A pesar de los avances en las imágenes en 3D, como la resonancia magnética y la tomografía computarizada, los científicos todavía confían en cortar un espécimen en secciones 2-D para adquirir la información más detallada. Usando esta información, luego intentan reconstruir una imagen tridimensional del espécimen. Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara informan sobre un nuevo algoritmo que puede realizar esta tarea a un costo menor y con mayor solidez que los métodos estándar.

Los científicos japoneses informan en Reconocimiento de patrones un nuevo método para construir modelos 3-D a partir de imágenes 2-D. El enfoque, que implica un registro no rígido con una combinación de transformaciones rígidas, supera varias de las limitaciones de los métodos actuales. Los investigadores validan su método aplicándolo a la Colección de embriones y fetos humanos de Kyoto, la mayor colección de embriones humanos del mundo, con más de 45, 000 ejemplares.

La resonancia magnética y la tomografía computarizada son técnicas estándar para adquirir imágenes tridimensionales del cuerpo. Estas modalidades pueden rastrear con una precisión sin precedentes la ubicación de una lesión o accidente cerebrovascular. Incluso pueden revelar los depósitos de proteínas microscópicas que se observan en patologías cerebrales como la enfermedad de Alzheimer. Sin embargo, para la mejor resolución, los científicos todavía dependen de cortes del espécimen, por eso se toman cáncer y otras biopsias. Una vez que se adquiere la información deseada, los científicos usan algoritmos que pueden juntar los cortes 2-D para recrear una imagen 3D simulada. De este modo, pueden reconstruir un órgano completo o incluso un organismo.

Apilar rebanadas para crear una imagen tridimensional es similar a armar un pastel después de haberlo cortado. Sí, la forma general está ahí, pero el cuchillo hará que ciertas rebanadas se rompan para que la torta reconstruida nunca se vea tan hermosa como la original. Si bien esto podría no molestar a la fiesta de los niños de cinco años que quieren darse un capricho, el grupo de cirujanos que buscan la ubicación precisa de un tumor es más difícil de apaciguar.

De hecho, la muestra puede sufrir una serie de cambios cuando se prepara para el corte. "El proceso de corte se extiende, dobla y rasga el tejido. El proceso de tinción varía entre muestras. Y el proceso de fijación provoca la destrucción de los tejidos, "explica el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara (NAIST), Nara, Japón, Profesor asociado Takuya Funatomi, quien lideró el proyecto.

Fundamentalmente, Hay tres desafíos que surgen con la reconstrucción tridimensional. Primero es la deformación no rígida, en el que la posición y la orientación de varios puntos en la muestra original han cambiado. En segundo lugar está la discontinuidad del tejido, donde pueden aparecer lagunas en la reconstrucción si falla el registro. Finalmente, hay un cambio de escala, donde partes de la reconstrucción son desproporcionadas a su tamaño real debido a un registro no rígido.

Para cada uno de estos problemas, Funatomi y su equipo de investigación propusieron una solución que cuando se combinó dio como resultado una reconstrucción que minimiza los tres factores utilizando un costo computacional menor que los métodos estándar.

"Primero, representamos la deformación no rígida utilizando una pequeña cantidad de puntos de control mediante la combinación de transformaciones rígidas, ", dice Funatomi. El pequeño número de puntos de control se puede estimar de manera robusta frente a la variación de tinción.

"Luego, seleccionamos las imágenes de destino de acuerdo con los resultados de registro no rígidos y aplicamos el ajuste de escala, " él continúa.

El nuevo método se centra principalmente en una serie de imágenes de secciones seriadas de embriones humanos de la Colección de embriones y fetos humanos de Kyoto y podría reconstruir embriones en 3D con un éxito extraordinario.

Notablemente, no hay resonancias magnéticas o tomografías computarizadas de las muestras, lo que significa que no se pueden utilizar modelos 3-D como referencia para la reconstrucción 3-D. Más lejos, la amplia variabilidad en el daño tisular y la tinción complicó la reconstrucción.

"Nuestro método podría describir una deformación compleja con un número menor de puntos de control y fue robusto a una variación de tinción, "dice Funatomi.