혁신적 계산 현미경 기술로 더 선명한 생물의학 이미지 달성: APIC 도입 연구

Seoul칼텍 공학자들이 APIC (Angular Ptychographic Imaging with Closed-form method)라는 새로운 현미경 기술을 개발했습니다. 이 기술은 이전의 푸리에 프티코그래픽 현미경(FPM)보다 뛰어난데, 넓은 영역에서도 흐림이나 왜곡 없이 선명하고 고해상도의 이미지를 촬영할 수 있습니다.

전통적인 현미경은 광학 렌즈 때문에 한계가 있습니다. 과학자들은 작은 영역의 세부 사항을 자세히 보거나 큰 영역을 덜 상세하게 보거나 둘 중 하나를 선택해야 했습니다. 2013년에 칼텍(Caltech) 엔지니어들은 컴퓨터를 이용해 더 선명하고 정교한 이미지를 제공하는 FPM이라는 새로운 방법을 개발하여 두 가지 옵션의 장점을 모두 누릴 수 있게 했습니다.

FPM은 광범위한 영역에서 명확하고 세밀한 이미지를 비싼 장비 없이도 생성할 수 있어 인기를 끌었습니다. 그러나 큰 단점이 있었습니다. 빛의 위상 정보를 찾기 위해 시행착오 방법을 사용했기 때문에 반복적인 과정이 필요했고, 이로 인해 최종 이미지의 정확도가 떨어질 수 있었습니다.

창후이 양과 그의 팀이 개발한 APIC 기술은 이 문제를 해결합니다. 이 새로운 기술은 간단한 방정식을 직접 풀어 광학 문제를 식별하여 반복적인 단계를 피합니다. 이 방법은 정확하고 선명한 이미지를 보장합니다. 연구의 공동 저자이자 Yang의 연구실에서 대학원생으로 활동했던 카오 루이지는 이 방법이 샘플의 실제 세부 사항을 보장한다고 말합니다.

APIC은 넓은 영역에서 선명한 이미지를 쉽게 얻을 수 있도록 합니다. FPM을 사용할 때는 샘플의 높이가 변할 때마다 현미경을 재조정해야 했지만, APIC은 이 재조정 과정을 제거하여 이미지 처리 과정을 더 빠르고 오류를 줄일 수 있게 합니다.

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APIC의 주요 장점으로는 신속한 이미지 획득, 정확도 향상, 재초점 필요성 최소화, 광학 왜곡 보정 가능, 그리고 해상도 개선 등이 있습니다.

현재 애플에서 컴퓨터 비전 알고리즘 엔지니어로 일하고 있는 Cheng Shen은 APIC가 위상 정보를 이해하는 데 있어 더 쉽고 효과적인 방법을 제공한다고 강조합니다. 이 기술은 광학 시스템에 대한 깊은 지식을 활용합니다.

양 교수의 연구실에서는 AI 응용 프로그램에서 이미지 활용을 개선하는 연구를 진행 중입니다. 최근 그들은 AI가 조직 슬라이드를 통해 폐암 전이를 예측하는 데 있어 전문가 의사들보다 뛰어난 성과를 거둘 수 있다는 것을 입증했습니다. 선명하고 고품질의 현미경 이미지가 이러한 AI 작업에 매우 중요하며, 이는 APIC을 이상적인 도구로 만듭니다.

Cao는 APIC으로 개발된 방법이 다양한 유형의 영상 시스템에 적용되어 이미지의 품질과 선명도를 향상시킬 수 있다고 생각합니다. 이는 생의학 영상, 디지털 병리학, 약물 검사와 같은 분야에 큰 이점을 줄 수 있습니다.

APIC은 고품질 이미지를 캡처하는 과정을 보다 신뢰성 있고 효율적으로 만들어 추측을 필요로 하지 않습니다. 이는 기존의 현미경 방법을 개선하여 더 선명하고 정확한 이미지를 제공하며, 이는 다양한 과학 및 의료 분야에 이점을 줍니다.