2025/12/20Une équipe de recherche de l'Université des sciences et technologies de Huazhong a proposé PAMR (Physics-Aware Aberration-Corrected Meta Neural Representation), un cadre de reconstruction 3D auto-supervisé pour l'imagerie dynamique et sans marquage de cellules vivantes. L'étude a été publiée dans la revue internationale d'optique à comité de lecture Advanced Photonics Nexus.
PAMR : Avancées méthodologiques en tomographie 3D sans marquage
L'imagerie tomographique 3D sans marquage suscite un intérêt croissant en microscopie biologique en raison de sa faible phototoxicité et de sa configuration optique simplifiée. Cependant, la tomographie ptychographique de Fourier (FPT) conventionnelle est souvent limitée par des artefacts de reconstruction importants et une complexité de calcul élevée, ce qui restreint son application à l'observation dynamique de cellules vivantes et à l'analyse d'échantillons à grand champ de vision.
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 FL 9BW pour la validation PAMR
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.
Acquisition de signaux haute fidélité
Un capteur CMOS rétroéclairé avec une efficacité quantique maximale de 92 %, permettant une détection efficace des signaux faibles et sans étiquette.
Un bruit de lecture de 0,9 e⁻ combiné à un courant d'obscurité ultra-faible (< 0,0005 e⁻/p/s), minimisant les contributions du bruit et préservant l'intégrité du signal dans des conditions de faible luminosité.
Un format de capteur de grande taille de 15,96 mm (1"), permettant une couverture complète des structures d'échantillons hétérogènes, réduisant la perte d'informations et prenant en charge la branche de correction des aberrations du pipeline de reconstruction.
Capacité d'imagerie haute résolution
Un pas de pixel de 3,76 μm, bien adapté à la limite de diffraction d'un objectif 40×/0,95 NA et conforme au critère d'échantillonnage de Nyquist.
Une matrice de 3000 × 3000 pixels, permettant une capture efficace des données d'éclairage multi-angles nécessaires à la reconstruction informatique haute résolution.
Stabilité de l'imagerie à long terme
La combinaison d'un courant d'obscurité ultra-faible (< 0,0005 e⁻/p/s) et d'un refroidissement profond permet une imagerie à rapport signal/bruit élevé pendant de longs temps d'exposition tout en atténuant les effets phototoxiques associés à une forte intensité d'éclairage.
Références
Sun M, Zhong F, Mao S, et al. Représentation méta-neuronale informée par la physique pour une tomographie ptychographique de Fourier à vue clairsemée, corrigée des aberrations et de haute fidélité [J].
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