[发明专利]用于超分辨定位显微成像混合密度数据处理的装置及方法

说明书

本发明公开了用于超分辨定位显微成像混合密度数据处理的装置和方法，该装置包括：数据采集卡、PC、FPGA板卡及GPU板卡。数据集卡用于采集相机探测到的原始图像数据，数据采集卡直接通过主板的PCIE插槽与PC连接；PC通过控制软件提取数据采集卡中原始图像数据，并将原始图像数据传输至FPGA板卡，FPGA板卡对原始图像数据中稀疏和高密度荧光分子进行判断及分类处理，并将稀疏和高密度分子子区域传输至PC；PC中的GPU板卡对稀疏和高密度分子分别用不同的定位算法进行处理。生物荧光样品中稀疏分子区域量大，定位速度快，但图像数量大。而高密度分子区域量相对较小，定位速度较慢。重建过程中，实现稀疏/高密度混合分子超分辨图像重建的实时处理和可视化。

技术领域

本发明属于超分辨定位显微成像技术领域，更具体地，涉及用于超分辨定位显微成像混合密度数据处理的装置及方法。

背景技术

超分辨定位成像技术已可实现达到20nm的空间分辨率，可以从分子水平研究细胞内复杂的工作机制，已成为生命科学研究领域不可或缺的研究工具。快速发展的弱光探测器(sCMOS)的数据输出速度已达近1GB/s，目前已有多种稀疏分子定位算法，速度相对较快，精度各有差异。而高密度分子定位算法，由于其复杂的分子模型，计算速度缓慢，成为业界比较关注的问题。对于普通生物样品而言，超分辨定位成像的原始图像中，几乎普遍存在大部分信号是稀疏分子发光，而小部分信号是高密度分子发光的情况。这样，若只使用单纯的稀疏分子定位算法，不可避免地需要丢掉高密度分子发光部分的图像，使得结果存在部分图像缺失。然而，若单纯使用高密度分子定位算法来做数据处理的话，会严重降低了数据处理的速度，无法实现超分辨图像的实时数据处理和可视化。需要发展混合密度分子定位算法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供用于超分辨定位显微成像混合密度数据处理的装置及方法。旨在解决现有数据处理方法不能兼顾生物样品中普遍存在的分子密度分布不均与分子定位算法单一的问题。

作为本发明的一方面，本发明提供一种用于超分辨定位显微成像混合密度数据处理的装置，包括：

数据采集卡、PC、FPGA板卡及GPU板卡；数据采集卡用于采集相机探测到的原始图像数据，数据采集卡直接通过主板的PCIE插槽与PC连接；PC通过控制软件提取数据采集卡中原始图像数据，并将原始图像数据传输至FPGA板卡，FPGA板卡对原始图像数据中稀疏分子和高密度荧光分子进行判断及分类处理，并将稀疏和高密度分子子区域传输至PC，PC中的GPU板卡用不同的定位算法对稀疏和高密度分子子区域进行处理。

优选地，PC中存储区域和FPGA板卡之间进行直接通信。

优选地，PC中设有两个存储区域，第一个存储区域用于存储稀疏分子子区域，第二存储区域用于高密度分子子区域，GPU板卡分别提取第一个存储区域和第二个存储区域中数据并对进行处理。

优选地，PC中包含多个GPU板卡，一部分GPU板卡用于对稀疏分子子区域进行定位处理，剩余GPU板卡用于对高密度分子子区域进行定位处理。

优选地，PC和FPGA板卡通过PCIE接口连接。

作为本发明的另一方面，本发明提供一种基于上述装置的方法，FPGA板卡根据如下步骤提取原始图像数据中稀疏荧光分子和高密度荧光分子：

步骤1：对原始图像数据进行降噪和去背景处理；

步骤2：对处理后的原始图像数据进行荧光点判断获得荧光图；

步骤3：对荧光图用稀疏荧光点判断方法判断，若待判断图像区域满足稀疏条件，进行稀疏子区域提取，否则，进行高密度子区域提取。

优选地，稀疏子区域所提取子区域小于高密度子区域所提取子区域。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：