Микроскоп, который может за минуты определять границы опухоли

Когда хирурги удаляют раковую опухоль, их очень волнует, все ли они вырезали. Ученые из университета Райса и Техасского онкологического центра доктора Андерсона создали новый микроскоп, который может быстро отобразить большие участки тканей, потенциально даже во время операции, чтобы найти ответ.

Микроскоп может быстро получать изображения относительно толстых участков ткани с клеточным разрешением и может позволить хирургам осматривать края опухолей в течение нескольких минут после их удаления. Описание разработки приводится в исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

По словам ведущего автора исследования аспирантки в области электро- и компьютерной инженерии Мэри Джин (Mary Jin),

Основной целью операции является удаление всех раковых клеток, но единственный способ узнать, все ли вырезано, это посмотреть на опухоль под микроскопом. Сегодня это можно сделать, только сначала разрезав ткань на чрезвычайно тонкие участки, а затем визуализируя эти участки по отдельности. Этот процесс требует дорогостоящего оборудования и высококвалифицированных специалистов, а последующая визуализация нескольких срезов отнимает много времени. Наш проект направлен, в основном, на прямое изображение больших участков ткани, без их нарезки.

Микроскоп с расширенной глубиной резкости или DeepDOF использует технологию искусственного интеллекта (глубокое обучение), для обучения алгоритма оптимизации как сбору изображений, так и их пост-обработке.

При использовании типичного микроскопа существует компромисс между пространственным разрешением и глубиной резкости, то есть только то, что находится на одинаковом расстоянии от объектива, может быть четко сфокусировано. Особенности, которые находятся на несколько миллиметров ближе или дальше от объектива микроскопа, будут выглядеть размытыми. По этой причине образцы для микроскопа, как правило, тонкие и устанавливаются между стеклянными слайдами.

Благодаря возможности точной оценки статуса границ вырезанных тканей, DeepDOF имеет потенциал для улучшения результатов для онкологических пациентов, лечащихся хирургическим путем.

В DeepDOF используется стандартный оптический микроскоп в сочетании с недорогой оптической фазовой маской стоимостью менее 10 долларов для получения изображения целых образцов тканей и обеспечения глубины резкости в пять раз выше, чем у самых современных микроскопов. Фазовая маска используется для модуляции света, поступающего в микроскоп, что позволяет лучше контролировать зависящее от глубины размытие в изображениях, получаемых микроскопом. Этот контроль помогает гарантировать, что алгоритмы, применяемые к захваченным изображениям, точно восстанавливают высокочастотную текстурную информацию на гораздо более широком диапазоне глубин, чем обычные микроскопы. При этом DeepDOF делает это без ущерба для пространственного разрешения и может снимать и обрабатывать изображения всего за две минуты.

По словам разработчиков,

Фактически, как рисунок фазовой маски, так и параметры алгоритма компенсации размытия изучаются вместе с помощью глубокой нейронной сети, что позволяет нам еще больше повысить производительность.