I ricercatori della Duke University hanno sviluppato una tecnologia fotoacustica funzionale ultraveloce
microscopia fotoacustica, cheutilizzato dagli scienziati, si basa su una combinazione di luce e suono. Il laser dirige la luce nel tessuto o nella cellula bersaglio. Sotto l'azione della luce, la cellula si riscalda e si espande istantaneamente, creando un'onda ultrasonica, che viene registrata dai sensori.
Immagine: Xiaoyi Zhu et al., Nature Light: Science & Applicazioni
I ricercatori hanno migliorato il dispositivo per la microscopia fotoacustica e hanno anche applicato l'apprendimento automatico per migliorare la qualità delle immagini in arrivo.
Sistema di scansione multi-angolo creato dascienziati, invia più impulsi laser su un'area più ampia e un nuovo meccanismo di scansione consente allo scanner laser e al sensore a ultrasuoni di funzionare contemporaneamente. Gli sviluppatori notano che queste modifiche hanno raddoppiato la velocità del loro dispositivo.
Nella seconda fase, gli scienziati hanno creato un algoritmo per la macchinaformazione, che ha aumentato la risoluzione delle immagini. I ricercatori hanno addestrato l'IA per identificare il sistema vascolare nel cervello utilizzando più di 400 immagini di cervelli di topi raccolte in esperimenti precedenti. Sebbene ogni cervello sia unico, l'algoritmo ha imparato a identificare strutture comuni e ha utilizzato tale conoscenza per riempire i pixel mancanti in precedenza.
"Le immagini risultanti sembravano le stessetanto dettagliate quanto le immagini ad alta risoluzione che otterremmo normalmente se corressimo a velocità molto più basse e non dovessimo sacrificare l'intero campo visivo", afferma Junjie Yao, uno degli autori dello studio.
I ricercatori lo notano durante la visualizzazioneIl cervello ha bisogno di fare due cose contemporaneamente. Da un lato, gli strumenti devono essere sufficientemente veloci da catturare eventi a breve termine, come l'attivazione di un neurone o il movimento del sangue attraverso un capillare. E allo stesso tempo, dovrebbero mostrare attività su scale diverse - nell'intero cervello oa livello di un'arteria.
Puoi raggiungere questi obiettivi individualmente, maè molto difficile farli tutti insieme. È come scegliere tra un'auto piccola e veloce su cui è scomodo sedersi o un'auto grande e spaziosa che non supera i 30 miglia all'ora.
Junjie Yao, assistente professore di ingegneria biomedica alla Duke University, coautore dello studio
I ricercatori prevedono di utilizzare UFF-PAM perstudiando malattie del cervello come la demenza, l'Alzheimer o anche il COVID a lungo termine. Hanno anche in programma di migliorare il dispositivo per l'imaging di organi come il cuore, il fegato e la placenta, che sono anch'essi in movimento e richiedono imaging ad alta velocità.
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