Neuartiger Algorithmus verbessert erfolgreich die Mikroskopauflösung durch Pixelneuzuweisung

Die Gewinnung hochauflösender Bilder ist in der Welt der Mikroskopie seit langem eine Herausforderung. Dekonvolution, eine Methode zur Verbesserung der Bildschärfe, verstärkt oft das Rauschen zwischen der Probe und dem Bild. Forscher der Boston University haben kürzlich einen neuartigen Unschärfealgorithmus entwickelt, der diese Probleme vermeidet und die Auflösung von Bildern unter Beibehaltung der Photonenintensität und lokaler Linearität verbessert.

Wie berichtet in Fortgeschrittene PhotonikDer innovative Entunschärfealgorithmus lässt sich an verschiedene Fluoreszenzmikroskope anpassen und erfordert nur minimale Annahmen über die Emissionspunktverteilungsfunktion (PSF). Es funktioniert sowohl mit einer Folge von Rohbildern als auch mit einem einzelnen Bild und ermöglicht so die zeitliche Analyse schwankender Fluorophorstatistiken. Darüber hinaus haben die Forscher diesen Algorithmus als MATLAB-Funktion verfügbar gemacht und ihn so allgemein zugänglich gemacht.

Das grundlegende Konzept hinter diesem Durchbruch ist die Neuzuweisung von Pixeln. Durch die Neuzuweisung der Pixelintensitäten basierend auf lokalen Gradienten werden Bilder geschärft, ohne dass das Risiko von Rauschartefakten besteht. Die Technik standardisiert Rohbilder vor der Anwendung dieses Prozesses und sorgt so für konsistente Ergebnisse.

Die Auflösung eines Mikroskops wird traditionell durch seine Fähigkeit definiert, zwei eng beieinander liegende Punktquellen zu unterscheiden. Das neue Verfahren namens „Deblurring by Pixel Reassignment“ (DPR) reduziert den erforderlichen Abstand deutlich und ermöglicht so eine höhere Auflösung in der Mikroskopie.

Um die Wirksamkeit von DPR zu demonstrieren, wandten die Forscher es auf verschiedene Bildgebungsbedingungen an: Einzelmoleküllokalisierung, Strukturbildgebung von künstlich hergestelltem Herzgewebe und volumetrische Zebrafischbildgebung. Diese realen Anwendungen zeigten das Potenzial von DPR zur Verbesserung der Klarheit mikroskopischer Bilder.

Die einzigartige Fähigkeit von DPR, Bilder zu schärfen und gleichzeitig größere Strukturen beizubehalten, öffnet Türen für breitere Anwendungen. Es kann in Szenarien eingesetzt werden, in denen Proben sowohl kleine als auch große Strukturen enthalten, was es zu einem vielseitigen Werkzeug für Forscher macht. Während keine Deblurring-Strategie völlig immun gegen Rauschen ist, liegt der Vorteil von DPR in der Tatsache, dass es das Rauschen nicht verstärkt. Dies unterscheidet es von anderen Entfaltungsmethoden, vereinfacht seine Implementierung und macht es für eine Vielzahl von Proben mit erweiterten Funktionen geeignet.

Als neuer Ansatz zur Verbesserung der räumlichen Auflösung von Mikroskopiebildern bietet die DPR-Technik eine vielseitige und benutzerfreundliche Lösung, die die Bildschärfe erheblich verbessert und gleichzeitig häufige rauschbedingte Probleme vermeidet, was sie zu einem unschätzbar wertvollen Werkzeug für eine Vielzahl wissenschaftlicher Anwendungen macht.

Professor Jerome Mertz, Direktor des Biomicroscopy Laboratory an der Boston University und leitender Autor der Studie, sagt: „Aufgrund seiner Benutzerfreundlichkeit, Geschwindigkeit und Vielseitigkeit glauben wir, dass DPR für die Bio-Imaging-Community von allgemeinem Nutzen sein kann.“