Los investigadores del MIT han desarrollado un sistema de imágenes biomédicas que finalmente podría reemplazar un equipo de laboratorio de $ 100,000 con componentes que cuestan solo cientos de dólares.
El sistema usa una técnica llamada imágenes de fluorescencia de por vida, que tiene aplicaciones en la secuenciación de ADN y el diagnóstico de cáncer, entre otras cosas. Por lo tanto, el nuevo trabajo podría tener implicaciones tanto para la investigación biológica como para la práctica clínica.
"El tema de nuestro trabajo es tomar la precisión electrónica y óptica de este gran microscopio caro y reemplazarlo con sofisticación en el modelado matemático", dice Ayush Bhandari, un estudiante graduado en el MIT Media Lab y uno de los desarrolladores del sistema."Demostramos que puede usar algo en imágenes de consumo, como Microsoft Kinect, para realizar bioimágenes de la misma manera que lo hace el microscopio".
Los investigadores del MIT informaron el nuevo trabajo en la edición del 20 de noviembre de la revista óptica . Bhandari es el primer autor del artículo, y se le une el profesor asociado de artes y ciencias de los medios Ramesh Raskar y Christopher Barsi, un ex investigador científico en el grupo de Raskar que ahora enseña física en la Commonwealth School en Boston.
La imagen de vida útil de la fluorescencia, como su nombre lo indica, depende de la fluorescencia o de la tendencia de los materiales conocidos como fluoróforos a absorber la luz y luego volver a emitirla poco tiempo después. Para un fluoróforo dado, las interacciones con otras sustancias químicas acortarán el intervaloentre la absorción y la emisión de luz de una manera predecible. Medir ese intervalo la "vida útil" de la fluorescencia en una muestra biológica tratada con un tinte fluorescente puede revelar información sobre la composición química de la muestra.
En las imágenes tradicionales de fluorescencia de por vida, el sistema de imágenes emite un estallido de luz, gran parte del cual es absorbido por la muestra, y luego mide cuánto tiempo tarda en regresar partículas de luz, o fotones, para golpear una serie de detectores.la medida lo más precisa posible, las ráfagas de luz son extremadamente cortas.
Los tiempos de vida de fluorescencia pertinentes a las imágenes biomédicas están en el rango de nanosegundos. Por lo tanto, las imágenes tradicionales de vida útil de fluorescencia utilizan ráfagas de luz que duran solo picosegundos, o milésimas de nanosegundos.
instrumento romo
Los sensores de profundidad estándar como el Kinect, sin embargo, utilizan ráfagas de luz que duran decenas de nanosegundos. Eso está bien para su propósito previsto: medir la profundidad de los objetos midiendo el tiempo que tarda la luz en reflejarse y volver ael sensor, pero parecería ser demasiado grueso para la imagen de fluorescencia de por vida.
Los investigadores de Media Lab, sin embargo, extraen información adicional de la señal de luz sometiéndola a una transformada de Fourier. La transformada de Fourier es una técnica para romper señales - ópticas, eléctricas o acústicas - en sus frecuencias constituyentes.La señal, no importa cuán irregular sea, se puede representar como la suma ponderada de las señales en muchas frecuencias diferentes, cada una de ellas perfectamente regular.
Los investigadores de Media Lab representan la señal óptica que regresa de la muestra como la suma de 50 frecuencias diferentes. Algunas de esas frecuencias son más altas que la de la señal en sí, y así es como pueden recuperar información sobre la vida útil de la fluorescencia más corta queduración del estallido de luz emitido.
Para cada una de esas 50 frecuencias, los investigadores miden la diferencia de fase entre la señal emitida y la señal de retorno. Si una onda electromagnética puede considerarse como un garabato regular hacia arriba y hacia abajo, la fase es el grado de alineación entrelos canales y las crestas de una onda y las de otra. En las imágenes de fluorescencia, el cambio de fase también lleva información sobre la vida útil de la fluorescencia.
No se absorbe toda la luz que incide en la muestra biológica; parte de ella se refleja hacia atrás. El sistema de investigadores del MIT toma las medidas de la luz entrante y las ajusta a un modelo matemático de los perfiles de intensidad superpuestos tanto reflejados como re-emitido luz.
Una vez que se deduce el perfil de intensidad de la luz reflejada, puede calcular la distancia entre el emisor y la muestra. Entonces, a diferencia de las imágenes convencionales de fluorescencia de por vida, el enfoque de los investigadores no requiere calibración de distancia.
Tamaño de muestra
Según Bhandari, algunos de sus colegas se mostraron escépticos de que la señal de luz de retorno contenía suficiente información para producir modelos precisos de los perfiles de intensidad. "No estaban convencidos de que la precisión de los sensores tipo Kinect sea suficiente", dice.Pero la vida útil y la distancia son dos números. Si tiene dos números, entonces 50 mediciones son muchas. La información deseada es dos puntos, pero la medición es 50 puntos, por lo que tiene una relación de uno a 25. Es suficiente para darlela intuición de que debería ser viable "
Los sensores de profundidad que los investigadores utilizaron en sus experimentos, el Kinect y otros, tenían conjuntos de aproximadamente 20,000 detectores de luz cada uno, y los resultados más precisos se produjeron cuando el detector estaba a 2.5 metros de la muestra biológica.No ofrece la resolución de imagen que tienen los microscopios de imagen de fluorescencia existentes de por vida. Pero aunque conjuntos más densos de detectores y ópticas que controlan mejor la emisión y la recolección de luz inflarían el costo del sistema de los investigadores más allá de los $ 100 que cuesta un Kinect, todavíano debería ser tan costoso como los sistemas actuales de imágenes de fluorescencia de por vida
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Larry Hardesty. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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