新しいAPIC法がカバー領域を広げながら迅速に鮮明な顕微鏡画像を実現

Tokyo新しい技術であるAPIC（閉形式法を用いた角度ピコグラフィーイメージング）は、より広い範囲で鮮明な画像を提供します。カリフォルニア工科大学のチャンフイ・ヤンのチームによって開発されたこの技術は、従来のフーリエピコグラフィック顕微鏡法（FPM）よりも精度が高く、処理が速いです。FPMとは異なり、何度も推定を繰り返す必要がなく、線形方程式を直接解くことでより正確な結果を得ることができます。

長年にわたり、顕微鏡製作者たちは高解像度と広い視野の両立に苦心していました。一方を選ぶしか方法がありませんでした。2013年にカリフォルニア工科大学のエンジニアたちは、計算顕微鏡技術を開発し、フーリエ・ピトグラフィー顕微鏡 (FPM)を導入しました。この新技術はコンピューターアルゴリズムと従来の方法を組み合わせることで、より大きな範囲にわたってより鮮明で詳細な画像を生成します。ただし、FPMは試行錯誤法を用いるため、時には不正確な画像が生成されるという欠点もありました。

新しいAPIC技術はこの問題を解決します。APICが優れている理由は以下の通りです：

• 反復的な推測作業なしで直接解決可能
• 画像処理がより高速
• ぼやけや歪みを排除
• 広い視野でも高解像度を維持

ヤン氏の指導の下、カリフォルニア工科大学のチームは、繰り返しの手順を取り除くことでアルゴリズムを簡素化する方法を見つけました。APICは、顕微鏡の光学系によって生じる誤差を特定するために線形方程式を利用します。一旦これらの誤差がわかると、システムはそれを修正することができ、大きな領域にわたってクリアな画像を得ることができるため、繰り返しの調整が不要になります。

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ルイツィ・カオは研究の共同筆者であり、現在UCバークレーの研究者として、「複雑で解像度の高いフィールドに対して直接的な解決法を見つけたため、反復する必要がありません」と述べています。もう一人の共同筆者であるチェン・シェンは、「我々の手法は簡潔で明快な解決策を提供します。光学系への深い理解を活用し、より早く、より正確に解析できます」と付け加えています。

APICは、研究者が広範囲の写真を撮影する際に、顕微鏡を頻繁に焦点調整する必要をなくします。一方、FPMは、サンプルの高さがわずかに変わるだけでも、ユーザーが再び焦点を合わせる必要があり、それによって100枚以上の低解像度画像を組み合わせて大きな画像を得ることになるかもしれません。

APICは撮影プロセスを簡単にします。これにより、人的ミスが減り処理が迅速になります。Cao氏は、「エラーを修正し、解像度を向上させるシステムを作りました」と述べています。この統合機能は、さまざまな画像システムに役立ちます。

ヤン氏は、APICが彼の研究室でのAI利用のための画像データ改善において重要であると説明しています。彼の研究室では、AIが病理スライドから肺癌の広がりを予測するという点で、専門医を上回ることができると示されていますが、そのためには鮮明で高品質な画像が必要です。APICはこれを実現し、画像処理とAIのパフォーマンスを向上させます。