几种超分辨率荧光显微技术的原理和近期进展

在生命科学领域,人们常常需要在细胞内精确定位特定的蛋白质以研究其位置与功能的关系.多年来,宽场/共聚焦荧光显微镜的分辨率受限于光的阿贝/瑞利极限,不能分辨出200nm以下的结构.近年来,随着新的荧光探针和成像理论的出现,研究者开发了多种实现超出普通共聚焦显微镜分辨率的三维超分辨率成像方法.主要介绍这些方法的原理、近期进展和发展趋势.介绍了光源的点扩散函数(point spread function,PSF)的概念和传统分辨率的定义,阐述了提高xy平面分辨率的方法.通过介绍单分子荧光成像技术,引入了单分子成像定位精度的概念,介绍了基于单分子成像的超分辨率显微成像方法,包括光激活定位显微技术(photoactivated localization microscopy,PALM)和随机光学重构显微技术(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM).介绍了两大类通过改造光源的点扩散函数来提高成像分辨率的方法,分别是受激发射损耗显微技术(stimulated emission depletion,STED)和饱和结构照明显微技术(saturated structure illumination microscopy,SSIM).比较了不同的z轴提取信息的方法,并阐述了这些方法与xy平面上的超分辨率显微成像技术相结合所得到的各种三维超分辨率显微成像技术的优劣.探讨了目前超分辨率显微成像的发展极限和方向.

三维反卷积显微成像技术浅谈

三维宽场反卷积显微成像技术是应用光学切片方法获取三维标本的二维图像序列 ,然后通过反卷积图像处理方法进行图像恢复 ,进而进行三维重建的一种以光学技术和图像处理技术为核心的显微成像方法。本文讲述了光学切片的基本原理 ,给出了反卷积处理中点扩展函数的理论模型和实验测试方法 ,然后对现存的反卷积算法做了对比。最后 ,文章对这一领域的发展趋势作了预测。

三维反卷积显微成像技术

三维宽场反卷积显微成像技术是应用光学切片方法获取三维标本的二维图像序列，然后通过反卷积图像处理方法进行图像恢复，进而进行三维重建的一种以光学技术和图像处理技术为核心的显微成像方法。本文讲述了光学切片的基本原理，给出了反卷积处理中点扩展函数的理论模型和实验测试方法，然后对现存的反卷积算法做了对比。最后，还对这一领域的发展趋势做了预测。

三维反卷积显微成像技术浅谈

三维宽场反卷积显微成像技术是应用光学切片方法获取三维标本的二维图像序列 ,然后通过反卷积图像处理方法进行图像恢复 ,进而进行三维重建的一种以光学技术和图像处理技术为核心的显微成像方法。本文讲述了光学切片的基本原理 ,给出了反卷积处理中点扩展函数的理论模型和实验测试方法 ,然后对现存的反卷积算法做了对比。

双光子荧光显微系统中波前像差对三维点扩散函数的影响

双光子荧光显微系统被广泛应用于神经科学、免疫科学等生物医学研究,但由于生物组织的固有光学属性、样品放置等因素造成波前像差,使得显微成像质量易受影响.本文通过数值仿真分析了各泽尼克多项式所描述的像差及其对三维点扩散函数的影响,并以球差为例进行了实验验证.

基于三维高斯模型的参数盲解卷积算法

提出了一种新的基于三维高斯点扩展函数(PSF)模型的参数盲解卷积(PBD)算法,并将此算法用于显微光学切片的图像复原。由于PBD算法需要在估计样本函数的同时估计PSF的参数,一般采用的PSF的模型较为复杂,计算量大,收敛慢;而基于三维高斯PSF模型的算法只需要估计2个参数,因此计算量大大降低了。经过实验验证,该算法能够较好地复原光学切片的图像,并且估计出PSF的参数。