冷凍電鏡圖像三維重構(gòu)的分辨率測(cè)量算法研究.pdf

1、生物大分子的三維結(jié)構(gòu)信息對(duì)了解生命活動(dòng)過(guò)程、解決醫(yī)學(xué)問(wèn)題至關(guān)重要。冷凍電子顯微鏡簡(jiǎn)稱(chēng)冷凍電鏡，是結(jié)構(gòu)生物學(xué)解析生物大分子三維結(jié)構(gòu)的主要方法之一。
　　冷凍電鏡三維重構(gòu)密度圖的客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)方法是促進(jìn)該技術(shù)發(fā)展的重要因素。作為三維重構(gòu)密度圖質(zhì)量評(píng)價(jià)的有效指標(biāo)，分辨率測(cè)量是這個(gè)冷凍電鏡領(lǐng)域內(nèi)十分重要的問(wèn)題。本文以冷凍電鏡三維重構(gòu)為對(duì)象，以客觀的分辨率測(cè)量為目標(biāo)，主要做了如下研究：
　　我們提出了一種新的分辨估計(jì)方法。該方法通過(guò)在傅

2、里葉頻域空間估算信號(hào)和噪聲的功率，計(jì)算三維重構(gòu)圖的頻譜信噪比。信號(hào)和噪聲的功率分別從顆粒區(qū)域和背景區(qū)域估算得到，而這兩個(gè)區(qū)域可以分別通過(guò)掩膜分割從三維密度圖圖中得到。本文提出的這種計(jì)算頻譜信噪比的方法，我們稱(chēng)之為掩膜頻譜信噪比，提供了一種基于信噪比原始定義的直接計(jì)算頻譜信噪比的方法。掩膜頻譜信噪比既不需要像傅里葉核相關(guān)一樣分割數(shù)據(jù)集，也不像其他頻譜信噪比計(jì)算方法需要任何原始輸入圖像或者中間數(shù)據(jù)。
　　我們分析了噪聲模式在重構(gòu)過(guò)程中

3、的變化。噪聲功率在二維顆粒圖像中可以被近似認(rèn)為均勻隨機(jī)分布。而經(jīng)過(guò)重構(gòu)在三維密度圖中，離中心的不同距離位置的噪聲功率不同。我們首先使用球體掩膜去除三維密度圖立方體的遠(yuǎn)離中心點(diǎn)的拐角區(qū)域，然后引入了一個(gè)擬合參數(shù)，使得從膜外噪聲功率估計(jì)膜內(nèi)噪聲功率這一計(jì)算過(guò)程更加精確。
　　我們進(jìn)一步分析了掩膜大小和掩膜類(lèi)型等對(duì)頻譜信噪比計(jì)算的影響，并且進(jìn)一步把頻譜信噪比應(yīng)用到分辨率的測(cè)量領(lǐng)域，根據(jù)相應(yīng)的閾值條件測(cè)量得到三維重構(gòu)密度圖的分辨率。通過(guò)在