NMBU -Norges miljø- og biovitenskapelige universitet
Publisert
Forskerne tar ikke bilder med et vanlig kamera, men med et spektroskop.
Et vanlig kamera tar bilder av det lyset og de fargene vi kan se, mens et spektroskop viser radiobølger og røntgenstråling. Det viser ultrafiolett lys og infrarødt lys og kan derfor avsløre usynlige detaljer.
Kan dette også blir brukt til å skille mellom friskt vev og vev med kreft? Forskerne i prosjektet DeepHyperSpec mener det.
Ved hjelp av hyperspektral teknologi kan forskere hente ut mye mer informasjon fra sammensetninger i lysets fargespektrum. Bilder fra et spektroskop kan vise kjemisk informasjon om stoffet som blir målt.
– Vi bruker det infrarøde lyset, forklarer Valeria Tafintseva.
Hun er forsker ved fakultet for realfag og teknologi på NMBU. Når hun og de andre forskerne studerer bildene med avanserte metoder for dataanalyse, håper de at dette også kan gjøre at det blir enklere å oppdage for eksempel kreft.
Lys gjennom kroppsvev
Spektroskopet viser hvordan molekylene beveger seg når forskerne sender lys med forskjellig bølgelengde gjennom prøver av vev fra kroppen.
Ved å måle hvor mye lys som slipper gjennom vevsprøven og hvor mye som blir absorbert, så vet forskerne hvilke molekyler som er i prøven og hvilket stoff som er blitt målt.
Et hyperspektral bilde med et synlig bilde og infrarøde spektra i den tredje dimensjonen.(Foto: Stanislau Trukhan og Boris Zimmermann)
Informasjonen som hjelper til med å stille en kreftdiagnose, finnes nemlig både i det synlige bildet og i det infrarøde spekteret – i hvert eneste lille bildepunkt.
Det infrarøde spekteret kan gi kjemisk informasjon, mens det synlige bildet viser form og struktur.
– Det nye og innovative er at vi bruker slike hyperspektrale bilder og utnytter alle dimensjonene i bildet. Vi analyserer både det synlige bildet og det infrarøde spekteret. Per i dag finnes det ingen metoder for å gjøre det. Spektrene fra sånne bilder analyseres som uavhengige data, sier Tafintseva.
At pikslene er sammensatt på en spesifikk måte i bildet, blir altså ikke godt nok utnyttet.
– En lege kan finne at noen celler er kreftceller ved å se på bildene. Men mennesker kan gjøre feil. Det er veldig viktig å være nøye på hva som er kreftceller og fjerne dem, men samtidig at vi ikke fjerner for mye.
– Spesielt i hjernen er det viktig at vi fjerner alle kreftcellene, men ikke for mange andre celler, sier Tafintseva.
Vanskelig spredning
Annonse
Forskerne utvikler metoder som bruker alle dimensjonene i bildene, men må samtidig løse mange praktiske problemer når de jobber med bilder.
Et av dem er lysspredning. For noe av lyset som sendes gjennom prøvene, sprer seg. Men på målingene ser det ut som det er absorbert.
– For å lære om spredningen og kompensere for den, må vi behandle dataene på forhånd og gjøre korrigeringer, forklarer Valeria Tafintseva.
– Den medisinske bruken er bare ett område vi arbeider med. Vi kan også analysere celler av mikroorganismer og kanskje finne ut at det for eksempel er mye fett i en bestemt piksel eller mye protein i en annen, sier hun.
Valeria Tafintseva har doktorgrad i matematikk og arbeider i forskningsgruppen BioSpec på NMBU med alle slags prosjekter der det trengs dataanalyse. Hun samarbeider med biologer og kjemikere som kan noe om stoffet som måles og kan forklare hva som skjer med det.
Plast og pollen
– Vi kan se på forskjellige typer komponenter i biologiske stoffer eller mikroorganismer. I væsker, i kreftprøver, men også i helt andre ting. Vi kan jobbe med plast i jord eller vann og finne utslipp, eller vi kan ta bilder av pollen for å finne ut hvilke arter som er i luften, forteller hun.
– Denne teknologien er ikke spesielt beregnet på ett enkelt område. Vi utvikler den fortsatt sammen med forskjellige nettverk av forskere i Europa og verden. Vi får nye problemstillinger hele tiden mens prosjektet pågår, sier Tafintseva.
Spektroskop ser stråling i bildepunktene
Alle bilder på en dataskjerm eller mobiltelefon er satt sammen av millioner av bitte små punkter – piksler. Ordet piksel kommer fra engelsk, picture element.
Et spektroskop gir et hyperspektralt bilde med et spekter i hver piksel. Pikselen viser også den strålingen – det spekteret – som øyet til et menneske ikke kan se. Radiobølger, røntgenstråling, ultrafiolett lys eller infrarødt lys, for eksempel.
Forskningen i DeepHyperSpec
Forskningsprosjektet skal utnytte både spektral- og bildedelene av infrarøde hyperspektrale bilder – bilder som viser mer enn bare det synlige lyset.
Målet er å kombinere dyplæring og spektroskopi-modeller til å utvikle nye mønstre til å analysere bildedata, blant annet for å skille mellom friskt vev og vev med kreft. Metodene kan også brukes på mange andre måter. Forskningen er støttet av Forskningsrådets Frinatek-midler.
