[發明專利]熒光多分子定位方法、裝置以及超分辨成像方法、系統

有效

• 申請號: 201710190997.5
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106952233B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 于斌;張賽文;曹慧群;陳丹妮;屈軍樂
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;H04N19/60;H04N19/97;G01N21/64
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開了熒光多分子定位方法、裝置以及超分辨成像方法、系統，其中，所述熒光多分子定位方法通過采集多個熒光分子通過光學系統的熒光圖像；之后對所述熒光圖像進行傅里葉變換，獲得所述熒光圖像的傅里葉頻譜；對所述熒光圖像的傅里葉頻譜進行解卷積運算，并根據解卷積之后的圖像構造相應的傅里葉字典；之后基于所述傅里葉字典和解卷積之后的圖像，根據正交匹配追蹤算法計算多個熒光分子的坐標位置，采用基于頻域壓縮感知的正交匹配追蹤算法實現多分子納米定位，具有更快的計算速度，大大減少重構所需的時間。

技術領域

本發明涉及顯微成像技術領域，特別涉及熒光多分子定位方法、裝置以及超分辨成像方法、系統。

背景技術

熒光顯微成像因其具有非侵入性和時間分辨成像的特性被廣泛應用于分子和細胞生物學。盡管具有這些優勢，然而，標準的熒光顯微鏡由于受光學衍射極限的限制，對小于衍射極限的小尺度樣品來說，無法分辨。光敏定位顯微(PALM)、隨機光學重建顯微(STORM)等技術，通過單分子開關，能夠高精度的定位分子的位置，通過隨機稀疏的激發分子，定位分子，去激活，重復以上過程，從而可以突破橫向約200nm的衍射極限獲得納米級超分辨圖像。然而為了達到納米級的空間分辨率，通常需要數千幀圖像重構，重構時間需要幾十秒。使用強激光激發可以提高分子開關轉換速率，但是這樣會引起光漂白，并且強激光對活細胞樣品會有損傷，引起信號的衰減。

為了提高時間分辨率，又不引起樣品損傷，可以使每幀圖像提高激活的分子密度，但是高分子密度圖像可能會引起重疊，傳統的單分子定位算法無法精確實現定位。現有技術為了實現高密度單分子定位，提出了一系列算法如：最大似然估計中的DAOSTORM，貝葉斯統計，FSSTORM等，其相對于單分子擬合算法，識別分子密度有了一定的提高，但是計算速度均比較慢。

因而現有技術還有待改進和提高。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供熒光多分子定位方法、裝置以及超分辨成像方法、系統，采用基于頻域壓縮感知的正交匹配追蹤算法實現多分子納米定位，具有更快的計算速度，大大減少重構所需的時間。

為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：

一種熒光多分子定位方法，其包括如下步驟：

采集多個熒光分子通過光學系統的熒光圖像；

對所述熒光圖像進行傅里葉變換，獲得所述熒光圖像的傅里葉頻譜；

對所述熒光圖像的傅里葉頻譜進行解卷積運算，并根據解卷積之后的圖像構造相應的傅里葉字典；

基于所述傅里葉字典和解卷積之后的圖像，根據正交匹配追蹤算法計算多個熒光分子的坐標位置。

所述的熒光多分子定位方法中，所述采集多個熒光分子通過光學系統的熒光圖像的步驟中，所述熒光圖像為：

其中N_q為單個熒光分子發出的光子數，σ為高斯函數的標準差，(x,y)為圖像上的坐標，(x_q,y_q)為熒光分子的坐標位置，b為噪聲的強度。

所述的熒光多分子定位方法中，所述對所述熒光圖像進行傅里葉變換，獲得所述熒光圖像的傅里葉頻譜的步驟中，所述熒光圖像的傅里葉頻譜為：

其中，M，N為圖像的像元數，F(k，l)為光學系統在像元(k，l)處的光學傳遞函數，B[k，l]為像元(k，l)處的噪聲的傅里葉變換。

所述的熒光多分子定位方法中，所述對所述熒光圖像的傅里葉頻譜進行解卷積運算，并根據解卷積之后的圖像構造相應的傅里葉字典的步驟包括：

基于方程