Método de elementos finitos aplicado à microscopia de desfocalização

• Autor(a) principal: José Maria Caquito Júnior
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/47091
• topic: Microscopia de desfocalização; Método de elementos finitos; Microscopia de desfocalização; Métodos de Galerkin

A microscopia de desfocalização é uma técnica que vem sendo empregada no Laboratório de Física de Sistemas Biológicos da UFMG para caracterizar objetos transparentes, como células e guias de onda. Através dela podemos obter parâmetros morfológicos e biomecânicos de células vivas utilizando apenas um microscópio óptico operando em campo claro. A partir de duas imagens desfocalizadas, é possível realizar a reconstrução 3D da amostra por meio da resolução de duas equações diferenciais. Apesar de bastante conveniente para o estudo de amostras biológicas, a aplicação da técnica é limitada pelo custo computacional para a análise dos dados. Este trabalho teve como objetivo encontrar uma maneira mais eficiente para realizar a reconstrução 3D. Para isso, desenvolvemos programas em Python que recebem duas imagens desfocalizadas como entrada e retornam a espessura e assimetria da célula. Para o cálculo da assimetria, a parte mais demorada do processo, os programas utilizam o método de elementos finitos por meio da plataforma Fenics. Realizamos testes para três situações diferentes: reconstrução de objetos de fase simulados, reconstrução de uma hemácia e a reconstrução de um cardiomiócito. Para os dois primeiros casos pudemos comparar os resultados obtidos aqui com aqueles obtidos pelos métodos que já haviam sido estabelecidos em trabalhos anteriores. O principal resultado deste trabalho foi a diminuição substancial no tempo necessário para realizar a reconstrução. Os novos programas demoram cerca de 10 s para realizar a reconstrução de células partindo de imagens com 128×128 pixels enquanto, para a metodologia anterior a este trabalho, o processo demorava cerca 7200 s em hardware similar. Por fim, conseguimos realizar a reconstrução de um cardiomiócito, uma célula consideravelmente maior, também em cerca de 10 s. Esses resultados indicam que o método de elementos finitos é uma boa alternativa para o cálculo da assimetria, retornando resultados rapidamente mesmo para imagens com resolução mais alta. Esses resultados abrem perspectivas para o uso da microscopia de desfocalização para o estudo de processos celulares dinâmicos.