2025/12/20Rannsóknarhópurinn undir forystu prófessors Yiming Li við Southern University of Science and Technology (SUSTech) hefur tekist á við lykiláskoranir í notkun staðsetningarmikroskópíu með einni sameind (SMLM) við myndgreiningu með mikilli afköstum og ofurupplausn með því að kynna LiteLoc, sem er stigstærðanlegt og létt greiningarrammi sem byggir á djúpnámi. Verkið, sem ber heitið „Scalable and lightweight deep learning for efficient high-accuracy single-molecule localization microscopy“ (Skalstærðanlegt og létt djúpnám fyrir skilvirka og nákvæma staðsetningarmikroskópíu með einni sameind“), var birt í alþjóðlega tímaritinu Nature Communications.
LiteLoc nýjungar
SMLM endurskapar myndir í ofurupplausn með því að staðsetja nákvæmlega einstök flúrljómandi sameindir yfir tugþúsundir stokastískra blikkramma. Gagnamagnið sem myndast setur strangar kröfur um reiknivirkni, gagnaafköst og sveigjanleika kerfisins.
LiteLoc ramminn er hannaður með það að markmiði að ná rauntímaafköstum, mikilli nákvæmni staðsetningar og miklum afköstum að leiðarljósi, og yfirstígur nokkra mikilvæga flöskuhálsa í endurgerð SMLM með miklum afköstum:
Með því að samþætta taugafræðilegar framsetningar við eðlisfræðilegar forgangsröðun sýnir PAMR kerfisbundnar framfarir miðað við hefðbundnar aðferðir:
Hraðað rúmmálsuppbyggingEndurbyggingartíminn fyrir eitt þrívítt rúmmál (585 × 585 × 120 voxlar) er styttur úr 250 sekúndum í 28 sekúndur, sem samsvarar um það bil 10 falda aukningu á endurbyggingarhraða.
Upplausnaraukning umfram dreifingarmörkt: Með því að nota hálfkúlulaga lýsingarkerfi með 66 LED ljósum í samsetningu við 40×/0,95 NA hlutgler, nær PAMR hálfrar upplausnar upp á 137 nm lárétt og 550 nm áslægt, sem er um það bil tvöföld framför frá dreifingarmörkum hlutglersins.
Öflug frammistaða við takmarkað útsýniHágæða endurgerðir eru viðhaldið með allt að 75% sjónskerðingu. Þegar fjöldi lýsingarhorna er minnkaður úr 120 í 30 helst gæði endurgerðarinnar stöðug, þar sem SSIM gildi eru verulega hærri en þau sem fengust með hefðbundnum FPT aðferðum.
Dhyana 400BSI V3 sCMOS myndavélastuðningur fyrir LiteLoc nýjungar
Hágæða merkjaöflun og stöðugleiki myndgreiningar eru mikilvæg fyrir tilraunakennda staðfestingu á háþróuðum tölvusmásjárreikniritum. TucsenFL 9BWVísindamyndavél býður upp á lykilbúnaðareiginleika sem styðja PAMR rammann.
LiteLoc SMLM kerfið notar Tucsen Dhyana 400BSI V3 sCMOS myndavélina sem aðalmyndgreiningartæki sitt. Samsetning myndavélarinnar af mikilli merkis-til-hávaða afköstum og hraðlestingu veitir mikilvægan vélbúnaðarstuðning til að ná fræðilegum staðsetningarmörkum og gerir kleift að sannreyna lokaða lykkju milli þróunar reiknirita og tilraunamyndgreiningar.
1. Framúrskarandi hlutfall merkis og hávaða
Með allt að 95% skammtanýtni (QE) hámarkar Dhyana 400BSI V3 skilvirka söfnun flúrljómunarmerkja frá einni sameind. Dæmigert útlestrarhávaði upp á 1,1 e⁻ (RMS) tryggir öflugt merkis-til-hávaðahlutfall við lágfótónaskilyrði og myndar traustan grunn fyrir LiteLoc til að ná staðsetningarnákvæmni nálægt fræðilegum mörkum.
2. Háhraða gagnaúttak
Dhyana 400BSI V3 skilar myndgreiningu í fullri upplausn allt að 100 ramma á sekúndu við 2048 (H) × 2048 (V), sem samsvarar um það bil 550 MB/s (11-bita) hrágagnaöflunarhraða. Þessi afköst eru mjög svipuð greiningarhraða LiteLoc upp á 567 MB/s, sem styður beint við markmið kerfisins um myndgreiningu með mikilli afköstum.
Heimildir
Fei, Y., Fu, S., Shi, W. o.fl. Stærðanleg og létt djúpnám fyrir skilvirka og nákvæma staðsetningarsmásjá á einni sameind. Nat Commun 16, 7217 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-62662-5
HöfundarréttartilkynningÞessi grein er ætluð til að veita heimildir um notkun vísindamyndavéla. Hlutar af efninu eru fengnir úr viðeigandi birtum rannsóknargreinum. Höfundarréttur helst hjá upprunalegu höfundunum. Vinsamlegast tilgreinið heimild þegar vitnað er í eða þetta efni er endurnýtt.
