KI ermöglicht hochwertige medizinische Bilder

Wissenschaftler des HZDR nutzen chromatische Aberration und machen Mikroskope noch effektiver

Physikalische Grundlagen des neuen QPI-Verfahrens (Bild: hzdr.de)

Dresden (pte013/03.03.2025/11:30)

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) nutzen die sogenannte chromatische Aberration unter Zuhilfenahme von Künstlicher Intelligenz (KI) zur Erstellung qualitativ hochwertiger medizinischer Aufnahmen mit Standardmikroskopen. Das könnte der Quantitativen Phasenmikroskopie (QPI) zum Durchbruch verhelfen, glauben die Forscher.

Neue QPI-Ansätze

Durch den Einsatz eines KI-Modells wird nur eine einzige Belichtung benötigt, um eine für biomedizinische Anwendungen erforderliche Bildqualität zu erreichen, heißt es. Eine der bekanntesten rechnergestützten QPI-Ansätze basiert auf der Lösung der Intensitäts-Transport-Gleichung (TIE). Diese Differentialgleichung ermöglicht die Berechnung eines Bildes der Probe basierend auf den aufgezeichneten Phasenänderungen.

Der Ansatz lässt sich leicht in bestehende optische Mikroskopiesysteme integrieren und liefert qualitativ hochwertige Bilder. Allerdings erfordert die TIE-Methode oft mehrere Aufnahmen mit unterschiedlichen Fokusabständen, um Artefakte zu eliminieren. Das Arbeiten mit Fokus-Stapeln ist jedoch zeitaufwendig und technisch anspruchsvoll, sodass diese Art der TIE-basierten QPI in einer klinischen Umgebung oft nicht praktikabel ist, heißt es.

"Geschickte Kombi"

"Unser Ansatz basiert auf ähnlichen Prinzipien wie die TIE, benötigt aber aufgrund einer geschickten Kombination aus physikalischem Wissen und generativer KI nur eine einzige Aufnahme", so HZDR-Forscher Artur Yakimovich. Die Info über die Phasenverschiebung der biologischen Probe stammt nicht von zusätzlichen Aufnahmen mit anderen Fokusabständen.

Stattdessen kann mithilfe der chromatischen Aberration ein Fokus-Stapel aus einer einzigen Aufnahme generiert werden. Die meisten Linsensysteme eines Mikroskops können die Wellenlängen des weißen Lichts nicht perfekt auf einen einzigen Konvergenzpunkt bündeln. Die Experten erfassen die Phasenverschiebungen mit einem üblichen RGB-Detektor getrennt. Ein durchgehender Fokus-Stapel, der eine rechnergestützte QPI ermöglicht, wird erstellt.

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