15 лучших авторов для кормящих только фанатов, за которыми стоит следить в 2023 году
Aug 14, 202343 Игра
Jul 15, 20236 лучших всасывающих и напорных очистителей бассейна 2023 года, протестированных и рассмотренных
Jun 29, 20237 лучших систем фильтрации воды для всего дома 2023 года
Jul 01, 2023Настройка разделителя для оптимального рисунка материала
Jul 09, 2023Открыть
Nature Methods, том 20, страницы 1183–1186 (2023 г.) Процитировать эту статью
3520 Доступов
37 Альтметрика
Подробности о метриках
Open-3DSIM — это платформа реконструкции с открытым исходным кодом для трехмерной микроскопии со структурированным освещением. Мы демонстрируем его превосходные характеристики по подавлению артефактов и высокоточной реконструкции по сравнению с другими алгоритмами на различных образцах и в диапазоне уровней отношения сигнал/шум. Open-3DSIM также предлагает возможность определять ориентацию диполей, открывая новые возможности для интерпретации субклеточных структур в шести измерениях (xyzθλt). Платформа доступна в виде кода MATLAB, плагина Fiji и приложения Exe для максимального удобства пользователя.
Микроскопия структурированного освещения (SIM) является наиболее широко применяемым методом сверхвысокого разрешения в науках о жизни, поскольку она обеспечивает быструю продольную визуализацию с низкой фототоксичностью и хорошо совместима с флуоресцентным мечением1,2,3. С развитием SIM были разработаны различные алгоритмы реконструкции с открытым исходным кодом, такие как OpenSIM4, fairSIM5, SIMtoolbox6, HiFi-SIM7 и так далее. Доступность программного обеспечения с открытым исходным кодом также способствует созданию специально созданных аппаратных платформ SIM, таких как SLM-SIM8, DMD-SIM9, galvanometer-SIM10, Hessian-SIM11 и так далее. Объединение программного и аппаратного обеспечения создало открытое и продуктивное сообщество исследователей SIM.
По сравнению с 2DSIM, 3DSIM удваивает разрешение по оси z1,12,13,14, а также в плоскости xoy. Алгоритмы реконструкции 3DSIM можно найти в коммерческих системах, таких как GE OMX и Nikon N-SIM, или в программном обеспечении с открытым исходным кодом, таком как Cudasirecon1, AO-3DSIM14, SIMnoise15 и 4BSIM16. Однако коммерческие решения ограничены конкретными платформами микроскопии. Все решения с открытым исходным кодом представляют собой специализированные инструменты для решения определенных проблем с визуализацией и не подходят для общей реконструкции 3DSIM. Они также могут привести к серьезным артефактам или ухудшить удобство использования. Напротив, в области 2DSIM или однослойной 3DSIM OpenSIM4 систематически объясняет принцип реконструкции SIM; fairSIM5 интегрирует алгоритм в Фиджи, чтобы облегчить его использование исследователями-биологами; HiFi-SIM7 значительно оптимизирует результаты реконструкции и имеет удобный графический интерфейс. Отсутствие удобного многоуровневого программного обеспечения 3DSIM затрудняет доступ пользователей к нему и его использование, а серьезные артефакты ставят под сомнение точность и надежность 3DSIM. Таким образом, в области 3DSIM срочно необходим хорошо зарекомендовавший себя и удобный инструмент реконструкции 3DSIM для обеспечения его дальнейшего развития.
Чтобы удовлетворить эту потребность, мы сообщаем об Open-3DSIM, который может обеспечить превосходную и надежную многоуровневую реконструкцию 3DSIM. Мы готовим версию для Фиджи, чтобы сделать ее легко доступной для биологических пользователей; предоставлять промежуточные результаты, чтобы помочь специалистам по аппаратному обеспечению проверить свои собственные данные 3DSIM и открывать модульные исходные коды для разработчиков программного обеспечения, чтобы ускорить их будущие разработки. Путем сравнения с различными алгоритмами на различных образцах и уровнях отношения сигнал/шум (SNR) мы демонстрируем, что Open-3DSIM обеспечивает превосходную производительность благодаря оптимизации оценки параметров и спектральной фильтрации, что приводит к высокоточным реконструкциям с минимальными артефактами и сохранилась слабая информация. Кроме того, Open-3DSIM может извлекать внутреннюю информацию об ориентации диполя, раскрывая весь потенциал 3DSIM в многослойной, многоцветной, поляризационной и покадровой реконструкции со сверхвысоким разрешением.
Принцип Open-3DSIM показан на дополнительном рисунке 1 и в дополнительном примечании 1. Картина трехмерного (3D) структурированного освещения17 создается интерференцией трех лучей посредством дифракции на решетке. Затем данные трехмерного стека снимаются слой за слоем, преобразуются в частотную область и разделяются матрицей фазового разделения. Выделенные ±первые частотные компоненты смещаются для заполнения вытекающего конуса нулевой частотной составляющей, а ±вторые частотные компоненты смещаются для расширения спектрального диапазона плоскости xoy. Таким образом, 3DSIM удваивает спектральный диапазон по сравнению с широким полем зрения за счет заполнения «недостающего конуса» в функции оптического преобразования (OTF) (рис. 1 расширенных данных и дополнительные примечания 1 и 2) и получения результатов 3D со сверхразрешением.