[發(fā)明專利]一種冷凍電鏡三維重構中重構參數(shù)搜索方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810267090.9
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108510436B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 李雪明;胡名旭;沈淵;余洪坤;楊廣文;顧凱
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

1.一種冷凍電鏡三維重構中重構參數(shù)搜索方法，其特征在于，包括：

構建參數(shù)空間，對每一張實驗照片，通過蒙特卡洛模擬方法在所述參數(shù)空間中進行隨機采樣，獲取實驗照片在每個采樣點上與給定模型的初始似然度；

對初始似然度大于設定條件的采樣點進行重采樣，產生新的采樣點，并計算相應的似然度；

重復所述重采樣過程，直至所有采樣點的分布均方差不再減小；

將收斂后的采樣點的統(tǒng)計分布參數(shù)作為對該實驗照片的重構參數(shù)的一種統(tǒng)計描述，并用于重構生物大分子的三維電子密度圖，其中，統(tǒng)計分布參數(shù)為采樣點在參數(shù)空間中的統(tǒng)計分布情況；

構建參數(shù)空間具體包括：

構建平移子空間，將所述平移子空間通過x和y兩個平移參數(shù)描述；構建旋轉子空間，將所述旋轉子空間通過一個單位四元數(shù)q描述；構建離焦量子空間，將所述離焦量子空間通過一個離焦量的變化比例系數(shù)ζ描述；構建結構狀態(tài)子空間，將所述結構狀態(tài)子空間通過一個描述所屬結構狀態(tài)的整數(shù)編號μ來描述；

將所述平移子空間、旋轉子空間、離焦量子空間和結構狀態(tài)子空間組合成參數(shù)空間{x,y,q,ζ, μ}；

所述將收斂后的采樣點的統(tǒng)計分布參數(shù)作為對該實驗照片的重構參數(shù)的一種統(tǒng)計描述，還包括：

計算所述采樣點分布的均方差的倒數(shù)，并進行歸一化處理，將所述倒數(shù)作為對應實驗照片的權重；從采樣點中隨機選取N個或全部，按相同的權重參加三維重構。

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，獲取實驗照片在每個采樣點上與給定模型的似然度具體包括：

將給定三維參照物按采樣點的參數(shù)進行投影，計算投影和實驗照片間的似然度。

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，對初始似然度大于設定條件的采樣點進行重采樣具體包括：

將所述初始似然度作為采樣點的權重，根據(jù)權重對采樣點進行高低排序，將排序靠前的N個采樣點作為原采樣點進行重采樣，以每個原采樣點為中心重新獲取多個采樣點，且重采樣后的采樣點總數(shù)與重采樣前的采樣點總數(shù)相同。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，對初始似然度大于設定條件的采樣點進行重采樣后還包括：

每次采樣結束后，對采樣點分布情況進行統(tǒng)計，基于所述采樣點分布均方差進行下一輪重采樣。

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，直至所有采樣點的分布均方差不再減小具體 包括：

使所有采樣點的似然度收斂，若重采樣無法使采樣點收斂到更小的區(qū)域，則使所有采樣點收斂至具有最大似然度的采樣點附近。

6.一種冷凍電鏡三維重構中重構參數(shù)搜索系統(tǒng)，其特征在于，包括：

構建模塊，用于構建參數(shù)空間，對每一張實驗照片，通過蒙特卡洛模擬方法在所述參數(shù)空間中進行隨機采樣，獲取實驗照片在每個采樣點上與給定模型的初始似然度；

采樣模塊，用于對初始似然度大于設定條件的采樣點進行重采樣，產生新的采樣點，并計算相應的似然度；

循環(huán)模塊，用于重復所述重采樣過程，直至所有采樣點的分布均方差不再減小；

重構模塊，用于將收斂后的采樣點的統(tǒng)計分布參數(shù)作為對該實驗照片的重構參數(shù)的一種統(tǒng)計描述，并用于重構生物大分子的三維電子密度圖，其中，統(tǒng)計分布參數(shù)為采樣點在參數(shù)空間中的統(tǒng)計分布情況；

構建參數(shù)空間具體包括：

構建平移子空間，將所述平移子空間通過x和y兩個平移參數(shù)描述；構建旋轉子空間，將所述旋轉子空間通過一個單位四元數(shù)q描述；構建離焦量子空間，將所述離焦量子空間通過一個離焦量的變化比例系數(shù)ζ描述；構建結構狀態(tài)子空間，將所述結構狀態(tài)子空間通過一個描述所屬結構狀態(tài)的整數(shù)編號μ來描述；

將所述平移子空間、旋轉子空間、離焦量子空間和結構狀態(tài)子空間組合成參數(shù)空間{x,y,q,ζ, μ}；

所述將收斂后的采樣點的統(tǒng)計分布參數(shù)作為對該實驗照片的重構參數(shù)的一種統(tǒng)計描述，還包括：

計算所述采樣點分布的均方差的倒數(shù)，并進行歸一化處理，將所述倒數(shù)作為對應實驗照片的權重；從采樣點中隨機選取N個或全部，按相同的權重參加三維重構。