جداسازی بیناب های کوانتوم دات ها با استفاده از روش های unmixing خطی در تصویربرداری بازتابی فلورسانس چندبینابی در فانتوم معادل بافت

خلاصه فارسی

تصویربرداری فلئورسانس مولکولی ( FRI) بازتابشی برای ثبت عملکرد بیولوژیکی درون تنی در حیوانات کوچک به طور گسترده استفاده می شود.در FRI پروتئین ها یا سلول های توسط چند ماده فلئورسنت به طور همزمان نشاندار می شوند تا امکان مشاهده اجزا سلولی میسر گردد. در این پژوهش، الگوریتم های unmixing خطی جهت جداسازی سیگنال های تابشی ازیکدیگر، در روش FRI معرفی شده اند. مواد و روش ها: چیدمان اپتیکی جهت تهیه تصاویر چند بینابی متشکل از دو مجموعه فیلتری (در محدوده 550 تا 900 نانومتر)، دوربین EMCCD و سه لیزر طراحی و اجرا شد. به نحوی که در این طراحی، پرتو لیزر منابع نقطه ای کوانتوم دات را در فانتوم معادل بافت تحت تابش قرار می دهند. سپس موادفلئورسنت مبادرت به تابش پرتو های فلئورسنت کرده که این پرتوها توسط دوربین CCDجهت تهیه تصاویر FRIدریافت می شوند. تصاویر FRIجهت جداسازی اجزا سلولی نشاندار شده با مواد فلئورسنت توسط روش unmixing خطی بر پایه تجزیه مقدار تکینه جاکوبی از هم جدا می¬شوند. به علاوه روش تجزیه ماتریس غیر منفی (NMF) برای جداسازی سیگنال دو کوانتوم دات در تصاویر FRI به کار گرفته شد. نتایج: به منظور جداسازی بیناب های مواد فلئورسنت،الگوریتم های SVD و NMFدر محیط MATLAB نوشته و بر روی تصاویر FRI به دست آمده از فانتوم حاوی دو فلئوروفور QD660 و QD710اعمال شد. به نحوی که نسبت سیگنال به نویز بیشینه(PSNR)، نسبت سیگنال به نویز (SNR) ونسبت کنتراست به نویز( CNR) برای روش های SVD و NMF به ترتیب 39، 30.1 و 0.7 به دست آمدند. آنالیز آماری بر اساس روش آنووای یک طرفه و پست هاک نشان داد که جاکوبی SVD درمقایسه با روش NMF به طور معنی داری PSNR، SNR و CNR را (P<0.0001)افزایش می دهد. بحث و نتیجه گیری: نتایج این مقاله نشان می¬دهد که روش unmixing خطی بر اساس SVD جاکوبی به طور معنی دار می تواند اجزا سلولی را از هم جدا کند. بنابراین این روش برای تصویربرداری چندبینابی در مد بازتابشی به عنوان روش بهینه معرفی شود.

عنوان انگليسی

Spectral Separation of Quantum Dots within Tissue Equivalent Phantom Using Linear Unmixing Methods in Multispectral Fluorescence Reflectance Imaging

خلاصه انگلیسی

Introduction Non-invasive Fluorescent Reflectance Imaging (FRI) is used for accessing physiological and molecular processes in biological media. The aim of this article is to separate the overlapping emission spectra of quantum dots within tissue-equivalent phantom using SVD, Jacobi SVD, and NMF methods in the FRI mode. Materials and Methods In this article, a tissue-like phantom and an optical setup in reflectance mode were developed. The algorithm of multispectral imaging method was then written in Matlab environment. The setup included the diode-pumped solid-state lasers at 479 nm, 533 nm, and 798 nm, achromatic telescopic, mirror, high pass and low pass filters, and EMCCD camera. The FRI images were acquired by a CCD camera using band pass filter centered at 600 nm and high pass max at 615 nm for the first region and high pass filter max at 810 nm for the second region. The SVD and Jacobi SVD algorithms were written in Matlab environment and compared with a Non-negative Matrix Factorization (NMF) and applied to the obtained images. Results PSNR, SNR, CNR of SVD, and NMF methods were obtained as 39 dB, 30.1 dB, and 0.7 dB, respectively. The results showed that the difference of Jacobi SVD PSNR with PSNR of NMF and modified NMF algorithm was significant (p<0.0001). The statistical results showed that the Jacobi SVD was more accurate than modified NMF. Conclusion In this study, the Jacobi SVD was introduced as a powerful method for obtaining the unmixed FRI images. An experimental evaluation of the algorithm will be done in the near future.

Document Downloads