Kinect jak profesjonalny mikroskop

[KopalniaWiedzy.pl 360]

Na MIT powstał nowy system obrazowania medycznego, który pozwala na zastąpienie urządzenia wartego 100 000 USD prostym czujnikiem za 100 dolarów. System wykorzystuje technikę fluorescencyjnej mikroskopii obrazowania cyklu życia (FLIM), która jest zwykle wykorzystywana w sekwencjonowaniu DNA i diagnostyce onkologicznej.

Tematem naszej pracy jest uzyskanie precyzji wielkich kosztownych mikroskopów za pomocą złożonego modelowania matematycznego. Wykazaliśmy, że do obrazowania wykonywanego w podobny sposób jak za pomocą mikroskopu możemy użyć urządzenia z konsumenckiego rynku obrazowania, jak Microsoft Kinect - mówi Ayush Bhandari, student z MIT Media Lab i jeden z autorów nowego systemu.

Fluorescencyjna mikroskopia obrazowania cyklu życia korzysta z właściwości materiału absorbującego światło i je ponownie emitującego. Za pomocą odpowiednich środków chemicznych można w sposób kontrolowany skrócić czas pomiędzy absorpcją światła a jego emisją. Mierząc ten czas możliwe jest zbadania składu chemicznego próbki biologicznej. Obecnie wykorzystywane urządzenia FLIM oświetlają badaną próbkę niezwykle krótkimi impulsami światła, a sieć czujników przechwytuje światło wyemitowane. Czas pomiędzy absorpcją światła a jego emisją przez próbkę jest liczony w nanosekundach, zatem impulsy, którymi próbka jest oświetlana, trwają pikosekundy.

Urządzenia obecne na rynku konsumenckim, nie korzystają z tak krótkich czasów emisji. Microsoftowy Kinect wysyła impulsy trwające dziesiątki nanosekund. To wystarczy do dokonywanych przezeń pomiarów otoczenia i tworzenia jego trójwymiarowej mapy. Jednak tak długi impuls w obrazowaniu biologicznym powoduje, że otrzymujemy obraz o bardzo małej rozdzielczości. Naukowcy z MIT-u poradzili sobie z tym problemem, wydobywając z impulsu dodatkowe informacje za pomocą transformacji Fouriera. Pozwala ona bowiem rozbić sygnał na jego składowe częstotliwości, zatem przedstawić go w postaci sumy sygnałów o różnych częstotliwościach. W Media Lab sygnał wysyłany przez Kinecta jest przedstawiany jako suma 50 różnych częstotliwości. Z niektórych z tych częstotliwości możliwe jest wydobycie informacji o fluorescencyjnym cyklu życiowym trwającym krócej niż oryginalny sygnał. Jest to możliwe dzięki temu, że dla każdej z tych 50 częstotliwości osobno mierzy się różnicę w czasie absorpcji i emisji. Co więcej, jako że niektóre częstotliwości nie są absorbowane a odbijane, system ma jeszcze jedną poważną zaletę. Prównując dane z częstotliwości zaabsorbowanych i odbitych jest w stanie samodzielnie określić odległość pomiędzy źródłem światła a próbką. Nie wymaga zatem, w przeciwieństwie do obecnie wykorzystywanych systemów FLIM, precyzyjnej kalibracji.

Bhandari przyznaje, że niektórzy jego współpracownicy nie wierzyli w powodzenie. Nie sądzili, by czujniki takie jak wykorzystane w Kinekcie były wystarczająco precyzyjne. Jednak fluorescencyjny cykl życia i odległość to już dwie dane numeryczne. Jeśli masz dwie dane to wykonanie 50 pomiarów dla każdej z nich wystarczy, mówi.

Podczas swoich eksperymentów naukowcy użyli Kinecta i podobnych mu urządzeń. Każde z nich korzysta z około 20 000 czujników światła. Eksperymenty wykazały, że najbardziej precyzyjny obraz można uzyksać, gdy czujnik znajduje się w odległości około 2,5 metra od próbki. Uzyskany obraz nie jest tak dokładny jak z profesjonalnych urządzeń FLIM, ale naukowcy zauważają, że wystarczy zwiększyć liczbę czujników w macierzy oraz wykorzystać lepszą optykę do emisji i zbierania światła. To, oczywiście, oznacza, że cały system będzie kosztował więcej niż 100 USD, jednak nadal będzie to wielokrotnie mniej niż obecne urządzenia FLIM.

« powrót do artykułu