Innovative Methode: schärfere biomedizinische Bilder dank neuer Computer-Mikroskopie-Technik

BerlinIngenieuren am Caltech ist es gelungen, eine neue Mikroskopietechnik namens APIC (Angular Ptychographic Imaging with Closed-form method) zu entwickeln. Diese Methode übertrifft die ältere Fourier-Ptychografische Mikroskopie (FPM), da sie in der Lage ist, klare und hochauflösende Bilder von großen Bereichen ohne Unschärfe oder Verzerrung aufzunehmen.

Traditionelle Mikroskope stoßen aufgrund ihrer optischen Linsen an ihre Grenzen. Wissenschaftler mussten sich entscheiden: entweder feine Details auf kleinstem Raum erkennen oder eine größere Fläche mit weniger Details sehen. 2013 entwickelten Ingenieure des Caltech die FPM-Technologie, die mithilfe von Computern klarere und detailliertere Bilder erzeugt und dabei das Beste aus beiden Möglichkeiten vereint.

FPM gewann an Beliebtheit, da es klare, detaillierte Bilder über eine große Fläche liefern konnte, ohne dass teure Geräte erforderlich waren. Es gab jedoch einen großen Nachteil: Um die Phaseninformationen des Lichts zu ermitteln, wurde eine Trial-and-Error-Methode verwendet. Dies führte zu einem wiederholten Prozess, der die Genauigkeit des endgültigen Bildes beeinträchtigen konnte.

APIC, entwickelt von Changhuei Yang und seinem Team, bietet eine Lösung für dieses Problem. Die neue Methode eliminiert wiederholte Schritte, indem sie ein einfaches Gleichungssystem direkt löst, um optische Fehler zu erkennen. So stellt dieses Verfahren sicher, dass präzise und klare Bilder entstehen. Ruizhi Cao, Mitautor der Studie und ehemaliger Doktorand in Yangs Labor, betont, dass diese Methode die echten Details einer Probe sicherstellt.

APIC erleichtert das Erstellen klarer Bilder über ein großes Gebiet. Mit FPM mussten Nutzer oft das Mikroskop neu fokussieren, wenn sich die Höhe der Probe änderte. Dank APIC entfällt dieses Nachjustieren, was den Bildgebungsprozess beschleunigt und Fehler reduziert.

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Wesentliche Vorteile von APIC umfassen:

• Schnellere Bildaufnahme
• Genauere Ergebnisse
• Weniger Bedarf an Neufokussierung
• Fähigkeit zur Korrektur optischer Aberrationen
• Verbesserte Auflösung

Cheng Shen, der heute als Ingenieur für Computer-Vision-Algorithmen bei Apple arbeitet, betont, dass APIC eine einfachere und effizientere Methode bietet, um Phaseninformationen zu verstehen. Diese Methode basiert auf umfassendem Wissen über optische Systeme.

Das Labor von Yang arbeitet daran, die Nutzung von Bildern in KI-Anwendungen zu verbessern. Kürzlich haben sie gezeigt, dass KI bei der Vorhersage der Ausbreitung von Lungenkrebs anhand von Gewebeschnitten besser abschneiden kann als Fachärzte. Klare, scharfe und hochwertige Mikroskopaufnahmen sind für diese KI-Aufgaben entscheidend, wodurch APIC hierfür ideal geeignet ist.

Cao ist der Ansicht, dass die mit APIC entwickelte Methode auf eine Vielzahl von Bildgebungssystemen anwendbar ist, was die Qualität und Klarheit der Bilder verbessern könnte. Dies könnte besonders in Bereichen wie biomedizinischer Bildgebung, digitaler Pathologie und Arzneimitteltests von großem Nutzen sein.

APIC sorgt für eine zuverlässigere und effizientere Erfassung hochwertiger Bilder, indem es Unklarheiten beseitigt. Es übertrifft ältere Mikroskopiemethoden, indem es schärfere und genauere Bilder liefert, was verschiedenen wissenschaftlichen und medizinischen Anwendungen zugutekommt.