Polarisationsfølsom tomografi gjort let med tensorial tomografisk Fourier-ptychografi
Inden for medicinsk billeddannelse er der en del forskellige teknikker til at udtrække information fra biologisk væv baseret på dets forskellige interaktioner med synligt lys. I løbet af det sidste årti har der været en massiv stigning i forskning med fokus på kvantitativ fasebilleddannelse, som involverer indfangning og analyse af, hvordan fasen af et lys ændres, når det passerer gennem en prøve.
Ud over faseinformation kan den måde, celler eller væv interagerer med polariseret lys på – og hvordan disse interaktioner ændrer sig afhængigt af polarisationsretningen – give nyttig information til diagnosticering af visse patologier eller undersøgelse af biologiske processer.
Selvom der er nogle metoder, der kan udtrække både fase- og anisotropiinformation for at skabe tomografiske 3D-rekonstruktioner, er disse teknikker typisk dyre og komplekse at sætte op, hvilket har begrænset deres anvendelse i kliniske applikationer.
I en nylig undersøgelse har et internationalt forskerhold, herunder prof. Roarke Horstmeyer og Dr. Shiqi Xu fra Duke University, sat sig for at tackle disse begrænsninger.
Som rapporteret i Avanceret fotonik , udviklede forskerne en ny billedbehandlingsteknik kaldet tensorial tomografisk Fourier ptychography (eller "T 2 oFu"). Denne metode kan bruges til at opnå kvantitativ fase- og polarisationsfølsom information fra biologiske prøver samtidigt.
En nøglefunktion ved T 2 oFu er dens billige optiske opsætning. Systemet omfatter en individuelt adresserbar LED-matrix som belysningskilde. For at opnå polarisationsafhængig information anvender systemet også en cirkulær polarisator mellem belysningen og prøven, samt et polarisationsfølsomt kamera.
For at rekonstruere polarisationsfølsom kvantitativ fasetomografi med denne opsætning udviklede forskerholdet T 2 oFus rekonstruktionsmodel fra bunden. Baseret på teorier om lysudbredelse udledte de en matematisk model, der nøjagtigt beskriver eksperimentelle målinger.
Med den eksperimentelle opsætning og den teoretiske ramme etableret, satte holdet deres metode på prøve gennem en række eksperimenter. Først rekonstruerede de detaljerede 3D-billeder af muskelfibre med anisotropi og faseinformation, hvilket gav et klart overblik over individuelle muskelfilamenter. Dette har vigtige konsekvenser for diagnostiske formål.
"Høj kontrast og høj opløsning strukturel billeddannelse af iboende signaler i skeletmuskelfibre er vigtig for rettidig påvisning af ændringer i myofibrillær organisation, der kan føre til skeletmyopatier," forklarer Dr. Horstmeyer. "I øjeblikket er 3D-muskelvæv typisk afbildet af komplekse og dyre systemer, såsom anden-harmonisk generation (SHG) mikroskopi. Især viste vores billige, LED-baserede system resultater svarende til dem, der er beskrevet i litteraturen om SHG-billeddannelse."
Derefter afbildede forskerne en hjertevævsprøve med hjerteamyloidose, en meget dødelig sygdom, der påvirker over 12.000 patienter alene i USA.
"I nuværende praksis bliver biopsieret hjertevæv først frosset og skåret i tynde skiver, derefter farvet med et rødfarvet farvestof og inspiceret under et krydspolariseret mikroskop," kommenterer Dr. Xu. "I vores målinger var strukturen af anisotropi-rekonstruktionen i høj grad korreleret med det farvefarvede krydspolariserede billede, der viser træk ved amyloidose. Den foreslåede tilgang kan således potentielt være nyttig til hurtige inspektioner på stedet i fremtiden."
Samlet set T 2 oFu ser ud til at være en kraftfuld og praktisk teknik, der kunne gøre polarisering og fasebilleddannelse lettere tilgængelig. Yderligere justeringer vil forhåbentlig gøre dette værktøj tilgængeligt for flere videnskabsmænd og læger, hvilket belyser vejen til bedre diagnostik og en dybere forståelse af vores kroppe.
Flere oplysninger: Shiqi Xu et al., Tensorial tomografisk Fourier-ptychografi med applikationer til billeddannelse af muskelvæv, Avanceret fotonik (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.2.026004
Leveret af SPIE
Varme artikler
-
Et muligt eksperiment for at bevise, at tyngdekraften og kvantemekanikken kan forenesKredit:G. W. Morley/University of Warwick og APS/Alan Stonebraker To forskerhold, der arbejder uafhængigt af hinanden, er kommet med et eksperiment, der skal bevise, at tyngdekraften og kvantemeka -
Tidlige bestræbelser på vejen til pålidelig kvantemaskinlæringEn pålidelig kvanteklassificeringsalgoritme klassificerer korrekt en giftig svamp som giftig, mens en støjende, forstyrret klassificerer man det fejlagtigt som spiselig. Kredit:npj Quantum Information -
Hvordan engangsbleer kan forbedre målinger af tumorvækstKredit:National Institute of Standards and Technology Tidligt at fange kræft kan gøre hele forskellen for en vellykket behandling. En almindelig screeningspraksis måler tumorvækst med røntgencompu -
Leder efter mørkt stof nær neutronstjerner med radioteleskoperCP -symmetrioperationen udført på en mesonpartikel. Vi siger, at CP -symmetrien overtrædes, hvis vi observerer, at det originale system (første ramme i figur 1) henfalder til en anden partikel end det
- De mindste magnetiske hvirvler nogensinde markerer et skridt mod ny digital hukommelse
- Hvordan fungerer holografiske projektorer?
- Dødelig naturbrand i Californien udsletter den naturskønne flodby
- Talrige kampesten, mange sten, intet støv:MASCOTs zigzag kurs henover asteroiden Ryugu
- Atomisk skala vindue til superledning baner vejen for nye kvantematerialer
- Opblæsning af middelalderlige krudtopskrifter