Science >> Wetenschap >  >> Fysica

De Rolling Fourier-ringcorrelatiemethode brengt de lokale kwaliteit in kaart op superresolutieschaal

Het detecteren van de heterogeniteit van de ruimtelijke resolutie van superresolutiemicroscopie met behulp van een rFRC-kaart. Credits: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 en Haoyu Li

Superresolutie (SR) fluorescentiemicroscopie overtreft, door het gebruik van fluorescerende sondes en specifieke excitatie- en emissieprocedures, de diffractielimiet van de resolutie (200 ~ 300 nm) die ooit een barrière was.



De meeste SR-technieken zijn sterk afhankelijk van beeldberekeningen en -verwerking om SR-informatie op te halen. Factoren zoals de fotofysica van fluoroforen, de chemische omgeving van het monster en optische opstellingssituaties kunnen echter ruis en vervormingen in onbewerkte beelden veroorzaken, wat mogelijk de kwaliteit van de uiteindelijke SR-beelden kan beïnvloeden. Dit maakt het voor ontwikkelaars en gebruikers van SR-microscopie van cruciaal belang om een ​​betrouwbare methode te hebben voor het kwantificeren van de reconstructiekwaliteit.

Vanwege de toegenomen oplosbaarheid van SR-beeldvorming is een grondige evaluatie noodzakelijk, maar bestaande hulpmiddelen schieten vaak tekort als de lokale resolutie binnen het gezichtsveld varieert.

In een onderzoek gepubliceerd in Light:Science &Applications heeft een team van wetenschappers een nieuwe methode geïntroduceerd die bekend staat als de rollende Fourier-ringcorrelatie (rFRC). Deze methode vergemakkelijkt de representatie van resolutie-heterogeniteit rechtstreeks in het Super Resolution (SR)-domein, waardoor mapping op een ongeëvenaarde SR-schaal en een moeiteloze correlatie van de resolutiekaart met de SR-inhoud mogelijk wordt.

Daarnaast ontwikkelde het team een ​​verbetering van de resolutie geschaalde foutenkaart (RSM), wat resulteerde in een nauwkeurigere systematische foutschatting. Dit werd samen met de rFRC gebruikt, waardoor een gecombineerde techniek ontstond die PANEL (Pixel-level Analysis of Error Locations) wordt genoemd en die zich richt op het lokaliseren van regio's met een lage betrouwbaarheid uit SR-beelden.

(a) Schematische weergave van de STORM-fusie. 'ME':MLE-resultaat met meerdere emitters; 'SE':Gaussiaans aanpassingsresultaat met één emitter. (b) STORM-resultaten (COS-7-cellen, α-tubuline gelabeld met Alexa Fluor 647, links) en hun rFRC-kaarten (rechts) worden van boven naar beneden getoond, wat vergrote weergaven zijn van de witte doos in (d). Van boven naar beneden:'ME'-resultaat; 'SE'-resultaat; het gefuseerde resultaat van de 'ME'- en 'SE'-reconstructies. De overeenkomstige rFRC-waarden zijn linksboven op de rFRC-kaarten aangegeven. (c) Vergrote weergaven van de gestippelde cirkels in (b). Van links naar rechts:ME-resultaten, SE-resultaten, fusiegewichten (omgekeerde rFRC-kaarten van ME-resultaten en SE-resultaten samengevoegd als respectievelijk groene en magenta kanalen) en gefuseerde STORM-resultaten. (d) Het volledige beeld van het gefuseerde STORM-resultaat (COS-7-cellen, α-tubuline gelabeld met Alexa Fluor 647). (e) rFRC-kaart van (d). De inzet toont de verbeterde resolutie die wordt bereikt door fusie vergeleken met de resultaten van SE (80,55 ± 1,52 nm bij 22,0% gebied, hol) en ME (4,28 ± 0,14 nm bij 19,2% gebied, witte vaste stof). (f) Vergrote gebieden omsloten door het gele vak in (d). De resultaten van de rFRC-kaart, gefuseerde STORM en RSM worden van boven naar beneden weergegeven. schaalbalken:(b, c) 500 nm; (d) 5 μm; (f) 1 μm. Credits: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

De wetenschappers hebben PANEL met succes toegepast in een verscheidenheid aan beeldvormende benaderingen, waaronder Single-Molecule Localization Microscopy (SMLM), Super Resolution Radial Fluctuations (SRRF), Structured Illumination Microscopy (SIM) en deconvolutiemethoden, waarbij de effectiviteit en stabiliteit van hun kwantitatieve kaart werd geverifieerd. .

PANEL kan worden gebruikt om SR-beelden te verbeteren. Het is bijvoorbeeld effectief gebruikt om SMLM-afbeeldingen samen te voegen die door verschillende algoritmen zijn gereconstrueerd, waardoor SR-afbeeldingen van superieure kwaliteit worden verkregen.

In afwachting dat hun methode een belangrijk hulpmiddel wordt voor lokale kwaliteitsevaluatie, heeft het team PANEL toegankelijk gemaakt als een open-source raamwerk. Gerelateerde bibliotheken voor MATLAB en Python zijn beschikbaar, evenals een kant-en-klare Fiji/ImageJ-plug-in op GitHub.

Meer details over deze veelbelovende techniek zijn te vinden in een post achter de schermen, geschreven door kernteamlid Weisong Zhao, die hier toegankelijk is.

Meer informatie: Weisong Zhao et al., Kwantitatief in kaart brengen van de lokale kwaliteit van microscopie met superresolutie door middel van rollende Fourier-ringcorrelatie, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01321-0

Journaalinformatie: Licht:wetenschap en toepassingen

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen