發(fā)展適用于低光子數(shù)應(yīng)用環(huán)境的熒光壽命分析方法對快速熒光壽命顯微成像（FLIM）方法的發(fā)展和應(yīng)用都具有重要意義。受高密度單分子定位顯微成像中壓縮感知算法的啟發(fā),將熒光壽命分析看成一個稀疏逆問題,提出了一種基于交替下降條件梯度（ADCG）的熒光壽命分析新方法,并通過對模擬數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,驗(yàn)證了ADCG-FLIM算法即使在低光子數(shù)情形下依然能夠較好地分析熒光壽命,從而有利于活細(xì)胞快速FLIM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

ADCG-FLIM算法流程圖

壽命估計值的統(tǒng)計結(jié)果隨光子數(shù)的變化。(a)壽命估計值的平均誤差;(b)壽命估計值的標(biāo)準(zhǔn)差

為了測試算法對噪聲的敏感性,生成了帶有泊松噪聲、壽命為2 ns、光子數(shù)為50并帶有不同水平背景噪聲的壽命衰減數(shù)據(jù)(背景噪聲水平以背景噪聲占總光子數(shù)的比例來表示,并以10%遞增),在每種背景噪聲水平下各產(chǎn)生1000組數(shù)據(jù),用于對三種算法進(jìn)行分析和統(tǒng)計,結(jié)果如圖3所示。從圖3(a)中可以看出,隨著背景信號增強(qiáng),不同算法逐漸表現(xiàn)出顯著的差異。隨著背景噪聲的增強(qiáng),LS-FLIM算法對壽命分析的準(zhǔn)確性顯著降低,即壽命估計值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離真實(shí)值。理論上,分析精度應(yīng)隨著噪聲水平的提高而單調(diào)遞減,與此規(guī)律不同,MLE-FLIM的分析精度隨噪聲水平變化出現(xiàn)了兩個隨機(jī)跳躍點(diǎn),如圖3(b)所示,這說明選擇的MLE-FLIM算法無法響應(yīng)極低光子數(shù)的數(shù)據(jù)。換句話說,這兩種方法均無法適應(yīng)低光子數(shù)、高背景噪聲的情形。而ADCG-FLIM算法,即使是在較高水平的背景噪聲下仍保持了較高的壽命估計準(zhǔn)確性和精度。


本文編號：3122457