Universal algoritme indstillet til at booste mikroskoper

Takket være fremkomsten af ​​superopløselige mikroskoper for omkring 30 år siden, forskere kan observere subcellulære strukturer, proteiner og levende væv med en hidtil uset præcision. Disse mikroskoper fungerer ved at måle det fluorescerende lys, som nogle forbindelser udsender naturligt, eller lyset fra kunstige fluoroforer, og ved at udnytte forskellige kvanteegenskaber af fluoroforen, kan levere en opløsning, der er mindre end den, der er pålagt af diffraktionsgrænsen. Et problem er, at billedkvaliteten varierer betydeligt med det særlige instrument, der bruges, og dets indstillinger - f.eks. Hvor kraftig laseren er, og hvordan de enkelte komponenter er justeret - såvel som egenskaberne ved den prøve, der undersøges.

Et team af forskere ved EPFL's Laboratory of Nanoscale Biology, ledet af Aleksandra Radenovic på Engineering School, har udviklet en algoritme, der kan estimere et mikroskops opløsning på få sekunder baseret på et enkelt billede. Algoritmens resultat angiver, hvor tæt et mikroskop fungerer til sit fulde potentiale. Dette kan være særligt nyttigt for de automatiserede mikroskoper, der er begyndt at dukke op i forskningslaboratorier. Teamets resultater er netop blevet offentliggjort i Naturmetoder .

Et enkelt billede

Forskerne brugte Fouriers transformation som grundlag for deres algoritme, men de ændrede det for at udtrække så meget information som muligt fra et enkelt billede.

Algoritmen udfører beregningen på få sekunder og genererer et enkelt tal. "Forskere kan sammenligne dette tal med mikroskopets maksimalt mulige opløsning for at se, om instrumentet kan fungere endnu bedre eller ændre de eksperimentelle forhold og observere, hvordan opløsningen udvikler sig", siger Adrien Descloux, undersøgelsens hovedforfatter.

Algoritmen kan bruges med enhver form for billeddannelsesmodalitet, inklusive superopløsningsmodeller. "Vores teknik er særlig lovende for den nye generation af automatiserede mikroskoper, hvor en computer justerer alle deres indstillinger, "siger Radenovic. Hendes laboratoriums algoritme er den første nogensinde, der tillader forskere at estimere et mikroskops opløsning ud fra et enkelt billede. Tidligere var to billeder nødvendige, og resultaterne var behæftet med stor usikkerhed, hvis billederne ikke var korrekt forbehandlet korrekt.

Så deres opdagelse kan bruges i stor skala, algoritmen er gjort tilgængelig som et open source -billedplugin. Forskere kan downloade værktøjet og direkte få algoritmeestimatet - vise dem, hvor tæt deres mikroskop fungerer til dets maksimale opløsning. "Vores algoritme er universel. Og fordi der kun er brug for et billede, det er særligt velegnet til hurtig optimering af billeddannelsesforhold, hvilket er udfordrende når man observerer dynamiske processer. Også, metoden kan anvendes i billedbehandlingen, som feedback til optimering af de avancerede billedrekonstruktionsalgoritmer, "slutter Descloux.