CN115240000B - 一种用于法医鉴定的糖尿病检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于法医鉴定的糖尿病检测装置及方法，包括：获取样本肾组织切片并进行处理，获得初始处理数据；将初始处理数据输入卷积神经网络模型进行训练，获得目标处理数据，基于目标处理数据获得训练数据库；根据训练数据库中的目标处理数据对样本肾组织切片进行糖尿病检测，生成并显示法医鉴定检测报告。本发明建立了一种全新的法医病理学检查方法，本发明提供的糖尿病检测装置及方法，能够解决相关技术中使用化学染色法诊断糖尿病所带来的问题，为法医病理学死因鉴定提供帮助。实现了科学鉴定，保证了案件的正确审理和判定，提高了刑事办案人员特别是法医人员的工作效率和鉴定结果的准确性，维护法律的公正。

Description

一种用于法医鉴定的糖尿病检测装置及方法
技术领域
本发明属于法医病理学死因鉴定领域，特别是涉及一种用于法医鉴定的糖尿病检测装置及方法。
背景技术
糖尿病合并代谢性疾病是法医病理学常见死亡原因之一。由于死后尸体体液会发生显著生物化学改变，因此，临床常规血清检测难以准确对该疾病进行准确诊断。法医往往需要借助案情、死亡经过、尸检及组织病理学等检查手段判断死者生前是否患有糖尿病，从而间接明确相关死亡原因。
肾小球或肾小管是糖尿病的主要组织病变结构，是明确糖尿病的主要诊断指标之一。然而，所产生的病变也可见于其他疾病，如高血压病，两者在常规HE染色下形态结构有时难以进行有效区分。鉴于此，法医还需进行其他化学染色方法(如雪芙染色)对其予以验证。
这些化学染色主要由人工完成，该工作费时、费力且需要使用较多有害试剂，对实验人员和周围环境造成了不小的破坏。此外，染色结果的可靠性与实验人员的个人技术有关，经常会发生假阳性或假阴性结果。
发明内容
为解决相关技术中使用化学染色法诊断糖尿病所带来的问题，本发明提供了如下方案：一种用于法医鉴定的糖尿病检测装置，包括：
预处理系统，用于对样本肾组织切片进行处理，获得初始处理数据；
模型训练系统，用于将所述初始处理数据输入卷积神经网络模型进行训练，获得目标处理数据，基于所述目标处理数据获得训练数据库；
检测分析系统，用于根据所述训练数据库中的目标处理数据对样本肾组织切片进行糖尿病检测，生成并显示法医鉴定检测报告。
优选地，所述预处理系统包括样本网格化模块、样本采集模块、数据去噪模块、数据采集模块；
所述样本网格化模块用于对样本肾组织切片中的肾小球或肾小管区域进行虚拟网格划分，获得网格区域；
所述样本采集模块用于提取所述网格区域内肾组织的能够反映大分子物质的含量和结构特征的连续变量；
所述数据去噪模块用于获取所述连续变量中的肾小球或肾小管变量和背景变量；
所述数据采集模块用于从所述肾小球或肾小管变量中区分阳性变量和阴性变量。
优选地，所述模型训练系统包括数据库构建模块、模型训练模块；
所述数据库构建模块用于对阳性变量和阴性变量进行标记，形成训练数据库；
所述模型训练模块用于训练数学模型对连续变量进行分类，基于所述训练数据库对数学模型架构中的参数进行校正，输出校验模型。
优选地，所述检测分析系统包括样本识别模块、虚拟成像模块、显示模块；
所述样本识别模块用于识别预测肾组织切片中的肾小球或肾小管病变区域，通过校验模型识别肾小球或肾小管变量是否为阳性变量或阴性变量；
所述虚拟成像模块用于观察所述肾小球或肾小管病变区域，将阳性变量、阴性变量及背景变量分别转化为阳性像素、阴性像素和背景像素，并按所述虚拟网格划分进行排列，获得虚拟成像图像；
所述显示模块用于根据所述虚拟成像图像生成法医鉴定检测报告并进行显示。
一种用于法医鉴定的糖尿病检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取样本肾组织切片并进行处理，获得初始处理数据；
将所述初始处理数据输入卷积神经网络模型进行训练，获得目标处理数据，基于所述目标处理数据获得训练数据库；
根据所述训练数据库中的目标处理数据对样本肾组织切片进行糖尿病检测，生成并显示法医鉴定检测报告。
优选地，获取样本肾组织切片并进行处理，获得所述初始处理数据的过程包括，
对样本肾组织切片中的肾小球或肾小管区域进行虚拟网格划分，获得网格区域；
提取所述网格区域内肾组织的能够反映大分子物质的含量和结构特征的连续变量；
对所述连续变量进行分类获得肾小球或肾小管变量和背景变量；
对所述肾小球或肾小管变量进行识别筛选获得阳性变量和阴性变量。
优选地，对所述肾小球或肾小管变量进行识别筛选获得阳性变量和阴性变量的过程包括，
将所述样本肾组织切片与参考肾组织切片的网格区域进行对应，根据所述参考肾组织切片中的肾小球或肾小管病变及正常区域，分别提取所述样本肾组织切片中肾小球或肾小管变量的阳性变量和阴性变量。
优选地，所述参考肾组织切片通过染色处理获得；
所述染色处理包括免疫组织化学染色，特殊染色，HE染色；
当所述参考肾组织切片等于所述样本肾组织切片，所述参考肾组织切片待连续变量提取后进行所述染色处理；
当所述参考肾组织切片来源于所述样本肾组织切片的上一组或下一组切片，所述参考肾组织切片在所述样本肾组织切片采集连续变量之前或之后完成染色处理。
优选地，将所述初始处理数据输入卷积神经网络模型进行训练，获得目标处理数据，基于所述目标处理数据获得训练数据库之后还包括，
分别对肾小球或肾小管变量中的阳性变量和阴性变量进行标记，形成训练数据库；
通过训练数学模型对连续变量进行分类，基于所述训练数据库对数学模型架构中的参数进行校正，获得校验模型。
优选地，根据所述训练数据库中的目标处理数据对样本肾组织切片进行糖尿病检测，生成并显示法医鉴定检测报告的过程包括，
识别预测肾组织切片中的肾小球或肾小管病变区域，通过校验模型识别肾小球或肾小管变量是否为阳性变量或阴性变量；
将所述肾小球或肾小管病变区域中的阳性变量、阴性变量及背景变量分别转化为阳性像素、阴性像素和背景像素，并按虚拟网格划分进行排列，获得虚拟成像图像；
根据所述虚拟成像图像生成法医鉴定检测报告并进行显示。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种用于法医鉴定的糖尿病检测装置及方法，通过对样本肾组织切片的虚拟网格化处理；网格区域连续变量的提取；从连续变量中筛选肾小球或肾小管变量和背景变量；从肾小球或肾小管变量中识别阳性变量和阴性变量；模型数据库的构建及训练；校正模型的生成；校正模型识别预测肾组织切片肾小球或肾小管区域中的病变区域；形成由阳性变量、阴性变量及背景变量组成的虚拟成像图片。本发明建立了一种全新的法医病理学检查方法，本发明提供的糖尿病检测装置及方法，能够解决相关技术中使用化学染色法诊断糖尿病所带来的问题，为法医病理学死因鉴定提供帮助。
本发明实现了科学鉴定，保证了案件的正确审理和判定，提高了刑事办案人员特别是法医人员的工作效率和鉴定结果的准确性，维护法律的公正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的系统结构示意图；
图2为本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种用于法医鉴定的糖尿病检测装置,包括：
样本网格化模块，用于对样本肾组织切片中肾小球或肾小管区域进行虚拟网格划分，形成m×n个网格区域，其中，m和n分别为肾小球或肾小管区域横向和纵向的网格数量，其值为不小于0的整数值；
样本采集模块，用于收集网格区域内肾组织的连续变量，其中，连续变量包含了蛋白质、脂肪、核酸及糖类等大分子物质官能团振动信息，能够反映大分子物质的含量和结构特征；
数据去噪模块，用于从连续变量中确认肾小球或肾小管变量和背景变量，其中，肾小球或肾小管变量为网格区域内含有肾小球或肾小管结构的连续变量，背景变量为网格区域内不含有肾小球或肾小管结构的连续变量；
数据采集模块，用于从肾小球或肾小管变量中区分阳性变量和阴性变量，其中，阳性变量对应的网格区域为病变肾小球或肾小管结构，阴性变量对应的网格区域为正常肾小球或肾小管结构；
数据库构建模块，用于对阳性变量和阴性变量进行标记，形成训练数据库；
模型训练模块，用于训练数学模型对连续变量进行分类，采用训练数据库对数学模型架构中的参数进行校正后输出校验模型，其中，校验模型能够通过输入连续变量从而输出其为阳性变量的概率值，概率值为大于0且小于1的浮点数值；
样本识别模块，用于识别预测肾组织切片中的肾小球或肾小管变病区域，应用样本网格化模块，样本采集模块，数据去噪模块获取预测肾组织切片中的肾小球或肾小管变量和背景变量，通过校验模型识别肾小球或肾小管变量是否为阳性变量或阴性变量；
虚拟成像模块，用于观察预测肾组织切片中的病变区域，将从预测肾组织切片中获得的阳性变量，阴性变量及背景变量分别转化为阳性像素，阴性像素和背景像素，并按虚拟网格划分进行排列，形成虚拟成像；
进一步地，如图2所示，本发明还提供了一种用于法医鉴定的糖尿病检测方法,包括以下步骤：
将样本肾组织切片中肾小球或肾小管区域进行虚拟网格划分，形成m×n个网格区域，其中，m和n分别为肾小球或肾小管区域横向和纵向的网格数量，其值为不小于0的整数值；
进一步地优化方案，识别样本肾组织切片中肾小球或肾小管结构的区域，按等同大小对该区域进行虚拟网格划分，其中，每个网格的大小都是一致的，肾小球或肾小管区域宽和高网格数量均大于1。
收集网格区域内肾组织的连续变量，其中，连续变量包含了蛋白质、脂肪、核酸及糖类等大分子物质官能团振动信息，能够反映大分子物质的含量和结构特征；
从连续变量中确认肾小球或肾小管变量和背景变量，其中，肾小球或肾小管变量为网格区域内含有肾小球或肾小管结构的连续变量，背景变量为网格区域内不含有肾小球或肾小管结构的连续变量；
从肾小球或肾小管变量中区分阳性变量和阴性变量，其中，阳性变量对应的网格区域为病变肾小球或肾小管结构，阴性变量对应的网格区域为正常肾小球或肾小管结构；
对阳性变量和阴性变量进行标记，形成训练数据库；
采用训练数据库对数学模型架构中的参数进行校正后输出校验模型，其中，校验模型能够通过输入连续变量从而输出其为阳性变量的概率值，概率值为大于0且小于1的浮点数值；
获取预测肾组织切片中的肾小球或肾小管变量和背景变量，通过校验模型识别肾小球或肾小管变量是否为阳性变量或阴性变量；
将从预测肾组织切片中获得的阳性变量，阴性变量及背景变量分别转化为阳性像素，阴性像素和背景像素，并按虚拟网格划分进行排列，形成虚拟成像。
进一步地优化方案，从连续变量中确认肾小球或肾小管变量和背景变量采用如下步骤之一：
设置筛选阈值从连续变量中获取肾小球或肾小管变量和背景变量；
根据网格区域在样本肾组织切片上的空间位置手动从连续变量中获取肾小球或肾小管变量和背景变量。
进一步地优化方案，设置筛选阈值从连续变量中获取肾小球或肾小管变量和背景变量包括：
若连续变量中的量化指标低于筛选阈值时，则被认定为背景变量；
若连续变量中的量化指标高于或等于阈值时，则被认定为肾小球或肾小管变量。
进一步地优化方案，量化指标为连续变量中某一数据点数值或某一间距连续数据点围成的面积值。
具体包括，确认从样本肾组织切片中获取的生物光谱数据是否来自于肾小球或肾小管结构还是来自于非肾小球及非肾小管结构；其中，可采用如下两种方法之一予以判断：1.计算光谱数据中的某一数据点值或连续数据点值围成的面积值作为量化指标值，当这些量化指标值大于特定阈值时，对应的光谱数据为肾小球或肾小管变量，其余光谱数据则被认定为背景变量；2.根据检测样本的连续切片或样本本身的化学染色结果确定检测样本中对应网格区域是否为肾小球或肾小管结构或是非肾小球及非肾小管结构，从而手动明确肾小球或肾小管变量和背景变量。
进一步地优化方案，从肾小球或肾小管变量中区分阳性变量和阴性变量，具体步骤如下：
根据参考肾组织切片中肾小球或肾小管病变及正常区域，分别提取阳性变量和阴性变量，其中，参考肾组织切片的网格区域与样本肾组织切片一一对应；
进一步地优化方案，参考肾组织切片是经染色处理后得到，其来源于以下两种之一：
参考肾组织切片等于样本肾组织切片，其中，参考肾组织切片待连续变量提取后进行染色处理；
参考肾组织切片来源于样本肾组织切片的上一组或下一组切片，其中，参考肾组织切片可在样本肾组织切片采集连续变量之前或之后完成染色处理。
进一步地优化方案，染色处理包括免疫组织化学染色，特殊染色，HE染色等。
进一步地优化方案，训练数据库由训练数据和分类标签组成，其中，训练数据由阳性变量和阴性变量组成，分类标签为0或1的整数值，1的整数值代表对应训练数据中的阳性变量，0的整数值代表对应训练数据中的阴性变量。
进一步地优化方案，应用训练数据库训练数学模型，形成校验模型。将光谱数据输入至校验模型时，该模型可以输出光谱数据是阳性变量的概率，该概率值为0至1的浮点数值。数学模型架构由A模块，B模块，C模块及D模块连接组成，D模块的输出值为数学模型的输出值。
进一步地优化方案，A模块由连续3个卷积核为3×1的卷积层，1个池化层，连续3个卷积核为2×1的卷积层连接组成。
进一步地优化方案，B模块由连续4个卷积核为3×1的卷积层，连续6个卷积核为2×1的卷积层和连续3个卷积核为5×1的卷积层连接组成。
进一步地优化方案，C模块由A模块输出值的向量值，B模块中连续4个卷积核为3×1的卷积层输出值的向量值，B模块中连续6个卷积核为2×1的卷积层的向量值，B模块的输出值的向量值共同拼接而成的向量值。
进一步地优化方案，D模块的输出值为C模块输出值，维度为64的全连接层，维度为2的全连接层组成。
进一步地优化方案，通过校验模型识别肾小球或肾小管变量是否为阳性变量或阴性变量，包括：
获取预测肾组织切片中的肾小球或肾小管变量和背景变量，应用校验模型获取肾小球或肾小管变量是否为阳性变量的概率值，根据特定阈值确定阳性变量和阴性变量；
将获得的预测肾组织切片中的阳性变量，阴性变量及背景变量按三种不同像素值分配至对应的网格区域形成虚拟成像图片，能够更为直观地观察肾小球或肾小管的病变区域。其中，虚拟成像图片宽和高像素数量与预测肾组织切片中肾小球或肾小管区域的网格数量相一致。
将肾小球或肾小管变量输入至校验模型后输出肾小球或肾小管变量为阳性变量的概率值，当概率值大于或等于特定阈值时，则认定预测连续变量为阳性变量，否则为阴性变量，特定阈值为大于0且小于1的浮点数值。
进一步地优化方案，虚拟成像的宽由m个像素和高由n个像素构成。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于法医鉴定的糖尿病检测装置，其特征在于，包括：
预处理系统，用于对样本肾组织切片进行处理，获得初始处理数据；
模型训练系统，用于将所述初始处理数据输入卷积神经网络模型进行训练，获得目标处理数据，基于所述目标处理数据获得训练数据库；
检测分析系统，用于根据所述训练数据库中的目标处理数据对样本肾组织切片进行糖尿病检测，生成并显示法医鉴定检测报告；
所述预处理系统包括样本网格化模块、样本采集模块、数据去噪模块、数据采集模块；
所述样本网格化模块用于对样本肾组织切片中的肾小球或肾小管区域进行虚拟网格划分，获得网格区域；
所述样本采集模块用于提取所述网格区域内肾组织的能够反映大分子物质的含量和结构特征的连续变量；
所述数据去噪模块用于获取所述连续变量中的肾小球或肾小管变量和背景变量；
所述数据采集模块用于从所述肾小球或肾小管变量中区分阳性变量和阴性变量，其中，阳性变量对应的网格区域为病变肾小球或肾小管结构，阴性变量对应的网格区域为正常肾小球或肾小管结构。
2.根据权利要求1所述的用于法医鉴定的糖尿病检测装置，其特征在于，
所述模型训练系统包括数据库构建模块、模型训练模块；
所述数据库构建模块用于对阳性变量和阴性变量进行标记，形成训练数据库；
所述模型训练模块用于训练数学模型对连续变量进行分类，基于所述训练数据库对数学模型架构中的参数进行校正，输出校验模型，其中，连续变量为能够反映大分子物质的含量和结构特征的信息。
3.根据权利要求1所述的用于法医鉴定的糖尿病检测装置，其特征在于，
所述检测分析系统包括样本识别模块、虚拟成像模块、显示模块；
所述样本识别模块用于识别预测肾组织切片中的肾小球或肾小管病变区域，通过校验模型识别肾小球或肾小管变量是否为阳性变量或阴性变量；
所述虚拟成像模块用于观察所述肾小球或肾小管病变区域，将阳性变量、阴性变量及背景变量分别转化为阳性像素、阴性像素和背景像素，并按所述虚拟网格划分进行排列，获得虚拟成像图像；
所述显示模块用于根据所述虚拟成像图像生成法医鉴定检测报告并进行显示。
4.一种用于法医鉴定的糖尿病检测方法，其特征在于，包括：
获取样本肾组织切片并进行处理，获得初始处理数据；
将所述初始处理数据输入卷积神经网络模型进行训练，获得目标处理数据，基于所述目标处理数据获得训练数据库；
根据所述训练数据库中的目标处理数据对样本肾组织切片进行糖尿病检测，生成并显示法医鉴定检测报告；
获取样本肾组织切片并进行处理，获得所述初始处理数据的过程包括，
对样本肾组织切片中的肾小球或肾小管区域进行虚拟网格划分，获得网格区域；
提取所述网格区域内肾组织的能够反映大分子物质的含量和结构特征的连续变量，其中，连续变量为能够反映大分子物质的含量和结构特征的信息；
对所述连续变量进行分类获得肾小球或肾小管变量和背景变量；
对所述肾小球或肾小管变量进行识别筛选获得阳性变量和阴性变量，其中，阳性变量对应的网格区域为病变肾小球或肾小管结构，阴性变量对应的网格区域为正常肾小球或肾小管结构。
5.根据权利要求4所述的用于法医鉴定的糖尿病检测方法，其特征在于，对所述肾小球或肾小管变量进行识别筛选获得阳性变量和阴性变量的过程包括，
将所述样本肾组织切片与参考肾组织切片的网格区域进行对应，根据所述参考肾组织切片中的肾小球或肾小管病变及正常区域，分别提取所述样本肾组织切片中肾小球或肾小管变量的阳性变量和阴性变量。
6.根据权利要求5所述的用于法医鉴定的糖尿病检测方法，其特征在于，
所述参考肾组织切片通过染色处理获得；
所述染色处理包括免疫组织化学染色，特殊染色，HE染色；
当所述参考肾组织切片等于所述样本肾组织切片，所述参考肾组织切片待连续变量提取后进行所述染色处理；
当所述参考肾组织切片来源于所述样本肾组织切片的上一组或下一组切片，所述参考肾组织切片在所述样本肾组织切片采集连续变量之前或之后完成染色处理。
7.根据权利要求6所述的用于法医鉴定的糖尿病检测方法，其特征在于，将所述初始处理数据输入卷积神经网络模型进行训练，获得目标处理数据，基于所述目标处理数据获得训练数据库之后还包括，
分别对肾小球或肾小管变量中的阳性变量和阴性变量进行标记，形成训练数据库；
通过训练数学模型对连续变量进行分类，基于所述训练数据库对数学模型架构中的参数进行校正，获得校验模型。
8.根据权利要求7所述的用于法医鉴定的糖尿病检测方法，其特征在于，根据所述训练数据库中的目标处理数据对样本肾组织切片进行糖尿病检测，生成并显示法医鉴定检测报告的过程包括，
识别预测肾组织切片中的肾小球或肾小管病变区域，通过校验模型识别肾小球或肾小管变量是否为阳性变量或阴性变量；
将所述肾小球或肾小管病变区域中的阳性变量、阴性变量及背景变量分别转化为阳性像素、阴性像素和背景像素，并按虚拟网格划分进行排列，获得虚拟成像图像；
根据所述虚拟成像图像生成法医鉴定检测报告并进行显示。
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