Σύστημα υπολογιστικής όρασης αναλύει αυτόματα κύτταρα

Ένα νέο σύστημα υπολογιστικής όρασης που αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Carlos III της Μαδρίτης (UC3M) επιτρέπει την αυτόματη ανάλυση βιοϊατρικών βίντεο που καταγράφονται με μικροσκόπιο. Το σύστημα χαρακτηρίζει και περιγράφει τη συμπεριφορά των κυττάρων στις εικόνες.

Η νεοαναπτυχθείσα τεχνική έχει χρησιμοποιηθεί για μετρήσεις σε ζωντανούς ιστούς, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν από επιστήμονες στο Εθνικό Κέντρο Καρδιαγγειακής Έρευνας. Μέσω αυτής της έρευνας, η ομάδα ανακάλυψε ότι τα ουδετερόφιλα, που είναι ένας τύπος ανοσοκυττάρων, εμφανίζουν διαφορετικές συμπεριφορές στο αίμα κατά τη διάρκεια φλεγμονωδών διαδικασιών. Επιπλέον, βρήκαν ότι μια από τις διαδικασίες συνδέεται με καρδιαγγειακές παθήσεις.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.

Επιτρέπει Νέες Θεραπείες

Αυτές οι εξελίξεις θα μπορούσαν να επιτρέψουν νέες θεραπείες για την ελαχιστοποίηση της επίδρασης των καρδιακών επεισοδίων.

Ο καθηγητής Fernando Díaz de María είναι επικεφαλής της Ομάδας Επεξεργασίας Πολυμέσων του UC3M και ένας από τους συγγραφείς της έρευνας.

«Η συμβολή μας συνίσταται στον σχεδιασμό και την ανάπτυξη ενός πλήρως αυτοματοποιημένου συστήματος, βασισμένου σε τεχνικές υπολογιστικής όρασης, το οποίο μας επιτρέπει να χαρακτηρίζουμε τα κύτταρα που μελετάμε αναλύοντας βίντεο που καταγράφονται από βιολόγους χρησιμοποιώντας την τεχνική του ενδοζωικής μικροσκοπίας», λέει ο María.

Ενώ οι παραδοσιακές βιολογικές μελέτες συχνά υποστηρίζονται από αναλύσεις μερικών εκατοντάδων χειροκίνητα χαρακτηρισμένων κυττάρων, η νέα μελέτη περιελάμβανε αυτόματες μετρήσεις του σχήματος, του μεγέθους, των κινήσεων και της θέσης μερικών χιλιάδων κυττάρων σε σχέση με το αιμοφόρο αγγείο. Αυτό επιτρέπει την ολοκλήρωση προηγμένων βιολογικών αναλύσεων που έχουν μεγαλύτερη στατιστική σημασία.

Πλεονεκτήματα του Νέου Συστήματος

Οι ερευνητές λένε ότι το νέο σύστημα έχει διάφορα πλεονεκτήματα όσον αφορά τον χρόνο και την ακρίβεια.

Ο Ivan González Díaz είναι Αναπληρωτής Καθηγητής στο Τμήμα Θεωρίας και Επικοινωνιών Σημάτων του UC3M. Είναι επίσης μέλος της ερευνητικής ομάδας.

«Δεν είναι εφικτό να διατηρήσουμε έναν ειδικό βιολόγο να πραγματοποιεί κατάτμηση και παρακολούθηση των κυττάρων σε βίντεο για μήνες. Από την άλλη πλευρά, για να δώσουμε μια προσεγγιστική ιδέα (επειδή εξαρτάται από τον αριθμό των κυττάρων και το βάθος του 3D όγκου), το σύστημά μας χρειάζεται μόνο 15 λεπτά για να αναλύσει ένα 5λεπτο βίντεο», λέει ο Díaz.

Η ομάδα βασίστηκε σε βαθιά νευρωνικά δίκτυα για την κατάτμηση και την ανίχνευση κυττάρων. Για να αναπτύξει το σύστημα σε νέο περιβάλλον, η ομάδα έπρεπε να δημιουργήσει πολλά παραδείγματα εκπαίδευσης, και το σύστημα έπρεπε να ενσωματώσει διάφορες άλλες στατιστικές τεχνικές και γεωμετρικά μοντέλα.

Το σύστημα απαιτεί ένα ευέλικτο λογισμικό που μπορεί να προσαρμοστεί σε άλλα προβλήματα.

Ο Miguel Molina Moreno είναι άλλος ένας ερευνητής.

«Στην πραγματικότητα, ήδη εφαρμόζουμε αυτό σε διάφορες άλλες περιπτώσεις, μελετώντας την ανοσολογική συμπεριφορά των Τ-κυττάρων και των δενδριτικών κυττάρων σε καρκινικούς ιστούς. Και τα προκαταρκτικά αποτελέσματα είναι υποσχόμενα», λέει ο Moreno.