Ученые из Университета Райса и Онкологического центра Техасского университета создали новый тип микроскопа с расширенной глубиной резкости DeepDOF. Устройство способно быстро и недорого формировать изображение больших срезов тканей во время операции. Подобный подход позволяет находить пораженные участки.
Микроскоп оперативно формирует изображения толстых фрагментов ткани до клеточного разрешения. Хирурги с помощью таких снимков осматривают края опухолей за несколько минут после удаления.
Микроскоп задействует глубинное обучение для оптимизации сбора и обработки изображений. Устройство состоит из стандартного оптического микроскопа и недорогой оптической фазосдвигающей маской (стоимостью менее $10). В совокупности они создают изображения целых фрагментов ткани. Причем глубина резкости у этого прибора в пять раз больше, чем у ультрасовременные микроскопы. Фазовая маска помещается над объективом и моделирует попадающий в микроскоп свет.
Традиционные конструкции микроскопов — это компромисс между пространственным разрешением и глубиной резкости. Только объекты, находящиеся на одинаковом расстоянии от объектива, могут быть четко сфокусированы и рассмотрены. Детали, расположенные даже на несколько микрометров ближе или дальше от объектива, будут выглядеть нечеткими. Поэтому осматриваемые образцы (обычно тонкие) помещаются между предметными стеклами.
Сейчас для исследования краев опухоли используют слайды: удаленная ткань отправляется в больничную лабораторию, затем специалисты замораживают образцы или обрабатывают с помощью химических веществ, а уже потом формируются срезы и размещаются на предметных стеклах.
Этот процесс отнимает время, требует специального дорогостоящего оборудования и квалифицированных специалистов.
DeepDOF задействует нейронную сеть и экспертную систему, обучаемую в принятии решений на больших объемов данных. DeepDOF обучался 1,2 тыс. гистологических слайдах.
Система узнавала, как:
- выбрать оптимальную фазовую маску для визуализации конкретного образца;
- устранять размытие изображений, фокусируясь на клетках с различной глубиной.
«Традиционно оборудование для обработки изображений, такое как камеры и микроскопы, разрабатывается отдельно от программного обеспечения и алгоритмов обработки изображений. DeepDOF — это один из первых микроскопов, созданных с учетом алгоритма постобработки», — отметил соавтор исследования Юбо Тан (Yubo Tang).
Материалы исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
