تکنیک جدید تصویربرداری

محققان، یک تکنیک جدید تصویر برداری معرفی کردند که می تواند باعث تسریع روند تحقیقات در حوزه زیست شناسی و علوم اعصاب شود.
میکروسکوپیست ها و کارشناسان آزمایشگاه، مدت هاست به دنبال یافتن راهی برای تهیه به موقع تصاویر با کیفیت بالا از بافت های عمیق نمونه های زنده هستند. آن ها برای بررسی عملکرد درونی سیستم های پیچیده بیولوژیکی باید بین کیفیت تصویر یا سرعت، یکی را انتخاب می کردند.

دوشان وادوواگه، محقق برجسته جان هاروارد، در مرکز تصویربرداری پیشرفته FAS به همراه تیمی از MIT، تکنیک جدیدی برای حل این مشکل ارائه دادند.

خب حالا داستان چیه؟

این تیم با کمک تصویر برداری محاسباتی، تکنیک جدیدی ابداع کردند. این تکنیک دریافت تصاویر با وضوح بالا و حدود 100-1000 برابر سریع تر از سایر فناوری ها که دارای الگوریتم هایی با پیچیدگی بالا هستند را امکان پذیر میکند. این روش که De-scattering with Excitation Patterning (DEEP) نام گرفت، می‌تواند فرآیندی را که ممکن است ماه‌ها طول بکشد، طی چند روز انجام دهد.

دانشمندان امیدوارند در آینده بتوانند با کمک این تکنیک تصویربرداری نوپا به درک جدیدی از عملکرد بافت های دارای پیچیدگی مانند مغز برسند. زیرا با استفاده از این روش می توان عکس هایی گرفت که به وسیله میکروسکوپ های دیگر، امکان پذیر نمی باشد.

وادوواگه می گوید: “این سیستم، پتانسیل تصویر برداری سریع از بافت های عمیق را دارد. در نتیجه دانشمندان قادر خواهند بود از فرآیند هایی که قبلاً قادر به ثبت آن نبودند؛ تصویربرداری کنند. از جمله این فرآیند ها، می توان به زمان تحریک نورون و چگونگی حرکت سیگنال ها اشاره کرد. این دستگاه، توانایی تصویربرداری در میدان دید بزرگ تر نسبت به سایر دستگاه ها را دارد. از دیگر مزیت های استفاده از این دستگاه، بزرگنمایی بسیار بالا است. دانشمندان از این طریق می توانند اطلاعات بیشتری از نمونه در زیر میکروسکوپ به دست آورند و نمونه را بهتر بررسی کنند.

عملکرد این سیستم نوپا مشابه بسیاری از تکنیک های دیگر تصویربرداری از حیوانات است. نور لیزر مادون قرمز برای نفوذ به اعماق بافت های بیولوژیکی مورد استفاده قرار میگیرد. محققان با استفاده از این نور، مولکول‌های فلورسنتی را که می‌خواهند تصویربرداری کنند، تحریک می‌کنند. در پی تحریک مولکول های فلورسنتی، سیگنال‌هایی منتشر می‌شوند؛ که توسط میکروسکوپ برای تشکیل یک تصویر جذب می شوند.

روش انجام تحقیقات

دو روش اصلی برای گرفتن این نوع تصاویر، وجود دارد:

روش اول، میکروسکوپ مدل اسکن نقطه ای چند فوتونی است. این میکروسکوپ می تواند به عمق نمونه نفوذ کند و تصاویری با کیفیت بالا ثبت کند. اما سرعت آن بسیار کند است ؛زیرا تصویر نقطه به نقطه تشکیل می شود. برای مثال، اگر محقق به دنبال گرفتن تصویری در واحد سانتی متر باشد، ممکن است ماه ها طول بکشد. همچنین، مطالعات بیولوژیکی، مانند تحریک نورون ها با این روش امکان پذیر نمی باشد.

روش دوم، میکروسکوپ مدل فوکوس زمانی است. روند تصویربرداری در این میکروسکوپ بسیار سریع ‌تر است و می‌تواند از تصاویر در مقیاس وسیع‌ تر تصویر برداری کند. اما قادر به تصویر برداری با وضوح بالا در عمق چند میلیونم متر نیست. یکی از دلایل آن، عدم وضوح نور فلورسنت است. این نور بیش از حد پخش می شود و پس از تشخیص توسط دوربین موجب پایین آمدن وضوح تصویر می شود.

نتیجه گیری

سیستم DEEP میتواند به سرعت در منطقه وسیعی گسترش یابد و تصاویری با وضوح بالا تشکیل دهد. این سیستم، مانند روش میکروسکوپ تمپورال، نور گسترده ای را به نمونه می تاباند؛ اما نور لیزری آن دارای یک الگوی خاص است. الگوریتم تصویربرداری محاسباتی، با دانستن الگوی ابتدایی، اطلاعات را برای معکوس کردن فرآیند در هنگام پخش شدن، دریافت می‌کند. سپس آن را بازسازی می کند و تصویر را تشکیل می دهد. این ویژگی بسیار مهم است زیرا می تواند بازسازی ویژگی های ساختاری نمونه را از میلیون ها اندازه گیری به صدها و ده ها اندازه گیری کاهش دهد. سیستم DEEP، می تواند تا عمق صد ها میکرون از نمونه را تصویر برداری کند.

و در آخر، وادوواگه می گوید: ” نتایج مطالعات نشان دادند ما میتوانیم مغز موش های زنده را تا عمق حدود 300 میکرون تصویربرداری کنیم.” سیستم DEEP عملکرد خوبی را ثبت کرد اما هنوز در سال های اولیه پیشرفت و گسترش خود است.

منابع

• Materials provided by Harvard University. Original written by Juan Siliezar. Note: Content may be edited for style and length.
• Cheng Zheng, Jong Kang Park, Murat Yildirim, Josiah R. Boivin, Yi Xue, Mriganka Sur, Peter T. C. So, Dushan N. Wadduwage. De-scattering with Excitation Patterning enables rapid wide-field imaging through scattering media. Science Advances, 2021; 7 (28): eaay5496 DOI: 10.1126/sciadv.aay

مترجم: پرنیا فواکهی | ویراستار: مریم کمال پور | تولید محتوا و ویراستاری مجدد: مطهره تقی پور