2025/12/20קבוצת המחקר בראשות פרופ' יימינג לי מאוניברסיטת דרום המדע והטכנולוגיה (SUSTech) התמודדה עם אתגרים מרכזיים ביישום מיקרוסקופיית לוקליזציה של מולקולה בודדת (SMLM) להדמיה ברזולוציה גבוהה בתפוקה גבוהה, על ידי הצגת LiteLoc, מסגרת ניתוח קלת משקל וניתנת להרחבה המבוססת על למידה עמוקה. העבודה, שכותרתה "למידה עמוקה קלת משקל וניתנת להרחבה למיקרוסקופיית לוקליזציה יעילה בדיוק גבוה של מולקולה בודדת", פורסמה בכתב העת הבינלאומי Nature Communications.
חידושי LiteLoc
טכנולוגיית SMLM משחזרת תמונות ברזולוציה גבוהה על ידי איתור מדויק של מולקולות פלואורסצנטיות בודדות על פני עשרות אלפי מסגרות מהבהבות סטוכסטיות. נפחי הנתונים המתקבלים מציבים דרישות מחמירות ליעילות חישובית, תפוקת נתונים וגמישות מערכת.
מסגרת LiteLoc, שתוכננה סביב המטרות המרכזיות של ביצועים בזמן אמת, דיוק לוקליזציה גבוה ותפוקה גבוהה, מתגברת על מספר צווארי בקבוק קריטיים בשחזור SMLM בעל תפוקה גבוהה:
על ידי שילוב ייצוגים עצביים עם גישות קודמות מבוססות פיזיקה, PAMR מדגים שיפורים שיטתיים לעומת גישות מסורתיות:
שחזור נפחי מואץזמן השחזור עבור נפח תלת-ממדי יחיד (585 × 585 × 120 ווקסלים) מצטמצם מ-250 שניות ל-28 שניות, מה שמתאים לעלייה של פי 10 בקירוב במהירות השחזור.
שיפור רזולוציה מעבר לגבול הדיפרקציהt: באמצעות מערכת תאורה חצי כדורית עם 66 נוריות LED בשילוב עם עדשה מסוג NA בגודל 40×/0.95, PAMR משיגה רזולוציות חצי-פסיעה של 137 ננומטר לרוחב ו-550 ננומטר לציר, מה שמייצג שיפור של פי שניים בקירוב לעומת גבול הדיפרקציה של המטרה.
ביצועים חזקים בתנאי ראייה דליליםשחזורים באיכות גבוהה נשמרים עם הפחתה של עד 75% בתצוגה. כאשר מספר זוויות התאורה מצטמצם מ-120 ל-30, איכות השחזור נשארת יציבה, כאשר ערכי SSIM עולים משמעותית על אלו המתקבלים בשיטות FPT קונבנציונליות.
תמיכה במצלמת Dhyana 400BSI V3 sCMOS עבור LiteLoc Innovations
רכישת אותות באיכות גבוהה ויציבות הדמיה הם קריטיים לאימות ניסיוני של אלגוריתמים מיקרוסקופיים חישוביים מתקדמים. ה-Tucsenפלורידה 9BWמצלמה מדעית מספקת יכולות חומרה מרכזיות התומכות במסגרת PAMR.
מערכת LiteLoc SMLM משתמשת במצלמת Tucsen Dhyana 400BSI V3 sCMOS כגלאי הדמיה מרכזי. שילוב המצלמה בין ביצועי יחס אות לרעש גבוהים וקריאות במהירות גבוהה מספק תמיכה חומרתית קריטית להשגת מגבלות לוקליזציה תיאורטיות ומאפשרת אימות בלולאה סגורה בין פיתוח אלגוריתמים להדמיה ניסיונית.
1. ביצועי אות לרעש יוצאי דופן
עם יעילות קוונטית (QE) של עד 95%, ה-Dhyana 400BSI V3 ממקסם את האיסוף היעיל של אותות פלואורסצנציה של מולקולה בודדת. רעש הקריאה הטיפוסי שלו של 1.1 e⁻ (RMS) מבטיח יחסי אות לרעש חזקים בתנאי פוטונים נמוכים, ויוצר בסיס איתן עבור LiteLoc להשגת דיוק לוקליזציה קרוב למגבלות התאורטיות.
2. פלט נתונים במהירות גבוהה
ה-Dhyana 400BSI V3 מספק הדמיה ברזולוציה מלאה של עד 100 פריימים לשנייה ברזולוציה של 2048 (H) × 2048 (V), התואם לקצב יצירת נתונים גולמיים של כ-550 מגה-בייט/שנייה (11 סיביות). תפוקה זו תואמת במידה רבה את קצב הניתוח של LiteLoc של 567 מגה-בייט/שנייה, ותומכת ישירות ביעדי ההדמיה בעלי התפוקה הגבוהה של המערכת.
הפניות
Fei, Y., Fu, S., Shi, W. ואחרים. למידה עמוקה, ניתנת להרחבה וקלת משקל, למיקרוסקופיה יעילה ודיוק גבוהה של לוקליזציה של מולקולה בודדת. Nat Commun 16, 7217 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-62662-5
הודעת זכויות יוצריםמאמר זה נועד לספק הפניות יישומים הקשורות למצלמות מדעיות. חלקים מהתוכן לקוחים ממאמרי מחקר רלוונטיים שפורסמו. כל זכויות היוצרים נשארות בבעלות המחברים המקוריים. אנא ציינו את המקור בעת ציטוט או שימוש חוזר בחומר זה.
