超分辨定位成像通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)操作流程實(shí)現(xiàn)了納米量級(jí)的空間分辨率,成為生物醫(yī)學(xué)研究中重要的工具。過(guò)去,超分辨定位成像的應(yīng)用通常局限于成像單個(gè)、小于一個(gè)完整哺乳動(dòng)物細(xì)胞大小的成像視場(chǎng)。近些年來(lái),研究人員嘗試將超分辨定位成像應(yīng)用于高通量成像。通過(guò)成像數(shù)百個(gè),甚至上萬(wàn)個(gè)成像視場(chǎng),高通量超分辨定位成像能夠提供豐富的時(shí)間和空間信息,從而便于測(cè)試不同的實(shí)驗(yàn)條件、探測(cè)低概率事件、對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)偏的研究等。然而,超分辨定位成像具有數(shù)據(jù)量大和計(jì)算強(qiáng)度高的特點(diǎn)。高通量超分辨定位成像更大的視場(chǎng)面積、更高的激發(fā)密度導(dǎo)致數(shù)據(jù)計(jì)算強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了現(xiàn)有方法實(shí)時(shí)處理的能力,因此現(xiàn)有方法無(wú)法與高通量成像所需的全自動(dòng)圖像采集和分析相結(jié)合。此外,目前缺乏有效的手段保證高通量成像大量成像視場(chǎng)之間的質(zhì)量均勻性。針對(duì)上述問(wèn)題,本文開(kāi)發(fā)一整套適用于高通量超分辨定位成像的實(shí)時(shí)、高精度圖像處理和質(zhì)量控制算法。具體內(nèi)容如下:（1）實(shí)時(shí)稀疏分子定位算法。本文對(duì)極大似然估計(jì)定位算法（MLE）的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行改進(jìn),結(jié)合其他多種優(yōu)化策略和圖形處理器（GPU）加速,在不損失定位精度的前提下,將定位速度相比目前最快的MLE定位算法提高... 

【文章來(lái)源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：104 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

熒光顯微鏡原理

圖 1-2 超分辨定位成像原理。（a）真實(shí)樣品結(jié)構(gòu)。（b）傳統(tǒng)熒光顯微鏡成像圖。（c）定位成像的隨機(jī)激發(fā)和定位過(guò)程。（d）重建的超分辨圖。Fig. 1-2 The principle of super-resolution localization microscopy. (a) Ground-truth samplestructure. (b) Image acquired by traditional fluorescence microscopy. (c) Random activation andlocalization in localization microscopy. (d) Reconstructed super-resolution image.在稀疏激發(fā)以后，熒光分子的 PSF 被間隔的足夠開(kāi)，因此能夠被準(zhǔn)確識(shí)別。接著，每個(gè)被識(shí)別的熒光分子的 PSF 被進(jìn)行定位，以計(jì)算出其中心所在的位置。不考慮熒光背景和像素尺寸等因素時(shí)，理論上 PSF 的中心位置估計(jì)誤差，又稱定位精度，可以被定量給出[34]：x ,ysN (1-3)這里 s 為 PSF 的寬度，N 為熒光分子發(fā)射的光子總數(shù)。因此，熒光分子定位精度的理論極限決定于其發(fā)射的光子數(shù)。這使得研究人員采用各種方式提高熒光分子的光子數(shù)從而提高定位精度。例如，開(kāi)發(fā)和使用發(fā)射更多光子信號(hào)的熒光探針[31]，使用

兩個(gè)不同的平面上，從而使得不同深度的熒寬度的橢圓形光斑。雙螺旋三維成像最復(fù)雜成像光路傅里葉平面對(duì)相位進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)位調(diào)制的方法還可以靈活地?cái)U(kuò)展到產(chǎn)生其他式復(fù)雜度介于象散和雙螺旋之間，該方法使的位置進(jìn)行成像，從而不同深度的熒光分子在度的 PSF。雙平面還可以擴(kuò)展到更多平面進(jìn)個(gè)平面的光子數(shù)和定位精度。這三種成像方式的性能進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在不雙螺旋方式最優(yōu)，雙平面次之，象散最差[61,像圖像處理最簡(jiǎn)單，通常使用橫向和縱向?qū)挾扰c二維成像相同的方式進(jìn)行定位。對(duì)于雙螺PSF，可以使用與二維成像相同的圓形高斯函發(fā)出使用樣條插值等方式對(duì) PSF 形狀進(jìn)行的定位精度[63]。


本文編號(hào)：2986015