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Pesquisadores desenvolveram um novo algoritmo para recuperar a distribuição do índice de refração 3D de amostras biológicas que exibem vários tipos de dispersão de luz. O algoritmo ajuda a otimizar uma nova abordagem de imagem chamada tomografia por difração de intensidade (IDT).
Jiabei Zhu, da Universidade de Boston, apresentará esta pesquisa no Optica Imaging Congress. A reunião híbrida acontecerá de 14 a 17 de agosto de 2023 em Boston, Massachusetts.
“A imagem de fase quantitativa 3D (QPI) tem recursos superiores para várias aplicações no campo da imagem biomédica. Como uma técnica livre de rótulos, a QPI pode gerar imagens de organismos vivos e células transparentes sem agentes de contraste exógenos e corantes que induzem efeitos fototóxicos que danificam a amostra, ” explica Zhu. “Comparado com a microscopia tradicional de contraste de fase e contraste de interferência diferencial, o QPI não apenas fornece informações morfológicas de alto contraste, mas também fornece informações de fase quantitativas. Especificamente, o QPI 3D pode fornecer distribuição de índice de refração (RI) 3D de alta resolução dentro das amostras. Essas informações valiosas podem facilitar a pesquisa em hematologia, neurologia e imunologia, auxiliando no diagnóstico de doenças e infecções.”
Embora as técnicas de imagem 3D possam ser usadas para estudar amostras biológicas espessas, alcançar a aquisição de alta velocidade e alta resolução é um desafio. As abordagens IDT são técnicas de tomografia de fase livre de rótulos que ajudam a superar essa limitação. Eles podem ser realizados usando uma matriz de LED programável que é facilmente adicionada a um microscópio padrão.
A equipe de pesquisa de Zhu desenvolveu recentemente dois métodos IDT conhecidos como IDT anular (aIDT) e IDT multiplexado (mIDT) que aumentam a velocidade de aquisição de imagem o suficiente para visualizar amostras biológicas dinâmicas. O IDT anular (aIDT) usa um anel de LED que corresponde à abertura numérica da objetiva e o IDT multiplexado (mIDT) usa vários LEDs para iluminar a amostra simultaneamente.
Quando os pesquisadores descobriram que os algoritmos de reconstrução IDT existentes não funcionavam bem com suas novas abordagens devido ao uso de objetivos de alto NA, eles decidiram desenvolver um novo algoritmo. Ele usa um modelo de espalhamento múltiplo baseado no método não paraxial de etapas divididas (SSNP), que foi desenvolvido recentemente para superar limitações semelhantes na tomografia por difração óptica.
Os pesquisadores mostraram que a aplicação do novo algoritmo de reconstrução IDT para células epiteliais bucais usando aIDT permitiu fácil discriminação de células em diferentes profundidades, reconstrução dos limites celulares e da membrana e visualização de bactérias nativas ao redor das células. Eles também o aplicaram a um espesso multi-scattering ao vivo C. elegans embrião usando mIDT. As imagens reconstruídas resultantes mostraram detalhes de como os vermes foram dobrados, e a seção transversal de profundidade única mostrou os detalhes morfológicos do contorno das células, a cavidade bucal e a cauda do verme.
No geral, os experimentos mostraram que, ao estender o método SSNP para IDT, os pesquisadores conseguiram obter imagens de alta qualidade com um grande campo de visão.
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