单细胞分析是一种强大的生物医学技术，应用于生物学和医学的各个领域，用于识别稀有细胞群，跟踪细胞发育和分化，了解疾病机制和开发个性化治疗，但它产生的大量数据可能难以管理。由瑞士洛桑联邦理工学院的Demetri Psaltis和应用科学与智能系统研究所的Pietro Ferraro领导的一个国际研究团队展示了一种有效的单细胞断层扫描编码策略，在保持保真的同时极大地简化了单细胞数据的处理和存储。

他们的研究发表在杂志《智能计算》上。

作者提出的新方法可以有效地管理和处理由层析相显微镜生成的大量数据集，层析相显微镜是单细胞研究的一种流行技术。该技术可以快速生成活细胞和组织的3D图像，而不会损坏样本，使其成为研究细胞动力学(如分裂、迁移和分化)的有价值的工具。

层析相位显微镜目前面临的主要挑战是有效地管理大量的3D数据，以实现快速和准确的细胞诊断。该方法可实现22.9的数据压缩比。这意味着大数据单细胞断层扫描可以在压缩的同时节省95%以上的空间，而丢失的信息不到1%。

该策略在各种实验数据上都很有效，包括不同类型的球形和非球形细胞。事实上，它可以有效地处理任何体积的图像。

在未来，将有可能拥有芯片上的实验室层析成像流式细胞仪系统，该系统使用激光来测量单个细胞在充满液体的通道中移动时的各种特征。为了实现这一目标，将需要一个微流体模块，能够使用先进的单元操作解决方案(如多芯光纤)控制流动单元的位置和旋转。

从计算的角度来看，这里报告的结果为存储、操作和处理体积图像的有效方法开辟了道路，特别是对于需要小内存占用的片上实验室系统。这里所证明的结果将导致单细胞相位对比断层扫描计算显微镜的进一步发展。

该方法基于泽尼克多项式的三维扩展。三维泽尼克表示法是一种在三维空间中描述物体形状的方法。它基于一个叫做球谐波的数学概念，尤其擅长描述形状大致为球形的物体。自然环境中的细胞通常呈球形，因此三维泽尼克表示可以成为研究它们的有用工具。

作者证明了利用三维泽尼克多项式可以在一维上直接编码细胞的三维折射率分布。他们重建了一个层析成像细胞模型，并通过与最常用的体积图像压缩策略进行比较，分析了它的性能。该方法随后在真实世界的单细胞断层扫描数据上进行了验证。

这篇论文的作者是Pasquale Memmolo, Daniele Pirone, Daniele Gaetano Sirico, Lisa Miccio, Vittorio Bianco和Pietro Ferraro，来自意大利那不勒斯国家研究委员会应用科学和智能系统研究所，以及来自瑞士洛桑综合理工学院光学实验室的Ahmed Bassam Ayoub和Demetri Psaltis。