Segmentation and Multi-Timepoint Tracking of 3D Cancer Organoids from Optical Coherence Tomography Images Using Deep Neural Networks

类有机物 深度学习 卷积神经网络 光学相干层析成像 计算机科学 人工智能 分割 模式识别(心理学) 计算机视觉 医学 神经科学 生物 眼科
作者
Francesco Branciforti,Massimo Salvi,Filippo D’Agostino,Francesco Marzola,Sara Cornacchia,Maria Olimpia De Titta,Girolamo Mastronuzzi,Isotta Meloni,Miriam Moschetta,Niccolò Porciani,Fabrizio Sciscenti,Alessandro Spertini,Andrea Spilla,Ilenia Zagaria,Abigail J. Deloria,Shiyu Deng,Richard Haindl,Gergely Szakács,Agnes Csiszar,Mengyang Liu
出处
期刊:Diagnostics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (12): 1217-1217 被引量:8
标识
DOI:10.3390/diagnostics14121217
摘要

Recent years have ushered in a transformative era in in vitro modeling with the advent of organoids, three-dimensional structures derived from stem cells or patient tumor cells. Still, fully harnessing the potential of organoids requires advanced imaging technologies and analytical tools to quantitatively monitor organoid growth. Optical coherence tomography (OCT) is a promising imaging modality for organoid analysis due to its high-resolution, label-free, non-destructive, and real-time 3D imaging capabilities, but accurately identifying and quantifying organoids in OCT images remain challenging due to various factors. Here, we propose an automatic deep learning-based pipeline with convolutional neural networks that synergistically includes optimized preprocessing steps, the implementation of a state-of-the-art deep learning model, and ad-hoc postprocessing methods, showcasing good generalizability and tracking capabilities over an extended period of 13 days. The proposed tracking algorithm thoroughly documents organoid evolution, utilizing reference volumes, a dual branch analysis, key attribute evaluation, and probability scoring for match identification. The proposed comprehensive approach enables the accurate tracking of organoid growth and morphological changes over time, advancing organoid analysis and serving as a solid foundation for future studies for drug screening and tumor drug sensitivity detection based on organoids.
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