計算顕微鏡の新技術で簡易かつ高精細な画像取得が可能に

Tokyoカリフォルニア工科大学の研究者たちは、新しいタイプの計算マイクロスコピーであるAPIC（角度的パイコグラフィーイメージングの閉形式法）を開発しました。この方法は、従来のFPM（フーリエパイコグラフィックマイクロスコピー）に比べて、より鮮明でクリアな画像を生成します。

2013年に導入されたFPMは、通常の顕微鏡とコンピュータアルゴリズムを組み合わせることで、手頃な機材で高解像度の広範囲の画像を取得することを可能にしました。しかし、FPMには欠点があり、反復アルゴリズムに依存していたため、時折不正確な画像が生成されることがありました。この問題をAPICが解決します。

APICの主な利点:

• 反復的な処理が不要
• スピードと精度の向上
• 再フォーカスを必要としない広い視野
• 高解像度の強化

APIC法は推測の必要を排除し、顕微鏡の光学系における歪みを修正するために直接的な線形方程式を解決します。これにより、歪みが特定された後、画像を鮮明で正確なものに修正できます。

研究論文の主要な著者の一人である帽瑞智は、彼らの手法の利点を強調しました。「私たちは簡単な方法で高解像度の詳細なビューを得ることができます」と帽は語ります。「これにより、サンプルの最終的な詳細を確実に確認できるのです。」

APICは光の強さと位相を測定します。この位相は光がどのくらいの距離を移動したかを示し、エラーの修正に役立ちます。主要な著者の一人であるCheng Shen氏は、この方法がよりシンプルで明瞭な結果を生むと述べています。さらに、Shen氏はこの方法が従来よりも迅速かつ正確で、光学システムに関する理解が深まったことを活かしていると指摘しました。

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APICは大きなエリアを鮮明に撮影でき、頻繁にフォーカスを調整する必要がありません。これに対して、FPMはサンプルの高さによる違いで常に焦点を合わせ直す必要があります。これらの技術は多くの場合、低解像度の画像を多数合成することになりがちですが、APICはこのプロセスを効率化します。また、人為的なミスの発生も減少させます。

「私たちは誤りを修正し明瞭さを向上させる手法を開発しました」とCao氏は述べました。「これらの機能は、さまざまなイメージングシステムに役立つ可能性があります。」

カリフォルニア工科大学のヤン・チャンフイの研究室は、新しい技術「APIC」を開発しました。ヤン教授は電気工学、生体工学、医用工学の専門家であり、この技術の重要性を強調しています。彼の研究室は最近、AIが肺がんのスライドから癌の拡散を予測するのに、専門の病理学者より優れていることを示しました。ただし、そのためには顕微鏡画像が鮮明で焦点が合っている必要があります。APICはそのような明瞭さを実現するのに役立ちます。

APICは計算顕微鏡における重要な進化です。これは従来の方法と比較して、より迅速かつ正確なイメージングを提供します。この進歩は、医療画像、デジタル病理学、薬物試験など多くの分野で役立つ可能性があります。