Phase stretch transform for super-resolution localization microscopy

doi:10.1364/BOE.7.004198

.2016年9月19日；7(10):4198-4209.

doi:10.1364/BOE.7.004198。 eCollection 2016年10月1日。

超分辨定位显微镜的相位拉伸变换

塔利·伊洛维茨¹, 巴赫拉姆·贾拉利², 穆罕默德·阿斯加里², 泽夫·扎列夫斯基¹

附属公司

¹以色列拉马特甘巴伊兰大学工程学院，邮编：52900；以色列拉马特甘巴伊兰大学巴伊兰纳米技术与先进材料研究所，邮编：5290002。
²美国加州大学洛杉矶分校电气工程系，加利福尼亚州洛杉矶90095。

PMID： 27867725
预防性维修识别码： PMC5102550型
内政部： 10.1364/桶油当量7.0004198

超分辨定位显微镜的相位拉伸变换

塔利·伊洛维茨等。生物识别Opt Express. 2016.

.2016年9月19日；7(10):4198-4209.

doi:10.1364/BOE.7.004198。 eCollection 2016年10月1日。

作者

塔利·伊洛维茨¹, 巴赫拉姆·贾拉利², 穆罕默德·阿斯加里², 泽夫·扎列夫斯基¹

附属公司

¹以色列拉马特甘巴伊兰大学工程学院，邮编：52900；以色列拉马特甘巴伊兰大学巴伊兰纳米技术与先进材料研究所，邮编：5290002。
²美国加州大学洛杉矶分校电气工程系，加利福尼亚州洛杉矶90095。

PMID： 27867725
预防性维修识别码： PMC5102550型
内政部： 10.1364/BOE.7.004198

摘要

超分辨率定位显微镜通过实现比衍射极限提高一个数量级以上的空间分辨率，彻底改变了细胞尺度上对生物结构的观察。这些方法在重复的周期中定位来自孤立源的单个事件，以实现超分辨率。同时激活的源在视场中的稀疏分布要求采集数千帧以构建完整的超分辨率图像。因此，这些方法的时间分辨率较慢，这是研究活细胞动力学时的一个主要限制。本文介绍了相位拉伸变换在高密度超分辨定位显微镜中的应用。这是一种非线性频率相关变换，它模拟光通过具有特定扭曲衍射特性的物理介质的传播，并将2D相位函数应用于频域中的图像。通过适当选择变换参数和相位核轮廓，可以锐化和缩小每个发射极的点扩散函数。这样可以定位重叠发射器，从而使激活发射器的密度更高，数据采集速率更短。该方法通过数值模拟和微管样品的实验数据进行了验证。

关键词：（100.0100）图像处理；（100.3010）图像重建技术；（100.6640）超分辨率；（180.2520）荧光显微镜。

PubMed免责声明

数字

图1
距离为的两个PSF的图像*1.5σ~300nm*。原始图像（蓝线）。改进的K因子算法应用于原始图像（黑色），PST方法应用于原始图片（红色）。

图2
模拟结果。（a）具有加性散粒噪声（N=5000）和背景噪声（N）的原始图像_b条=5）。（b） K因子算法的结果。（c） PST结果。（d） -（f）是分别在（a）-（c）中用1标记的黄色区域的放大倍数。（g）是参数为W＝50、S＝5的PST阶段内核轮廓。（h）原始数据（黑线）和PST处理图像（红线）的单个PSF的OTF。

图3
（a） ●●●●。作为信噪比函数的孤立辐射源定位误差。（b） ●●●●。作为信噪比函数的两点源之间的最小可分辨距离。这两个模拟都包含1000次蒙特卡罗迭代。应用于原始图像的高斯拟合显示在蓝线中。应用于原始数据并使用PST处理的高斯拟合的PST显示在红线中。

图4
未经处理的单个dSTORM帧（a）。PST处理（b）后。标记区域是可以清楚看到差异的示例。（c）（e）和（g）是（a）中标记区域的放大倍数。（d）（f）和（h）是（b）中标记区域的放大倍数。（i）比较从（a）中的原始图像（黑线）获取的孤立PSF的OTF和从（b）中获取的PST处理帧（红线）。

图5
SR-dSTORM重建Alexa647标记微管样品的成像数据，无需进行处理并使用PST方法。上面一行中的图像表示使用*10,000*帧和下一行中的帧使用*2,500*框架。（a）以及（d）常规dSTORM分析。（b）（e）对来自dSTORM定期分析的原始数据进行PST处理。（c）中的黑线和红线分别表示（a）和（b）中白色虚线的横截面。

图6
生成SR图像所需的PST帧数是与10000个原始数据图像重建相关百分比的函数。

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