基于TV-SIM重建的超分辨FRET成像方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于TV

【技术实现步骤摘要】
基于TV
‑
SIM重建的超分辨FRET成像方法、系统及介质


[0001]本专利技术属于超分辨FRET成像的
，具体涉及一种基于TV
‑
SIM重建的超分辨FRET成像方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]荧光共振能量转移(FRET)显微成像技术是在活细胞中检测分子结构与互作事件不可或缺的技术手段，其可以在活细胞中实时定量分析纳米尺度分子基本物化过程，被广泛的应用于研究分子间的相互作用。由于常规荧光显微镜的衍射极限，不能直接测得亚细胞结构的图像；而超分辨显微术虽然能够更精细地观测亚细胞空间结构，但获得实际的分子分辨率还要相差一个数量级，所以无法解析活细胞中1
‑
10nm尺度的动态分子事件。融合超分辨显微术和FRET技术，以超分辨率的方法获得分子结构和功能信息，将有效提升FRET技术在亚细胞器尺度下的成像质量和分析能力，实现亚细胞器尺度分子事件更精细的分析研究。目前的超分辨FRET大多数处于定性研究阶段，这种定性研究只能在某一程度揭示问题，且依赖于实验设备和测量系统；由于没有一个固定的比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于TV
‑
SIM重建的超分辨FRET成像方法，其特征在于，包括下述步骤：将供受体样品经过结构光调制，获取三通道原始图像数据组；使用傅里叶变换将三通道原始图像数据组从空域转换为频域，并提取频域下对应的频谱；对三通道原始图像数据组进行参数估计，得到结构光的波矢量、调制深度及初相位；根据求得的结构光波矢量、调制深度及初相位进行频谱分离及频谱搬移，再基于全变分正则项的迭代反卷积进行频谱融合，迭代完成后进行逆傅里叶变换，得到空域下的三通道超分辨图像数据；采用通道敏化强度测量法对空域下的三通道超分辨图像进行数据处理，测量得到结构光超分辨下的FRET效率和FRET供受体浓度比。2.根据权利要求1所述的基于TV
‑
SIM重建的超分辨FRET成像方法，其特征在于，所述获取三通道原始图像数据组，具体为：通过多色结构光照明超分辨显微成像系统获取基于通道敏化强度测量法的三通道原始图像数据组，包括在受体激发下受体通道收集的荧光强度在供体激发下受体通道收集的荧光强度和在供体激发下供体通道收集的荧光强度其中r＝(x,y)为荧光图像像素的空间坐标，d＝1,2,3为结构光的方向角数，为第d方向角下结构光的初相位；所述每一组图像数据组为不同方向角和不同相位的余弦结构光照明的宽场荧光图像，所述结构光表示为：其中，c
d
为第d方向角下结构光的调制深度，P
d
为第d方向角下结构光的波矢量；所述每一组图像数据组同一方向角上的不同相位的相位差相等。3.根据权利要求2所述的基于TV
‑
SIM重建的超分辨FRET成像方法，其特征在于，所述频域下对应的频谱，表示为：其中，d为结构光的方向角数；为在第d方向角下第n个相位；k为荧光图像像素在频域下的坐标；g(k)为原始图像的频域分布；c
d
为d方向角下的结构光调制深度；P
d
为d方向角下的结构光波矢量；H(k)为多色结构光照明超分辨显微成像系统的光学传递函数；将同一方向角下三个不同相位结构光的频谱进行联立，简化为线性方程组：其中，M为可逆矩阵，表示为：
为d方向角下第1个相位，即初相位；n为相位数量。4.根据权利要求3所述的基于TV
‑
SIM重建的超分辨FRET成像方法，其特征在于，所述得到结构光的波矢量、调制深度和初相位，具体为：在某一方向角的线性方程组两边同时乘以M矩阵的逆矩阵M
‑1，得到频谱成分方程组：其中，C0(k)为0级频谱，表示光学传递函数H(k)截止频率内的中低频成分；C
‑1(k)为
‑
1级频谱，C
+1
(k)为+1级频谱；C
‑1(k)和C
+1
(k)包含光学传递函数H(k)截止频率外的高频成分，也包含一部分光学传递函数H(k)截止频率内的中频成分；利用重叠频谱的相关性，假设C
‑1(k)在频域里移动照明频率矢量+p
′
d
，结合频谱成分方程组，C
‑1(k)乘以光传递函数H(k)后的
‑
1级频谱C
′
‑1(p
′
d
)表示为：同时，将C0(k)乘以H(k+p
′
d
)得：C
′0(p
′
d
)＝C0(k)H(k+p
′
d
)＝[g(k)
·
H(k)]
·
H(k+p
′
d
)当且仅当照明频率矢量等于结构光波矢量p
′
d
＝P
d
时，互相关函数C(p
′
d
)达到最大值，其具体定义为：在每个频率点对两个频谱成分的比值进行线性回归：从回归结果中估计调制深度c
d
和初相位的值；同理求得其他方向角的波矢量、初相位和调制深度。5.根据权利要求4所述的基于TV
‑
SIM重建的超分辨FRET成像方法，其特征在于，所述根据求得的结构光波矢量、调制深度及初相位进行频谱分离及频谱搬移，具体为：根据计算出的结构光波矢量、初相位和调制深度，分离结构光的频谱，得：
其中，为分离后0级频谱分量；为分离后
‑
1级频谱分量；为分离后+1级频谱分量；m0、m
‑1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗泽伟，蔡竺祝，陈同生，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：