冷凍電鏡圖像三維重構(gòu)的分辨率測量算法研究.pdf

1、生物大分子的三維結(jié)構(gòu)信息對了解生命活動過程、解決醫(yī)學問題至關(guān)重要。冷凍電子顯微鏡簡稱冷凍電鏡，是結(jié)構(gòu)生物學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)量評價方法是促進該技術(shù)發(fā)展的重要因素。作為三維重構(gòu)密度圖質(zhì)量評價的有效指標，分辨率測量是這個冷凍電鏡領(lǐng)域內(nèi)十分重要的問題。本文以冷凍電鏡三維重構(gòu)為對象，以客觀的分辨率測量為目標，主要做了如下研究：
　　我們提出了一種新的分辨估計方法。該方法通過在傅

2、里葉頻域空間估算信號和噪聲的功率，計算三維重構(gòu)圖的頻譜信噪比。信號和噪聲的功率分別從顆粒區(qū)域和背景區(qū)域估算得到，而這兩個區(qū)域可以分別通過掩膜分割從三維密度圖圖中得到。本文提出的這種計算頻譜信噪比的方法，我們稱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)過程中

3、的變化。噪聲功率在二維顆粒圖像中可以被近似認為均勻隨機分布。而經(jīng)過重構(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離中心點的拐角區(qū)域，然后引入了一個擬合參數(shù)，使得從膜外噪聲功率估計膜內(nèi)噪聲功率這一計算過程更加精確。
　　我們進一步分析了掩膜大小和掩膜類型等對頻譜信噪比計算的影響，并且進一步把頻譜信噪比應用到分辨率的測量領(lǐng)域，根據(jù)相應的閾值條件測量得到三維重構(gòu)密度圖的分辨率。通過在