Please use this identifier to cite or link to this item: http://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/11938
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorSiti Fauziah Toha, Ph.Den_US
dc.contributor.advisorAzhar Mohd Ibrahim, Ph.Den_US
dc.contributor.authorMuhammad Hafizi Abdul Maliken_US
dc.date.accessioned2024-02-01T03:37:11Z-
dc.date.available2024-02-01T03:37:11Z-
dc.date.issued2023-
dc.identifier.urihttp://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/11938-
dc.description.abstractFibroblast cell culture monitoring necessitates thorough attention for the continuous characterization of cultivated cells. Deep learning has recently emerged to engage in a process, such as a microscopy segmentation task; however, the trained data may not be comprehensive for other datasets. Most algorithms do not encompass a wide range of data attributes and require distinct system workflows. To address this, the research proposed a U-Net based pipeline specifically for detecting and segmenting fibroblast cell confluency at varying magnifications and distributions. U-Net is a widely recognized deep learning architecture commonly employed for biomedical segmentation tasks. Patch-based segmentation was employed for predictions, with three U-Net based networks proposed using inception, dilation, and residual mechanisms. Additionally, a smooth blending technique was introduced to address edge effects arising from patch-based segmentation. Model B, with an inception mechanism of various kernel sizes, demonstrated the highest overall IoU score of 0.707, with a mean relative performance of 6.5% across all datasets. It also outperformed human observation by 15% more accuracy through validation analysis. However, when disregarding deployment considerations, Model C, featuring a dilation mechanism, emerges as a viable alternative, offering optimal performance and moderate complexity compared to Model B during training sessions. Another main objective of this study is to fully automate cell monitoring, traditionally involving high human interaction. Thus, a complete design of automated cell culture monitoring was also designed for a specified working space incorporating AI-based cell screening, IoT-based monitoring and communication system through Cloud Firebase, and sample handling automation using robotic arm. OpenVINO and NCS2 were used to optimize the segmentation on Raspberry Pi where a cell image can be segmented in under 9 seconds by Model B. Overall, the proposed design for automated cell culture monitoring demonstrates its efficiency, with the complete cycle of its workflow taking under 1 minute and an average power rate of 12.2W, while requiring just approximately 200MB of downloaded data for a full day of operation in a real-time application. However, the high precision of the proposed model is currently limited to around 80% confluency and the implementation of the automation system has yet to be adjusted to accommodate varying lab structures. The primary contribution of this study revolves around providing guidance in refining existing models to adapt diverse magnification levels of microscopy images under specific conditions. Furthermore, the integration of Raspberry Pi and OpenVINO in biomedical tasks, a relatively unexplored area, adds a distinctive aspect of this research. Consequently, this study introduces a modular, comprehensive, and optimized cell imaging system with the ability to integrate various external systems, which is off the shelf, enabling cost-effective automated cell culture monitoring.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2023en_US
dc.rightsJOINTLY OWNED WITH A THIRD PARTY(S) AND/OR IIUM
dc.titleAutomated confluency of fibroblast skin cell detection using AI-based image segmentationen_US
dc.typeMaster Thesisen_US
dc.description.identityG2110445Muhammadhafiziabdulmaliken_US
dc.description.identifierThesis : Automated confluency of fibroblast skin cell detection using AI-based image segmentation / by Muhammad Hafizi bin Abdul Maliken_US
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineeringen_US
dc.description.programmeMaster of Science in Engineeringen_US
dc.description.degreelevelMaster
dc.description.abstractarabicتتطلب مراقبة زراعة الخلايا الليفية اهتماما شاملا للتوصيف المستمر للخلايا المزروعة. ظهر التعلم العميق مؤخرا للانخراط في عملية مثل مهمة تجزئة الفحص المجهري. ومع ذلك ، قد لا تكون البيانات المدربة شاملة لمجموعات البيانات الأخرى. لا تشمل معظم الخوارزميات نطاقًا واسعًا من سمات البيانات وتتطلب مهام سير عمل متميز للنظام. لمعالجة هذه المشكلة، اقترح هذا البحث خط أنابيب قائم على شبكة U-Net خصيصا وتجزئة تقارب الخلايا الليفية بتكبيرات وتوزيعات مختلفة. U-Net هي عبارة عن بنية تعلم عميق معترف بها على نطاق واسع تستخدم عادة لمهام التجزئة الطبية الحيوية. تم استخدام التجزئة القائمة على التصحيح للتنبؤات، مع ثلاث شبكات قائمة عل U-Net مقترحة باستخدام آليات البدء والتمدد والمتبقية. بالإضافة إلى ذلك، تم تقديم تقنية مزج سلسة لمعالجة تأثيرات الحافة الناشئة عن التجزئة القائمة على التصحيح. أظهر النموذج B ، مع آلية البدء بأحجام نواة مختلفة، أعلى درجة إجمالية ل IoU بلغت 0.707، بمتوسط أداء نسبي يبلغ 6.5٪ عبر جميع مجموعات البيانات. كما تفوقت على الملاحظة البشرية بدقة اكبر بنسبة 15٪ من خلال تحليل التحقق من الصحة. ومع ذلك، عند تجاهل اعتبارات التوزيع، يظهر النموذج C الذي يتميز بآلية التوسيع كبديل قابل للتطبيق، حيث يقدم الأداء الأمثل والتعقيد المعتدل مقارنة بالنموذج B أثناء جلسات التدريب. الهدف الرئيسي الآخر لهذا البحث هو أتمتة مراقبة الخلايا بشكل كامل، والتي كانت تتطلب في السابق مستوى كبيرًا من الاتصال البشري. ونتيجة لذلك، تم إنشاء تصميم كامل للمراقبة الآلية لثقافة الخلايا لمساحة عمل محددة تتضمن فحص الخلايا القائم على الذكاء الاصطناعي ونظام المراقبة والاتصالات القائم على (IoT) باستخدام Cloud Firebase، وأتمتة معالجة العينات عبر الذراع الآلية. تم استخدام OpenVINO وNCS2 لتحسين التجزئة على Raspberry Pi حيث يمكن تجزئة صورة الخلية في أقل من 9 ثوانٍ بواسطة النموذج B. بشكل عام، يوضح التصميم المقترح لمراقبة ثقافة الخلية الآلية كفاءته، حيث تستغرق الدورة الكاملة لسير العمل أقل من دقيقة واحدة ومتوسط معدل طاقة يبلغ 12.2 واط ، بينما يتطلب ما يقرب من 200 ميجابايت فقط من البيانات التي تم تنزيلها لمدة يوم كامل من التشغيل في تطبيق في الوقت الفعلي. ومع ذلك، فإن الدقة العالية للنموذج المقترح تقتصر حاليًا على حوالي 80٪ من التقارب ولم يتم بعد تعديل تنفيذ نظام التشغيل الآلي لاستيعاب هياكل المختبرات المختلفة. تدور المساهمة الأساسية لهذه الدراسة حول توفير التوجيه في تحسين النماذج الحالية لتكييف مستويات التكبير المتنوعة للصور المجهرية في ظل ظروف محددة. علاوة على ذلك ، فإن دمج Raspberry Pi و OpenVINO في المهام الطبية الحيوية، وهي منطقة غير مستكشفة نسبيا ، يضيف جانبا مميزا من هذا البحث. وبالتالي ، تقدم هذه الدراسة نظاما معياريا وشاملا ومحسنا لتصوير الخلايا مع القدرة على دمج أنظمة خارجية مختلفة ، وهو جاهز للاستخدام، مما يتيح مراقبة ثقافة الخلايا الآلية الفعالة من حيث التكلفة.en_US
dc.description.nationalityMalaysianen_US
dc.description.emailhafizimalik1998@gmail.comen_US
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.myen_US
dc.description.notesThesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2023.en_US
dc.description.physicaldescription1 online resource (xv, 127 leaves) ; color illustrations.en_US
item.openairetypeMaster Thesis-
item.grantfulltextopen-
item.fulltextWith Fulltext-
item.languageiso639-1en-
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.cerifentitytypePublications-
Appears in Collections:KOE Thesis
Files in This Item:
File SizeFormat 
G2110445Muhammadhafiziabdulmalik_SEC.pdf24.13 MBAdobe PDFView/Open
Show simple item record

Google ScholarTM

Check


Items in this repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated. Please give due acknowledgement and credits to the original authors and IIUM where applicable. No items shall be used for commercialization purposes except with written consent from the author.