近期，厦门大学王苗助理教授在Chin Chem Lett上发表文章，题目：Unveiling and swift diagnosing chronic wound healing with artificial intelligence assistance，DOI: 10.1016/j.cclet.2024.110496。论文通讯作者为厦门大学材料学院王苗助理教授，第一作者为厦门大学医学院2024届硕士毕业生邓基良。该文章报道了一种基于人工智能的优化算法分析模型，研究了其在慢性伤口组织的虚拟染色和病理特征分析中的应用。通过病理医师的盲法评估和与其他算法模型进行对比，验证了该算法模型的可靠性及准确性。通过这一算法模型，有望实现对慢性伤口组织的快速辅助诊断并指导治疗方案。
慢性伤口的组织病理学分析对于临床医生准确评估伤口愈合进展和是否恶变至关重要。然而，传统的组织病理分析需要遵循特定的染色程序。随着人工智能（AI）的发展，已经出现了各种基于AI的方法来简化疾病诊断的工作流程。研究者利用深度学习的虚拟染色技术可以将未染色的组织切片的显微图像虚拟转换为与化学染色高度一致的图像。人工智能在慢性伤口组织分析的应用中，目前的研究有利用深度学习来提取伤口的形状和颜色特征，用于伤口图像分割。深度学习在H&E染色图像中自动化病理分析和定量表征疤痕组织方面同样展示了良好的准确性。然而，由于慢性伤口愈合过程的复杂性，涉及的病理特征分类多种多样，目前人工智能虚拟染色技术和病理特征分析在这种情况下的适用性和可靠性仍不确定。目前研究讨论的方法仅提供了对伤口愈合的初步评估，还没有更加全面的慢性伤口组织病理特征虚拟染色与自动病理分析的AI算法模型，该工作的研究将为临床医生提供快速诊断辅助并指导治疗方案。
图1为该工作的整个研究过程。首先合成了具有不同促愈合功能的水凝胶敷料，然后应用于建立的小鼠慢性伤口模型。通过定期收集伤口组织切片的全景病理显微图像作为深度学习架构的数据库，从而实现对伤口组织病理学图像的虚拟 H&E 染色，并在 H&E 染色图像中对病理特征进行分类学习。
图1 在人工智能辅助下构建诊断慢性伤口愈合模型的过程。（a）功能性水凝胶敷料的合成。该步骤包括海藻酸钠（SA）的氧化，然后与羧甲基壳聚糖（CMCS）发生席夫碱反应以生成水凝胶CSOA。将各种促愈合的生物成分掺入 CSOA 中，以产生具有不同功能特性的水凝胶。（b）小鼠慢性伤口病理数据库的构建。将不同的功能性水凝胶敷料应用于感染金黄色葡萄球菌的小鼠模型。定期切除伤口组织，并在 H&E 染色前后捕获相同组织切片的全景图像。（c）虚拟染色技术的实现。使用生成对抗网络（GAN）模型将未染色的小鼠伤口组织切片的图像转换为虚拟 H&E 染色切片的图像。此步骤从病理图像的分割开始，以确保染色前和染色后切片中图形块的纹理匹配并用作深度学习网络的训练数据。最后，GAN 模型可以将输入的未染色的病理图像转换为虚拟H&E染色的图像。（d）使用卷积神经网络进行病理特征提取和分类。该模型使用手动标记病理图像中的不同病理特征作为训练数据。最后，给定 H&E 染色切片的图像，该模型能够自动对各种病理特征进行分类。
文中作者通过病理医师的盲法评估和与之前研究报道的pixel-to-pixel算法和 BCI 算法进行比较，结果显示该研究中虚拟染色技术生成的图像与真实染色图像之间的高度一致性，证明了其辅助病理诊断的有效性。并且客观的数字评价指标PSNR和SSIM均大于其它网络框架，表明该模型较为优越的算法性能。最后，作者利用基于 U 网络架构进行了算法优化，使该算法网络模型能够进一步对 H&E 染色图像进行组织病理特征的识别分类。分类结果包括表皮、真皮、脂肪组织、肉芽组织、坏死组织、毛囊、肌肉组织和间质组织等。通过将虚拟染色与病理特征的精确分类相结合，该研究构建了一个为慢性伤口定制的智能数字评估框架。
【作者简介】
王苗，博士生导师，厦门大学南强青年拔尖人才，福建省级高层次人才，《Chinese Chemical Letters》（中国化学快报）青年编委。主要从事仿生人工离子通道、仿生微小型机器人、生物检测与快速诊断等方面研究，累计在国际知名SCI期刊发表研究论文57篇，其中以第一/通讯作者在Adv. Mater.、Joule、JACS、Adv. Funct. Mater.、Nano Lett.、ACS Nano、SusMat等高水平学术期刊上发表论文35篇，授权中国发明专利13项、国际PCT专利2项。获得国家自然科学基金面上/青年项目、福建省自然科学基金项目、厦门市青年创新项目、厦门大学工程技术学部优青培育项目、高校-企业合作横向课题等9项资助，参与科技部国家重点研发计划 1项。曾入围MINE2020青年科学家候选人；2023年获得第十五届福建省自然科学优秀学术论文、高PCSI论文和高被引论文，并作为核心团队成员入围2023英国工程技术学会IET国际社会影响力奖。
