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期刊徽标生物
结晶学
国际标准编号:1399-0047

iMOSFLM公司:衍射图像处理的新图形界面MOSFLM公司

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(收到日期:2010年9月1日; 2010年11月22日接受)

iMOSFLM公司是衍射数据积分程序的图形用户界面MOSFLM公司它通过将过程划分为一系列步骤来简化数据处理,这些步骤通常按顺序执行。每个步骤都有自己的显示窗格,允许控制影响该步骤的参数,并向用户提供图形反馈。集成参数的合适值是自动设置的,但附加菜单为经验丰富的用户提供了详细的控制级别。图像显示和不同任务的界面(索引、策略计算、单元格精细化,集成和历史)。讨论了每一步最重要的参数以及评估成功或失败的最佳方式。

1.简介

MOSFLM公司(莱斯利,2006年【Leslie,A.G.W.(2006),《水晶学报》,D62,48-57。】)是一个处理使用振荡方法收集的衍射数据的程序(Arndt&Wonacott,1977[Andt,U.W.和Wonacott,A.J.(1977)。编辑。《晶体学中的旋转方法》。阿姆斯特丹:北荷兰。]). 该程序的图形用户界面(GUI)是在20世纪90年代基于J.W.Campbell(Campbell1995)提供的一组X11例程开发的【Campbell,J.W.(1995),《应用结晶杂志》,第28期,第236-242页。】). 虽然此界面提供了高度的功能,但总体图形质量有限,可用例程的限制使高效直观的设计变得困难。一个新的基于Tcl/Tk的GUI,iMOSFLM公司最近开发了,用于解决这些问题。

图形界面在处理衍射数据时很有价值的原因有很多,GUI是许多处理包的一个特性,包括香港特别行政区-2000【Briggs,P.&Cowtan,K.(2007),CCP4 Newsl.47,贡献7.】(Otwinowski&Minor,1997年[Otwinowski,Z.&Minor,W.(1997),《酶学方法》,276307-326。]),圣保罗(美国麦迪逊布鲁克分析X射线系统公司),d*TREK公司(Pflugrath,1999年【Pflugrath,J.W.(1999),《结晶学报》,D551718-1725。】)和XGEN公司(霍华德,2000【Howard,A.J.(2000),《结晶计算7:高分子结晶数据》,P.E.Bourne&K.D.Watenpaugh编辑,牛津大学出版社。】). 检查衍射图像的能力,尤其是在叠加预测衍射图案的情况下,对于识别后续处理过程中可能出现的潜在问题非常重要。这些问题的产生有多种原因,包括斑点形状不佳、晶体镶嵌性极高、多重晶格、各向异性衍射、结冰产生的衍射斑点或衍射环、逆止器或实验设备的阴影、,直射光束位置和zingers(由宇宙射线或放射性衰变光纤锥形中的事件)。随着处理的进行,能够连续监测精细的探测器和晶体参数,这为评估精炼以及识别问题是否以及何时发生。

新界面旨在提供数据处理的直观路线,以便以逻辑方式引导无经验用户完成数据处理阶段,并提醒潜在问题。同时,我们认为提供MOSFLM公司程序(可用通过命令行版本中的大量关键字),但以一种不引人注目的方式。GUI的总体结构以及各个任务及其图形输出的更详细描述如下。

2.整体结构iMOSFLM公司图形用户界面

iMOSFLM公司充当MOSFLM公司程序本身。iMOSFLM公司生成MOSFLM公司基于用户输入的特定任务的命令,然后将这些命令传递给MOSFLM公司,执行所有计算。然后将这些任务的结果传递回iMOSFLM公司用于在任务完成时显示(例如点定位、自动感应、策略计算)或任务仍在进行中(例如细胞精炼和集成)。iMOSFLM公司MOSFLM公司作为单独的进程运行MOSFLM公司进程由启动iMOSFLM公司。这意味着iMOSFLM公司始终保留与特定任务相关的所有参数,以便如果MOSFLM公司遇到导致失败的错误,iMOSFLM公司可以重新启动MOSFLM公司用户可以尝试从故障中恢复。

2.1. 这个iMOSFLM公司窗格

每个iMOSFLM公司task有自己的窗格,可以在其中设置相关参数并显示结果。可用任务(图像、索引、策略、单元格精炼,集成和历史)列在GUI左侧的垂直图标栏上(图1[链接])可以由用户选择,但特定图标只会激活(用户可选择)。例如,只有在使用“图像”窗格中的“添加图像”按钮将图像添加到会话后,才能选择索引。这将显示一个文件浏览器,选择任何图像文件都会添加具有相同文件名模板的所有图像。也可以添加具有不同文件名模板的图像,但会将其分配给不同的扇区。列出了每个图像的开始和结束振荡角度,一旦图像处理完毕,就会添加错位角度(晶体方向相对于初始方向的变化)。细胞,空间组,镶嵌和镶嵌块大小也列在“图像”窗格中(可由用户编辑)。

[图1]
图1
概述iMOSFLM公司图形用户界面。此时将显示集成窗格,并且窗口左侧的垂直图标栏中会显示各种任务的图标。精细的探测器和晶体参数分别以图形方式显示在中央上部和中部窗口中。强度统计信息显示在中下角和右下角的窗口中。探测器中央区域斑点的平均斑点轮廓显示在右上面板中,探测器不同区域的标准轮廓显示在中央面板中。

2.2. 图像显示窗口

一旦将一个或多个图像添加到会话中,第一个图像将显示在image Display(图像显示)窗口中(图2[链接]). 工具栏中的按钮控制直接光束位置、发现的点(用于分度)、预测反射、遮罩区域的显示(例如backstop shadow)、斑点搜索区域和分辨率限制,而其他图标控制缩放和平移、选择工具、手动添加斑点、遮罩区域的定义、圆心的定义以及遮罩或手动添加斑点的擦除。其他图标控制图像缩放(关于当前中心)、图像大小和图像对比度。可以从下拉列表中选择任何图像进行显示。缩放窗口的一个有用功能是,当从一个图像切换到另一个图像时,缩放区域总是预先设置好的。菜单栏中的“视图”选项允许更改图像显示的大小,而“工具”选项允许定位具有特定索引的反射。选择工具显示图像中任意点的分辨率(按下Ctrl键时),当超过预测的反射时,也显示米勒指数。它可以用于对点搜索区域、分辨率限制、直射位置和遮蔽区域进行“拖放”调整。

[图2]
图2
这个iMOSFLM公司图像显示窗口。主文本中解释了工具栏中按钮的功能。

2.3. 下拉菜单

始终可以访问会话和视图菜单通过菜单栏。会话下拉菜单允许用户启动新会话、保存当前会话或加载以前保存的会话。每次都会启动一个新会话iMOSFLM公司运行或通过下拉菜单选择时。保存会话会存储有关界面当前状态的所有信息,包括已读取的图像、所有可细化参数和处理选项的当前值,以及会话期间执行的所有步骤的图形信息。“视图”菜单允许访问各种设置对话框,这些对话框允许定义实验和检测器参数(在“实验设置”下),以及影响要设置的处理阶段的大量参数和选项(在“处理选项”下)。其中一些将在后面的部分中进行描述。

3.索引窗格

选择索引任务时,iMOSFLM公司发出命令以在两个图像上查找斑点:序列中的第一个图像和与第一个图像旋转90°的图像。找到的点既显示在“图像显示”窗口中,也显示在“索引”窗格中的图像表示中(图3[链接]). 高于当前用于索引的阈值的点显示为红十字;低于阈值的显示为黄色。通常,索引对几百个点(总计)最有效。通过在图像字段中输入图像编号或从所有图像的下拉列表中选择图像,可以在索引中包含其他图像。将显示索引中使用的图像、找到的斑点数和阈值以上的斑点数。单击“使用”框可以取消选择单个图像,但随后可以通过从所有图像的下拉列表中进行选择而不重复进行点搜索。通过单击“索引”按钮执行的自动诱导,使用基于FFT的自动诱导算法来确定晶格(斯特勒等。, 1997【Steller,I.,Bolotovsky,R.&Rossmann,M.G.(1997),《应用结晶学杂志》,第30期,第1036-1040页。】; 鲍威尔,1999年【Powell,H.R.(1999),《晶体学报》,第55卷,1690-1695页。】). 如果成功,自动诱导将生成按惩罚排序的可能解决方案列表。通常,会有一组具有低惩罚的溶液,然后是一系列具有高得多惩罚值的溶液(除非晶体是三斜晶系,在这种情况下,可能只有一个具有低惩罚值的单一溶液)。MOSFLM公司基于对惩罚和度量对称性的简单分析选择解决方案。首选解决方案突出显示,预测显示在图像显示屏上。在这个阶段,只有关于晶格形状的信息可用(基于观察到的斑点位置),因此对称性赋值(三斜以上)是一个假设,需要在图像整合后进行测试。

[图3]
图3
这个iMOSFLM公司索引窗格。影响聚光灯查找和索引的参数显示在工具栏中。用于索引的图像的细节以及发现和使用的斑点数量以表格和图形的形式呈现。显示了可能的索引解决方案列表,并突出显示了首选解决方案。

如果在“处理选项”对话框中设置了适当的选项,则在进行定点查找后,将自动执行索引和镶嵌估算过程,无需单击“索引”按钮。

3.1. 聚光参数

控制点查找的参数列在“处理选项”对话框的“点查找”选项卡中。默认情况下,搜索区域设置为位于半径圆之间,半径对应于以直边位置为中心的内切圆半径的5%和95%,但可以使用图像显示上的点对准按钮或通过显式设置值以图形方式进行调整。像素被视为光点的一部分的默认阈值设置为5.0σ背景上方(其中σ并应用各种抑制标准来区分图像中的真实布拉格斑点和噪声特征。这些包括最小像素数、最小和最大尺寸(mm)、斑点内像素值的最小均方根变化、斑点尺寸的最大各向异性、斑点内的最小斑点间距和最大峰值间距。默认值已针对同步加速器束线采集的图像进行了优化,其中光斑往往小于实验室源采集的图像。对于后者,如果斑点较大且弥散,则可以通过降低阈值获得更好的结果(例如至2.0σ),将最小像素数增加到20–30,将r.m.s.斑点变化减少到1.0,并将最小斑点间距设置为1.5 mm左右(尽管这最好设置为图像中衍射斑点的实际大小)。

有两种算法可用于确定局部X射线背景。较简单的一种假设背景是关于直射光束位置的圆对称,并确定50像素宽的放射状条纹中的背景。此条纹的方向与旋转轴的方向成90°,以避免固体止动器支架产生任何阴影(假设这些支架通常与旋转轴平行对齐),但可以通过在图像显示或通过“斑点查找”选项卡。对于平铺的探测器,此条纹会自动偏移,以避免在平铺之间的间隙中使用像素来初步估计径向背景。第二种算法通常是首选算法,它使用本地背景计算,默认情况下在大小为50×50像素的方框中查找背景。在某些情况下,局部背景方法会导致伪点靠近图像中的清晰阴影(例如由于逆止器支撑)。这些通常低于用于自动诱导的阈值,可以忽略,但减小了局部背景区域的大小(例如到20×20像素)通常会消除这些伪点。即使在使用局部背景方法时,也会确定初始径向条纹背景,以设置与背景确定相关的参数,因此该条纹(可通过点向搜索区域按钮显示在图像上)不得位于探测器上的大阴影上。

结晶冰中的斑点很容易导致自诱导失效。为了避免这个问题,以六角形结晶冰的主反射为中心的窄分辨率壳内的斑点会被自动排除。此外,如果衍射非常微弱,则斑点探测的分辨率极限会自动降低到4.5º,以避免包括在较高分辨率下可能出现的任何噪声特征(例如由于锌),最小斑点尺寸也减小了。如果只存在几个真正的布拉格点,那么只包含少量的噪声点可能导致索引失败。最后,根据衍射强度(在最后处理的图像上),自动诱导中包含的斑点的强度阈值自动设置为5、10或20,这也降低了索引失败的可能性。可以在“处理选项”对话框中覆盖所有这些选项。

3.2. 索引参数

只有两个用户定义的参数会影响索引算法。这些是索引中包含的点的阈值(如§[链接]3.1)和最大单元边缘。后者的默认值设置为与索引中使用的最近两个点对应的实际空间距离,但如果伪点高于索引阈值或存在第二个晶格,则此值可能过高。

3.3. 判断索引的成功

评估所选解决方案是否正确的最可靠方法是检查结果预测,最好是在索引中使用的所有图像上,如果可用,也可以在索引中未使用的某些图像上。预测的反射应与观测到的布拉格斑点在位置和月球的总体外观上一致(图像上典型的新月形或有时近似圆形的斑点区域,每个区域都包含来自倒数空间中不同平面的反射)。请注意,除非已估计镶嵌性(参见§[链接]3.7)并非所有观测点都能预测。可以在索引结果表中选择不同的解决方案来检查相应的预测。如果实验参数(直射位置、距离和波长)的值正确,正确的解决方案通常会有低于20的惩罚。另一个有用的指标是位置残差,表示为σ表中的(x,y),即观测点位置与计算点位置之间的r.m.s.差值。同步加速器图像的典型值为0.1–0.2 mm,使用实验室源(斑点较大的地方)采集的图像为0.2–0.3 mm。然而,如果斑点是分裂的或形状非常不规则,对于正确的解决方案,该值可能高达1–1.5 mm,因此不可能定义适用于所有情况的截止值。实验参数中的误差也可能产生较大的值。位置残差可以有效地指示伪对称。例如,如果对称性是单斜的,但具有β角度接近90°时,自动选择的解决方案可能是(伪)正交的解决方案。如果仔细检查发现存在位置残差比正交溶液小0.1 mm以上的单斜溶液,则很可能单斜溶液是正确的。在选择数据收集策略时,选择正确的解决方案很重要,但要确信正确的劳厄组,唯一的方法是收集和整合与小旋转相对应的图像(例如3–10°),然后运行无意义(埃文斯,2011年【Evans,P.R.(2011),《水晶学报》,D67,282-292。】; 参见§[链接]6.7).

3.4. 索引失败的常见原因

3.4.1. 直边坐标错误

索引失败的最常见原因是直接梁坐标值不正确(这些值是从图像文件标题读取的)。图像显示中显示了直拍位置(以绿色十字表示),因此如果出现严重错误,可以立即看到(例如不在后挡板阴影内)。光束位置可以手动调整(使用选择工具拖放),在有利的情况下(较小的逆止阴影,清晰的月牙定义),可以轻松地将其定位在足够接近正确位置的位置,以便进行分度。如果存在冰环,图像显示中有一个工具可用于通过圆圈在冰环上设置少量点来确定冰环的中心(从而确定直射位置)(这假设探测器的表面垂直于X射线束,没有2个θ偏移)。光束坐标所需的精度取决于单元尺寸,较大的单元需要更精确的坐标。为了避免诱导错误,需要知道坐标,其精度应小于最长单元轴点间距的一半。对于长度超过约250Ω的细胞轴,如果沿着长轴的一个索引错误地诱导了模式,则很难从索引结果中检测到。然而,即使很小的旋转范围和随后的对称性检测与无意义将立即检测到这个错误,因为即使是Friedel对也会给出较差的一致性。作为手动定义直接光束位置的替代方法,可以执行二维网格搜索,默认情况下,光束坐标将以0.5 mm的步长变化±1.0 mm(这些参数可以在“处理选项”对话框中更改),并为每个新位置执行索引。精确光束坐标之间的位置残差和一致性可用于选择最可能的正确光束位置。如果使用至少两个图像(最好在旋转角度上分开),则此过程效果最佳。

3.4.2. 问题案例

图像显示多个格子的证据或用于索引的第二张图像显示严重辐射损伤的结果并不罕见。在这种情况下,选择单个(问题较少的)图像可以成功地建立索引,而包含两个图像则会失败。在多个晶格的情况下,可能只需要增加索引中包含的斑点的强度阈值,有时需要高达100的值。同样的方法也适用于镶嵌度很高的晶体(没有明显的新月)。在边缘情况下,通常衍射很弱,导致阈值以上的斑点很少,阈值与默认值略有不同,这可能会造成失败与成功之间的差异。在困难的情况下,使用两幅以上的图像也很有帮助,理想情况下,附加图像在旋转角度上很好地分开Φ从那些已经被使用的。对默认行为的所有这些修改都很容易实现通过索引窗格。

分度失败的另一个可能原因是主轴旋转方向与传统使用的方向相反,尤其是衍射强烈且没有其他问题的证据时。这是一些同步加速器束线的情况。在这种情况下,当仅使用单个图像时,索引应该是成功的,但如果检查序列中的下一个图像,预测将与观察到的点不匹配。这可以通过在“实验设置”对话框的“检测器”选项卡中选中一个框来解决,并对索引中使用的所有图像重复定点搜索,以确保正确Φ赋值。

3.5. 其他索引问题

如果只使用单个图像进行索引,则需要小心,因为对于低对称空间组,可以找到一种索引解决方案,该方案可以正确预测一个图像,但不能正确预测在Φ。这就是为什么iMOSFLM公司默认情况下始终使用两个图像。

在检查预测的图案时,还必须检查伪中心或晶格重复是否导致特定类别的反射系统较弱。如果在索引中仅使用强反射,则生成的单位电池太小,无法预测弱反射,应使用降低的强度阈值重复索引。

3.6. 空间组的选择

如果正确空间组已知,可以从下拉菜单中选择。如果不知道,则应假设最低对称性,直到数据被整合,并用无意义(参见§[链接]6.7). 选择空间组只会影响策略计算,对单元格没有任何影响精炼或数据集成。

3.7. 镶嵌估计

获得了晶体镶嵌性的初步估计(Rossmann,1979【Rossmann,M.G.(1979),《应用结晶杂志》,第12期,第225-238页。】)通过将(第一个)图像与不同的马赛克扩散值集成,并选择所有预测斑点的总强度达到平台值的值(图4[链接]). 如果单位电池较大时,随着一些反射被标记为重叠且未集成,马赛克扩展的较大值的总强度将下降(图4[链接]b条). 镶嵌在细胞中得到细化精炼以及数据集成,因此该初始估计的准确性并不重要。

[图4]
图4
镶嵌估计。所有预测斑点的总强度被绘制为马赛克扩散的函数。()在大多数情况下,总强度将达到马赛克扩散的正确值。(b条)当单位单元较大(或振荡角较大)时,总强度可能会下降,而不是趋于稳定,因为空间上重叠的点不整合。
3.7.1. 马赛克块尺寸

如果晶体的镶嵌块尺寸很小(小于几微米),则会改变视晶体镶嵌性,并将其作为分辨率的函数(Nave,1998【Nave,C.(1998),《水晶学报》,D54,848-853。】; 朱尔斯等。, 2007[Juers,D.H.,Lovelace,J.,Bellamy,H.D.,Snell,E.H.,Matthews,B.W.&Borgstahl,G.E.O.(2007),《结晶学报》D631139-1153。]). 实际上,与高分辨率下的较小值相比,这可能会在低分辨率下产生一到两度的明显马赛克扩散。这可以通过减小镶嵌块尺寸(默认值100µm)来建模,以便预测在低分辨率和高分辨率下与观察到的图案相匹配(图5[链接]). 这是通过在“图像”窗格中输入马赛克块大小的不同值手动执行的,但最好在单元格之后执行精炼(参见§[链接]5) 当单元、镶嵌扩展和晶体错位角度得到优化时。

[图5]
图5
镶嵌块尺寸对预测衍射图案的影响。减小镶嵌块大小可以有效地增加低分辨率下的明显镶嵌扩展,而在高分辨率下几乎没有影响。()100µm镶嵌块尺寸。(b条)2µm镶嵌块尺寸。

4.策略窗格

找到索引解决方案后,可以访问策略窗格(图6[链接]),这允许基于在索引阶段中定义的Laue群和晶体取向来计算最优几何数据收集策略。在选择策略任务时,将显示总体数据和异常数据的完整性值。这些数字假设Φ收集了第一张和最后一张图像之间的范围,如果只有两张初始筛选图像(通常相隔90°),则情况并非如此Φ旋转),以表征晶体。在这些情况下,应该使用“自动完成”按钮来计算最佳数据收集策略。默认模式(自动)将计算出Φ开始Φ结束这将提供一个完整的数据集。可以选择包括从同一晶体中以相同方向收集的数据,或优化异常数据的完整性。在许多空间组中,可以使用总计Φ旋转明显小于劳厄群严格要求的旋转,尤其是当晶体定向时,主轴均未与旋转轴对齐。例如,在正交空间组在两个30°段中旋转60°通常足以实现95%的整体完整性(尽管在低分辨率下完整性会低于此)。因此,该选项可在最多三个不同的段中收集数据,总旋转角度在30°到90°之间。关于完整性和多样性的各种统计数据作为分辨率和总旋转角度的函数以图形形式显示。建议旋转段的交互式图形表示显示在窗格的左下方(图6[链接])通过单击可以调整Φ开始Φ结束值并重新计算统计信息。

[图6]
图6
这个iMOSFLM公司策略窗格。正文中给出了详细信息。

另一个按钮(检查重叠)将根据分辨率、最小光斑间距和晶体镶嵌度的当前值,计算每个图像的最大振荡角,以避免空间重叠Φ建议的旋转范围。或者,可以针对不同的振荡角值计算重叠反射的百分比。在这两种情况下,结果都以直方图的形式显示在窗格的右下角。

5.细胞精炼窗格

根据自动感应步骤确定的电池参数基于点位置,并且精度有限,因为它们与晶体到探测器的距离高度相关,默认情况下不会细化,因为除了非常高分辨率的数据外,该距离没有很好地确定。细胞精炼任务(图7[链接])允许精炼基于后细化程序的单元参数、晶体取向和镶嵌性(Rossmann等。, 1979【Rossmann,M.G.,Leslie,A.G.W.,Abdel-Meguid,S.S.&Tsukihara,T.(1979),《应用结晶杂志》,第12期,第570-581页。】; 温克勒等。, 1979【Winkler,F.K.,Schutt,C.E.&Harrison,S.C.(1979),《结晶学报》,A35,901-911.】; Leslie,2006年【Leslie,A.G.W.(2006),《水晶学报》,D62,48-57。】)这提供了更准确的值,前提是数据的分辨率优于~3.5º。该过程涉及集成少量数据段(默认情况下为两段,但对于三斜对称性或单斜对称性,三段或三段以上可能会获得更好的结果)。根据振荡角度和马赛克扩散,自动计算每个分段中的最佳图像数。两段相隔90°inΦ如果图像可用,则选择(或尽可能接近90°)。部分记录的反射波在其所在图像上的总强度分布,以及摇摆曲线的模型,用于精致。在图像集成过程中,精细的探测器和晶体参数以图形方式显示,以及探测器中心斑点的平均斑点轮廓(图7[链接]). 通过使用鼠标滚轮或shift和鼠标左键的组合,可以展开这些图形中的任何一个来填充窗格。这些图表有助于检测集成中的任何问题,将在§[链接]6.1. 每个图像的探测器参数和晶体方向都会被细化,但细胞参数只会在所有图像的积分后进行细化。如果单元格参数发生较大变化,则所有图像都将重新整合,并且单元格精炼重复,整个过程重复收敛(最多五次)。完成后,报告初始和最终单元格参数及其估计的不确定性。单元边缘的估计不确定度通常应小于0.1º,单元角度的估计不确定性应小于0.1°。图形由点位置的r.m.s.误差(以下称为r.m.s.d.)、精细晶体到探测器的距离和精细YSCALE参数(Y(Y)探测器的方向),分别用于每个图像和每个循环精致。成功的指标精炼是所有图像的r.m.s.d.值、YSCALE值的减小(r轴IV和HTC镀膜探测器除外,其正确值为0.995)以及所有图像的一致探测器距离。

[图7]
图7
这个iMOSFLM公司单元格精炼窗格。在本例中,精细的直梁坐标绘制在上中心图中,精细晶体错位角和镶嵌扩展绘制在下中心图中以及r.m.s.残差绘制在右下角图中,所有这些都是图像数量的函数。探测器中心区域斑点的平均斑点轮廓显示在右上面板中。表中给出了初始和改进的单元参数及其标准不确定度的估计。

在数据太弱或分辨率太低而无法成功进行后细化的情况下,应使用从自动诱导获得的单元参数,在这些情况下,包括三个或四个图像(在Φ)可以提高电池参数的准确性。

6.集成窗格

尽管可以在自动诱导后直接整合数据,但通常建议首先完善单元参数(如§[链接]5). 这可以显著提高数据质量,尤其是当晶体到探测器的距离(从图像文件的标题读取)严重错误时。一个可能的例外是在真实劳厄群不确定的情况下,例如单斜空间组用一个β角度接近90°。在这种情况下,将5-10°的数据与来自自动索引的单元格进行集成,然后使用无意义(埃文斯,2011年【Evans,P.R.(2011),《水晶学报》,D67,282-292。】),将允许确定真正的对称性,这反过来又将决定哪些单元参数需要优化。

集成窗格(图1[链接])允许控制数据集成和额外的对称检测(无意义)和初步缩放(SCALA公司; 埃文斯,2006【Evans,P.(2006),《水晶学报》,D62,72-82。】). 默认情况下,在集成期间不会更新图像显示,因为这会增加大量的时间开销,但可以选择在集成期间打开或关闭图像更新通过工具栏上的按钮。集成的结果写入多记录CCP4 MTZ文件,该文件根据图像文件名分配文件名,但如果需要,可以重置。工具栏中的其他图标允许拒绝与结晶冰相对应的窄分辨率外壳中的所有反射,以及“等待”功能,该功能可用于集成处理开始时尚未采集的图像。当处理在同步加速器束线上采集的数据时,后一个选项非常有用,因为它允许在数据采集完成之前开始处理整个数据集。

数据集成以图像块的形式进行,通常在一个块中包含5-10个图像。每个图像的检测器参数都会被优化,所有预测点的测量框的像素值都会写入一个草稿文件。使用块中的所有图像形成标准轮廓,然后依次集成每个图像。通常,集成结果会写入无法使用的单个MTZ文件(例如对中间结果进行缩放),直到处理完成。该选项在“处理选项”对话框中可用,用于为每个图像块编写单独的MTZ文件。这些文件可用于运行毫无意义的SCALA公司在集成完成之前,可以选择运行无意义在集成每个图像块后自动执行。

6.1. 改进的探测器参数

随着积分的进行,精细的探测器参数被绘制出来。可以同时绘制任何参数组合,但为了简单起见,只允许使用两种不同的垂直比例。还可以选择在输入值处固定任何可细化参数,这可以改进对非常微弱的衍射数据的处理。这些图表将突出显示精致。通常,光束坐标的变化不应超过0.1 mm,探测器倾斜和扭曲的变化不应超过0.2°,距离应稳定在0.5 mm以内,YSCALE值应等于1.000(§[链接]5) 用于所有图像。此外,均方根残差(观测到的和预测到的斑点位置之间的均方根差值)应保持近似恒定,特别是对于探测器中心区域的斑点,除非斑点形状发生明显变化。同步加速器数据的典型值为0.03–0.06 mm,其中斑点通常相对较小。

如果由于辐射损伤,在数据采集过程中晶体单元-细胞参数发生显著变化,则晶体到探测器的距离将单调减小,YSCALE参数也可能发生变化。此外,如果单元参数不准确,YSCALE和探测器距离参数将以系统方式变化,以实现预测和观测点位置的最佳拟合。不准确的电池参数也可能导致探测器倾斜和扭曲的较大变化。例如,当为实际单斜但具有β角度接近90°。探测器倾斜和扭曲的系统变化是电池参数不准确或集成存在其他问题的极好指标。

6.2. 精细晶体参数

晶体错位角度[Φ(x),Φ(),Φ(z(z))]对每个图像(或者,对于精细切片数据,对于图像组)进行独立优化。对于一个完整的数据集,这些角度变化十分之几度并不罕见。这可能反映出方向上真正的微小变化,也可能是旋转轴与X射线束不完全正交的结果(这是一个隐含的假设),从而导致错位角发生明显变化,并以360°的周期重复。如果连续图像之间的方向变化小于晶体镶嵌度的约十分之一,则这些方向变化不会影响数据质量。在集成期间,单元参数通常是固定的,因为由于技术原因,没有足够的可用数据来准确定义所有单元参数的值。晶体镶嵌在积分过程中得到细化,因为镶嵌可能是各向异性的,并且可能由于辐射损伤而增加。马赛克风格精炼可能是不稳定的,如果晶胞尺寸或晶体方向存在错误,则会细化到接近零的值。因此,在细胞的第一个周期中精炼(参见§[链接]5) 只有在所有图像都被整合后,才对镶嵌效果进行细化。如果马赛克精炼不稳定时,建议将其固定在估计值并整合少量图像。这将更新晶体方向,如果这些图像随后被重新整合精炼通常是稳定的,镶嵌性不再需要固定。

6.3. 强度和其他统计数据

强度与其比值的平均值标准不确定度[/σ()]分别绘制所有反射和最高分辨率单元中的反射,作为全部和部分记录反射的图像数的函数(图1[链接],左下方图表)。这些曲线图表明衍射的总强度是否随时间而变化,例如由于辐射损伤或由于光束中的晶体不同心。还根据图像编号绘制了空间重叠反射、过载反射和标记为“坏点”的反射的数量。对于轴(或多个轴)很长的晶体,可能需要减小最小斑点间距值(根据斑点大小自动计算),以避免大量反射被标记为低分辨率的空间重叠。这些参数可以更改通过处理选项对话框。

6.4. 中心光斑轮廓

为处理的每个图像绘制探测器中心反射的平均光斑轮廓(图1[链接]),测量框的峰值和背景区域之间的边界绘制为蓝色轮廓。探测器参数中的问题精炼通常会导致平均斑点轮廓的外观恶化。这个MOSFLM公司程序自动确定测量框参数,这些参数定义了框的总体大小和峰值-背景边界的位置。通过改变“处理选项”对话框中的轮廓公差参数,可以实现对峰值-背景定义的额外控制,使峰值区域变小或变大。对于间隔非常近的点,可以增加轮廓公差值,减小峰值的大小,从而使其更加稳定精炼探测器参数和改进的光斑轮廓。根据平均光斑轮廓峰值区域的大小计算允许的最小光斑间距,并针对每个图像块进行更新。

6.5. 标准配置文件

每个处理过的图像块都会显示探测器不同区域的标准配置文件。按照中心光斑轮廓的说明绘制峰值-背景边界。标准轮廓的外观很好地表明了衍射的质量。理想情况下,所有标准剖面均为规则形状,不会显示斑点分裂或冰点或其他非布拉格衍射污染的迹象。当衍射太弱而无法形成明确的标准轮廓时,通过包括探测器相邻区域的斑点来计算平均轮廓。平均轮廓以红色边框表示,单击相关轮廓可以查看原始(未平均)轮廓。控制剖面平均值的参数可以更改通过处理选项对话框。

6.6. 分辨率相关统计

平均值/σ()不同分辨率范围内的值绘制为每个图像的直方图,完全记录和部分记录的反射分别绘制。该图可以提供数据分辨率极限的估计值,作为平均值的分辨率/σ()降至2.0以下,但最终分辨率极限将取决于数据的多样性和是否存在辐射损伤,因此这只是一个近似指标。

6.7. 使用检查对称性无意义:QuickSymm

集成一系列图像后,工具栏中的QuickSymm按钮启动程序运行无意义(埃文斯,2011年【Evans,P.R.(2011),《水晶学报》,D67,282-292。】)检测劳厄和空间群对称性。结果以图形形式显示在web浏览器中,并使用CCP4作为摘要和完整日志文件圣诞饰品公用事业(Briggs&Cowtan,2007【Briggs,P.&Cowtan,K.(2007),CCP4 Newsl.47,贡献7.】).无意义通常仅基于少量数据为劳厄组提供可靠的结果,因此如果空间组未知,运行是有用的无意义在细胞之前的一些图像上精炼或完整数据集的集成。只需知道正确的劳厄组(而不是空间组)即可优化数据集成。

6.8. 使用执行初步缩放标量:快速缩放

快速缩放按钮将首先运行无意义确定正确的劳厄组,然后运行SCALA公司(埃文斯,2011年【Evans,P.R.(2011),《水晶学报》,D67,282-292。】)按以下公式计算劳厄组中的数据无意义。无法控制的输入SCALA公司,使用默认选项运行。结果也显示在web浏览器中,使用圣诞饰品。虽然可能需要微调SCALA公司选项以获得最佳最终缩放,此方法提供了一个非常快速且有用的数据质量指标。

6.9. 以非交互方式处理数据

虽然以交互方式处理数据有很多优点,但会带来很大的时间损失。对于简单的数据集,通常最有效的方法是交互式地索引和细化单元格,并可能集成一些图像以确保没有问题,但将非交互式地执行集成步骤作为后台作业。工具栏中的Process按钮允许提交批处理作业通过下拉按钮选项。选择批次将显示MOSFLM公司在新窗口中处理作业的脚本。此脚本可以直接在主机上运行,也可以提交给网络上的远程主机。有经验的用户可以在提交之前编辑脚本,甚至可以将其复制并粘贴到现有的通用数据处理命令脚本中。这导致处理速度更快,但缺点是目前无法生成iMOSFLM公司批处理作业的图形输出。然而,中显示的许多图形iMOSFLM公司也可以通过运行中央对手方清算所4程序日志记录关于由生成的摘要文件MOSFLM公司.

6.10. 警告消息

生成的警告消息摘要MOSFLM公司在弹出框中生成,可通过单击任何iMOSFLM公司窗格。显示警告的重要性级别,双击警告或查看MOSFLM公司日志文件。

7.历史窗格

“历史记录”窗格显示当前会话中执行的所有操作的树结构。使用Reload选项,可以显示早期单元格的图形输出精炼或在会话中运行集成。此窗格还允许访问MOSFLM公司包含处理每个步骤的详细输出的日志文件。日志文件也会写入通用名称为MOSFLM的日期采样文件_yyyymmdd_hhmmss年/月/日.lp型。

8.技术说明

iMOSFLM公司MOSFLM公司作为单独的进程运行,两者之间的通信是通过TCP/IP套接字。iMOSFLM公司将指令传递给MOSFLM公司以标准的形式MOSFLM公司关键字,而信息传递回iMOSFLM公司存储和显示用可扩展标记语言(XML)定义。

iMOSFLM公司是用面向对象的Tcl/Tk编写的,并使用了对核心语言的一些扩展。使用的几个小部件是基于Iwidgets包提供的代码构建的。图像显示和自定义按钮利用tkImg扩展的部分功能(用于显示JPEG格式的衍射图像,以及PNG或GIF格式的按钮)。处理结果和GUI的当前状态使用TreeCtrl包存储在内部树结构中。由生成的所有XMLMOSFLM公司并通过套接字接收iMOSFLM公司使用tDom包进行分析。

iMOSFLM公司可以使用8.4版的任何版本的Tcl/Tk运行,尽管一些次要版本有影响其使用的特定错误。例如,Tk版本8.4.13在图像显示例程中有一个错误,使其速度异常缓慢。可以使用Tcl/Tk 8.5,但上面讨论的扩展不包括在大多数发行版中,因此需要单独安装。

9.结论

这个iMOSFLM公司该界面提供了一种直观易用的方法来处理衍射数据。该软件正在积极开发,以提高整体性能,允许处理包含多个晶格的图像,改进从多个晶体中收集数据的策略计算,并添加新的任务窗格,以便更好地控制运行无意义SCALA公司并显示来自这些程序的结果。还正在研究启动多个并行后台作业以快速处理整个数据集并以图形方式显示结果的能力。该软件随中央对手方清算所4个套餐(优胜者等。, 2011【Winn,M.D.等人(2011),《结晶学报》,D67,235-243。】)最新版本可从https://www.mrc-lmb.cam.ac.uk/harry公司既可以作为源代码,也可以作为Windows、Mac OSX和Linux平台的预编译可执行文件。

鸣谢

作者感谢Phil Evans、Frank von Delft和许多其他用户的宝贵建议和反馈。上的工作iMOSFLM公司由CCP4支持MOSFLM公司BBSRC授予BB/F020384/1。

工具书类

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结晶学
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