【產(chǎn)通社，12月20日訊】哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）（Harbin Institute Of Technology）官網(wǎng)消息，其儀器學(xué)院李浩宇教授團(tuán)隊(duì)近日在超分辨熒光顯微成像技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。針對目前超分辨熒光顯微圖像重建質(zhì)量難以有效精確評估的問題，該團(tuán)隊(duì)提出了一種像素級的誤差量化方法，利用滾動(dòng)傅里葉環(huán)相關(guān)計(jì)算方法（rolling Fourier ring correlation，rFRC），評估超分辨尺度下的圖像重建不確定度（基于超分辨成像在超高分辨能力的層面上對更微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像測量的不確定度），在無需比對參考圖像的條件下，通用地生成超分辨尺度下像素級的誤差定量分布圖。該項(xiàng)技術(shù)可準(zhǔn)確描繪出生物分析并精確定位可靠性較低的區(qū)域，相比圖像不確定分析領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)有的方法，其判定尺度的精細(xì)程度最高可提升近10倍。12月14日，該研究成果以《滾動(dòng)傅里葉環(huán)相關(guān)定量超分辨顯微成像質(zhì)量異質(zhì)性分析和評定》（Quantitatively mapping local quality of super-resolution microscopy by rolling Fourier ring correlation）為題，以長文形式在線發(fā)表于《自然》（Nature）雜志旗下的國際權(quán)威光學(xué)期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》（Light: Science & Applications，2022年影響因子20.3）。

通過設(shè)置熒光探針或結(jié)合物理的受激輻射現(xiàn)象，超分辨熒光顯微鏡已經(jīng)突破了分辨率的物理衍射極限（200～300納米）。然而，超分辨顯微鏡對樣本的超分辨信息提取能力，往往依賴于圖像的計(jì)算重建與后續(xù)處理，而化學(xué)環(huán)境和光學(xué)設(shè)置等因素會(huì)在重構(gòu)中對圖像產(chǎn)生影響，造成噪聲與失真，降低超分辨圖像質(zhì)量。因此，對超分辨圖像進(jìn)行精確可靠的質(zhì)量評估，可有效量化誤差和不確定性，從而進(jìn)一步分析生命科學(xué)問題。盡管目前已有幾種方法可對超分辨圖像質(zhì)量進(jìn)行評估，但還無法在超分辨尺度上進(jìn)行超精密且無參考的量化分析，且難以準(zhǔn)確評價(jià)圖像分辨率分布的異質(zhì)性。

為解決上述問題，李浩宇教授團(tuán)隊(duì)針對圖像的像素級細(xì)小誤差，采用滾動(dòng)傅里葉環(huán)相關(guān)計(jì)算在超分辨尺度上進(jìn)行量化和估計(jì)。與此同時(shí)，對于較大的結(jié)構(gòu)失真等錯(cuò)誤，引入改進(jìn)的分辨率比例尺誤差圖（RSM），最終構(gòu)成一套完善的超分辨尺度顯微圖像重建質(zhì)量評估方案（Pixel-level ANalysis of Error Locations-PANEL，像素級圖像誤差定位分析）。利用該項(xiàng)技術(shù)可以精確比較不同單分子定位顯微鏡重建算法的性能，并進(jìn)一步促進(jìn)超分辨率尺度下不同重建圖像的有效融合，最大限度降低了潛在誤差。此外，該方法還能夠與目前常用的多種模態(tài)光學(xué)超分辨顯微成像技術(shù)結(jié)合，成為一種易于使用的圖像局域質(zhì)量評估分析工具。

利用該方法可以有效評估單分子定位顯微鏡（STORM）分辨率異質(zhì)性。這里展示的是單分子定位顯微鏡拍攝的微管數(shù)據(jù)集對提出的評估方法進(jìn)行驗(yàn)證，從圖中給出的不確定量化評價(jià)和分辨率分布地圖，證明該方法成功繪制出微管密集程度變化引起的分辨率異質(zhì)性。

該項(xiàng)研究成果主要由哈工大儀器學(xué)院、北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院和南開大學(xué)物理學(xué)院合作完成。哈工大為論文第一通訊單位，哈工大助理教授趙唯淞為論文第一作者，哈工大李浩宇教授和北京大學(xué)陳良怡教授為論文通訊作者。北京大學(xué)助理教授黃小帥和南開大學(xué)博士后楊建宇為論文共同第一作者，共同通訊作者還有南開大學(xué)潘雷霆教授和北京大學(xué)趙士群副研究員。哈工大儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科帶頭人譚久彬院士為論文共同作者和哈工大科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。

該項(xiàng)工作受到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國家重大科研儀器研制項(xiàng)目）和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（前沿生物技術(shù)）等項(xiàng)目資助。查詢進(jìn)一步信息，請?jiān)L問官方網(wǎng)站http://news.hit.edu.cn/2023/1215/c1510a234981/page.htm，以及http://doi.org/10.1038/s41377-023-01321-0。（張嘉汐，產(chǎn)通發(fā)布）    （完）