深圳先進院實現醫學數據在生物DNA分子中存儲

5月29日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員姜青山、高級工程師黃小羅、中國農業科學院深圳農業基因組研究所戴俊彪研究員等聯合在Small Methods發表最新研究成果。

研究人員設計了一種名為"EDS"的DNA存儲方法，通過改進編碼模型、引入冗余核苷酸和設計索引技術，實現了醫學磁共振成像（MRI）數據的可靠歸檔和檢索。

醫學MRI數據是診斷、治療規劃和疾病監測等多種領域的重要工具。利用DNA存儲技術保存醫學MRI數據將有助于人類健康管理。通過DNA存儲，可以確保這些重要數據在數千年內安全保存并精確恢復，從而保證了這些重要數據的長期存儲，為研究疾病進展和治療效果提供了重要數據支撐。

該工作中，研究團隊通過三個關鍵組成部分實現了醫學MRI數據的歸檔。首先，研究團隊設計了一種新穎的分塊策略，解決了旋轉編碼導致的數據丟失問題。其次，提出了一種基于規則的四進制轉碼方法，滿足生化約束條件并確保可靠的數據映射。最后，設計了一種索引技術，克服了DNA文件存儲中高額外開銷的挑戰，旨在簡化DNA文件存儲的組織結構，實現靈活的隨機搜索、訪問和文件管理。

此外，研究人員在計算時間上也提出了新的方法，通過利用多進程技術優化DNA存儲編碼流程。他們將編碼任務分解成多個子任務，并分配多個CPU進行并行計算，提高了編碼速率。研究團隊共測試了72GB的人體磁共振成像數據，僅用9個小時便完成了編碼，編碼時間效率提升明顯，基于數據預測，1TB量級的數據可以在120小時完成。

驗證結果發現，EDS方法在醫學MRI數據存儲方面表現出色，并且具有更好的生化約束控制和較短的計算時間，為醫學MRI數據的DNA存儲開辟了新的途徑。

這項研究成果為醫學領域的數據存儲和檢索提供了新的可能性，具有重要的實際應用前景。隨著進一步的研究和發展，DNA存儲技術有望成為醫學數據管理的重要工具，為醫學健康領域帶來更多的創新和進步。

"下一步，我們將進一步深化DNA存儲核心技術研發，包括新一代數據存儲芯片等，同時推動DNA存儲與傳統存儲工具，如磁帶、光盤等結合，為更多的數據存儲應用，包括科研機構和企業的檔案電子化數據DNA存儲等提供技術基礎，加快DNA存儲面向實際應用的產業化進程。”論文共同通訊作者姜青山表示。

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/smtd.202301585