Розроблено технологію надшвидкого сканування судин мозку з високою роздільною здатністю

Дослідники з Університету Дьюка розробили технологію надшвидкої функціональної фотоакустичної

мікроскопії (UFF-PAM) для візуалізаціїгемодинаміки та оксигенації всього мозку. UFF-PAM створює об'ємне зображення з частотою 2 Гц у полі зору 11×7,5×1,5 мм з високою просторовою роздільною здатністю близько 10 мкм.

Фотоакустична мікроскопія, якувикористовували вчені, заснована на поєднанні світла та звуку. Лазер спрямовує світло у цільову тканину або клітину. Під дією світла клітина нагрівається та миттєво розширюється, створюючи ультразвукову хвилю, яка фіксується датчиками.

Зображення: Xiaoyi Zhu et al., Nature Light: Science & Applications

Дослідники доопрацювали пристрій для фотоакустичної мікроскопії, а також застосували машинне навчання для підвищення якості зображень, що надходять.

Система багатокутного сканування, створенавченими посилає більше лазерних імпульсів на велику площу, а новий механізм сканування дозволяє лазерному сканеру та ультразвуковому датчику працювати одночасно. Розробники зазначають, що ці зміни подвоїли швидкість їхнього пристрою.

На другому етапі вчені створили алгоритм машинногонавчання, який підвищив роздільну здатність зображень. Дослідники навчили ІІ ідентифікувати судинну мережу у мозку, використовуючи понад 400 зображень мозку мишей, зібраних у попередніх експериментах. Хоча кожен мозок унікальний, алгоритм навчився визначати загальні структури та використав ці знання для заповнення раніше відсутніх пікселів.

«Отримані зображення виглядали такими ждокладними, як і зображення з високою роздільною здатністю, які ми зазвичай отримували, якби працювали на набагато меншій швидкості, і нам не потрібно було жертвувати повним полем зору», — каже Цзюньцзе Яо, один із авторів дослідження.

Дослідники зазначають, що під час візуалізаціїмозку необхідно одночасно вирішувати два завдання. З одного боку, інструменти мають бути досить швидкими, щоб фіксувати короткострокові події, наприклад, збудження нейрона або рух крові капіляром. І водночас вони мають показувати активність у різних масштабах — у всьому мозку чи на рівні однієї артерії.

Ви можете досягти цих цілей окремо, аледуже складно робити їх усі разом. Це все одно, що вибирати між маленькою швидкою машиною, в якій незручно сидіти, і великою просторою машиною, швидкість якої не перевищує 30 миль на годину.

Цзюньцзе Яо, доцент кафедри біомедичної інженерії в Університеті Дьюка, один із авторів дослідження

Дослідники планують використовувати UFF-PAM длявивчення захворювань головного мозку, таких як деменція, хвороба Альцгеймера чи навіть тривалий COVID. Вони також планують доопрацювати пристрій для візуалізації таких органів, як серце, печінка та плацента, які також перебувають у русі та вимагають високої швидкості візуалізації.

Читати далі

Порівняйте, як зняли затемнення Місяця НАСА та Роскосмос

Так близько Сонце ви ще не бачили. Опубліковано відео зонда Solar Orbiter

«Вояджер-1» надсилає дивні дані. У НАСА не розуміють, у чому справа