Ny mikroskopisk billedbehandlingsmetode tillader optagelse af højopløselige og tredimensionelle billeder

Billeddiagnostiske teknologier er nøglen til moderne medicin og diagnosticering på et tidligt stadium, hvilket potentielt kan forbedre patienternes resultater. Mikroskopisk billeddannelse giver forskere og fagfolk mulighed for at se direkte ind i celler, hvilket gør det muligt at visualisere strukturer og processer, der engang var usynlige. En vigtig begrænsning ved den nuværende teknologi er imidlertid, at mikroskopisk billeddannelse i høj opløsning er begrænset til todimensionelle (2D) billeder opnået i objektglas, mens vævsstrukturer er tredimensionelle (3D). I årtier har videnskabsmænd ledt efter en måde at løse denne udfordring og opnå 3D mikroskopiske billeder.

Et papir udgivet i Nature Photonics medforfatter af Majid Pahlevani (Electrical and Computer Engineering) og samarbejdspartnere ved Harvard University beskriver en ny teknik, der kan forbedre state-of-the-art mikroskoper, hvilket muliggør en stigning i billedopløsning, samtidig med at 3D mikroskopisk billeddannelse er mulig.

En af hovedudfordringerne ved billeddannelse i mikroskopisk skala er at tackle diffraktion - den hurtige spredning af tæt fokuseret lys - da fænomenet hæmmer opnåelsen af ​​billeder i høj opløsning. I undersøgelsen viser forskerne, at en særlig disponering af lys og en sti skabt af en ultratynd optisk komponent sammensat af en række nanosøjler på en glasoverflade (se figur A og B) kan bryde de begrænsninger, der ellers er pålagt af diffraktion, dermed løse problemet. En optisk linse med dette arrangement kunne indbygges i den næste generation af mikroskopiske billedbehandlingsenheder.

"Denne metode, kaldet bijective illumination collection imaging (BICI), kan udvide rækkevidden af ​​højopløsningsbilleddannelse med over 12 gange sammenlignet med de avancerede billedbehandlingsteknikker," siger Pahlevani, en ekspert i energi og kraft. elektronik og deres anvendelser i sundhedsvæsenet. Han er medlem af Queen's Center for Energy and Power Electronics Research (ePOWER). "I modsætning til konventionelle billeddannelsesteknikker fordeles i BICI lyset, der belyser målet, og lyset, der opsamles fra målet, langs dybden ved hjælp af nanostrukturerne, hvilket gør det muligt at bevare højopløsningsbilleder langs en stor dybde ind i vævet."

Mikroskopisk billeddannelse i tre dimensioner muliggør adskillige biologiske og kliniske anvendelser, såsom at give indsigt i de intercellulære mekanismer og muliggøre kræftcelledetektion og in vivo (i kroppen) realtidsdiagnose.

En anden vigtig fordel ved den nye metode er, hvor hurtig den er at behandle. "Beregningsintensive teknikker resulterer i langsom billeddannelse, som ikke er egnet til in vivo billeddannelse," forklarer Dr. Pahlevani. "Organer hos levende patienter er ikke stationære og bevæger sig, hvilket giver anledning til artefakter i billeddannelse. Derfor kræver in vivo billeddannelse hurtige teknikker." Fordi den nye foreslåede teknik er en optisk løsning til at øge mikroskopisk billedopløsning, kræver den ikke yderligere beregningskapacitet.

Nature Photonics papir fremhæver kræftdiagnoser som en af ​​de vigtigste anvendelser for den nye metode:"Patologiske ændringer i de tidlige stadier af sygdomme som kræft er ofte meget subtile og kan let overses. potentiale til at muliggøre tidlig og præcis opdagelse og diagnose." Dr. Pahlevani er overbevist om, at BICI kan anvendes på flere eksisterende billedbehandlingsteknikker. + Udforsk yderligere

Konfokal laserpletter autokorrelationsbilleddannelse af dynamisk flow i mikrovaskulatur