Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Fysik

Rolling Fourier-ringkorrelationsmetode kortlægger lokal kvalitet i superopløsningsskala

Detektering af den rumlige opløsningsheterogenitet af superopløsningsmikroskopi ved hjælp af rFRC-kort. Kredit:Weisong Zhao, Xiaoshuai Huang, Jianyu Yang, Liying Qu, Guohua Qiu, Yue Zhao, Xinwei Wang, Deer Su, Xumin Ding, Heng Mao, Yaming Jiu, Ying Hu, Jiubin Tan, Shiqun Zhao, Leiting Pan, Liangyi Chen og Haoyu Li

Super-resolution (SR) fluorescensmikroskopi, gennem brug af fluorescerende prober og specifikke excitations- og emissionsprocedurer, overskrider diffraktionsgrænsen for opløsning (200~300 nm), der engang var en barriere.



De fleste SR-teknikker er stærkt afhængige af billedberegninger og -behandling for at hente SR-information. Faktorer såsom fluoroforers fotofysik, prøvens kemiske miljø og optiske opsætningssituationer kan dog forårsage støj og forvrængning i råbilleder, hvilket potentielt påvirker de endelige SR-billeders kvalitet. Dette gør det afgørende for udviklere og brugere af SR-mikroskopi at have en pålidelig metode til at kvantificere rekonstruktionskvaliteten.

På grund af den øgede opløselighed af SR-billeddannelse er en grundig evaluering nødvendig, men eksisterende værktøjer kommer ofte til kort, når den lokale opløsning varierer inden for synsfeltet.

I en undersøgelse offentliggjort i Light:Science &Applications , har et team af forskere introduceret en ny metode kendt som den rullende Fourier-ringkorrelation (rFRC). Denne metode letter repræsentationen af ​​opløsningsheterogenitet direkte i Super Resolution-domænet (SR) og muliggør derved kortlægning i en uovertruffen SR-skala og en ubesværet korrelation af opløsningskortet med SR-indholdet.

Derudover udviklede holdet en forbedring af resolution scaled error map (RSM), hvilket resulterede i mere nøjagtig systematisk fejlestimering. Dette blev brugt sammen med rFRC, hvilket skabte en kombineret teknik kaldet PANEL (Pixel-level Analysis of Error Locations), som fokuserer på at udpege områder med lav pålidelighed fra SR-billeder.

(a) Skematisk over STORM-fusionen. 'ME':Multi-emitter MLE-resultat; 'SE':enkelt-emitter Gaussisk tilpasningsresultat. (b) STORM-resultater (COS-7-celler, α-tubulin mærket med Alexa Fluor 647, venstre) og deres rFRC-kort (højre) vises fra top til bund, som er forstørrede visninger af den hvide boks i (d). Fra top til bund:'MIG' resultat; 'SE' resultat; det sammensmeltede resultat fra 'ME'- og 'SE'-rekonstruktionerne. De tilsvarende rFRC-værdier er markeret øverst til venstre på rFRC-kortene. (c) Forstørrede billeder af de stiplede cirkler i (b). Fra venstre mod højre:ME-resultater, SE-resultater, fusionsvægte (inverterede rFRC-kort over ME-resultater og SE-resultater slået sammen som henholdsvis grønne og magenta kanaler) og fusionerede STORM-resultater. (d) Hele visningen af ​​det fusionerede STORM-resultat (COS-7-celler, α-tubulin mærket med Alexa Fluor 647). (e) rFRC-kort over (d). Indsatsen viser den forbedrede opløsning opnået ved fusion sammenlignet med SE (80,55 ± 1,52 nm ved 22,0 % område, hul) og ME (4,28 ± 0,14 nm ved 19,2 % område, hvidt fast stof). (f) Forstørrede områder omgivet af den gule boks i (d). Resultaterne af rFRC-kortet, fusioneret STORM og RSM vises fra top til bund. skala søjler:(b, c) 500 nm; (d) 5 μm; (f) 1 μm. Kredit:Weisong Zhao, Xiaoshuai Huang, Jianyu Yang, Liying Qu, Guohua Qiu, Yue Zhao, Xinwei Wang, Deer Su, Xumin Ding, Heng Mao, Yaming Jiu, Ying Hu, Jiubin Tan, Shiqun Zhao, Leiting Pan, Liangyi Chen &Haoyu Li

Forskerne har med succes anvendt PANEL i en række billedbehandlingsmetoder, herunder Single-Molecule Localization Microscopy (SMLM), Super Resolution Radial Fluctuations (SRRF), Structured Illumination Microscopy (SIM) og dekonvolutionsmetoder, der verificerer effektiviteten og stabiliteten af ​​deres kvantitative kort. .

PANEL kan bruges til at forbedre SR-billeder. For eksempel er det blevet effektivt brugt til at fusionere SMLM-billeder rekonstrueret af forskellige algoritmer, hvilket giver SR-billeder af overlegen kvalitet.

I forventning om, at deres metode bliver et fast værktøj til lokal kvalitetsevaluering, har teamet gjort PANEL tilgængeligt som en open source-ramme. Relaterede biblioteker til MATLAB og Python er tilgængelige, samt et klar-til-brug Fiji/ImageJ plugin på GitHub.

Yderligere detaljer om denne lovende teknik kan findes i et indlæg bag kulisserne skrevet af kerneteammedlemmet Weisong Zhao, tilgængeligt her.

Flere oplysninger: Weisong Zhao et al., Kvantitativ kortlægning af lokal kvalitet af superopløsningsmikroskopi ved rullende Fourier-ringkorrelation, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01321-0

Journaloplysninger: Lys:Videnskab og applikationer

Leveret af Chinese Academy of Sciences




Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com