[发明专利]用于相关噪声去除的扩展场迭代重构技术（EFIRT）

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过在三维(3D)结构重构中应用扩展场迭代重构技术(EFIRT)来去除相关噪声的计算机实现的方法和系统。

背景技术

如今，在医学和生物学应用中层析重构已经成为广泛使用的用于结构确定的技术。诸如蛋白质和核酸的大分子是重要的生物大分子，该大分子在其结构内拥有重要的功能信息。此外，大部分含有蛋白质的生物大分子是柔性的，具有与其它分子相互作用的增强的能力。因此，结构确定尤其对于理解分子之间相互作用的目的具有重要应用，并且因此，在药物开发中是至关重要的。

许多标准3D结构确定技术(诸如，x射线晶体学、核磁共振(NMR)或单颗粒低温电子显微术)是基于取平均，这可能会导致关于大分子结构的构造或柔韧性的大部分信息的损失。为了克服该问题，引入低温电子层析摄影术(Cryo-ET)，其涉及以不同倾角拍摄低温样品的透射电子显微镜(TEM)图像并且通过校准和反向投射不同的图像来重构3D层析图。Cryo-ET由于快速冷冻至液氮温度而保留了分子的天然结构，并且不必涉及取平均。结果，使得能够在天然状态下对柔性多域蛋白进行全面研究。

大分子的Cryo-ET 3D重构会遇到几种类型的噪声。一种类型的噪声是样品噪声，该样品噪声主要是由于在数据记录期间样品的重排或者由于电子束损伤导致的退化而引起的。通常使用足够低的剂量来最小化这种类型的噪声。然而，低剂量增大了由低照度造成的不相关的散粒噪声。另外，相关噪声可能由于TEM检测器的缺陷而出现。这是因为通常建立增益基准以均衡来自单个检测器元件的响应，但是增益基准的误差可能产生与检测器的区域(而不是与样品)相关的噪声。

使用用于正则化修正(regularized refinement)的过程(诸如，约束型最大熵层析摄影术(COMET))能够显著降低cryo-ET重构中的大部分不相关的散粒噪声。在医学应用中，由于会使用大剂量，所以通常很大程度地避免了散粒噪声。然而，产生自检测器测量的相关噪声难以处理，这是因为这种类型的噪声与检测器表面上的灵敏度变化相关。为了确保同质的信号响应，实践中通常使用平场，但是给出平场的质量的变化，那么所产生的基线随之变化。基线周围的变化导致位置相关的噪声，在2D或3D重构中，该位置相关的噪声在取决于与检测器表面正交的方向的长度的位置上或者对于许多投射在不倾斜的波束方向上产生增大的背景。

鉴于以上，存在对用于针对增强的三维(3D)重构图像去除相关噪声的改进技术的需求。

发明内容

技术问题

因此，本发明致力于基本上避免由于相关技术的限制和缺陷而造成的上述讨论的一个或更多个问题和其它问题的方案。

本发明的目的在于提供一种用于去除3D重构中的相关噪声的计算机实现的系统和方法。

问题的解决方案

为实现这些和其它优势并且根据本发明的目的，如实施和广泛描述的，在一个方面，本发明提供了一种在三维(3D)重构中通过应用扩展场迭代重构技术(EFIRT)去除相关噪声的计算机实现的方法，其中，该方法包括：对大于感兴趣区域(ROI)的扩展场执行一组连续的重构；以及从所述一组连续的重构中提取ROI并对ROI取平均。

在一个方面，本发明提供了一种包括以上引用的特征的计算机实现的方法，其中，通过在电子场的方向上增大z值以增大每个连续的重构的体积来执行该一组连续的重构。

在另一方面，本发明提供了一种包括以上引用的特征的计算机实现的方法，并且还包括利用COMET(约束型最大相关熵层析摄影术)去除所述3D重构中的不相关噪声。

在又一方面，本发明提供了一种包括以上引用的特征的计算机实现的方法，其中，经由低温电子层析摄影术(Cryo-ET)应用来实现3D重构。

在一个方面，本发明还提供了一种用于改善样品的三维(3D)重构的装置，所述装置被程序化以执行指令，所述指令包括：利用COMET(约束型最大相关熵层析摄影术)去除所述3D重构中的不相关噪声；以及通过应用扩展场迭代重构技术(EFIRT)过程去除所述3D重构中的相关噪声。

在另一方面，本发明提供了一种包括以上引用的特征的装置，其中，所述EFIRT过程包括对大于感兴趣区域(ROI)的扩展场执行一组连续的重构；以及从所述一组连续的重构中提取ROI并且对ROI取平均。

发明的有益效果