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Nov 15, 2023

전산현미경으로 3차원 높이 구현

2023년 8월 8일 이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

2023년 8월 8일

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by 옵티카

연구원들은 넓은 시야각을 갖춘 단일 샷, 3D 고해상도 이미징을 가능하게 하는 전산 소형 메스코프에 대한 새로운 업그레이드를 보고합니다. 간단하고 저렴한 소형 기기는 광범위한 대규모 3D 형광 이미징 및 신경 기록 응용 분야에 유용할 수 있습니다.

Boston University의 Qianwan Yang은 Optica Imaging Congress에서 이 연구를 발표할 예정입니다. 하이브리드 회의는 2023년 8월 14~17일 매사추세츠주 보스턴에서 개최됩니다.

"자유롭게 움직이는 동물의 신경 기록은 기능적 뇌 상호 작용이 동기와 행동에 따라 변화하기 때문에 필수적입니다. 메스스코프는 동물이 복잡하고 인지적으로 까다로운 행동에 참여할 때 세포 해상도에서 생쥐 피질의 전체 범위에 걸쳐 활동을 측정하는 것을 목표로 합니다. 형광 현미경 검사는 일반적으로 생물학적 구조와 역학을 연구하는 데 사용되지만 대부분의 현미경은 시야, 해상도 및 시스템 복잡성 간의 절충이 필요합니다."라고 Yang은 설명합니다.

"현미경의 한계를 극복하기 위해 보스턴 대학의 Tian 교수와 그의 그룹은 높은 공간 해상도와 넓은 시야를 모두 갖춘 현미경인 전산 소형 메스코프(CM2)를 개발했습니다. 이 장비는 전산 이미징을 기반으로 합니다. 이미징 하드웨어와 계산 알고리즘을 결합하여 다른 방법으로는 불가능한 이미징 기능을 달성합니다."

연구원들은 최근 광 처리량과 이미지 대비를 크게 향상시키는 새로운 소형 광학 장치를 추가하여 메스코프를 업그레이드했습니다. 그들은 또한 축 해상도와 재구성 속도를 크게 향상시키는 새로운 딥러닝 모델을 개발했습니다. 결과 시스템은 기성품 및 3D 프린팅 구성 요소를 사용하여 간단하고 비용이 저렴합니다.

하드웨어 업그레이드에는 자유형 광학을 기반으로 하고 투명 수지와 탁상용 3D 프린터를 사용하여 제작된 소형 LED 콜리메이터가 포함되었습니다. 각각 무게가 0.03g에 불과한 새로운 콜리메이터를 장비의 4개 LED 어레이 조명기에 추가함으로써 조명 효율은 약 80%에 도달했습니다. 이 업데이트는 또한 직경 8mm 원형 영역에 걸쳐 최대 75mW의 여기 전력으로 매우 제한적이고 균일한 조명을 생성했습니다. 연구진은 간섭 필터와 흡수 필터를 결합한 새로운 하이브리드 방출 필터를 통합하여 이미지 대비를 높였습니다.

새로운 딥 러닝 모델은 이미지 형성의 계산적 측면을 최적화하여 넓은 시야에 걸쳐 고품질 3D 이미징을 가능하게 합니다. 이 알고리즘은 이전에 재구성에 사용된 방법보다 약 8배 더 나은 약 25μm로 축 해상도를 향상시켰으며, 시야각 7mm, 깊이 0.8mm의 볼륨에 대해 재구성 시간을 4초 미만으로 줄였습니다.

Yang은 "향후 작업은 조직 산란이라는 뛰어난 과제를 해결하는 데 초점을 맞출 것입니다. 우리는 CM2의 유용성을 확장하기 위해 소형 구조 조명 기술 및 산란 통합 3D 재구성 프레임워크와 같은 유망한 솔루션을 탐색할 계획입니다."라고 덧붙였습니다.

옵티카 제공