[發明專利]估計STED分辨率的方法和設備

有效

• 申請號: 202110330655.5
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113514948B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 凱·沃爾特;拉爾斯·弗里德里希
• 申請（專利權）人: 萊卡微系統CMS有限責任公司
• 主分類號: G02B21/36
• 分類號: G02B21/36
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

本發明涉及一種用于估計STED分辨率的方法，包括以下步驟：從視場生成表示參考圖像的第一幀(F0)，所述參考圖像(F0)具有預定參考分辨率，從同一視場生成表示STED圖像的至少一個第二幀(F1?FN)，所述STED圖像具有待估計的STED分辨率；通過應用具有至少一個擬合參數的卷積核于第二幀(F1?FN)使第二幀(F1?FN)模糊；確定卷積核的擬合參數的優化值，對于該優化值，第一幀和模糊的第二幀之間的差被最小化；以及基于擬合參數的優化值和預定參考分辨率估計STED分辨率。

技術領域

本發明涉及一種用于估計STED分辨率的方法和設備。

背景技術

受激發射損耗顯微術(STED)是一種熒光顯微鏡技術，其可以克服其他技術例如共焦顯微術的衍射受限的光學分辨率。通過在衍射受限的激發焦點的外部區域中使用高強度激光的受激發射來關閉熒光團的熒光來實現分辨率的提高。強激光使幾乎所有的激發熒光團返回到非熒光基態。然后檢測來自激發焦點的中心中的剩余的激發熒光團的熒光，以創建高分辨率圖像。STED顯微鏡技術的原理在例如US?5?731?588中詳細說明。

與光學分辨率僅取決于用于對樣本成像的光學系統的光學參數的寬視野或共焦顯微術相比，STED中的光學分辨率特別地取決于熒光團及其環境的光物理性質。因此，與寬視野或共焦顯微術相比，STED分辨率的估計非常困難。基本上，在實際的STED實驗中，用戶沒有有關STED分辨率的任何信息。由于通過去卷積重建圖像需要有關分辨率的信息，因此非常期望找到一種用于測量和/或估計STED分辨率的方法。

在更廣泛的背景下，本領域已知一種稱為傅立葉環相關(FRC)的方法。FRC測量傅立葉空間中的歸一化互相關，即根據空間頻率。如果要成像的樣本沒有任何清晰的輪廓，則空間頻率低，并且FRC不適合使用。因此，FRC結果不能用于去卷積。此外，FRC強烈依賴于噪聲，從而對于低信噪比(SNR)圖像，計算將失敗。有趣的是，對于特別好的SNR(大約SNR50)，FRC計算還是錯誤的，并且當SNR趨于無窮大時，FRC測量收斂到零。FRC在Koho,S.；Tortarolo,G.；Castello,M.；Deguchi,T.；Diaspro,A.和Vicidomini,G.于2018年在《自然通信》上發表的“Fourier?ring?correlation?simplifies?image?restoration?influorescence?microscopy”》中有描述。

發明內容

本文目的是提供一種適于可靠地估計STED分辨率的方法和設備。

上述目的是通過根據一種用于估計STED分辨率的方法、一種用于估計STED分辨率的設備以及一種計算機存儲介質來實現的。

根據一個實施例，提供了一種用于估計STED分辨率的方法，該方法包括以下步驟：從視場生成表示參考圖像的第一幀，所述參考圖像具有預定參考分辨率；以及從同一視場生成表示STED圖像的至少一個第二幀，所述STED圖像具有待估計的STED分辨率；通過將具有至少一個第一參數的卷積核應用于第二幀來模糊第二幀；確定卷積核的擬合參數的優化值，對于該優化值，第一幀和模糊的第二幀之間的差被最小化；以及基于擬合參數的優化值和預定參考分辨率，估計STED分辨率。

優選地，參考圖像是共焦圖像，并且預定參考分辨率是預定共焦分辨率。

在優選實施例中，基于預定參考分辨率和擬合參數的優化值之間的差來確定STED分辨率。可替代地，基于預定參考分辨率的平方與擬合參數的優化值的平方之間的差來確定STED分辨率。

卷積核可由高斯核或基于球貝塞爾函數的核或基于艾里函數的核表示，其寬度表示擬合參數。

優選地，預定參考分辨率僅取決于用于生成參考圖像的光學系統的光學參數。

可以從第二幀確定信噪比，并且可以根據信噪比來校正STED分辨率。