2025/12/20Grupul de cercetare condus de prof. Yiming Li de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Sud (SUSTech) a abordat provocările cheie în aplicarea microscopiei de localizare a unei singure molecule (SMLM) la imagistica de super-rezoluție de mare randament prin introducerea LiteLoc, un cadru de analiză scalabil și ușor, bazat pe învățare profundă. Lucrarea, intitulată „Învățare profundă scalabilă și ușoară pentru microscopia de localizare a unei singure molecule de înaltă precizie și eficientă”, a fost publicată în revista internațională Nature Communications.
Inovații LiteLoc
SMLM reconstruiește imagini de super-rezoluție prin localizarea precisă a unor molecule fluorescente individuale pe zeci de mii de cadre intermitente stocastice. Volumele de date rezultate impun cerințe stricte privind eficiența computațională, debitul de date și scalabilitatea sistemului.
Conceput în jurul obiectivelor principale de performanță în timp real, precizie ridicată a localizării și randament ridicat, framework-ul LiteLoc depășește câteva blocaje critice în reconstrucția SMLM de mare randament:
Prin integrarea reprezentărilor neuronale cu prior-uri bazate pe fizică, PAMR demonstrează îmbunătățiri sistematice față de abordările tradiționale:
Reconstrucție volumetrică acceleratăTimpul de reconstrucție pentru un singur volum 3D (585 × 585 × 120 voxeli) este redus de la 250 s la 28 s, ceea ce corespunde unei creșteri de aproximativ 10 ori a vitezei de reconstrucție.
Îmbunătățirea rezoluției dincolo de limita de difracțiet: Folosind un sistem de iluminare emisferică cu 66 de LED-uri în combinație cu un obiectiv NA de 40×/0,95, PAMR atinge rezoluții la jumătate de pas de 137 nm lateral și 550 nm axial, reprezentând o îmbunătățire de aproximativ două ori față de limita de difracție a obiectivului.
Performanță robustă în condiții de vizualizare rarăReconstrucțiile de înaltă fidelitate sunt menținute cu o reducere a vizualizării de până la 75%. Când numărul de unghiuri de iluminare este redus de la 120 la 30, calitatea reconstrucției rămâne stabilă, valorile SSIM depășind semnificativ cele obținute folosind metodele FPT convenționale.
Suport pentru camera Dhyana 400BSI V3 sCMOS pentru inovațiile LiteLoc
Achiziția semnalului de înaltă fidelitate și stabilitatea imaginilor sunt esențiale pentru validarea experimentală a algoritmilor avansați de microscopie computațională. TucsenFL 9BWCamera științifică oferă capabilități hardware cheie care acceptă cadrul PAMR.
Sistemul LiteLoc SMLM utilizează camera sCMOS Tucsen Dhyana 400BSI V3 ca detector principal de imagistică. Combinația camerei între performanța ridicată a raportului semnal-zgomot și citirea de mare viteză oferă suport hardware esențial pentru atingerea limitelor de localizare teoretică și permite validarea în buclă închisă între dezvoltarea algoritmului și imagistica experimentală.
1. Performanță excepțională a raportului semnal-zgomot
Cu o eficiență cuantică (QE) de până la 95%, Dhyana 400BSI V3 maximizează colectarea eficientă a semnalelor de fluorescență ale unei singure molecule. Zgomotul său tipic de citire de 1,1 e⁻ (RMS) asigură raporturi semnal-zgomot robuste în condiții de fotoni scăzuti, formând o bază solidă pentru ca LiteLoc să atingă o precizie de localizare apropiată de limitele teoretice.
2. Ieșire de date de mare viteză
Dhyana 400BSI V3 oferă imagistică la rezoluție completă de până la 100 fps la 2048 (H) × 2048 (V), ceea ce corespunde unei rate de generare a datelor brute de aproximativ 550 MB/s (11 biți). Acest randament se potrivește îndeaproape cu rata de analiză a LiteLoc de 567 MB/s, susținând direct obiectivele de imagistică de mare randament ale sistemului.
Referințe
Fei, Y., Fu, S., Shi, W. și alții. Învățare profundă scalabilă și ușoară pentru microscopie eficientă de localizare a unei singure molecule, de înaltă precizie. Nat Commun 16, 7217 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-62662-5
Notificare privind drepturile de autorAcest articol își propune să ofere referințe la aplicații legate de camerele științifice. Porțiuni din conținut sunt extrase din lucrări de cercetare relevante publicate. Toate drepturile de autor aparțin autorilor originali. Vă rugăm să indicați sursa atunci când citați sau reutilizați acest material.
