Як дослідження штучного інтелекту допомагають мікробіологам ідентифікувати бактерії

Нещодавнє дослідження в галузі штучного інтелекту представило DeepColony — комплексну систему, призначену для ідентифікації та аналізу колоній у мікробіологічних лабораторіях. Система використовує цифрове сканування поживних середовищ з високою роздільною здатністю і використовує ієрархічну структуру з п’ятьма рівнями для ретельного аналізу колоній та ідентифікації бактерій. Рівні варіюються від базової ідентифікації розташування та кількості колоній до оцінки клінічної значущості всього посіву.

На рівні 0 DeepColony визначає розташування та кількість колоній, надаючи важливу інформацію про їх просторовий розподіл. Рівень 1 визначає ізольовані колонії для подальшого аналізу, використовуючи критерії, подібні до тих, що застосовуються мікробіологами. Ядро DeepColony лежить на рівнях 2-4, де система виконує первинну ідентифікацію видів, уточнює ідентифікаційні ранги і оцінює клінічну значущість всієї пластини.

Архітектура DeepColony включає в себе згорткові нейронні мережі (CNN), організовані ієрархічно. Для ідентифікації однієї колонії CNN містить чотири згорткових шари і один повністю з’єднаний шар. Особливістю DeepColony є ідентифікація на основі контексту, яка використовує сіамську нейронну мережу для нелінійного вбудовування на основі схожості. Таке вбудовування в поєднанні з кластеризацією на основі середнього зсуву покращує ідентифікацію патогенних видів на основі візуальних даних.

Набори даних, використані в дослідженні, включають дані на рівні колоній і пластин, отримані за допомогою цифрового сканування з високою роздільною здатністю культивованих пластин, з акцентом на культурах сечі. Система демонструє потенціал у підвищенні ефективності та якості рутинної діяльності в мікробіологічних лабораторіях, зменшенні робочого навантаження, узгодженні рішень з керівними принципами інтерпретації та підвищенні загальної ролі мікробіологів. Хоча система має обмеження, такі як труднощі з ідентифікацією видів у злитих зонах, її функція безпеки, передбачена конструкцією, зводить до мінімуму вплив на узгодженість результатів.

Таким чином, DeepColony виділяється як унікальна система, що здатна вдосконалити і посилити вирішальну роль мікробіологів у високопродуктивних лабораторіях. Вона представляє значний потенціал для поліпшення процесів прийняття рішень в мікробіологічних аналізах.