Um conjunto de seções histológicas seriais de um embrião humano (a) com anotações de órgãos (b) e reconstrução 3D (c). Crédito:Kajihara et al. 2019
Apesar dos avanços em imagens 3D, como ressonância magnética e tomografia computadorizada, os cientistas ainda dependem de fatiar um espécime em seções 2-D para adquirir as informações mais detalhadas. Usando essas informações, eles então tentam reconstruir uma imagem 3D do espécime. Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Nara relatam um novo algoritmo que pode fazer essa tarefa a um custo menor e maior robustez do que os métodos padrão.
Cientistas japoneses relatam em Reconhecimento de padrões um novo método para construir modelos 3-D a partir de imagens 2-D. A abordagem, que envolve o registro não rígido com uma mistura de transformações rígidas, supera várias das limitações dos métodos atuais. Os pesquisadores validam seu método aplicando-o à Coleção Kyoto de Embriões e Fetos Humanos, a maior coleção de embriões humanos do mundo, com mais de 45, 000 espécimes.
A ressonância magnética e a tomografia computadorizada são técnicas padrão para a aquisição de imagens 3-D do corpo. Essas modalidades podem rastrear com precisão sem precedentes a localização de uma lesão ou acidente vascular cerebral. Eles podem até revelar os depósitos microscópicos de proteínas observados em patologias cerebrais como a doença de Alzheimer. Contudo, para a melhor resolução, os cientistas ainda dependem de fatias do espécime, é por isso que o câncer e outras biópsias são feitas. Assim que as informações desejadas forem adquiridas, os cientistas usam algoritmos que podem reunir as fatias 2-D para recriar uma imagem 3D simulada. Desta maneira, eles podem reconstruir um órgão inteiro ou mesmo um organismo.
Empilhar fatias para criar uma imagem 3-D é o mesmo que montar um bolo depois de cortado. Sim, a forma geral está lá, mas a faca fará com que certas fatias quebrem, de modo que o bolo reconstruído nunca ficará tão bonito quanto o original. Embora isso possa não perturbar a festa de crianças de cinco anos que querem se entregar, o grupo de cirurgiões em busca da localização precisa de um tumor é mais difícil de apaziguar.
Na verdade, a amostra pode sofrer uma série de alterações quando preparada para o corte. "O processo de seccionamento se estende, dobra e rasga o tecido. O processo de coloração varia entre as amostras. E o processo de fixação causa destruição do tecido, "explica o Instituto de Ciência e Tecnologia de Nara (NAIST), Nara, Japão, Professor Associado Takuya Funatomi, quem liderou o projeto.
Fundamentalmente, há três desafios que surgem com a reconstrução 3-D. Primeiro é a deformação não rígida, em que a posição e a orientação de vários pontos na amostra original mudaram. Em segundo lugar está a descontinuidade do tecido, onde lacunas podem aparecer na reconstrução se o registro falhar. Finalmente, há uma mudança de escala, onde porções da reconstrução são desproporcionais ao seu tamanho real devido ao registro não rígido.
Para cada um desses problemas, Funatomi e sua equipe de pesquisa propuseram uma solução que, quando combinada, resultou em uma reconstrução que minimiza todos os três fatores usando menos custo computacional do que os métodos padrão.
"Primeiro, representamos a deformação não rígida usando um pequeno número de pontos de controle combinando transformações rígidas, "diz Funatomi. O pequeno número de pontos de controle pode ser estimado de forma robusta contra a variação de coloração.
"Em seguida, selecionamos as imagens alvo de acordo com os resultados do registro não rígido e aplicamos o ajuste de escala, " ele continua.
O novo método se concentra principalmente em uma série de imagens de seção em série de embriões humanos da Coleção Kyoto de Embriões e Fetos Humanos e pode reconstruir embriões 3-D com extraordinário sucesso.
Notavelmente, não há ressonância magnética ou tomografia computadorizada das amostras, significando que nenhum modelo 3-D pode ser usado como referência para a reconstrução 3-D. Avançar, a grande variabilidade nos danos aos tecidos e na coloração complicou a reconstrução.
"Nosso método poderia descrever deformação complexa com um número menor de pontos de controle e era robusto a uma variação de coloração, "diz Funatomi.