東京大学は世界初の高スループット画像ベースのセルソーターを作成
はじめに：
細胞選別は、分子生物学、病理学、免疫学、ウイルス学の研究において基本的な役割を果たします。独自の化学的特徴と形状に基づいて、セルを迅速に検索して整理する機能が必要です。従来の方法では、これらの違いを明らかにするのが制限されているか、労力や時間がかかりすぎるため、速度と精度のトレードオフが必要でした。
東京大学の化学科は、SPECTRUM製デジタイザ (A/Dボード) を中心にしたインテリジェントな画像活性化セルソーター（IACS）を開発しました。これは、これまでにないスループットと精度で細胞を処理できる世界初の高スループットの画像ベースの細胞分類技術です。この技術は非常に汎用性が高く、生物学的、薬学、医学、特に癌性細胞と非癌性細胞のわずかな違いを分類できる癌における機械ベースの科学的発見を可能にすることが期待されています。
リアルタイムマシンインテリジェンスのソート方法：
IACSは、リアルタイムのマシンインテリジェンステクノロジーを使用して、まったく新しいデータ管理インフラストラクチャを提供し、これまでにない速度でセルを正確にソートできるようにします。IACSは、高スループットのセルイメージング、セルフォーカシング、およびセルソートを、独自のソフトウェア-ハードウェアデータ管理インフラストラクチャと組み合わせます。
光学、マイクロ流体、エレクトロニクス、メカニクス、データ処理など、さまざまなテクノロジーを利用しています。このシステムは柔軟でスケーラブルであり、データ取得、データ処理、意思決定、およびソート操作のためのリアルタイムの自動操作も提供します。実際、複雑な学習アルゴリズムを使用する場合でも、完全なプロセスはセルあたりわずか32 msで実行されます。
IACSセットアップの重要な部分は、画像構築を扱うセクションです。ここでは、大学でも開発された周波数分割多重（FDM）顕微鏡が採用されています。FDM顕微鏡は、1m/sで流れる細胞の連続、高速、ぼけのない、高感度の明視野および2色蛍光画像の取得が可能なため重要です。これは、1秒あたり最大100セルのシステムの画期的な処理速度を達成するために必要です。
FDMからのフォトダイオードデータの取得：
この超高速セルソーティングのもう1つの鍵は、FDMのアバランシェフォトダイオードからの信号を取得することです。これは、1.25GS/sのサンプリングレートで動作するSpectrum製 M4i.2212-x8 A/Dボード（Figure 2）に信号を渡すことで実行されます。取得したデータは、カードの高速PCIeバスを介してPCに転送され、デジタル化された波形に含まれる空間プロファイルを分離できます。デジタイザの高速PCIeインターフェイスにより、このプロセスを高いイベントレートで継続的に実行できます。分離プロセスでは、フーリエ変換を実行して、各信号の個別の変調周波数を明らかにすることにより、周波数領域で作業する必要があります。
IACSセルソーティングシステム：
画像の構築が完了すると、結果は10Gbイーサネットを使用して、IACSの画像分析および時間管理段階に転送されます。ここでは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、3つのCPU、グラフィックス処理装置（GPU）、およびネットワークスイッチがすべて組み合わされて、ニューラルネットワークでディープラーニング技術を使用して必要な画像処理と意思決定を実行します。
「これは、当社の超高速デジタイザカード(A/Dボード) が、画像認識システムが画像を取得して処理し、高速で正確なシステムへの要求を満たすために重要な役割を果たすことができる例です」とSpectrum InstrumentationのCTO、Oliver Rovini氏は説明します。「システム設計者は、リアルタイムで画像を処理するソリューションを作成したいと考えており、当社の超高速デジタイザは、このようなアプリケーションからファクトリオートメーションやプロセス制御まで可能にします。」
東京大学 化学科：
東京大学化学科は、日本とアメリカ合衆国の両方からの研究所と組織の大規模なコンソーシアムの一部であり、インテリジェントなセル検索エンジンの開発に関する基礎研究を行っています。
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原文ドキュメント：Spectrum Instrumentation社
cs_fast_digitizers_enables_bearkthrough_in_cell_sorting.pdf
Fast Digitizer from Spectrum enables breakthrough in cell sorting
関連製品
M4i.2221-x8：2.5GHz 高速A/Dボード (PCIe)
M4i.2223-x8：2.5GHz/1.25GHz 高速A/D ボード (PCIe)
Spectrum Instrumentation社について
Spectrum社は、Spectrum Systementwicklung Microelectronic GmbHとして1989年に設立され、2017年にSpectrum Instrumentation GmbHに改名されました。最も一般的な業界標準（PCIe、LXI、PXIe）で500を超えるデジタイザおよびジェネレータ製品を作成するモジュール設計のパイオニアです。これら高性能のPCベースのテスト&メジャーメントデザインは、電子信号の取得・生成および解析に使用されます。同社はドイツのGrosshansdorfに本社を置き、幅広い販売ネットワークを通じて世界中に製品を販売し、設計エンジニアによる優れたサポートを提供しています。 Spectrum社の詳細については、www.spectrum-instrumentation.comを参照してください。