(a) Schematic principle of the HySP method. Spectra from every voxel in the multidimensional (x, y, z, ?, t) data set are represented in terms of their Fourier coefficients, G and S (n, harmonics). (b) Representative recordings of Fluorescein (5 µM in ethanol) spectra at a fixed Gain value (800) but varying laser power (1% to 60%). The error bars denote the variation in intensity values over ten measurements. Color coding represents intensities, blue for low and red for high intensities. The inset shows that when normalized emissions spectra overlap, provided recordings are made below the saturation limit of the detector. (c) Scatter error (es) on phasor plot, resulting from the Poissonian noise in recording of a spectrum, is defined as the standard deviation of the scatter around expected phasor value (ze(n)). Inset shows the 3D histogram of the distribution of phasor points around ze. (d) Shifted-mean error (eµ) on phasor plot result from changes in the shape of normalized spectrum that move the mean phasor point away from the true phasor coordinates corresponding to a given spectrum. (e) Scatter error, varies inversely with the number of total digital counts, being most sensitive to the detector gain. The legend is applicable to e and f. (f) Normalized shifted-mean error remains nearly constant and below 5% over a large range of total digital counts form different imaging parameters. In an effort to understand which error is dominating, we plot the ratio of the two errors (inset). The ratio shows that scatter error (es) is almost an order of magnitude higher than the shifted-mean error (eµ).
Названный "Hyper-Spectral Phasor" анализ или HySP, может быть применен для диагностики и мониторинга болезней путем использования изображений с мобильных телефонов, значительно более быстрый и значительно менее дорогой по сравнению с современной техникой.
Посредством новой технологии получения изображений, исследователи использовали получение флюоресцентных изображений для локализации белков и др. молекул в клетках и тканях. Это работает путем мечения молекул краской, которая при определенных условиях светится -- тот же самый принцип после т. наз. изображений "black light".
Флюоресцентные изображения могут помочь понять какие молекулы продуцируются в больших количествах при раке и др. болезнях. К сожалению, не возникает четкой картины того, как эти молекулы ведут себя в реальном мире.
Francesco Cutrale разработал HySP вместе Scott Fraser, USC руководителем, профессором биологических наук, которые были поддержаны Elizabeth Garrett главой Convergent Bioscience. Работа проведена в USC's Translational Imaging Center, a joint venture of USC Dornsife и USC Viterbi School of Engineering.
HySP позволяет наблюдать одновременно множество разных молекул. "Возможно будет наблюдать 18 мишеней," говорит Cutrale, "не проводя 18 отдельных экспериментов и позднее комбинируя их в одну картину."
Кроме того, этот метод эффективно отфильтровывает помехи, чтобы получать настоящий сигнал, даже если он чрезвычайно слаб. Недавно разработанная технология NASA's Jet Propulsion Laboratory также может делать это, но оборудование и процесс чрезмерно дороги и требуют многих временных затрат. HySP же использует значительно меньше компьютерного времени и не нуждается в дорогостоящих инструментах для получения изображений.
Cutrale and Fraser вместе с исследователями из Keck School of Medicine of USC, Caltech и the University of Cambridge in the United Kingdom, использовали рыбок данио для тестирования и разработки HySP.
"На экспериментальных моделях мы могли использовать генетические манипуляции с мечением молекул, но мы не может делать то же самое с людьми," говорит Fraser. "У людей мы будем использовать внутренне присущие сигналы от этих молекул."
Эти прирожденные сигналы, естественная флюоресценция от биомолекул, обычно используются для получения изображений, говорит Frase. Однако, используя этот новый компьютерный метод, позволяющий эффективно обнаруживать слабые сигналы на фоне внешних помех, исследователи смогут нацеливать его на определенные мишени в теле.
Ученые надеются тестировать процесс в ближайшие годы на солдатах, чьи легкие были повреждены химическими соединениями и вредными веществами, с которыми они сталкивались при военных действиях.
Предполагается использование HySP для создания значительных количеств флюоресцентных карт, которые будут сравниваться с тканями здоровых легких, это позволит разглядеть, имеют ли они повреждения.
Кажется также возможным, что однажды клиницисты смогут использовать HySP для анализа картин повреждений кожи с мобильных телефонов, для определения риска возникновения рака, заявляют Fraser и Cutrale.