빅스티처(BigStitcher): 대용량 3D 조직 영상 자동 정렬·융합·시각화 오픈소스 툴

테라바이트급 현미경 데이터 처리 난제 해결

샘플 클리어링과 팽창 현미경 등 현대 광현미경 기법은 장기 내부 자세한 통찰을 제공하지만, 처리하기 극도로 어려운 엄청난 양의 데이터를 생성합니다.

이 방법들은 첨단 라이트시트 현미경 도움으로 과학자들이 큰 샘플을 빠르게 처리할 수 있게 합니다. 하지만 이런 절차는 과도한 데이터(테라바이트 단위)를 생성해 과학자들이 데이터를 걸러내고 정리하기 어렵게 만듭니다.

혼돈 속에 질서를 만들기 위해 국제 연구팀이 생물학적 분석 과정을 단순화하는 '빅스티처(BigStitcher)'라는 소프트웨어 프로그램을 만들었습니다. 복잡한 데이터를 3D 모드 구글 지도처럼 보이는 결과로 재구성합니다.

빅스티처로 과학자들은 전체 그림을 조망할 수 있습니다: 특정 위치를 확대해 원하는 해상도에서 개별 구조를 분석할 수 있습니다.

구체적으로, 소프트웨어는 대화형 시각화, 빠르고 정확한 정렬, 실시간 융합, 디콘볼루션(deconvolution), 멀티타일·멀티뷰 데이터셋의 공간 분해 품질 추정을 가능하게 합니다. 광학 효과를 보정하고 정확도를 개선하면서 표본 크기를 2배로 늘릴 수 있습니다.

정확한 대용량 데이터셋 재구성에는 수집 과정에서 도입된 다양한 이미지 유형과 강도 변환 보상이 필요합니다. 따라서 연구팀은 모든 관련 변환을 보상하면서 획득 데이터 품질에 대한 공간 지역화 피드백을 제공하는 대화형 단계적 프로세스를 구축했습니다.

참고: Nature Methods | DOI:10.1038/s41592-019-0501-0 | MDC

생물학자들이 고해상도에서 미세한 세부사항을 확대·시각화할 수 있는 줌 기능이 있습니다. 이는 다양한 질문 답변에 도움이 될 수 있습니다. 예:

프로그램은 데이터를 자동 처리합니다: 대용량 이미지 관리, 희소 데이터셋, 품질 추정, 대화형 융합을 효율적으로 처리합니다.

초파리 유충 신경계의 두 가상 직각 단면

빅스티처는 성능, 기능, 사용자 상호작용 측면에서 기존 소프트웨어를 능가합니다. 대용량 데이터셋 자동 재구성에 수십 분만 걸리며, 클리어드 샘플, 기존 2D·3D 공초점·와이드필드 수집, 타일드 멀티뷰 라이트시트 수집을 지원합니다.

이러한 기능으로 빅스티처는 여러 실험실 필수 도구입니다. ImgLib에 구현돼 피지(Fiji) 프레임워크 내에서 배포됩니다.

가장 좋은 점은 프로그램이 집중적 계산 자원을 필요로 하지 않는다는 것입니다. 표준 컴퓨터에서 실행 가능하며 팀원들과 데이터를 쉽게 공유할 수 있습니다.

오픈소스 도구라 누구나 무료로 다운로드할 수 있습니다. 최신 안정 버전은 깃허브(GitHub)에서 구할 수 있습니다.

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