20.12.2025Даследчая група пад кіраўніцтвам прафесара Іміна Лі з Паўднёвага ўніверсітэта навукі і тэхналогій (SUSTech) вырашыла ключавыя праблемы прымянення мікраскапіі лакалізацыі адзінак малекул (SMLM) для высокапрадукцыйнай візуалізацыі звышразрознасці, прадставіўшы LiteLoc, маштабуемую і лёгкую аналітычную базу на аснове глыбокага навучання. Праца пад назвай «Маштабуемае і лёгкае глыбокае навучанне для эфектыўнай высокадакладнай мікраскапіі лакалізацыі адзінак малекул» была апублікавана ў міжнародным часопісе Nature Communications.
Інавацыі LiteLoc
SMLM рэканструюе выявы звышвыразрознасці шляхам дакладнай лакалізацыі асобных флуарэсцэнтных малекул на дзясятках тысяч стахастычных мігаючых кадраў. Атрыманыя аб'ёмы дадзеных накладваюць строгія патрабаванні да вылічальнай эфектыўнасці, прапускной здольнасці дадзеных і маштабаванасці сістэмы.
Распрацаваная з улікам асноўных мэтаў прадукцыйнасці ў рэжыме рэальнага часу, высокай дакладнасці лакалізацыі і высокай прапускной здольнасці, платформа LiteLoc пераадольвае некалькі крытычных вузкіх месцаў у высокапрадукцыйнай рэканструкцыі SMLM:
Інтэгруючы нейронныя прадстаўленні з фізічнымі апрыёрнымі верагоднасцямі, PAMR дэманструе сістэматычныя паляпшэнні ў параўнанні з традыцыйнымі падыходамі:
Паскораная аб'ёмная рэканструкцыяЧас рэканструкцыі аднаго трохмернага аб'ёму (585 × 585 × 120 вокселяў) скарачаецца з 250 с да 28 с, што адпавядае прыблізнаму 10-кратнаму павелічэнню хуткасці рэканструкцыі.
Паляпшэнне раздзяляльнай здольнасці за межы дыфракцыйнай мяжыt: Выкарыстоўваючы паўсферычную сістэму асвятлення з 66 святлодыёдамі ў спалучэнні з аб'ектывам з лічбавай аберацыяй 40×/0,95, PAMR дасягае паўкрокавай раздзяляльнасці 137 нм у бакавы бок і 550 нм у аксіяльны бок, што прыкладна ўдвая паляпшае дыфракцыйную мяжу аб'ектыва.
Надзейная прадукцыйнасць ва ўмовах рэдкай бачнасціВысокая дакладнасць рэканструкцый захоўваецца са змяншэннем агляду да 75%. Пры змяншэнні колькасці вуглоў асвятлення са 120 да 30 якасць рэканструкцыі застаецца стабільнай, прычым значэнні SSIM значна перавышаюць значэнні, атрыманыя з выкарыстаннем традыцыйных метадаў FPT.
Падтрымка sCMOS-камеры Dhyana 400BSI V3 для LiteLoc Innovations
Высокая дакладнасць атрымання сігналу і стабільнасць візуалізацыі маюць вырашальнае значэнне для эксперыментальнай праверкі перадавых алгарытмаў вылічальнай мікраскапіі. ТусенФларыда 9BWНавуковая камера забяспечвае ключавыя апаратныя магчымасці, якія падтрымліваюць структуру PAMR.
Сістэма LiteLoc SMLM выкарыстоўвае sCMOS-камеру Tucsen Dhyana 400BSI V3 у якасці асноўнага дэтэктара візуалізацыі. Спалучэнне камеры з высокім суадносінамі сігнал/шум і высокай хуткасцю счытвання забяспечвае важную апаратную падтрымку для дасягнення тэарэтычных межаў лакалізацыі і дазваляе правяраць у замкнёным цыкле паміж распрацоўкай алгарытму і эксперыментальнай візуалізацыяй.
1. Выключнае суадносіны сігнал/шум
Дзякуючы квантавай эфектыўнасці (КК) да 95%, Dhyana 400BSI V3 максімізуе эфектыўны збор сігналаў флуарэсцэнцыі адной малекулы. Тыповы шум счытвання 1,1 e⁻ (RMS) забяспечвае надзейныя суадносіны сігнал/шум ва ўмовах нізкай колькасці фатонаў, што стварае трывалую аснову для дасягнення LiteLoc дакладнасці лакалізацыі, блізкай да тэарэтычных межаў.
2. Высокахуткасны вывад дадзеных
Dhyana 400BSI V3 забяспечвае выявы з поўным разрозненнем да 100 кадраў у секунду пры раздзяленні 2048 (Г) × 2048 (В), што адпавядае хуткасці генерацыі неапрацаваных дадзеных прыблізна 550 МБ/с (11 біт). Такая прапускная здольнасць амаль адпавядае хуткасці аналізу LiteLoc, якая складае 567 МБ/с, што непасрэдна спрыяе дасягненню мэт сістэмы па візуалізацыі з высокай прапускной здольнасцю.
Спасылкі
Фэй, Ю., Фу, С., Шы, У. і інш. Маштабуемае і лёгкае глыбокае навучанне для эфектыўнай высокадакладнай мікраскапіі лакалізацыі адной малекулы. Nat Commun 16, 7217 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-62662-5
Паведамленне аб аўтарскіх правахГэты артыкул прызначаны для прадастаўлення спасылак на прымяненне навуковых камер. Часткі зместу ўзяты з адпаведных апублікаваных даследчых прац. Усе аўтарскія правы застаюцца ў першапачатковых аўтараў. Калі ласка, пазначайце крыніцу пры цытаванні або паўторным выкарыстанні гэтага матэрыялу.
