Libro Blanco
Revolucionando la microscopía confocal
FLUOVIEW Smart™ software introduce flujos de trabajo intuitivos y potenciados por IA
Los microscopios confocales de barrido láser se han convertido en herramientas indispensables en las ciencias de la vida y la investigación médica, permitiendo la observación de alta resolución y el análisis tridimensional de muestras biológicas como células y tejidos.
Se utilizan ampliamente en campos como la biología celular, la neurociencia, y la biología del desarrollo, actuando como una tecnología fundamental que respalda la calidad y la reproducibilidad de la investigación.
Para satisfacer las diversas necesidades de investigación, los microscopios confocales han evolucionado para ofrecer características cada vez más avanzadas y una mayor flexibilidad en las condiciones de imagen. Sin embargo, este avance también ha dado lugar a interfaces de software más complejas, lo que crea desafíos importantes—especialmente para los usuarios novatos—como una configuración que consume mucho tiempo, un mayor riesgo de errores operativos y una menor eficiencia en los flujos de trabajo de investigación.
Desafíos que plantean las interfaces de software confocal complejas
- Curva de aprendizaje pronunciada: Dominar el funcionamiento requiere un tiempo considerable, lo que retrasa el inicio de la investigación. Los principiantes suelen tener dificultades para saber por dónde empezar, lo que conlleva la necesidad frecuente de ayuda por parte de usuarios experimentados o instructores.
- Reducción de la eficiencia debido a la operación incorrecta: Con numerosos ajustes y funciones difíciles de encontrar, los flujos de trabajo se fragmentan. Los errores pueden provocar la pérdida de datos o daños en las muestras, lo que implica costosos reprocesos de imagen o la repetición de experimentos.
- Problemas en entornos compartidos: Cuando varios usuarios con diferentes niveles de experiencia comparten el mismo sistema, los cambios inadvertidos en la configuración pueden resultar en condiciones de imagen no deseadas, muestras desperdiciadas y la necesidad de repetir los experimentos.
Abordar estos problemas requiere una interfaz de software que sea intuitiva, optimizada y diseñada en torno a flujos de trabajo del usuario.
Optimización de la experiencia del usuario con FLUOVIEW Smart™ software confocal
El software confocal FLUOVIEW Smart de Evident está diseñado para ayudar a usuarios de todos los niveles de experiencia a operar el microscopio confocal de escaneo láser FLUOVIEW™ FV5000 con confianza y de manera eficiente. Emplea tres enfoques clave para reducir la carga operativa y mejorar la productividad y la reproducibilidad de la investigación.
Interfaz gráfica de usuario y guía en pantalla para reducir los costes de aprendizaje
Las operaciones básicas del microscopio, como los ajustes del rango Z y la selección de objetivos, no son meras configuraciones, sino información esencial para comprender el estado actual del sistema. FLUOVIEW Smart visualiza gráficamente estos ajustes, lo que permite a los usuarios comprender intuitivamente su significado e impacto (Figuras 1 y 2).
Las guías en pantalla facilitan aún más que los usuarios realicen tareas sin confusión, reduciendo la necesidad de supervisión constante y permitiendo la adquisición autónoma de datos.
Figura 1. Pantalla de configuración del rango Z. Las posiciones inicial y final de la tomade imágenes, así como la posición de observación actual, son claramente visibles a simple vista.
Figura 2. Pantalla de selección de objetivo. Los usuarios pueden seleccionar intuitivamente el objetivo deseado, y el objetivo actualmente activo es fácilmente identificable.
Layout Diseño basado en la prioridad funcional
En lugar de incluir todas las funciones en una sola pantalla, el software FLUOVIEW Smart™ las organiza jerárquicamente por frecuencia y relevancia. Los controles clave, como la potencia del láser, el rango de escaneo y la configuración de la pila Z, siempre están fácilmente accesibles, alineándose con el flujo de trabajo natural (detección de la muestra → configuración de las condiciones → obtención de imágenes). Este diseño minimiza el tiempo de búsqueda y reduce significativamente el riesgo de errores.
Restablecimiento y diseño automático orientado al propósito
Para evitar problemas en entornos compartidos, el software FLUOVIEW Smart restablece la configuración a los valores predeterminados al inicio. Al mismo tiempo, permite a los usuarios guardar y recuperar configuraciones anteriores para garantizar la reproducibilidad. Además, al seleccionar un propósito de imagen (por ejemplo, pila Z, lapso de tiempo, unión de múltiples áreas), se ajustan automáticamente el diseño y la guía, proporcionando una interfaz óptima tanto para principiantes como para expertos (Figura 3).
Figura 3. Pantalla de selección de propósito. El diseño y la guía en pantalla se ajustan automáticamente en función del objetivo seleccionado.
Asistencia potenciada por IA para usuarios novatos
Más allá de simplificar la interfaz, el software FLUOVIEW Smart™ utiliza IA para automatizar y optimizar los pasos que resultan especialmente desafiantes para los usuarios novatos.
Detección automatizada de muestras
Debido a los principios ópticos de la microscopía confocal, si la muestra está desenfocada en XY o Z, la pantalla puede aparecer en blanco, lo que deja a los usuarios novatos inseguros de si el problema se debe a la configuración o a un mal funcionamiento del hardware.
Para enfrentar este reto, Evident y Epistra—aprovechando su reconocida experiencia en el desarrollo de IA paralas ciencias de la vida—desarrollaron conjuntamente un algoritmo de reconocimiento de imágenes que ajusta automáticamente el microscopio a un estado óptimo para la búsqueda de muestras e identifica la región de la muestra. Esto simplifica y acelera significativamente un proceso que antes era difícil para los principiantes (Figura 4).
Figura 4. La gran dificultad de búsqueda de muestras en la microscopía confocal de barrido láser puede provocar una pantalla en blanco (imagen derecha)
La figura 5 ilustra el flujo de trabajo general para la estimación de la posición de la muestra.
El sistema está diseñado para imitar el enfoque del usuario experto: realizando una alineación preliminar de los ejes Z y XY utilizando un objetivo de bajo aumento (4X), seguida de ajustes precisos con un objetivo de alto aumento (10X).
Específicamente, el sistema ejecuta los siguientes cuatro pasos en secuencia para determinar automáticamente la posición óptima de la muestra.
Z-BÚSQUEDA Z (4X)
Este paso realiza una búsqueda secuencial* utilizando un objetivo de 4X para identificar aproximadamente la posición Z óptima dentro del rango de búsqueda. En cada posición Z candidata, se captura una imagen y la IA evalúa su puntuación de enfoque. Basándose en estos resultados, el sistema actualiza de forma autónoma la siguiente posición Z a explorar, iterando hasta alcanzar la posición con la puntuación de enfoque más alta. El rango de búsqueda Z se configura adecuadamente según la selección del usuario en el asistente.
BÚSQUEDA XY (4X)
Utilizando la imagen adquirida con el objetivo 4X, la platina XY se mueve de manera que la región con mayor brillo local quede centrada en la pantalla. Antes de este proceso, el sistema detecta artefactos predefinidos (p. ej., bordes de contenedores). Si se detectan artefactos, se muestra una alerta y el proceso se detiene. El usuario puede entonces ajustar manualmente la posición XY de la muestra según sea necesario.
BÚSQUEDA Z (10X)
Después de cambiar a un objetivo de 10X, el sistema realiza una búsqueda secuencial para determinar la posición Z óptima dentro del rango. El rango de búsqueda Z se determina en función de la posición Z óptima encontrada a 4X y la resolución Z del objetivo de 4X.
BÚSQUEDA XY (10X)
En la imagen 10X, la plataforma XY se mueve de manera que la región con el mayor brillo local quede centrada en la pantalla. Después de este proceso, el sistema muestra la imagen actual del microscopio al usuario, completando así el procedimiento de búsqueda.
Figura 5. Flujo de trabajo general para la estimación de la posición de la muestra:
BÚSQUEDA Z (4X)
- Realice un escaneo preliminar de la muestra a lo largo del eje Z con la apertura confocal abierta.
- Establezca la apertura confocal en 1 unidad Airy y afine la posición Z para lograr un enfoque óptimo.
BÚSQUEDA XY (4X)
- Detección de anomalías por IA (si no se detecta el espécimen o se detecta el borde del cubreobjetos o del pozo).
- Mueva la platina hacia una zona más brillante de la muestra.
- Refleje la imagen 4X en el mapa.
BÚSQUEDA Z (10X)
- Realice un escaneo preliminar de la muestra a lo largo del eje Z con la apertura confocal abierta.
- Ajuste fino la posición Z con apertura confocal de 1 unidad Airy para un enfoque óptimo.
Búsqueda XY (10X)
- Mueva la platina a un punto más iluminado de la muestra
*Búsqueda secuencial: un método que explora la posición de la muestra capturando imágenes secuencialmente a lo largo de un rango de búsqueda definido.
Optimización de las condiciones de imagen
En la microscopía confocal de barrido láser convencional, existe una compensación inherente entre la sensibilidad del detector y la potencia del láser, lo que require realizar pruebas para encontrar los ajustes óptimos. Los principiantes a menudo se enfrentan al dilema de que aumentar la sensibilidad introduce más ruido, mientras que aumentar la potencia del láser conlleva el riesgo de dañar la muestra (Figura 6). Como resultado, determinar las condiciones de imagen adecuadas puede ser un proceso que lleva mucho tiempo.
Evident aborda este desafío con su tecnología de detector SilVIR™ de próxima generación patentada, que elimina la necesidad de ajustar la sensibilidad del detector. Esto reduce la cantidad de parámetros que los usuarios deben configurar, lo que resulta en un funcionamiento más sencillo. En consecuencia, ajustar la potencia del láser para lograr el contraste adecuado se convierte en el factor más crítico que influye en la calidad de la imagen.
FLUOVIEW Smart™ El software determina automáticamente la potencia láser óptima basándose en el análisis de imágenes en tiempo real y las predicciones de aprendizaje automático. Los usuarios pueden aplicar fácilmente ajustes adaptados a sus necesidades seleccionando un modo según la prioridad entre minimizar el daño a la muestra y maximizar el contraste.
POTENCIA DEL LÁSER DEMASIADO ALTA
Laser Una potencia láser demasiado alta produce
una alta fototoxicidad.
Figura 6. Compromiso entre la potencia láser y la calidad de imagen.
POTENCIA DEL LÁSER DEMASIADO BAJA
Laser Una potencia de láser demasiado baja produce
imágenes con ruido.
El proceso general es el siguiente:
SELECCIÓN DE MODO
El usuario selecciona uno de tres modos—Suave, Equilibrado o Calidad—según la prioridad que se le dé a la protección de la muestra y al contraste de la imagen.
AJUSTE AUTOMÁTICO DE LA POTENCIA DEL LÁSER
Cuando el usuario pulsa el botón de ejecución, el sistema ajusta automáticamente la potencia láser óptima y completa el proceso. Durante la ejecución, los siguientes pasos se realizan internamente:
- Se capturan cuatro imágenes a diferentes niveles de potencia láser.
- Para cada imagen, el sistema calcula una puntuación de IA como Un indicador de la calidad de la imagen (pasos 1–3 en la Figura 7). Las puntuaciones de IA se representan gráficamente y, basándose en el gráfico y el modo seleccionado, el sistema estima la potencia óptima del láser (paso 4 en la Figura 7).
Figure 7. Principio de la estimación de la potencia láser con los siguientes pasos: 1: Predecir imágenes nítidas y con poco ruido a partir de la imagen sin procesar utilizando IA versión 2: Compare la imagen predicha con la imagen original sin procesar 3. Calcule un coeficiente de correlación (puntuación de IA: una puntuación alta indica estabilidad y poco ruido, una puntuación baja indica inestabilidad y mucho ruido). 4. Estimar la potencia láser óptima en función del modo seleccionado
Nota: La puntuación de IA es similar a la relación señal/ruido (SNR) de la imagen, aunque ligeramente diferente. La puntuación aumenta con la potencia del láser, lo que refleja una mejor calidad de imagen debido a la reducción del ruido. La región de meseta de la curva de puntuación de IA indica un ajuste de potencia láser adecuado:
En este rango, aumentos adicionales en la potencia del láser producen mejoras insignificantes en la calidad de la imagen, lo que los hace ineficientes. Revolucionando.
Conclusión
El software confocal FLUOVIEW Smart™ simplifica la interfaz de los microscopios de escaneo láser FLUOVIEW™ FV5000 y mejora los flujos de trabajo a través de la tecnología de IA (Figura 8).
- Las interfaces de software complejas suponen una barrera importante para los usuarios principiantes.
- La simplificación se logra mediante la funcionalidad priorizada, el diseño de operaciones basado en flujos de trabajo y una interfaz gráfica de usuario.
- La inteligencia artificial (IA) automatiza la detección de muestras y el ajuste de la potencia del láser, reduciendo enormemente la complejidad operativa.
Al combinar una interfaz de software centrada en la experiencia del usuario con funciones de asistencia inteligente impulsadas por IA, el software FLUOVIEW Smart permite que incluso los principiantes adquieran imágenes de alta calidad en poco tiempo, mejorando drásticamente la productividad y la reproducibilidad en entornos de investigación.
Figura 8. Simplificación de la observación de microscopía confocal con un flujo de trabajo asistido por IA.
Gerente global de productos, sistemas de imágenes de alta gama, ciencias de la vida
Ryoji Kitamura obtuvo su título de maestría en la Facultad de Estudios de Posgrado en Tecnologías de la Información y Tecnología de Hokkaido University, donde se especializó en imágenes in vivo mediante microscopía multifotónica. Comenzó su carrera en Evident como ingeniero de software y posteriormente se convirtió en líder de producto del escáner universal de imágenes de portaobjetos completos SLIDEVIEW™ VS200. También se desempeñó como Gerente Global de Producto para el sistema de microscopio invertido IXplore™ IX85. Actualmente es el Gerente Global de Productos de la serie de microscopios confocales FLUOVIEW™, donde dirige la estrategia, la planificación y el desarrollo.