「幽靈成像」（ghost imaging）是一種不依賴具空間解析度的偵測器即可產生物體影像的方法。此研究發展一項稱為「幽靈細胞術 Ghost cytometry」的技術，為一種無需影像重建、以單像素偵測器進行的超高速螢光「影像式」流式細胞分析。當細胞通過靜止且具隨機圖樣的光學結構時，其運動所攜帶的空間資訊被壓縮轉換為依序抵達單像素偵測器的訊號。結合此時間波形與隨機圖樣的強度分布，即可計算性地重建細胞形態。更為關鍵的是，此研究證明可直接對壓縮波形套用機器學習方法，在不重建影像的情況下進行高效率、基於形態的細胞分類。儘管儀器體積精簡，幽靈細胞術仍能在無特定生物標記的前提下，達成精準且高通量的細胞分選，突破傳統流式細胞分析既有限制。

從壓縮感測到高通量分類

在微觀世界中，細胞展現高度的異質性，其結構與功能的解析對生命科學研究至關重要。在高通量測量中，傳統顯微鏡或流式細胞儀經常面臨解析力、速度與成本的三重限制。例如，在免疫學、腫瘤學或神經科學研究中，科學家需要對每秒成千上萬個細胞進行觀察與分類，以掌握群體中罕見或極端表型的行為。然而，常規光學影像技術需要逐點掃描或高像素陣列，相對速度低且成本高；而傳統流式細胞儀雖能高通量測量單一螢光通道，卻無法直接獲取高維形態資訊。在這樣的背景下，幽靈細胞技術（Ghost Cytometry，GC）應運而生，其核心理念是將細胞的空間螢光訊號轉化為時間波形，通過計算方法直接解碼細胞形態特徵，實現高速、高準確度、高通量的分類與分析。GC 的誕生，既是光學與運算技術融合的結果，也為單細胞研究開啟了新的可能性，將細胞的微觀世界轉化為可計算的數據語言。

圖 2. 運動螢光成像的實驗驗證

為驗證壓縮感測方法的可行性，研究者首先以螢光微球作為模型系統進行實驗。微球被置於玻璃載玻片上，電子平臺沿指定方向移動，使其穿過光學編碼結構。研究設計了兩種模式：SI（Structured Illumination，結構化照明）與 SD（Structured Detection，結構化偵測）。在 SI 模式下，微球通過結構化光照射，激發的螢光訊號經光學編碼轉化為時間波形；在 SD 模式下，微球均勻照明，其螢光影像經由孔徑陣列形成時間波形。計算機可依據時間波形重建二維影像，並與傳統陣列相機拍攝的影像進行比較。實驗結果表明，壓縮感測可準確捕捉微球的空間螢光資訊，並重建清晰影像，證實了時間波形作為空間資訊載體的可靠性。這一模型實驗為後續細胞多色成像提供了可控平台，也展示了 GC 方法的靈活性與可擴展性。