Tack vare tillkomsten av superupplösta mikroskop för cirka 30 år sedan, forskare kan observera subcellulära strukturer, proteiner och levande vävnad med oöverträffad precision. Dessa mikroskop fungerar genom att mäta det fluorescerande ljuset som vissa föreningar avger naturligt eller ljuset som avges av artificiella fluoroforer, och genom att utnyttja olika kvantegenskaper hos fluoroforen, kan leverera en upplösning som är mindre än den som åläggs av diffraktionsgränsen. Ett problem är att bildkvaliteten varierar avsevärt med det specifika instrument som används och dess inställningar - till exempel hur kraftfull lasern är och hur de enskilda komponenterna är inriktade - liksom med egenskaperna hos det prov som studeras.

Ett team av forskare vid EPFL:s Laboratory of Nanoscale Biology, under ledning av Aleksandra Radenovic på teknikhögskolan, har utvecklat en algoritm som kan uppskatta ett mikroskops upplösning på bara några sekunder baserat på en enda bild. Algoritmens resultat indikerar hur nära ett mikroskop fungerar till sin fulla potential. Detta kan vara särskilt användbart för de automatiserade mikroskop som har börjat dyka upp i forskningslabb. Teamets resultat har precis publicerats i Naturmetoder .

En enda bild

Forskarna använde Fouriers transformation som grund för sin algoritm, men de modifierade det för att extrahera så mycket information som möjligt från en enda bild.

Algoritmen utför beräkningen på bara några sekunder och genererar ett enda nummer. "Forskare kan jämföra detta antal med mikroskopets maximala upplösning för att se om instrumentet kan fungera ännu bättre eller modifiera de experimentella förhållandena och observera hur upplösningen utvecklas", säger Adrien Descloux, studiens huvudförfattare.

Algoritmen kan användas med alla typer av bildbehandlingsmodalitet, inklusive superupplösta modeller. "Vår teknik är särskilt lovande för den framväxande generationen av automatiserade mikroskop, där en dator justerar alla sina inställningar, " säger Radenovic. Hennes labs algoritm är den första någonsin som tillåter forskare att uppskatta ett mikroskops upplösning från en enda bild. Tidigare behövdes två bilder, och resultaten var föremål för hög osäkerhet om bilderna inte var korrekt förbehandlade.

Så att deras upptäckt kan användas i stor skala, Algoritmen har gjorts tillgänglig som en bildplugin med öppen källkod. Forskare kan ladda ner verktyget och direkt erhålla algoritmuppskattningen - som visar dem hur nära deras mikroskop fungerar till sin maximala upplösning. "Vår algoritm är universell. Och eftersom det bara behövs en bild, den är särskilt lämpad för snabb optimering av bildförhållanden, vilket är utmanande när man observerar dynamiska processer. Också, metoden kan tillämpas i bildbehandlingen, som feedback för optimering av de avancerade bildrekonstruktionsalgoritmerna, avslutar Descloux.