Sinerjik işbirliği, biyomedikal 3 boyutlu görüntüleme için yeni stratejiye yol açar

Sinerjik işbirliği, biyomedikal 3 boyutlu görüntüleme için yeni stratejiye yol açar
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


Floresan lekeli pamuk liflerinin 3 boyutlu rekonstrüksiyonu. Mavi, yeşil ve kırmızı paneller, nesnenin x-y, y-z ve x-z dilimlerinden alınan ve sağdaki ana şekilde renkli dikdörtgenle gösterilen dilimleridir. Ölçek çubuğu 60 mm’ye eşittir. Kredi bilgileri: Randy Bartels

İnsan vücudundaki hücrelere üç boyutlu bir bakış söz konusu olduğunda, geceleri bir ateş böceğinin tarlada tam olarak nerede olduğunu bulmaktan çok da farklı değildir. Hangi yönde olduğunu söyleyebiliriz, ancak ne kadar uzakta olduğunu bilmek zor.

Ateşböceği ışıldayan, tutarsız ışık yayar. Işık dalgaları belirli bir yönde yayılmadan yayılır ve bu da ateş böceğinin tam yerini belirlemeyi zorlaştırır.

Gece gökyüzünde uçan bir yarasa da aynı sorunu yaşamaz. Sineğin yönünde bir ses dalgası fırlatarak ve dönüş yankısını dinleyerek bu zayıf ateş böceğini kolayca bulabilir. Yarasanın ses dalgası tutarlı ve yönlüdür ve geri saçılan ses dalgaları ile ateş böceğinin yerini tam olarak belirlemesine izin verir.

Benzer tutarlı dalga saçılımı, ultrason taramaları, sonar, radar ve tutarlı optik kırınım dahil olmak üzere her türlü günlük teknolojide kullanılır. Tüm bu yöntemler, yayılırken dalganın iyi davranışlı zirveleri ve vadileri olan tutarlı dalgalar gerektirir. Optik dünyasında lazerler aynı dalga tutarlılığını sergiler.

Ulusal Sağlık Enstitüleri, elektrik ve bilgisayar mühendisliği Profesörü Randy Bartels’in grubunun desteğiyle, Profesör Ali Pezeshki, Colorado Maden Okulu Profesörü Jeff Squier ve lisansüstü öğrencisi Patrick Stockton ile işbirliği içinde bir yol buldu. Tutarsız ışık yayılımını tutarlı bir ışıkmış gibi tedavi etmek. Bu yeni teknoloji, ekibin floresan moleküller tarafından yayılan tutarsız ışığı toplamasına ve nesnenin 3 boyutlu dijital modellerini yeniden oluşturmasına olanak tanıyor.

Bartels, “Floresan ışığın nereden geldiğini anlamak için daha önce erişilemeyen tamamen yeni bir yolumuz var” dedi.

Tutarsız ışıktan bir model oluşturmak

Dergide yayınlandı Optica, Bartels’in grubu, yüksek çözünürlüklü bir 3-D görüntü oluşturmak için bir nesne tarafından yayılan tutarsız floresan ışığı şekillendiren yeni bir strateji geliştirmek için optik ve matematiksel hesaplamaları birleştirdi.

Bartels, stratejiyi, insan vücudundaki bir hücre veya başka bir nesnenin görüntüsünü oluşturan ultrason görüntülemeyle karşılaştırıyor. Ultrason, bir görüntüyü oluşturmak için bir nesneden yansıyan ses dalgalarının salınımlarını kullanır, bir dalgayı detektöre geri döndürmek için gereken mesafe ve zamandaki farklılıkları hesaplamak için matematiksel hesaplamalar kullanır.

Optik mikroskoplarda sıklıkla kullanılan flüoresan ışıkla ilgili sorun, ışığın tutarsız olmasıdır. Tutarsız floresan emisyonu, floresan yayıcıların yerini gizleyen, yayılan ışığın fazını karıştırır.

İşbirlikçi ekip, uzamsal olarak uyumlu ışınların fazındaki farklılıkları flüoresan ışık emisyonunun geçici bir varyasyonuna aktararak, tutarsız ışık yayılımı görüntüsündeki tutarlı ışık dağılımını taklit eden bir strateji kullandı. Ekip, sinyal oluşumunun matematiksel bir modeliyle birlikte aydınlatma ışığının uzaysal ve zamansal modülasyonunu kullanarak, verilerin hesaplamalı olarak ters çevrilmesi yoluyla daha yüksek çözünürlüklü bir 3 boyutlu model oluşturdu.

Süreç, saçılma sürecinde tutarlı ışık salınımının korunmasını taklit ederek, tutarsız ışık yayan nesnelerin kesin konumu ve parlaklığı ölçümlerini döndürür.

“Nesneyi aydınlatmak için kullandığımız bir dizi şekilli ışığa sahibiz ve sonra basitçe nesneden çıkan flüoresanın gücünü ölçüyoruz. Bu veriler matematiksel bir modelle birleştirildiğinde, ışığın 3 boyutlu dağılımlarını bulmamızı sağlıyor. moleküller, “dedi Bartels. “Bu işlem, ultrason görüntülemesine çok benzer şekilde tutarlı saçılmayı taklit ediyor.”

Modeller oluşturmak için matematik ve optiği birleştirmek

Tüm bu ışık ölçümlerini almak veri verir, ancak yalnızca onu yorumlamak için doğru model oluşturulabilirse yararlıdır.

CAT taramaları ve MRI’lar, ayrıntılı bir 3 boyutlu görüntü oluşturmak için nesnenin düşük boyutlu temsilleri olan verileri almak için benzer matematiksel modeller kullanır. 3 boyutlu bir dijital model oluşturmak için tutarsız ışığı kullanmak, matematiksel olarak yönlendirilen yeni bir strateji gerektirir.

Elektrik ve bilgisayar mühendisliği Profesörü Ali Pezeshki burada devreye giriyor.

Floresan bir nesneden çıkan şekilli ışığın toplam güç ölçümlerinden elde edilen verileri kullanan Pezeshki’nin matematiksel modelleri, gürültünün yönetilmesini ve değerli bilgilerin gömülmesini engeller. Moleküllerin üç boyutlu dağılımları daha sonra tutarlıymış gibi toplanabilir.

Sinerjik işbirliği

Bu çalışma, Bartels’in grubu ile Colorado Maden Okulu’ndaki Squier grubu arasındaki verimli bir multidisipliner işbirliğinin en önemli özelliklerinden biridir.

Bartels, “Bu sinerjik bir işbirliği haline geliyor” dedi. “Farklı alanların sınırlamalarını anlamak için farklı uzmanlıklara sahip kişiler arasında bir konuşma olması gerekir.”

2016’dan bu yana, gruplar neredeyse bir düzine yayınlanmış yayın üzerinde işbirliği yaptı ve daha fazlası yazılıyor. Matematiğin, bilimin ve mühendisliğin disiplinler arası çabaları, gelişmiş üretimden sinirbilime kadar uygulamalarla optik görüntülemenin sınırlarını zorlamalarını sağlıyor.

Squier, “Öğrenciler, Randy, Jeff Field, Ali ve benim tarafımdan sağlanan farklı bakış açılarından sorunları gerçekten görüyorlar” dedi. “Görüntülemede ilerlemeler kaydettik, sanırım hiçbirimiz bu işbirliğine dayalı çabayı başlatana kadar öngöremedi ve şimdi bunu daha önce hayal etmediğimiz alanlarda uyguluyoruz.”


Önemli ölçüde geliştirilmiş çözünürlüğe sahip röntgen görüntüleme


Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »