用于提高超分辨定位显微成像空间分辨率的数据处理方法研究

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超分辨定位显微成像将荧光显微成像的空间分辨率提高了超过一个数量级，使生命科学领域的研究者可以从分子水平观测生物精细结构与功能。为了提升该方法的测量精确度，拓宽该技术的应用范围，需要研究进一步提高超分辨定位显微成像空间分辨率的方法。其中，提升超分辨定位成像数据处理方法的精度是提高该技术空间分辨率的直接、有效手段。
　　本研究主要内容包括：⑴高精度快速高密度分子定位方法。本文分析了限制当前高密度定位方法计算性能的瓶颈，通过优化初始模型预估与多分子拟合的非凸优化问题求解，开发了高精度、少计算量的高密度分子定位方法PALMER，并基于ImageJ图像处理软件开发了此方法的实用性插件，解决了当前高密度分子定位算法无法兼容快速与高精度性能的问题。通过仿真与实验验证，证实PALMER方法具有高的定位精度与分子检测率，且定位速度比著名的高密度定位算法 DAOSTORM快一个数量级。比起常规的稀疏分子数据采集与定位，通过高密度分子采集与PALMER方法的结合，可以将奈奎斯特空间分辨率提升近四倍。⑵高精度漂移校正方法。本文深入分析了互相关漂移校正方法的数学模型，并利用定位数据集中不同时间的子数据集均描述同一目标结构的冗余性特征，开发了基于冗余互相关计算的漂移校正方法（RCC）。仿真与实验验证的结果显示，RCC算法具有高精度、高鲁棒性的特点。RCC方法一方面可以在处理此前互相关漂移校正方法不适用的低信号数据集时，获得纳米量级的高精度校正结果；另一方面还可以提升超分辨重建图像的有效空间分辨率：相比其他的互相关漂移校正方法，RCC算法将空间分辨率提升了约10％。⑶高性能分子筛选以及图像可视化方法。本文基于拓展定位数据集有效数据维度的基本思想，利用对目标结构的先验知识从定位数据集中提取结构各向异性特征，开发了基于各向异性系数的分子筛选方法。仿真与实验数据分析结果显示，该分子筛选方法可以有效滤除定位数据集中的背景噪声，包括其他方法所不能滤除的非特异性簇状聚合杂点，从而显著提高定位数据集的信噪比。

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作者
王伊娜;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科生物医学光子学
授予学位博士
导师姓名黄振立;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TH742.1;TH709;
关键词
医疗器械; 生物显微镜; 数据处理; 计算机技术;

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