2025/12/20L'équipe de recherche dirigée par le professeur Yiming Li à l'Université des sciences et technologies du Sud (SUSTech) a relevé des défis majeurs liés à l'application de la microscopie de localisation de molécules uniques (SMLM) à l'imagerie à super-résolution à haut débit en introduisant LiteLoc, un cadre d'analyse évolutif et léger basé sur l'apprentissage profond. Leurs travaux, intitulés « Apprentissage profond évolutif et léger pour une microscopie de localisation de molécules uniques efficace et de haute précision », ont été publiés dans la revue internationale Nature Communications.
LiteLoc Innovations
SMLM reconstruit des images à super-résolution en localisant précisément des molécules fluorescentes individuelles sur des dizaines de milliers d'images clignotantes aléatoires. Les volumes de données ainsi générés imposent des exigences élevées en matière d'efficacité de calcul, de débit de données et d'évolutivité du système.
Conçu autour des objectifs fondamentaux de performance en temps réel, de précision de localisation élevée et de débit élevé, le framework LiteLoc surmonte plusieurs goulots d'étranglement critiques dans la reconstruction SMLM à haut débit :
En intégrant les représentations neuronales aux connaissances a priori basées sur la physique, PAMR démontre des améliorations systématiques par rapport aux approches traditionnelles :
Reconstruction volumétrique accélérée: Le temps de reconstruction d'un seul volume 3D (585 × 585 × 120 voxels) est réduit de 250 s à 28 s, ce qui correspond à une augmentation d'environ 10 fois de la vitesse de reconstruction.
Amélioration de la résolution au-delà de la limite de diffractiont: En utilisant un système d'éclairage hémisphérique avec 66 LED en combinaison avec un objectif 40×/0,95 NA, le PAMR atteint des résolutions de demi-pas de 137 nm latéralement et de 550 nm axialement, ce qui représente une amélioration d'environ deux fois par rapport à la limite de diffraction de l'objectif.
Performances robustes dans des conditions de visibilité réduiteDes reconstructions de haute fidélité sont maintenues même avec une réduction du nombre de vues allant jusqu'à 75 %. Lorsque le nombre d'angles d'éclairage est réduit de 120 à 30, la qualité de la reconstruction reste stable, avec des valeurs SSIM nettement supérieures à celles obtenues par les méthodes FPT conventionnelles.
Prise en charge de la caméra sCMOS Dhyana 400BSI V3 pour LiteLoc Innovations
L'acquisition de signaux haute fidélité et la stabilité de l'image sont essentielles à la validation expérimentale des algorithmes de microscopie computationnelle avancée.FL 9BWLa caméra scientifique offre des fonctionnalités matérielles essentielles qui prennent en charge le cadre PAMR.
Le système LiteLoc SMLM utilise la caméra sCMOS Tucsen Dhyana 400BSI V3 comme détecteur d'imagerie principal. L'association d'un rapport signal/bruit élevé et d'une vitesse de lecture rapide de cette caméra constitue un atout matériel essentiel pour atteindre les limites théoriques de localisation et permet une validation en boucle fermée entre le développement de l'algorithme et l'imagerie expérimentale.
1. Performances exceptionnelles en termes de rapport signal/bruit
Avec un rendement quantique (QE) atteignant 95 %, le Dhyana 400BSI V3 optimise la collecte des signaux de fluorescence de molécules uniques. Son bruit de lecture typique de 1,1 e⁻ (RMS) garantit un rapport signal/bruit élevé même en conditions de faible flux photonique, offrant ainsi à LiteLoc une base solide pour atteindre une précision de localisation proche des limites théoriques.
2. Sortie de données à haut débit
Le Dhyana 400BSI V3 offre une imagerie en pleine résolution jusqu'à 100 images par seconde à 2048 (H) × 2048 (V), correspondant à un débit de génération de données brutes d'environ 550 Mo/s (11 bits). Ce débit est très proche du débit d'analyse de LiteLoc (567 Mo/s), contribuant ainsi directement aux objectifs d'imagerie à haut débit du système.
Références
Fei, Y., Fu, S., Shi, W. et al. Apprentissage profond évolutif et léger pour une microscopie de localisation de molécules uniques efficace et de haute précision. Nat Commun 16, 7217 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-62662-5
Avis de droit d'auteurCet article vise à fournir des références d'application relatives aux caméras scientifiques. Des extraits de son contenu proviennent d'articles de recherche publiés. Tous les droits d'auteur appartiennent aux auteurs originaux. Veuillez indiquer la source lors de toute citation ou réutilisation de ce document.
