2025/12/20Исследовательская группа под руководством профессора Имина Ли из Южного университета науки и технологий (SUSTech) решила ключевые проблемы применения микроскопии локализации отдельных молекул (SMLM) для высокопроизводительной сверхразрешающей визуализации, представив LiteLoc — масштабируемую и легковесную аналитическую платформу на основе глубокого обучения. Работа под названием «Масштабируемое и легковесное глубокое обучение для эффективной высокоточной микроскопии локализации отдельных молекул» была опубликована в международном журнале Nature Communications.
LiteLoc Innovations
Метод SMLM восстанавливает изображения сверхвысокого разрешения путем точной локализации отдельных флуоресцентных молекул в десятках тысяч случайных мигающих кадров. Полученные объемы данных предъявляют жесткие требования к вычислительной эффективности, пропускной способности данных и масштабируемости системы.
Разработанная с учетом основных задач — обеспечения работы в реальном времени, высокой точности локализации и высокой пропускной способности — платформа LiteLoc преодолевает ряд критических узких мест в высокопроизводительной реконструкции SMLM:
Интегрируя нейронные представления с априорными знаниями, основанными на физических принципах, PAMR демонстрирует систематические улучшения по сравнению с традиционными подходами:
Ускоренная объемная реконструкцияВремя реконструкции одного трехмерного объема (585 × 585 × 120 вокселей) сокращается с 250 с до 28 с, что соответствует приблизительному десятикратному увеличению скорости реконструкции.
Улучшение разрешения за пределы дифракционного предела.t: Используя полусферическую систему освещения с 66 светодиодами в сочетании с объективом 40×/0,95 NA, PAMR достигает разрешения в половину шага 137 нм в поперечном направлении и 550 нм в осевом направлении, что представляет собой приблизительно двукратное улучшение по сравнению с дифракционным пределом объектива.
Надежная работа в условиях редкого поля зрения.Высококачественные реконструкции сохраняются при уменьшении количества ракурсов до 75%. При уменьшении числа углов освещения со 120 до 30 качество реконструкции остается стабильным, а значения SSIM значительно превосходят значения, полученные с использованием традиционных методов FPT.
Поддержка sCMOS-камеры Dhyana 400BSI V3 для LiteLoc Innovations
Высокоточная регистрация сигнала и стабильность изображения имеют решающее значение для экспериментальной проверки алгоритмов современной вычислительной микроскопии. (Tucsen)FL 9BWНаучная камера предоставляет ключевые аппаратные возможности, поддерживающие структуру PAMR.
В системе LiteLoc SMLM в качестве основного детектора изображения используется sCMOS-камера Tucsen Dhyana 400BSI V3. Сочетание высокого отношения сигнал/шум и высокой скорости считывания обеспечивает критически важную аппаратную поддержку для достижения теоретических пределов локализации и позволяет осуществлять замкнутую систему проверки между разработкой алгоритма и экспериментальной визуализацией.
1. Исключительные характеристики отношения сигнал/шум
Благодаря квантовой эффективности (QE) до 95%, Dhyana 400BSI V3 максимально эффективно собирает сигналы флуоресценции отдельных молекул. Типичный уровень шума считывания 1,1 e⁻ (RMS) обеспечивает стабильное отношение сигнал/шум в условиях низкой интенсивности фотонов, создавая прочную основу для достижения точности локализации LiteLoc, близкой к теоретическим пределам.
2. Высокоскоростной вывод данных
Система Dhyana 400BSI V3 обеспечивает получение изображений с полным разрешением до 100 кадров в секунду при 2048 (Г) × 2048 (В) пикселей, что соответствует скорости генерации необработанных данных приблизительно 550 МБ/с (11-бит). Эта пропускная способность практически совпадает со скоростью анализа LiteLoc, составляющей 567 МБ/с, что напрямую поддерживает цели системы по получению изображений с высокой пропускной способностью.
Ссылки
Фэй, Ю., Фу, С., Ши, В. и др. Масштабируемое и легковесное глубокое обучение для эффективной высокоточной микроскопии локализации отдельных молекул. Nat Commun 16, 7217 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-62662-5
Уведомление об авторских правахДанная статья призвана предоставить справочную информацию по применению научных камер. Часть содержания заимствована из соответствующих опубликованных научных работ. Все авторские права принадлежат первоначальным авторам. Пожалуйста, указывайте источник при цитировании или повторном использовании данного материала.
