[发明专利]单个荧光探针的定位方法、装置及超分辨成像方法、系统

说明书

技术领域

本发明属于显微成像领域，尤其涉及一种单个荧光探针的定位方法、装置及超分辨成像方法、系统。

背景技术

荧光显微成像由于受光学衍射极限的限制，其空间分辨率只能达到横向约200nm、轴向约600nm。对于尺度小于衍射极限的单个荧光探针来说，探测到荧光图像的大小是由显微光学系统的艾里斑确定的，而该荧光探针的实际空间位置可由该弥散斑的质心确定，其定位精度可达纳米级。单个荧光探针的定位和探测为监测蛋白质及生物大分子的动力学过程提供了强大的工具，成为细胞生物学最重要的研究领域之一，如在感染过程中的流感病毒的运动，分子马达的运动等。超分辨荧光成像可以以纳米级的空间分辨率直观地显示被标记分子在被标记物内的空间分布，并能用来研究被标记分子之间的相互作用过程，可用于生物领域研究细胞内DNA、RNA与蛋白质分子之间的相互作用和运动规律。目前常用的荧光成像方法是利用荧光标记物本身的开关效应来进行定位的显微成像技术，通过时分复用、质心定位以及图像复合来进行纳米分辨成像。例如，光敏定位显微(PALM)、随机光学重建显微(STORM)等等，它们在每个时刻获取稀疏分布的荧光标记物的定位信息，然后将不同时刻获得的定位信息叠加，最终实现高横向纳米分辨。结合轴向分辨辅助元件或方法，可进行三维纳米显微成像。根据基于单分子定位方法的超分辨荧光显微的原理可知，单分子定位方法的优劣对超分辨图像质量和数据处理速度都有重要的影响，提高荧光分子的定位速度是进行实时成像的重要途经。

目前，单个荧光探针定位方法主要有质心法、高斯拟合法、极大似然法，解线性方程组法，马良算法等。在这些方法中，质心法速度快，但定位精度较低。高斯拟合法在弱信号水平下能保持较高的定位精度，从而成为超分辨成像中应用最广泛的一种定位方法，然而该方法需要进行迭代拟合运算，收敛速度和精度对初始值的选取有很强的依赖性，并且非常耗时。极大似然法也是一个迭代优化方法，与高斯拟合法存在同样的问题。解线性方程组法是在知道荧光分子成像模型与背景噪声强度的情况下，导出一个线性方程组，通过求解线性方程组获得荧光分子的精确位置，该算法速度很快，但对噪声评估有很强的依赖性。马良算法将极大似然估计和图形处理单元(graphics processing unit，GPU)并行计算相组合，实现了单分子定位的快速运算，但算法的本质还是一种迭代优化算法。并且，对厚样品成像来说，精确估计噪声是非常困难的，非焦面荧光在不同的获取时刻在空间和时间上都是变化的，即使是在均匀光照明下，CCD中不同的像素也具有不同的噪声和背景标准，因此该方法受噪声的影响仍然很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单个荧光探针的定位方法，旨在解决传统定位方法定位速度慢及受噪声影响大的问题。

本发明是这样实现的，一种单个荧光探针的定位方法，所述方法包括下述步骤：

以所述单个荧光探针的荧光图像的极大值点为中心，选取一矩形区域；

对所述矩形区域内的荧光图像进行傅里叶变换，获得所述荧光图像的傅里叶频谱：

I′(k,l)=H(k,l)exp[-j2π(x0M·k+y0N·l)]+B(k,l)]]>