사례 연구: Emergent 100GigE 고속 카메라로 혁신적인 생물의학적 진단 가능

Vrije Universiteit Amsterdam의 연구원들은 다음과 같은 새로운 이미징 기술을 개척하고 있습니다. 광과도현상 홀로그램 이미징은 살아있는 세포에 대한 전례 없는 통찰력을 제공합니다. 이 발전의 핵심은 Emergent Vision Technologies의 HZ-21000-G 100GigE 카메라입니다.

다안 볼터스가 연구실의 광전변환 홀로그래피 작업에 필수적인 Emergent HZ-21000-G 100GigE 고속 카메라를 조정하고 있습니다.

100GigE 기술로 의료 영상의 경계를 확장하다

100GigE 카메라는 초고 프레임 속도로 매우 자세한 이미지를 캡처하여 의료 영상에 혁명을 일으키고 있습니다. 최소한의 CPU 오버헤드와 광범위한 시야로 고속 이미징을 제공하는 기능은 고급 현미경에서 새로운 진단 기능을 열어줍니다.

Vrije Universiteit Amsterdam에서 Ph.D. Daan Wolters 후보가 전진하고 있습니다 광과도현상 홀로그램 이미징은 원래 마츠랩 아래 지도 Matz Liebel의 연구입니다. 이 기술은 고속 이미징과 스트로보스코픽 여기를 활용하여 잠재적으로 암세포의 분석을 강화합니다. Wolters의 연구는 생물학적 샘플에 대한 적용 가능성을 입증하는 데 중점을 두고, 이를 통해 생물의학적 진단의 경계를 넓힙니다.

The 마츠랩 팀은 생물의학 영상, 질병 진단 및 제약 품질 관리를 전문으로 합니다. 그들의 응용 광과도현상 홀로그래피를 조직병리학에 접목해 더 정확하고 신속한 진단을 목표로 합니다.

암 조직 분석 재정의

현재 암 진단은 전통적인 조직학적 방법에 의존합니다. 외과의가 조직 샘플을 추출한 다음 얇게 썰어 염색하고 현미경으로 검사합니다. 이러한 이미지를 분석하여 조직이 암인지 여부를 판별합니다. 그것의 개발 단계.

리벨은 "이 방법은 황금표준으로 여겨지지만 지난 반세기 동안 크게 변화되지 않았습니다."라고 말합니다.

이와 대조적으로 VU 암스테르담 팀의 접근 방식은 조직 샘플에서 더 풍부하고 정량적인 영상 데이터를 추출하여 기존 진단을 향상시킵니다. 광과도현상 홀로그래피 기술은 Emergent HZ-21000-G 100GigE 고속 카메라, 일시적인 역학과 광유도 신호를 포착하여 세포 구성과 기능에 대한 더 깊은 통찰력을 제공합니다.

"생물학적 유기체가 주로 당, 지방, DNA와 같은 핵산, 단백질, 물로 구성되어 있다고 생각한다면, 우리의 목표는 이러한 기본적인 구성 요소를 정량화하는 것입니다."라고 Liebel은 설명합니다. "이것은 특히 암 연구에서 관련이 있는데, 암의 경우 대사 활동의 변화가 악성 종양의 특징이기 때문입니다. 이러한 기능적 차이를 시각화함으로써 우리는 중요한 진단 통찰력을 얻습니다."

광전도 홀로그램 이미징은 정량적 위상 이미징(여기에 표시됨)을 기반으로 합니다. 정량적 위상 이미징은 빛이 투명하거나 반투명한 샘플을 통과할 때 위상 변화를 측정하는 현미경 기술입니다.

어떻게 p고온 과도 현상 홀로그램 작품

그 핵심에서, 광과도현상 홀로그래피는 정량적 위상 이미징을 기반으로 합니다. 이는 투명하거나 반투명한 샘플을 통과할 때 빛의 위상 변화를 측정하는 현미경 기술입니다. 이를 통해 빛 전파를 분석하여 세포 바이오매스를 정확하게 평가할 수 있습니다.

헤마톡실린 및 에오신(H&E) 염색과 같은 기존 염색 방법 대신, 광과도현상 홀로그래피는 샘플과 빛의 상호작용에 의존하여 분자 구성을 시각화합니다. 이 기술은 빛의 강도와 위상을 모두 포착하는 홀로그램 이미징을 통합하여 연구자에게 샘플 두께와 구성에 대한 자세한 정보를 제공합니다.

"이를 한 단계 더 발전시키면 세포 질량 분포를 공간적으로 분석할 수 있습니다."라고 Liebel은 말합니다. "표준 정량적 위상 이미징은 질량 정보를 제공하지만 화학적 구성은 드러내지 않습니다. 광전도 현상 홀로그래피는 이런 한계를 해소합니다."

적외선(IR) 또는 근적외선을 샘플에 조사하면 단백질, 지질 또는 핵산과 같은 특정 생체 분자가 선택적으로 에너지를 흡수합니다. 이 국소적 흡수는 온도 변화를 유도하여 홀로그래피를 통해 감지된 위상 변화를 변경합니다.

"우리는 온도 변동이 홀로그래피를 통해 감지되는 위상 지연 효과를 관찰합니다." Liebel이 설명합니다. "IR 노출 전후에 촬영한 이미지를 빼면 단백질 분포를 보여주는 분자별 대비 이미지를 생성합니다. 여기 파장을 조정하면 지질과 같은 다양한 생체 분자 구성 요소를 구별할 수 있습니다."

고속 이미징과 결합된 스트로보스코픽 여기 기술은 이미지 품질을 더욱 향상시켜 정확하고 재현 가능한 측정을 보장합니다.

GPU 가속을 통한 실시간 홀로그램 처리

Emergent 카메라는 이미징 속도 외에도 그래픽 처리 장치(GPU)에서 실시간 홀로그램 처리를 용이하게 합니다. 카메라가 라우팅된 컴퓨터에서, 계산 효율성을 위한 필수적인 기능입니다.

Liebel은 "홀로그램 처리에는 계산 집약적이고 광범위한 푸리에 변환이 필요하기 때문에 이것은 우리에게 매우 귀중합니다."라고 말합니다. "Emergent 카메라를 사용하면 GPU에서 직접 이미지를 수집하고 위상 정보를 추출하고 가열된 샘플과 가열되지 않은 샘플 간의 질량 차이를 계산하고 평균을 적용한 다음 축소된 데이터만 컴퓨터로 스트리밍합니다."

대조적으로, 기존의 이미징 워크플로는 종종 원시 데이터를 스트리밍하는 것을 포함하며, 이는 스토리지 병목 현상으로 이어지고 지속적인 수집을 제한할 수 있습니다. GPU에서 데이터를 처리함으로써 마츠랩 팀은 효율성을 최적화하고 처리량을 극대화합니다.

최적화 LiGHT 픽셀당 컬렉션

GPU 성능 외에 Emergent 카메라를 선택하는 데 결정적인 요인 중 하나는 뛰어난 광 수집 효율성이었습니다.

“2 × 2 픽셀 "binning 하드웨어 옵션을 사용하면 프레임 속도를 두 배로 늘리고 픽셀당 빛을 네 배로 늘릴 수 있습니다." Liebel이 말했습니다. "전체 21메가픽셀 용량을 활용하는 대신, 약 4~4.5메가픽셀로 작업하지만 프레임 속도는 상당히 높습니다. 초당 약 1,600프레임입니다."

이러한 최적화는 카메라의 해상도를 현미경의 광학 사양에 맞춰 조정하여 최적의 이미징 성능을 보장합니다.

임상 적용을 향하여

지난 몇 년 동안 마츠랩 팀은 개념 증명 실험을 수행했습니다. 통합 홀로그램 전광 잠금 감지 및 기술의 분광 및 감지 기능을 입증합니다. 그들의 연구에는 다음이 포함됩니다. 광과도현상 자유롭게 움직이는 샘플의 3D 입자 추적 및 시간 분해 이미징.

다음 개발 단계는 박테리아, 세포 및 조직 유형의 식별을 포함한 생물의학적 응용 분야를 위한 기술을 개선하는 데 중점을 둡니다. 연구자들은 향후 2~3년 내에 원리 증명 실험에서 임상 구현으로 전환하는 것을 목표로 합니다.

Liebel은 앞으로 더 빠른 속도와 감도를 갖춘 미래 카메라를 개발하여 더욱 미묘한 생물학적 변화도 감지할 수 있을 것으로 기대합니다.

“궁극적인 목표는 개발하는 것입니다. 광과도현상 그는 "직접적인 생체 내 환자 이미징을 위한 홀로그래피"라고 결론지었습니다. "아직 그 지점까지는 멀었지만, 이 기술은 조직병리학을 재정의하고 의료 진단을 혁신할 잠재력이 있습니다."