AIDT 온디바이스 STEM 초저온 전자 단층촬영(Cryo-ET) 서브토모그램 평균화 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.CryoEt
{
    public readonly ref struct SubtomogramState
    {
        public readonly double PositionShiftNm;     // 3D 중심 보정 변위 |dr| (nm)
        public readonly double RotationErrorDeg;    // 오일러 각 회전 오차 (deg)
        public readonly double CrossCorrelationScore;// 결손 쐐기 보정 CCC 점수
        public readonly double AccumulatedParticles;// 누적 평균화 입자 수 N
        public readonly double EstimatedResolutionA; // 푸리에 셸 상관(FSC) 분해능 (Å)
        public readonly double MissingWedgeFactor;  // 가중 보정 인자

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SubtomogramState(double shift, double rot, double ccc, double n, double res, double mw)
        {
            PositionShiftNm = shift;
            RotationErrorDeg = rot;
            CrossCorrelationScore = ccc;
            AccumulatedParticles = n;
            EstimatedResolutionA = res;
            MissingWedgeFactor = mw;
        }
    }

    public ref struct SubtomogramAveragingEngine
    {
        private const double BaseResolutionA = 35.0; // 초기 단일 서브토모그램 분해능 (35 Å)
        private const double MaxTiltAngleDeg = 60.0; // 틸트 한계 (+/- 60도)

        private double _accumulatedParticleCount;   // 누적 정합 입자 수
        private double _currentCccThreshold;        // 품질 필터링 임계값

        public SubtomogramAveragingEngine(double initCccThreshold = 0.45)
        {
            _accumulatedParticleCount = 0.0;
            _currentCccThreshold = initCccThreshold;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SubtomogramState StepServo(double measuredShiftNm, double angularMisalignmentDeg, double rawCcc, double tiltAngleDeg, double dtSec)
        {
            // 1. 틸트 각도에 따른 결손 쐐기 가중 인자 W(k) 계산
            double normalizedTilt = Math.Clamp(Math.Abs(tiltAngleDeg) / MaxTiltAngleDeg, 0.0, 1.0);
            double missingWedgeWeight = Math.Cos(normalizedTilt * (Math.PI * 0.5 * 0.33));

            // 2. 가중 교차 상관 점수 (Constrained CCC) 보정
            double constrainedCcc = rawCcc * missingWedgeWeight;

            // 3. 임계값 초과 우수 입자 선별 및 누적
            if (constrainedCcc >= _currentCccThreshold)
            {
                _accumulatedParticleCount += 1.0;
            }

            // 4. 로젠탈-헨더슨(Rosenthal-Henderson) 공식 기반 유효 분해능 (Å) 역산
            // 1/d^2 proportional to N
            double nSafe = Math.Max(_accumulatedParticleCount, 1.0);
            double resolutionAngstrom = BaseResolutionA / Math.Pow(nSafe, 0.28);
            resolutionAngstrom = Math.Clamp(resolutionAngstrom, 3.2, 40.0);

            return new SubtomogramState(
                shift: measuredShiftNm,
                rot: angularMisalignmentDeg,
                ccc: constrainedCcc,
                n: _accumulatedParticleCount,
                res: resolutionAngstrom,
                mw: missingWedgeWeight
            );
        }
    }
}