2025/12/20عالج فريق بحثي بقيادة البروفيسور ييمينغ لي في جامعة العلوم والتكنولوجيا الجنوبية (SUSTech) التحديات الرئيسية في تطبيق مجهر تحديد موقع الجزيئات المفردة (SMLM) على التصوير فائق الدقة عالي الإنتاجية، وذلك من خلال تقديم LiteLoc، وهو إطار تحليلي قابل للتطوير وخفيف الوزن يعتمد على التعلم العميق. نُشرت هذه الدراسة، بعنوان "التعلم العميق القابل للتطوير وخفيف الوزن من أجل مجهر تحديد موقع الجزيئات المفردة عالي الدقة والكفاءة"، في مجلة Nature Communications الدولية.
شركة لايت لوك للابتكارات
تُعيد تقنية SMLM بناء صور فائقة الدقة من خلال تحديد مواقع جزيئات الفلورسنت المفردة بدقة عبر عشرات الآلاف من الإطارات الوامضة العشوائية. وتفرض أحجام البيانات الناتجة متطلبات صارمة على الكفاءة الحسابية، وإنتاجية البيانات، وقابلية توسيع النظام.
تم تصميم إطار عمل LiteLoc حول الأهداف الأساسية المتمثلة في الأداء في الوقت الفعلي، ودقة تحديد المواقع العالية، والإنتاجية العالية، ويتغلب على العديد من الاختناقات الحرجة في إعادة بناء SMLM عالية الإنتاجية:
من خلال دمج التمثيلات العصبية مع المعلومات المسبقة القائمة على الفيزياء، يُظهر نموذج PAMR تحسينات منهجية مقارنة بالأساليب التقليدية:
إعادة بناء حجمية معجلة: تم تقليل وقت إعادة بناء حجم ثلاثي الأبعاد واحد (585 × 585 × 120 فوكسل) من 250 ثانية إلى 28 ثانية، وهو ما يتوافق مع زيادة تقريبية قدرها 10 أضعاف في سرعة إعادة البناء.
تحسين الدقة بما يتجاوز حد الانعراجt: باستخدام نظام إضاءة نصف كروي مع 66 مصباح LED بالإضافة إلى عدسة موضوعية 40×/0.95 NA، يحقق PAMR دقة نصف درجة تبلغ 137 نانومتر جانبيًا و550 نانومتر محوريًا، وهو ما يمثل تحسنًا بمقدار الضعف تقريبًا مقارنة بحد حيود العدسة الموضوعية.
أداء قوي في ظل ظروف الرؤية المحدودةيتم الحفاظ على دقة عالية في عمليات إعادة البناء حتى مع تقليل حجم العرض بنسبة تصل إلى 75%. وعندما يتم تقليل عدد زوايا الإضاءة من 120 إلى 30، تظل جودة إعادة البناء مستقرة، مع قيم SSIM التي تتجاوز بشكل ملحوظ تلك التي تم الحصول عليها باستخدام طرق FPT التقليدية.
دعم كاميرا Dhyana 400BSI V3 sCMOS من شركة LiteLoc Innovations
يُعدّ الحصول على إشارة عالية الدقة واستقرار التصوير أمراً بالغ الأهمية للتحقق التجريبي من صحة خوارزميات المجهر الحاسوبي المتقدمة.FL 9BWتوفر الكاميرا العلمية إمكانيات أساسية للأجهزة تدعم إطار عمل PAMR.
يستخدم نظام LiteLoc SMLM كاميرا Tucsen Dhyana 400BSI V3 sCMOS ككاشف تصوير أساسي. يوفر الجمع بين الأداء العالي لنسبة الإشارة إلى الضوضاء وسرعة القراءة العالية للكاميرا دعمًا برمجيًا بالغ الأهمية لتحقيق حدود التحديد المكاني النظرية، ويتيح التحقق من صحة الحلقة المغلقة بين تطوير الخوارزمية والتصوير التجريبي.
1. أداء استثنائي من حيث نسبة الإشارة إلى الضوضاء
بفضل كفاءتها الكمية التي تصل إلى 95%، تُحسّن وحدة Dhyana 400BSI V3 من جمع إشارات التألق الجزيئية المفردة إلى أقصى حد. ويضمن مستوى الضوضاء النموذجي للقراءة، البالغ 1.1 إلكترون (RMS)، نسب إشارة إلى ضوضاء عالية حتى في ظروف نقص الفوتونات، مما يُرسي أساسًا متينًا لشركة LiteLoc لتحقيق دقة تحديد موقع قريبة من الحدود النظرية.
2. إخراج البيانات بسرعة عالية
يُقدّم جهاز Dhyana 400BSI V3 صورًا عالية الدقة تصل إلى 100 إطار في الثانية بدقة 2048 (أفقيًا) × 2048 (رأسيًا)، ما يُعادل معدل توليد بيانات خام يبلغ حوالي 550 ميجابايت/ثانية (11 بت). تتوافق هذه الإنتاجية بشكل كبير مع معدل تحليل LiteLoc البالغ 567 ميجابايت/ثانية، مما يدعم بشكل مباشر أهداف التصوير عالية الإنتاجية للنظام.
مراجع
فاي، واي.، فو، إس.، شي، دبليو. وآخرون. التعلم العميق القابل للتطوير والخفيف الوزن من أجل مجهر تحديد موقع الجزيئات المفردة عالي الدقة والكفاءة. نات كوميون 16، 7217 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-62662-5
إشعار حقوق النشرتهدف هذه المقالة إلى تقديم مراجع تطبيقية متعلقة بالكاميرات العلمية. وقد اقتُبست أجزاء من المحتوى من أوراق بحثية منشورة ذات صلة. جميع حقوق النشر محفوظة للمؤلفين الأصليين. يُرجى ذكر المصدر عند الاستشهاد بهذه المادة أو إعادة استخدامها.
