详情

原文传递一种荧光探针识别方法、多色超分辨定位成像方法及系统

专利名称：	一种荧光探针识别方法、多色超分辨定位成像方法及系统
摘要：	本发明公开了一种荧光探针识别方法、多色超分辨定位成像方法及系统，属于超分辨定位成像领域，识别方法包括：控制生物结构中的荧光探针稀疏发光，并利用弱光彩色相机采集稀疏荧光信号，对于每一个荧光信号区域，计算各颜色通道下的颜色响应率，并根据波长依赖的荧光响应率识别不同发射波长的荧光探针类型；成像方法包括：利用不同的荧光探针对生物结构进行标记；利用荧光探针识别方法识别荧光探针类型，同时确定荧光探针发光的中心位置；利用同样的方法，获得多幅已完成荧光探针识别与定位的荧光图像以重建得到生物结构的超分辨图像。本发明能够有效解决现有的超分辨定位成像方法中存在的光学系统复杂、后期数据处理困难的问题。
专利类型：	发明专利
申请人：	华中科技大学
发明人：	黄振立;王钰洁;商明涛
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T21:00:00+0805
申请号：	CN201911365462.2
公开号：	CN111044498A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	李智
分类号：	G01N21/64;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/64
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种荧光探针识别方法，其特征在于，包括： (S1)控制由不同荧光探针标记的生物结构中的荧光探针稀疏发光，并利用弱光彩色相机采集稀疏荧光信号，从而得到一幅荧光图像；所述弱光彩色相机的感光元件包含黑白通道和颜色通道，黑白通道用于对荧光信号进行检测，颜色通道用于对荧光信号进行相应的颜色调制；单个荧光探针在所述荧光图像中对应的荧光信号区域同时覆盖多个黑白通道和多个颜色通道，并且在单个荧光信号区域内，黑白通道均匀分布； (S2)对于所述荧光图像中的每一个荧光信号区域，计算荧光信号在各颜色通道下的颜色响应率，并根据所述弱光彩色相机的波长依赖的荧光响应率识别不同发射波长的荧光探针类型；其中，颜色响应率为该颜色通道相对于黑白通道的相对量子效率；波长依赖的荧光响应率为所述弱光彩色相机在不同波长下的颜色响应率。 2.如权利要求1所述的荧光探针识别方法，其特征在于，对于任意一个荧光信号区域，计算荧光信号在各通道下的颜色响应率，包括：根据荧光信号区域内各通道的信号强度得到经过颜色调制后的点扩散函数PSF1；根据所述点扩散函数PSF1拟合得到未经颜色调制的点扩散函数PSF2；根据所述点扩散函数PSF1和所述点扩散函数PSF2计算荧光信号在各颜色通道下的颜色响应率；根据所述弱光彩色相机的波长依赖的荧光响应率特征来确定荧光信号的波长范围，从而识别荧光探针类型。 3.如权利要求1所述的荧光探针识别方法，其特征在于，波长依赖的荧光响应率的获取方法包括： (S21)利用已知发射波长的单色荧光探针对生物结构进行标记； (S22)控制单色荧光探针进行稀疏发光，并利用所述弱光彩色相机采集单色荧光探针信号，从而得到一幅单色荧光图像； (S23)对于单色荧光图像中的每一个荧光信号区域，计算荧光信号在各颜色通道下的颜色响应率，从而得到该荧光探针所对应的颜色响应率特征； (S24)对于用于标记生物结构的每一种荧光探针，分别执行步骤(S21)～(S23)，以得到每一种荧光探针在各颜色通道下的颜色响应率，从而得到波长依赖的荧光响应率。 4.如权利要求2所述的荧光探针识别方法，其特征在于，根据所述点扩散函数PSF1拟合得到未经颜色调制的点扩散函数PSF2，包括：通过感光元件的通道分布提取出黑白通道的信号；基于黑白通道的信号分布进行拟合得到点扩散函数PSF2的参数；依据所得参数得到未经颜色调制的点扩散函数PSF2。 5.如权利要求1-4任一项所述的荧光探针识别方法，其特征在于，在探测波长范围内，颜色通道在不同波长下具有不同的颜色响应率。 6.如权利要求5所述的荧光探针识别方法，其特征在于，颜色通道具体包括：红色通道、绿色通道、蓝色通道和近红外通道。 7.一种基于权利要求1-6任一项所述的荧光探针识别方法的多色超分辨定位成像方法，其特征在于，包括： (T1)利用不同的荧光探针对生物结构进行标记； (T2)执行步骤(S1)～(S2)，以识别荧光探针类型，在识别荧光探针类型的同时确定荧光探针发光的中心位置，以完成荧光探针的定位； (T3)重复执行步骤(T2)多次，以获得多幅荧光图像，同时识别各荧光探针的类别并定位； (T4)利用已完成荧光探针识别与定位的多幅荧光图像重建得到所述生物结构的超分辨图像。 8.如权利要求7所述的多色超分辨定位成像方法，其特征在于，对于任意一个荧光信号区域，确定荧光探针发光的中心位置，包括：根据荧光信号区域内各通道的光信号强度得到经过颜色调制后的点扩散函数PSF1；根据所述点扩散函数PSF1拟合得到未经颜色调制的点扩散函数PSF2；根据所述点扩散函数PSF2确定荧光信号区域内光信号强度最大的位置，将该位置确定为荧光探针发光的中心位置，从而完成荧光探针的定位。 9.一种多色超分辨定位成像系统，其特征在于，包括：标记模块、荧光图像采集模块、荧光探针识别模块、荧光探针定位模块、超分辨重建模块以及弱光彩色相机；所述弱光彩色相机用于采集荧光探针信号，以得到荧光图像；所述弱光彩色相机的感光元件包含黑白通道和颜色通道，黑白通道用于对荧光信号进行检测，颜色通道用于对荧光信号进行相应的颜色调制；单个荧光探针在所述荧光图像中对应的荧光信号区域同时覆盖多个黑白通道和多个颜色通道，并且在单个荧光信号区域内，黑白通道均匀分布；所述标记模块，用于利用不同的荧光探针对生物结构进行标记；所述荧光图像采集模块，用于控制被标记的生物结构中的荧光探针稀疏发光，并利用所述弱光彩色相机采集稀疏荧光信号，从而得到一幅荧光图像；所述荧光探针识别模块，用于计算荧光信号区域内荧光探针光信号在各通道下的颜色响应率，并根据所述弱光彩色相机的波长依赖的荧光响应率识别不同发射波长的荧光探针类型；所述荧光探针定位模块，用于确定荧光信号区域内荧光探针发光的中心位置，从而完成荧光探针的定位；所述超分辨重建模块，用于根据多幅已完成荧光探针识别和定位的荧光图像，重建得到所述生物结构的超分辨图像；其中，颜色响应率为该颜色通道相对于黑白通道的相对量子效率；波长依赖的荧光响应率为所述弱光彩色相机在不同波长下的颜色响应率。
所属类别：	发明专利