공초점 현미경 혁신

FLUOVIEW Smart™ 소프트웨어: 직관적이고 AI로 강화된 워크플로를 도입

공초점 레이저 주사 현미경은 생명과학 및 의학 연구에서 필수적인 도구로 자리매김했으며,고해상도 관찰과 3차원 분석을 세포와 조직과 같은 생물학적 시료에 대해 가능하게 합니다.

이들은 세포 생물학, 신경과학, 그리고 발달 생물학 등 다양한 분야에서 널리 사용되며, 이는 연구의 품질과 재현성을 지원하는 기초 기술로 자리잡고 있습니다.

다양한 연구 요구를 충족하기 위해 공초점 현미경은 점점 더 진보된 기능과 더 높은 이미징 유연성을 제공하도록 발전해 왔습니다. 그러나 이러한 발전으로 인해 소프트웨어 인터페이스가 더욱 복잡해져, 특히 초보 사용자에게는 설정에 시간이 많이 걸리고, 운영상의 오류 위험이 높아지며, 연구 워크플로의 효율성이 저하되는 등 상당한 어려움이 발생했습니다.

이러한 문제를 해결하려면 직관적이고 간소화되었으며 사용자 워크플로를 중심으로 설계된 소프트웨어 인터페이스가 필요합니다.

초보자를 위한 AI 기반 지원

인터페이스를 단순화하는 것뿐만 아니라, FLUOVIEW Smart™ 소프트웨어는 AI를 활용하여 초보자에게 특히 어려운 단계들을 자동화하고 최적화합니다.

자동 샘플 감지

공초점 현미경의 광학 원리로 인해 샘플이 XY 또는 Z 방향에서 초점이 맞지 않으면 화면이 비어 있는 것처럼 보일 수 있으며, 초보 사용자는 문제가 설정 때문인지 하드웨어 오작동 때문인지 확신할 수 없습니다.

이 문제를 해결하기 위해, Evident와 Epistra는 생명과학 분야에서 입증된 AI 개발 전문성을 바탕으로, 샘플 탐색에 최적화된 상태로 현미경을 자동으로 전환하고 샘플 영역을 자동으로 인식하는 이미지 인식 알고리즘을 공동으로 개발했습니다. 이로 인해 이전에는 초보자에게 어려웠던 과정이 크게 간소화되고 가속화됩니다(그림 4).

Figure 5는 샘플 위치 추정의 전반적인 워크플로를 보여줍니다.

시스템은 전문가 사용자의 접근 방식을 모방하도록 설계되었습니다: 저배율 대물렌즈(4X)를 사용하여 Z축과 XY축을 거칠게 정렬한 후, 고배율 렌즈(10X)를 사용하여 정밀하게 조정합니다.

구체적으로, 시스템은 최적의 샘플 위치를 자동으로 결정하기 위해 다음 네 가지 단계를 순서대로 실행합니다.

Z-검색(4X)

이 단계에서는 4X 대물렌즈를 사용하여 탐색 범위 내에서 최적의 Z 위치를 대략적으로 식별하기 위해 순차적 검색을 수행합니다. 각 후보 Z 위치에서 이미지가 캡처되고 AI가 초점 점수를 평가합니다. 이 결과를 바탕으로 시스템은 다음에 탐색할 Z-위치를 자율적으로 업데이트하며, 가장 높은 초점 점수를 가진 위치에 도달할 때까지 이 과정을 반복합니다. Z-검색 범위는 마법사에서 사용자의 선택에 따라 적절히 설정됩니다.

XY-검색(4X)

4X 대물렌즈로 얻은 이미지를 사용하여 XY 스테이지를 이동시켜 가장 국소적으로 밝은 영역이 화면 중앙에 오도록 합니다. 이 과정 전에 시스템은 미리 정의된 아티팩트(예: 컨테이너 가장자리)를 감지합니다. 아티팩트가 감지되면 경고가 표시되고 프로세스가 중지됩니다. 사용자는 필요에 따라 샘플의 XY 위치를 수동으로 조정할 수 있습니다.

Z-검색(10X)

10X 대물렌즈로 전환한 후, 시스템은 순차적 검색을 수행하여 범위 내에서 최적의 Z 위치를 결정합니다. Z-검색 범위는 4X에서 확인된 최적의 Z-위치와 4X 렌즈의 Z-해상도를 기준으로 결정됩니다.

XY-검색(10X)

10X 이미지에서는 XY 스테이지를 움직여 가장 높은 국부 밝기를 가진 영역이 화면 중앙에 오도록 합니다. 이 과정이 완료되면 시스템은 현재 현미경 이미지를 사용자에게 표시하여 탐색 절차를 완료합니다.

영상 조건 최적화

기존의 공초점 레이저 주사 현미경에서는 검출기 감도와 레이저 출력 사이에 본질적인 상충 관계가 존재하여 최적의 설정을 찾기 위해 시행착오가 필요합니다. 초보자들은 감도를 높이면 노이즈가 증가하고, 레이저 출력을 높이면 샘플이 손상될 위험이 있다는 딜레마에 자주 직면합니다(그림 6). 결과적으로 적절한 영상 조건을 결정하는 데 많은 시간이 소요될 수 있습니다.

Evident는 독자적인 차세대 SilVIR™ 감지기 기술로 이 문제를 해결하여 감지기 감도를 조정할 필요가 없습니다. 이를 통해 사용자가 구성해야 하는 매개변수 수가 줄어들어 작업이 간소화됩니다. 따라서 적절한 대비를 달성하기 위해 레이저 출력을 설정하는 것이 이미지 품질에 영향을 미치는 가장 중요한 요소가 됩니다.

FLUOVIEW Smart™ 소프트웨어는 실시간 이미지 분석과 머신 러닝 예측을 기반으로 최적의 레이저 출력을 자동으로 결정합니다. 사용자는 샘플 손상 최소화와 대비 극대화 중 우선순위에 따라 모드를 선택하여 자신의 필요에 맞는 설정을 쉽게 적용할 수 있습니다.

전반적인 과정은 다음과 같습니다:

모드 선택

사용자는 샘플 보호와 이미지 대비 중 어느 쪽을 우선시할지에 따라 Gentle, Balanced 및 Quality 세 가지 모드 중 하나를 선택합니다.

자동 레이저 출력 조정

사용자가 실행 버튼을 클릭하면 시스템이 최적의 레이저 출력을 자동으로 설정하고 프로세스를 완료합니다. 실행 중에 다음 단계가 내부적으로 발생합니다:

• 네 개의 이미지는 서로 다른 레이저 출력에서 캡처됩니다.
• 각 이미지에 대해 시스템은 AI 점수를 계산합니다. 이미지 품질의 지표(그림 7의 1~3단계). AI 점수가 표시되고, 그래프와 선택된 모드를 기반으로 시스템은 최적의 레이저 출력을 추정합니다(그림 7의 단계 4).