我国科学家发明计算超分辨图像重建算法拓展荧光显微镜分辨率极限

自2014年诺贝尔化学奖授予了超分辨显微技术以来，超分辨成像技术取得了巨大进步，进一步提高了成像的分辨率。然而，受限于荧光分子单位时间内发出的光子数，超分辨成像技术在时间分辨率和空间分辨率上难于获得同等提高。

近日，发表在《Nature Biotechnology》上的一项题为“Sparse Deconvolution Improves the Resolution of LiveCell Super-Resolution Fluorescence Microscopy”的研究中，来自哈尔滨工业大学和北京大学的研究团队发明了基于新计算原理的超分辨显微成像技术，进一步拓展了荧光显微镜的分辨率极限。在时空分辨率上，他们成功将空间分辨率从110 nm提高到60 nm，同时保持毫秒级的时间分辨率。

研究人员通过提出“荧光图像的分辨率提高等价于图像的相對稀疏性增加”这个通用先验知识，结合之前提出的信号时空连续性先验知识，发明了两步迭代解卷积算法，即Sparse deconvolution方法，突破了现有荧光显微系统的光学硬件限制，首次实现通用计算荧光超分辨率成像。结合自主研发的超分辨率结构光（Structured Illumination Microscopy，SIM）系统，实现目前活细胞光学成像中最高空间分辨率（60 nm）下，速度最快（564 Hz）、成像时间最长（1 h以上）的超分辨成像。结合商业的转盘共聚焦结构光显微镜，实现四色、三维、长时间的活细胞超分辨成像。该工作在活细胞中实现了同时高时空分辨率长时程成像且方法具有普适性，可以广泛用于宽场成像和其他超分辨成像技术以提高这些成像方法的分辨率。

（来源：科技部）