞争力;在公开的 VACVPlaque 数据集上,所提出的方法取得了最高的 Dice 系数和 mAP。

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2026.09.04.749375;

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https://doi.org/10.64898/2026.09.04.749375

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2026.09.04.749375;

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https://doi.org/10.64898/2026.09.04.749375


📄 原文链接:https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.04.749375v1?rss=1

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