Наука и технологии России

Вход Регистрация

Учёные придумали, как сортировать клетки в 38 раз быстрей

Группа инженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего и других американских университетов разработала алгоритм для сортировки клеток, позволяющий совершать этот процесс в 38 раз быстрее, чем было возможно раньше. Предложенный метод может быть использован при клинической диагностике, изучении стволовых клеток и для многих других целей, считают учёные.

Алгоритм_обработки_изображения_клетки
Алгоритм обработки изображения клетки

Алгоритм позволяет усовершенствовать один из методов проточной цитометрии, при котором устройство, включающее в себе камеру и микроскоп, ежесекундно делает подробные фотоснимки сотен и тысяч клеток. Сами клетки при этом содержатся в растворе, перемещающемся со скоростью примерно 4 метра в секунду. Затем клетки в зависимости от своей формы и структуры автоматически сортируются – например, среди них выделяются доброкачественные и злокачественные.

«Применявшиеся ранее методики просто не позволяли компьютеру анализировать информацию с той скоростью, с которой она поступала от высокоскоростной камеры» – поясняет Райан Каснер (Ryan Kastner), профессор Инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего, специализирующийся на компьютерных технологиях. Он уверен, что исправление этого недостатка способно обеспечить прорыв в клинической медицине.

Ранее было известно, что информация о физических характеристиках клетки помогает получить важную информацию о её здоровье. Однако ранее проточная цитометрия такого типа применялась лишь в лабораториях, но не в практической медицине. Камера делает 140 тысяч кадров в секунду, но на анализ и сортировку каждого из них у компьютера уходит от 0,4 до 10 секунд, в зависимости от языка программирования, на котором написана программа, предназначенная для расшифровки этих кадров. То есть на анализ необходимых данных уходят часы и даже дни, что делало технологию не слишком применимой.

Проточная_цитометрия Принцип проведения проточной цитометрии

Исследователям уже удалось сделать так, что процесс обработки каждой фотографии занимает примерно от 12 до 150 миллисекунд, в зависимости от используемого оборудования. Наилучший результат был достигнут на оборудовании, созданном специально для этой цели при помощи Программируемой пользователем вентильной матрицы.

Алгоритм направлен на то, чтобы определить радиус каждой исследуемой клетки под любым углом. Для этого вычисляется центр клетки и рассчитывается её радиус во всех направлениях.

После того, как клетка оказывается в объективе камеры, создаётся цифровое чёрно-белое изображение, называемое «бинарным» – пиксели, на которых не изображена клетка, отображаются на нём как «0». Затем составляется гистограмма – данные о яркости различных пикселей. После этого часть изображения, на которую не попала клетка, почти полностью обрезается, а получившаяся фотография расширяется до размера 200 на 200 пикселей. Затем специальная программа находит центр клетки и вычисляет её радиус, подсчитывая пиксели. Наконец, выясняется форма клетки и её морфологические особенности (узнать о последних удаётся путём поиска наиболее тёмных пикселей на изображении).

Учёные надеются, что в дальнейшем скорость сортировки можно будет продолжать улучшать, пока на анализ одного кадра не будет уходить всего 7 микросекунд, а сортировка каждой клетки будет производиться за 10 миллисекунд – это позволит работать с получаемыми изображениями «в режиме реального времени».

РЕЙТИНГ

4.00
голосов: 3

Галереи

Микромир. Искусство науки - 2011

Работы участников конкурса

252 фото

Обсуждение