[发明专利]估计STED分辨率的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于估计STED分辨率的方法，包括以下步骤：从视场生成表示参考图像的第一帧(F0)，所述参考图像(F0)具有预定参考分辨率，从同一视场生成表示STED图像的至少一个第二帧(F1‑FN)，所述STED图像具有待估计的STED分辨率；通过应用具有至少一个拟合参数的卷积核于第二帧(F1‑FN)使第二帧(F1‑FN)模糊；确定卷积核的拟合参数的优化值，对于该优化值，第一帧和模糊的第二帧之间的差被最小化；以及基于拟合参数的优化值和预定参考分辨率估计STED分辨率。

技术领域

本发明涉及一种用于估计STED分辨率的方法和设备。

背景技术

受激发射损耗显微术(STED)是一种荧光显微镜技术，其可以克服其他技术例如共焦显微术的衍射受限的光学分辨率。通过在衍射受限的激发焦点的外部区域中使用高强度激光的受激发射来关闭荧光团的荧光来实现分辨率的提高。强激光使几乎所有的激发荧光团返回到非荧光基态。然后检测来自激发焦点的中心中的剩余的激发荧光团的荧光，以创建高分辨率图像。STED显微镜技术的原理在例如US 5 731 588中详细说明。

与光学分辨率仅取决于用于对样本成像的光学系统的光学参数的宽视野或共焦显微术相比，STED中的光学分辨率特别地取决于荧光团及其环境的光物理性质。因此，与宽视野或共焦显微术相比，STED分辨率的估计非常困难。基本上，在实际的STED实验中，用户没有有关STED分辨率的任何信息。由于通过去卷积重建图像需要有关分辨率的信息，因此非常期望找到一种用于测量和/或估计STED分辨率的方法。

在更广泛的背景下，本领域已知一种称为傅立叶环相关(FRC)的方法。FRC测量傅立叶空间中的归一化互相关，即根据空间频率。如果要成像的样本没有任何清晰的轮廓，则空间频率低，并且FRC不适合使用。因此，FRC结果不能用于去卷积。此外，FRC强烈依赖于噪声，从而对于低信噪比(SNR)图像，计算将失败。有趣的是，对于特别好的SNR(大约SNR50)，FRC计算还是错误的，并且当SNR趋于无穷大时，FRC测量收敛到零。FRC在Koho,S.；Tortarolo,G.；Castello,M.；Deguchi,T.；Diaspro,A.和Vicidomini,G.于2018年在《自然通信》上发表的“Fourier ring correlation simplifies image restoration influorescence microscopy”》中有描述。

发明内容

本文目的是提供一种适于可靠地估计STED分辨率的方法和设备。

上述目的是通过根据一种用于估计STED分辨率的方法、一种用于估计STED分辨率的设备以及一种计算机存储介质来实现的。

根据一个实施例，提供了一种用于估计STED分辨率的方法，该方法包括以下步骤：从视场生成表示参考图像的第一帧，所述参考图像具有预定参考分辨率；以及从同一视场生成表示STED图像的至少一个第二帧，所述STED图像具有待估计的STED分辨率；通过将具有至少一个第一参数的卷积核应用于第二帧来模糊第二帧；确定卷积核的拟合参数的优化值，对于该优化值，第一帧和模糊的第二帧之间的差被最小化；以及基于拟合参数的优化值和预定参考分辨率，估计STED分辨率。

优选地，参考图像是共焦图像，并且预定参考分辨率是预定共焦分辨率。

在优选实施例中，基于预定参考分辨率和拟合参数的优化值之间的差来确定STED分辨率。可替代地，基于预定参考分辨率的平方与拟合参数的优化值的平方之间的差来确定STED分辨率。

卷积核可由高斯核或基于球贝塞尔函数的核或基于艾里函数的核表示，其宽度表示拟合参数。

优选地，预定参考分辨率仅取决于用于生成参考图像的光学系统的光学参数。

可以从第二帧确定信噪比，并且可以根据信噪比来校正STED分辨率。