Разработана усовершенствованная версия оптической когерентной томографии
Исследователи разработали усовершенствованную версию оптической когерентной томографии (ОКТ), которая может отображать биомедицинские образцы с более высоким контрастом и разрешением в более широком трехмерном поле зрения, чем это было возможно ранее. Новый 3D-микроскоп может быть полезен для биомедицинских исследований и, в конечном итоге, позволит получить более точную медицинскую диагностическую визуализацию.
Исследователи разработали расширенную версию ОКТ, которая может отображать биомедицинские образцы с более высоким контрастом и разрешением в более широком трехмерном поле зрения, чем это было возможно ранее. Они использовали новый подход для изображения личинки рыбки данио. Авторы и права: Кевин Чжоу, Университет Дьюка.
В журнале Optica исследователи из Университета Дьюка описывают новую методику, которую они называют трехмерной оптической когерентной рефракционной томографией (3D OCRT). Используя различные биологические образцы, они показывают, что 3D OCRT дает высокодетализированные изображения, которые выявляют особенности, которые трудно наблюдать с помощью традиционной OCT.
ОКТ использует свет для получения 3D-изображений с высоким разрешением без использования контрастных веществ или меток. Хотя он обычно используется в офтальмологии, этот метод визуализации также можно использовать для визуализации многих других частей тела, таких как кожа и внутренняя часть ушей, рта, артерий и желудочно-кишечного тракта.
«ОКТ — это метод объемной визуализации, широко используемый в офтальмологии и других областях медицины», — сказал первый автор Кевин С. Чжоу. «Мы разработали новое интересное расширение, включающее новейшее оборудование в сочетании с новым вычислительным алгоритмом реконструкции 3D-изображения, чтобы устранить некоторые известные ограничения метода визуализации».
«Мы предполагаем, что этот подход будет применяться в самых разных приложениях биомедицинской визуализации, таких как диагностическая визуализация человеческого глаза или кожи in vivo », — сказал один из руководителей исследовательской группы Джозеф А. Изатт. «Оборудование, которое мы разработали для выполнения этой техники, также можно легко превратить в небольшие зонды или эндоскопы для доступа к желудочно- кишечному тракту и другим частям тела».
Новый метод позволяет получать высокодетализированные изображения, на которых видны особенности, которые трудно увидеть с помощью традиционной ОКТ, как показано на этих изображениях головы плодовой мухи. Авторы и права: Кевин Чжоу, Университет Дьюка.
Увидеть больше с OCT
Хотя ОКТ доказала свою полезность как в клинических применениях, так и в биомедицинских исследованиях , получение изображений ОКТ с высоким разрешением в широком поле зрения во всех направлениях одновременно затруднительно из-за фундаментальных ограничений, налагаемых распространением оптического луча. Еще одна проблема заключается в том, что изображения ОКТ содержат высокий уровень случайного шума, называемого спеклом, который может скрыть важные для биомедицины детали.
Чтобы устранить эти ограничения, исследователи использовали оптическую конструкцию с параболическим зеркалом. Этот тип зеркала обычно используется в приложениях, не связанных с изображением, таких как фонарики, где оно окружает лампочку, чтобы направлять свет в одном направлении. Исследователи использовали оптическую установку, в которой свет направлялся в другом направлении, а образец размещался там, где лампочка должна быть в фонарике.
Эта конструкция позволила получить изображение образца с нескольких точек зрения в очень широком диапазоне углов. Они разработали сложный алгоритм для объединения видов в одно высококачественное 3D-изображение, которое корректирует искажения, шум и другие дефекты.
«Работа, опубликованная в Optica , расширяет наши предыдущие исследования, преодолевая серьезные инженерные проблемы, как в аппаратном, так и в программном обеспечении, чтобы позволить OCRT работать в 3D и сделать его более широко применимым», — сказал один из руководителей исследовательской группы Сина Фарсиу. «Поскольку наша система генерирует от десятков до сотен гигабайт данных, нам пришлось разработать новый алгоритм, основанный на современных вычислительных инструментах, которые недавно получили развитие в сообществе машинного обучения».
Получение более широкого обзора
Исследователи продемонстрировали универсальность и широкую применимость метода, используя его для визуализации различных биологических образцов, включая рыбок данио и плодовых мух, которые являются важными модельными организмами для изучения поведения, развития и нейробиологии. Они также визуализировали образцы ткани трахеи и пищевода мыши, чтобы продемонстрировать потенциал медицинской диагностической визуализации. С помощью 3D OCRT они получили трехмерное поле зрения до ±75° без перемещения образца.
«В дополнение к уменьшению шумовых артефактов и коррекции искажений, вызванных образцом, OCRT по своей сути способна вычислительным образом создавать контраст на основе свойств ткани, которые менее заметны при традиционной ОКТ», — сказал Чжоу. «Например, мы показываем, что он чувствителен к ориентированным структурам, таким как волокнистая ткань».
В настоящее время исследователи изучают способы уменьшить размер системы и сделать ее более быстрой для визуализации в реальном времени, используя преимущества последних разработок в области более быстрых системных технологий ОКТ и достижений в области глубокого обучения, которые могут ускорить или улучшить обработку данных.
