요즘의 현미경 시스템은 복잡한 시스템을 높은 정밀도로 캡처하기 때문에 생물학적 메커니즘을 이해하려고 하는 생명 과학 연구원들에게 매우 중요합니다.그러나 연구용 실험실 장비와 마찬가지로, 재현 가능한 데이터를 얻으려면 현미경이 일관되게 작동해야 합니다.
현미경 장비와 이미지 분석이 점점 더 복잡해지고 있어 일관된 작동은 쉽지 않습니다.
이 게시물에서는 현미경 성능 모니터링의 중요성을 자세히 살펴보고 결과에 편향을 일으키는 문제를 식별하는 데 분석 도구가 어떻게 도움이 되는지 설명합니다.
편향이 실험 데이터에 미치는 영향
편향은 여러 소스에서 실험에 쉽게 영향을 미칠 수 있습니다.형태 분석을 예로 들어 보겠습니다.세포 구조의 변화를 측정하려면 이미지를 촬영하고 형태학적 차이를 측정해야 합니다.현미경이 올바르게 작동하더라도, 샘플을 준비하는 과정에서 또는 샘플의 생물학적 변화로 인해 이미지에 편향이 발생하거나 그 후속 결과가 발생할 수 있습니다.이렇게 되면 정확하고 재현 가능한 데이터를 얻기가 어려워집니다.
이제 보정되지 않은 현미경을 사용하여 이 작업을 했다고 생각해 보세요.현미경 자체에서 이미지에 추가적으로 편향이 발생하고 후속 측정에서는 정확도와 정밀도가 떨어질 수 있습니다.그 결과, 동일한 실험을 다시 수행하면 동일한 데이터 집합을 재현하기 어렵게 됩니다.
이는 실험 데이터를 공개하려는 연구원에게 심각한 문제입니다.검토자가 실험을 반복해 달라고 요청하는 상황을 가정해 보겠습니다.보정된 장비가 없으면 비교 가능한 결과를 얻기가 매우 어려워질 수 있습니다.
샘플의 생물학적 변이를 억제할 방법은 거의 없지만 현미경의 성능을 모니터링하고 이미징과 측정에 편향이 발생하는 위치를 밝히는 방법은 있습니다.정량적 측정에서 발견된 오류와 편향을 검토한 후 이러한 방법에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
정량적 측정의 오류
현미경을 사용하면 다양한 정량적 분석을 할 수 있습니다.대부분의 정량적 측정에는 이미지 내 공간 변화나 형광 강도의 측정과 비교가 포함됩니다.
모든 정량적 측정에는 어느 정도의 오류나 편향이 들어 있습니다.이 오류는 샘플이나 현미경에 의해 발생할 수 있고 측정의 부정확성 및/또는 비정밀도를 나타낼 수 있습니다.부정확성은 지속적으로 부정확한 측정을 야기하는 반면, 비정밀도는 반복 측정 시 변동을 유발합니다.둘 다 재현 가능한 데이터의 장애물입니다.
과거에는 많은 이미지 분석 연구에서 정량적 분석을 위해 수동 측정에 의존했습니다.지난 20년 동안 우리는 측정을 자동화하고 처리량을 크게 증가시킬 수 있는 AI 프로그램을 포함한 소프트웨어 도구와 생물정보학적 이미지 분석에 대한 트렌드를 목격했습니다.이 때문에 정량적 현미경 실험에서 생성된 데이터의 양이 최고치를 경신했습니다.
연구원들이 실험할 때마다 점점 더 많은 이미지를 만들고 그러한 이미지를 복잡한 모델에 입력하여 분석하고 관련 정보를 추출하기 때문에 가능한 한 가장 고품질의 안정적인 이미지 세트를 가지고 시작하는 것이 필수입니다.이미징에 며칠이 걸리는 경우, 그 시간 동안 성능이 불안정한 현미경은 데이터에 광범위하게 불일치를 야기할 것이 분명합니다.분석 소프트웨어의 성능이 아무리 뛰어나더라도, 데이터의 일관성과 신뢰성에 가장 큰 영향을 미치는 것은 이미지의 Ground-truth입니다.
오류의 가능성을 만드는 것은 많은 처리량과 분석 소프트웨어만이 아닙니다.요즘의 현미경 시스템은 다양한 광학, 기계 및 전기 구성 요소를 사용하기 때문에 그 어느 때보다 복잡합니다.복잡한 구성 요소의 수가 증가하면서 이러한 장비의 오정렬, 오작동 또는 고장 가능성이 높아집니다.
현미경 시스템의 복잡성으로 인해 데이터에 잠재적 편향이 더해지는 경우, 현미경의 성능을 모니터링하고 결과의 일관성을 유지하려면 어떻게 해야 할까요?
현미경 성능 모니터링을 위한 도구와 지원
현미경 시스템을 처음 구매하면 Evident 같은 주요 제조업체에서는 엄격하고 고도로 정의된 성능 매개변수를 갖춘 현미경을 제공합니다.설치하는 동안, 정확한 프로토콜을 따라 현미경이 공장 표준을 충족하는지 확인합니다.
시간이 지나면서 일부 성능 지표가 허용 범위를 벗어날 수 있기 때문에 현미경의 성능을 분석하는 것은 매우 중요합니다.구매 후 1일, 1개월 또는 1년이 지나더라도 현미경이 일관되게 작동하는지 확인해야 합니다.
이전에는 현미경 성능에 대한 정보를 얻는 것이 힘든 과정이었습니다. 흔히 보정 도구를 사용하여 퍼센트 투과도에 대한 출력 강도의 검량선을 만들어야 했습니다.그리고 과거에는 특정 매개변수(예: 해상도 또는 균질성)에 대한 문제 해결이 어려워 오작동을 탐지하는 데 다양한 문제 해결 도구가 필요했습니다.
내장형 현미경 성능 모니터링 도구
요즘에는 현미경 성능 모니터링을 어렵지 않게 해주는 더 간단하고 더 빠른 솔루션이 있습니다.다음 예를 생각해 보세요.종단적 타임랩스 현미경 검사 중에 일부 현미경 시스템은 오랜 시간이 지나면 성능이 변동하는 경향이 있습니다.그렇게 되면 품질이 고르지 않은 타임랩스 이미지가 만들어집니다.
최신 솔루션 중 하나인 FLUOVIEW™ FV3000 공초점 레이저 스캐닝 현미경은 이러한 실험을 위한 안정적인 레이저 출력을 제공합니다.이 스캔 장치의 광학 레이저 강도 모니터링 및 피드백 제어 시스템은 장기간의 타임랩스 연구 동안 안정적인 여기 밀도를 제공합니다.이러한 사실은 아래 타임랩스 이미지에서 확인할 수 있습니다(그림 1).
그림 1.FV3000 공초점 현미경으로 촬영한 타임랩스 이미지.세툭시맙(파란색)으로 표지한 HT-29 종양 세포를 공격하고 죽이는 동안 모양이 바뀌는 자연 살해(NK) 세포계 KHYG-1(녹색).프로피디움 요오드화물(PI) 흡수(빨간색)는 세포 사멸을 나타냅니다.
외부 현미경 성능 모니터링 도구
성능 모니터링을 위한 내장형 현미경 솔루션 외에도, 현미경 사용자와 제조업체 둘 다 현미경 장비가 최적으로 작동하는지 확인하도록 도와주는 외부 솔루션이 많이 있습니다.Argolight는 현미경 품질 관리 솔루션에 전문화된 기업입니다.이 회사는 현미경 성능의 미세한 변동까지 탐지할 수 있는 다양한 품질 관리 슬라이드 그리고 함께 제공되는 소프트웨어를 설계했습니다.
Argolight의 성능 분석 솔루션은 슬라이드 또는 마이크로웰 플레이트 형태로 나와 있습니다.이러한 솔루션은 형광 현미경을 포함한 광범위한 현미경 시스템에서 품질 관리에 사용할 수 있습니다.또한 이러한 솔루션은 사용 중인 현미경의 성능에 대해 확신하지 못하는 연구원에게 성능을 모니터링하는 귀중한 출발점이 됩니다.
그림 2.16개의 형광 패턴 중 2개가 각 Argolight HM 슬라이드에 통합되어 있습니다.왼쪽 이미지: 이미지 평탄도 검사를 위한 링 패턴 필드.오른쪽 이미지: 해상도 검사를 위해 서서히 간격을 넓힌 선(수직) 패턴.
그러면 이러한 솔루션은 어떻게 작동할까요?
간단히 말해, 이 슬라이드에는 초점 매트릭스가 있는 고도로 정의된 기하학적 형광 디자인이 포함되어 있습니다(위 그림 2에서 설명한 예).이 슬라이드가 이미지화되면 소프트웨어에서 그 이미지를 분석합니다.특히, 소프트웨어는 현미경 성능의 편향을 탐지할 수 있고 각 매개변수에 대한 편향의 정도를 탐지할 수 있습니다.값이 사용자가 결정한 허용 범위를 벗어나면 이 정보를 간결한 오류 보고서 형식으로 제조업체나 핵심 시설에 다시 보낼 수 있습니다.
현미경 문제 해결 간소화로 순조로운 작업 진행
Argolight의 솔루션 같은 신속한 현미경 품질 관리 솔루션은 사용자와 제조업체 모두에게 유익할 수 있습니다.예를 들어, 사용자가 현미경으로 문제를 발견했다고 가정해 보겠습니다.오류 보고서를 전담 서비스 엔지니어 팀에 보내면 문제 해결에 있어서 유리한 출발점에 설 수 있습니다.서비스 엔지니어는 그 보고서를 보고 오작동할 수 있는 특정 구성 요소를 신속하게 파악하고 문제 해결에 도움이 되는 관련성이 높고 구체적인 질문을 할 수 있습니다.
별도의 분석 도구들을 혼합하여 정보를 수집하는 방식과 달리, 하나의 보고서에서 전체 현미경 성능의 개요를 확인하면 사용자의 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.서비스 엔지니어는 문제를 빠르게 파악하여 사용자가 업무로 복귀하도록 할 수 있습니다.실제로, 간결한 보고서에 담긴 세부적인 설명은 엔지니어가 원격으로 문제를 해결할 수 있는 가능성을 높이므로 사용자는 장비 중단 시간을 최소화하고 연구를 다시 시작할 수 있습니다.
범용 문제 해결 장비는 신뢰할 수 있는 데이터의 획득을 보장하고, 현미경에 의해 야기된 편향을 제거하고, 시간이 지나면서 시스템 성능이 어떻게 발전하는지 밝히고, 정량적 현미경에서 더 많은 것을 얻을 수 있도록 도와줍니다. 이미 많은 고객들이 이러한 혜택을 누리고 계십니다.
정량적 분석을 위한 현미경 성능의 문제를 해결하는 데 도움이 필요하십니까? 여기서 전담 고객 지원 팀에 문의하세요.
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