科学家发明了更好的成像工具来研究疾病

时间:2020-02-06 19:10 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

科学家发明了更好的成像工具来研究疾病

南加州大学的科学家们开发了一种新工具,可以更深入、更清晰地观察生物,这是一种节省时间、有助于推进医学治疗的视觉优势。

这是一种基础科学,可以用来开发更好的诊断和治疗方法,包括检测肺癌或污染物造成的损害。这项研究的主要作者、南加州大学维特比工程学院(USC Viterbi School of engineering)生物医学工程研究助理教授弗朗西斯科·库特拉尔(Francesco Cutrale)表示,这项技术用途广泛,可以成为一款智能手机应用,用于远程医疗、食品安全或假币检测。

过去几年,南加州大学迈克尔逊聚合生物科学中心(USC Michelson Center for Convergent Bioscience)的科学家一直在研究这项技术。他们的发现发表在今天的《自然通讯》杂志上。

从字面上看,这项技术关注的是生物学的基础。当生物学家深入观察一个生物——一个细胞,一条鱼,一个人——时,并不总是清楚发生了什么。细胞和蛋白质深深地交织在组织中,留下了许多关于成分之间相互作用的问题。治愈疾病的第一步是清楚地看到问题,这并不总是容易的。

这种新的成像技术是如何工作的

为了解决这个问题,研究人员一直依靠一种叫做荧光高光谱成像(fHSI)的技术。这是一种可以在光谱中区分颜色的方法,标记分子以便跟踪它们,并生成生物体内部生动的彩色图像。

但fHSI提供的优势也有局限性。它不一定能显示全色光谱。由于生物系统的复杂性,它需要大量的数据,因此收集和处理图像需要很长时间。还需要进行许多耗时的计算,这是一个很大的缺点,因为如果能实时完成实验,效果会更好。

为了解决这些问题,南加州大学的研究人员开发了一种称为光谱编码增强表示(SEER)的新方法。它提供了更高的清晰度,工作速度是现有技术的67倍,清晰度是现有技术的2.7倍。

它依靠数学计算来更快地解析数据。它可以处理充满活力的荧光标签在全光谱的颜色为更多的细节。而且,它使用的计算机内存存储要少得多,更重要的是,随着大数据研究在现代聚合生物科学研究背后的爆炸式发展。根据这项研究,SEER是一种“快速、直观和数学的方法”来解释收集和处理的图像。

Cutrale说:“在很多情况下,这种事后分析虽然很有效,但在实验或医疗决策中却为时已晚。”“在获取和分析高光谱数据之间存在差距,科学家和医生不知道实验中包含的信息。SEER旨在填补这一空白。”

从检测肺癌到潜在的手机应用程序

SEER的第一个应用将是在医学和研究领域。这项多用途的算法是由南加州大学转化成像中心的Wen Shi和Daniel Koo首先提出的,它将与洛杉矶儿童医院的医生合作,用于检测患者肺部疾病的早期阶段和污染物的潜在损害。此外,生命科学领域的科学家已经开始在他们的实验管道中采用SEER,以进一步提高效率。

成像技术的改进也可以达到消费者的水平,所以很可能像fHSI和SEER这样的技术可以安装在移动电话上,提供强大的可视化工具。

总理迈克尔逊中心汇集了不同网络的科学家和工程师来自南加利福尼亚文理学院的信件,艺术与科学学院、南加州大学维特比工程学院和南加州大学凯克医学院的一个屋檐下,由于慷慨的5000万美元的礼物骨科脊柱外科医生,发明家和慈善家加里·k·迈克尔逊和他的妻子Alya迈克耳逊。

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