计算超分辨率：用稀疏解卷积来克服物理分辨率极限--仪器信息网3i讲堂

计算超分辨率：用稀疏解卷积来克服物理分辨率极限

受到单位时间内最大收集光子通量的限制，活细胞超分辨率成像的时间和空间分辨率相互排斥。如何在有限的光子数下提高活细胞超分辨率显微镜的空间分辨率是领域内的关键问题。我们提出荧光显微镜的空间分辨率越高意味着结构越稀疏的概念，结合生命活动信号的时空连续性是生物荧光图像的通用先验知识，我们开发了一种两步迭代的解卷积算法，在相同的光子预算下将超分辨率显微镜的空间分辨率进一步扩大了近两倍。因此，稀疏结构光照明显微镜（Sparse-SIM）在564赫兹的帧速率下实现了~60纳米的分辨率，使其能够解析活细胞上的精细结构动态变化，包括60纳米囊泡融合孔、小到60纳米的核孔复合物蛋白形成的环形核孔以及线粒体内外膜的相对运动。同样，稀疏解卷积可以用来提高基于旋转盘共聚焦的SIM（SD-SIM）的三维分辨率和对比度，实现常规的四色、三维、~90纳米分辨率的活细胞超分辨率成像，并提高STED和微型化双光子显微镜等的空间分辨率。因此，稀疏解卷积方法五十年来首次实现通用计算荧光超分辨成像，也是推动现有活细胞荧光显微镜的时空分辨率极限的有力工具。