Nuevo sistema de visión por computadora para analizar células en videos de microscopía

Nuevo sistema de visión por computadora para analizar células en videos de microscopía


Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han desarrollado un sistema basado en técnicas de visión artificial que permite el análisis automático de vídeos biomédicos grabados mediante microscopía para caracterizar el comportamiento de las células que aparecen en las imágenes y describirlo.

Estas nuevas técnicas, desarrolladas por el equipo de ingeniería de la UC3M, se utilizaron para las mediciones sobre tejido vivo en una investigación realizada con científicos del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC). Como resultado, el equipo descubrió que los neutrófilos (un tipo de célula inmune) exhiben diferentes comportamientos en la sangre durante los procesos inflamatorios, e identificó que uno de ellos, causado por la molécula Fgr, está asociado con el desarrollo de enfermedades cardiovasculares. Este trabajo, publicado recientemente en la revista naturaleza, podría permitir el desarrollo de nuevos tratamientos para minimizar las consecuencias de los infartos. Investigadores de la Fundación Vithas, la Universidad de Castilla-La Mancha, la Agencia de Singapur para la Ciencia, la Tecnología y la Investigación (ASTAR) y la Universidad de Harvard (EE.UU.) se encuentran entre los implicados en el estudio.

“Nuestra aportación consiste en el diseño y desarrollo de un sistema totalmente automatizado basado en técnicas de visión artificial que nos permitirá caracterizar las células estudiadas mediante el análisis de vídeos grabados por biólogos mediante la técnica de microscopía intravital”, afirma uno de los autores del trabajo, el profesor Fernando Díaz de María, responsable del Grupo de Tramitación Multimedia de la UC3M. Se realizaron mediciones automatizadas de la forma, el tamaño, el movimiento y la posición en relación con el vaso sanguíneo de unos cuantos miles de células, en comparación con los estudios biológicos tradicionales que suelen estar respaldados por análisis de unos pocos cientos de células caracterizadas manualmente. De esta forma fue posible realizar un análisis biológico más avanzado y con mayor significación estadística.

Según los investigadores, este nuevo sistema tiene varias ventajas en términos de tiempo y precisión. En general, “no es factible tener un segmento biólogo experimentado y rastrear células durante meses. En cambio, para dar una idea aproximada (porque depende de la cantidad de celdas y de la profundidad del volumen 3D), nuestro sistema solo tarda 15 minutos en analizar un video de 5 minutos”, comenta otro investigador, Iván González Díaz, asociado. Profesor del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones de la UC3M.

Las redes neuronales profundas, las herramientas en las que confían estos ingenieros para la segmentación y detección de células, son básicamente algoritmos que aprenden del ejemplo. Para utilizar el sistema en un nuevo contexto, se deben generar suficientes ejemplos para permitir su entrenamiento. Estas redes forman parte de las técnicas de aprendizaje automático, que a su vez son una disciplina en el campo de la inteligencia artificial (IA). Además, el sistema incluye otro tipo de técnicas estadísticas y modelos geométricos, todas ellas descritas en otro artículo publicado recientemente en Análisis de imágenes médicas Diario.

El software que implementa el sistema es versátil y se puede adaptar a otros problemas en pocas semanas. “De hecho, ya lo estamos aplicando en otros escenarios estudiando el comportamiento inmunológico de las células T y las células dendríticas en tejidos cancerosos. Y los resultados preliminares son prometedores”, afirma Miguel Molina Moreno, otro investigador del equipo de la UC3M.

En cualquier caso, los investigadores que realizan investigaciones en esta área destacan la importancia del trabajo de un equipo interdisciplinario. “En este contexto, es importante reconocer los esfuerzos previos de comunicación entre biólogos, matemáticos e ingenieros que se requieren para comprender los conceptos fundamentales de otras disciplinas antes de que se pueda lograr un progreso real”, concluye Fernando Díaz de María.

Vídeo de YouTube: https://youtu.be/EiTAvmQkyIo

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