基于荧光微球的显微镜点扩散函数修正模型

鹿伟民; 杨西斌; 文刚; 郑贤良; 李辉; 熊大曦

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.05.005

基于荧光微球的显微镜点扩散函数修正模型

1.
中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室, 苏州 215163;
2.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033;
3.
中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100039

作者简介: 鹿伟民(1990-),男,硕士研究生,主要从事超分辨率显微成像的研究。.

通讯作者: 熊大曦, xiongdx@sibet.ac.cn

基金项目:
国家自然科学基金资助项目（61475185）;国家自然科学基金青年科学基金资助项目（61405238）;中国科学院百人计划资助项目
中图分类号: O439

An optimized model of point spread function of microscopy based on fluorescence beads

1.
Jiangsu Key Laboratory of Medical Optics, Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215163, China;
2.
Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China;
3.
College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China

Corresponding author: XIONG Daxi, xiongdx@sibet.ac.cn

CLC number: O439

摘要: 为了修正显微镜点扩散函数荧光微球传统测量方法中微球直径对测量结果的影响、提高显微镜点扩散函数的测量精度，采用理论仿真、最小二乘拟合的方法，建立荧光微球等效2维浓度分布，模拟仿真了荧光微球显微成像过程；利用最小二乘拟合以及残差拟合的方法，得到荧光微球直径、荧光微球强度分布半峰全宽与系统实际点扩散函数半峰全宽之间的关系模型，由此模型得到较为准确的系统点扩散函数半峰全宽。结果表明，使用100nm荧光微球对系统点扩散函数进行测量时，相对误差在1%左右。此研究结果说明通过该修正模型可以得到较为准确的系统点扩散函数。
- 显微 /
- 点扩散函数 /
- 荧光微球 /
- 非线性最小二乘拟合
Abstract: In order to eliminate effect of fluorescent bead diameter on measurement results in traditional microscopic point spread function measurement method and improve the measurement accuracy, 2-D equivalent concentration distribution of fluorescent beads was deduced based on theoretical simulation and least square fitting method. The imaging process of fluorescent beads was simulated. The relationships among fluorescent beads diameter, full width at half maximum (FWHM) of fluorescent beads intensity distribution and FWHM of system point spread function were analyzed by using the least square fitting method and residual error fitting method. Precise FWHM correction model of point spread function was obtained. The results show that the relative error of point spread function FWHM is about 1% when measuring system point spread function with 100nm fluorescent beads. The precise measurement of point spread function is realizable with the optimized model.
- microscopy /
- point spread function /
- fluorescent bead /
- nonlinear least square fitting

[1]	HU S Y,XU Zh B.Design of objective lens with long focus depthfor digital grayscale lithography[J].Laser Technology,2013,37(4):464-468(in Chinese).
[2]	YANG Ch P.The optical transfer function of a fluorescent confocalmicroscopewith extended Gaussian source[J].Laser Technology,2005,29(5):552-554(in Chinese).
[3]	RUST M J,BATES M,ZHUANG X.Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM)[J].Nature Methods,2006,3(10):793-796.
[4]	HOLDEN S J,UPHOFF S,KAPANIDIS A N.Daostorm:an algorithm for high-density super-resolution microscopy[J].Nature Methods,2011,8(4):279-280.
[5]	ZHU L,ZHANG W,ELNTAN D,et al.Faster STORM using compressed sensing[J].Nature Methods,2012,9(7):721-723.
[6]	SHROFF S A,FIENUP J R,WILLIAMS D R.OTF compensation in structured illumination super-resolution images[J].Proceedings of the SPIE,2008,7094:709402.
[7]	SOMEKH M G,HSU K,PITTER M C.Effect of processing strategies on the stochastic transfer function in structured illumination microscopy[J].Journal of the Optical Society of America,2011,A28(9):1925-1934.
[8]	SOMEKH M G,HSU K,PITTER M C.Stochastic transfer function for structured illuminationmicroscopy[J].Journal of the Optical Society of America,2009,A26(7):1630-1637.
[9]	SOMEKHM G,HSU K,PITTER M C.Resolution in structured illumination microscopy:a probabilistic approach[J].Journal of the Optical Society of America,2008,A25(6):1319-1329.
[10]	HAEBERLE O.Focusing of light through a stratified medium:a practical approach forcomputing microscope point spread functions.Part Ⅰ:Conventional microscopy[J].Optics Communications,2003,216(1):55-63.
[11]	THEER P,MONGIS C,KNOP M.PSFj:know your fluorescence microscope[J].Nature Methods,2014,11(10):981-982.
[12]	SARDER P,NEHORAI A.Deconvolutionmethods for 3-D fluorescence microscopy images[J].IEEE Signal Processing Magzine,2006,23(3):32-45.
[13]	GU M.Advanced optical imaging theory[M].Berlin,Germany:Springer ScienceBusiness Media,2000:75.
[14]	HIRVONEN L M,WICKER K,MANDULA O,et al.Structured illumination microscopy of a living cell[J].European Biophysics Journal with Biophysics Letters,2009,38(6):807-812.
[15]	DAN D,YAO B L,LEI M.Structured illumination microscopy for super-resolution and optical sectioning[J].Chinese Science Bulletin,2014,59(12):1291-1307.
[16]	HAO D Zh,YANGL Y,ZHANG Y R.Analysisof signals and linear systems[M].Beijing:Higher Education Press,2005:68-69(in Chinese).
[17]	VOORT H T M,STRASTERS K C.Restoration of confocal images for quantitative image analysis[J].Journal of Microscopy,1995,178(2):165-181.

[1]	李文文 , 刘书朋 , 王中阳 . 压缩感知实现快速超分辨荧光显微成像. 激光技术, 2020, 44(2): 196-201. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.02.010
[2]	房垚鑫 , 郭宝峰 , 马超 . 基于改进点扩散函数的遥感图像超分辨率重建. 激光技术, 2019, 43(5): 713-718. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.024
[3]	张巧鸽 , 李重光 , 楼宇丽 , 钱晓凡 , 宋庆和 , 桂进斌 , 张文燕 , 王华英 . 幂函数分布的振幅型光瞳滤波器. 激光技术, 2017, 41(5): 743-748. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.05.025
[4]	欧江霞 , 刘伟诚 . 基于IGGⅢ方案的加权总体最小二乘点云球面拟合. 激光技术, 2017, 41(5): 749-753. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.05.026
[5]	邓文波 , 陈华 , 聂雄 . 数字共焦显微镜实验3维点扩散函数的构建. 激光技术, 2018, 42(6): 769-774. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.06.008
[6]	苍桂华 , 岳建平 . 基于加权总体最小二乘法的点云平面拟合. 激光技术, 2014, 38(3): 307-310. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.03.005
[7]	杨初平 . 高斯光束荧光共焦显微镜的三维光学传递函数. 激光技术, 2005, 29(5): 552-554.
[8]	鲍鸿 , 曾海涛 , 白玉磊 , 胡忠 , 向志聪 , 周延周 , 申作春 . 基于概率密度最小二乘拟合的叶片后缘轮廓. 激光技术, 2016, 40(4): 555-559. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.021
[9]	张平 , 吴震 , 向际鹰 . 激光扫描共焦荧光显微系统研究. 激光技术, 1998, 22(1): 37-41.
[10]	罗义军 , 尹棋 , 李劲 . 基于递推最小二乘算法的光纤振动定位系统. 激光技术, 2020, 44(2): 161-166. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.02.004
[11]	张平 , 向际鹰 , 吴震 . 激光扫描共焦荧光显微镜的电子控制系统研究. 激光技术, 1997, 21(5): 284-287.
[12]	韩万鹏 , 蒙文 , 李云霞 , 李大为 . 双振镜扫描的最小二乘与网格法混合校正模型. 激光技术, 2012, 36(2): 179-182,187. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.02.008
[13]	. 激光显微镜. 激光技术, 1983, 7(5): 23-23.
[14]	王中结 , 方旭 . 非线性囚禁离子振动模式互关联函数的研究. 激光技术, 2015, 39(1): 109-113. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.01.022
[15]	李爱民 , 陶纯堪 , 刘明 , 陈龙岗 , 张慎 , 孙淑香 , 李连贵 . 共焦激光扫描显微镜的研制. 激光技术, 1994, 18(5): 261-263.
[16]	席庆奎 , 朱日宏 , 陈磊 , 李迎春 , 白雪莲 . 基于LCD的扫描显微镜扫描机理. 激光技术, 2005, 29(5): 558-560.
[17]	王华英 , 王广俊 , 谢建军 , 赵洁 , 王大勇 . 数字全息显微中的准直光再现. 激光技术, 2008, 32(2): 131-133,136.
[18]	王叶荟 , 唐丽 , 倪重文 , 是度芳 . 一维光子晶体非线性微腔的缺陷模和双稳态. 激光技术, 2006, 30(5): 462-464,468.
[19]	马翠红 , 崔金龙 . 基于改进的偏最小二乘法的LIBS钢液成分定量分析. 激光技术, 2016, 40(6): 876-881. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.021
[20]	程菊 , 苏显渝 . 二元编码光栅的误差扩散算法研究. 激光技术, 2007, 31(3): 322-325,332.

点击查看大图

计量

文章访问数: 4184
HTML全文浏览量: 1802
PDF下载量: 237
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

基于荧光微球的显微镜点扩散函数修正模型

作者简介: 鹿伟民(1990-),男,硕士研究生,主要从事超分辨率显微成像的研究。.

通讯作者: 熊大曦, xiongdx@sibet.ac.cn

An optimized model of point spread function of microscopy based on fluorescence beads

Corresponding author: XIONG Daxi, xiongdx@sibet.ac.cn

计量

基于荧光微球的显微镜点扩散函数修正模型

通讯作者: 熊大曦, xiongdx@sibet.ac.cn

作者简介: 鹿伟民(1990-),男,硕士研究生,主要从事超分辨率显微成像的研究。

English Abstract

An optimized model of point spread function of microscopy based on fluorescence beads

Corresponding author: XIONG Daxi, xiongdx@sibet.ac.cn

全文HTML

目录

留言板

基于荧光微球的显微镜点扩散函数修正模型

作者简介: 鹿伟民(1990-),男,硕士研究生,主要从事超分辨率显微成像的研究。.

通讯作者: 熊大曦, xiongdx@sibet.ac.cn

An optimized model of point spread function of microscopy based on fluorescence beads

Corresponding author: XIONG Daxi, xiongdx@sibet.ac.cn

计量

出版历程

基于荧光微球的显微镜点扩散函数修正模型

通讯作者: 熊大曦, xiongdx@sibet.ac.cn

作者简介: 鹿伟民(1990-),男,硕士研究生,主要从事超分辨率显微成像的研究。

English Abstract

An optimized model of point spread function of microscopy based on fluorescence beads

Corresponding author: XIONG Daxi, xiongdx@sibet.ac.cn

全文HTML

目录