Universal inverse modelling of point spread functions for SMLM localization and microscope characterization

反褶积 显微镜 显微镜 点扩散函数 计算机科学 物理 光学
作者
Sheng Liu,Jianwei Chen,Jonas Hellgoth,Lucas-Raphael Müller,Boris Ferdman,Christian Karras,Dafei Xiao,Keith A. Lidke,Rainer Heintzmann,Yoav Shechtman,Yiming Li,Jonas Ries
标识
DOI:10.1101/2023.10.26.564064
摘要

Abstract The point spread function (PSF) of a microscope describes the image of a point emitter. Knowing the accurate PSF model is essential for various imaging tasks, including single molecule localization, aberration correction and deconvolution. Here we present uiPSF (universal inverse modelling of Point Spread Functions), a toolbox to infer accurate PSF models from microscopy data, using either image stacks of fluorescent beads or directly images of blinking fluorophores, the raw data in single molecule localization microscopy (SMLM). The resulting PSF model enables accurate 3D super-resolution imaging using SMLM. Additionally, uiPSF can be used to characterize and optimize a microscope system by quantifying the aberrations, including field-dependent aberrations, and resolutions. Our modular framework is applicable to a variety of microscope modalities and the PSF model incorporates system or sample specific characteristics, e.g., the bead size, depth dependent aberrations and transformations among channels. We demonstrate its application in single or multiple channels or large field-of-view SMLM systems, 4Pi-SMLM, and lattice light-sheet microscopes using either bead data or single molecule blinking data.

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