핵심 개념
본 논문에서는 딥러닝 기반의 단일 프레임 단층촬영 기술을 이용하여 초당 2만 개 이상의 세포를 3차원으로 이미징할 수 있는 초고속 세포 계측 기술인 xSCYTE를 소개합니다.
초록
xSCYTE: 딥러닝 기반 고속 3차원 세포 이미징 기술
본 연구 논문에서는 단일 프레임에서 3차원 굴절률(RI) 맵을 재구성하여 초고속으로 세포를 이미징할 수 있는 새로운 기술인 xSCYTE (eXpress Single-frame CYtometer through Tomographic phasE)를 소개합니다. xSCYTE는 기존의 3차원 이미징 기술보다 100-1000배 빠른 속도로 세포를 이미징할 수 있으며, 살아있는 세포를 손상시키지 않고 장시간 관찰할 수 있는 레이블링 없는 이미징 기술입니다.
xSCYTE는 각도 다중화 광학 장치가 장착된 정량 위상 현미경과 딥러닝 엔진의 두 가지 핵심 구성 요소로 이루어져 있습니다.
각도 다중화 정량 위상 현미경
여러 각도에서 동시에 샘플을 비추는 각도 다중화 광학 장치를 통해 단일 간섭 영상에서 4개의 조명 각도를 동시에 획득합니다.
이를 통해 기존의 각도 스캐닝 방식보다 훨씬 빠른 속도로 데이터를 수집할 수 있습니다.
딥러닝 엔진
단일 간섭 영상에서 획득한 데이터를 3차원 RI 맵으로 변환하는 역할을 합니다.
딥러닝 모델은 다중 각도 조명에서 획득한 실제 3D RI 맵 데이터를 사용하여 학습됩니다.
학습된 모델은 단일 프레임의 간섭 영상을 입력받아 3차원 RI 맵을 빠르고 정확하게 예측합니다.
초고속 이미징: 초당 2만 개 이상의 세포를 3차원으로 이미징할 수 있어 기존 기술보다 훨씬 빠릅니다.
레이블링 없음: 형광 라벨링 과정이 필요하지 않아 세포 손상을 최소화하고 장시간 관찰이 가능합니다.
높은 정확도: 딥러닝 기반의 이미지 재구성 기술을 통해 회절 제한 해상도로 세포의 3차원 RI 분포를 정확하게 매핑합니다.