本技术属于图像分析技术领域,介绍了一种用于智能筛选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法与系统。该方法主要包括:捕获冷冻电镜图像,对图像进行深入分析,并提取初步标记轨迹。
背景技术
冷冻电镜单颗粒技术是目前结构生物学领域最流行的结构解析方法,该方法基于中央截面定理,从生物大分子不同角度的二维投影图片(颗粒)出发,挑选出蛋白质颗粒,并对蛋白质颗粒进行对齐、分类、平均和反向投影,从而得到其三维密度图。可以看出,该方法中从冷冻电镜图片中定义和挑选颗粒是非常重要的步骤,是决定最终重构成功与否的关键。
随着技术的发展,自“分辨率革命”发生以来,冷冻电镜单颗粒技术经过十多年的高速发展,目前半自动的模板匹配,以及利用机器学习开发的全自动的颗粒挑选方法被广泛使用,但是由于生物样品在天然状态下,自身拥有不同的构象变化,并且为了减少电子的辐照损伤,用低电子剂量成像的冷冻电镜图片的信噪比是较低的,现有的两种方法仍然无法做到较好的处理。
其中,模板匹配方法使用过程中,需要手动选择部分重构所需颗粒,生成模板,然后通过计算原始图片与模板的相关性确定每个颗粒的位置;这种方法高度依赖高信噪比和高对比度的原始图片,而且对于异质性较大,并且连续不规则的生物样品,此方法会存在明显的无法识别所有颗粒的现象,以上两种原因导致,使用半自动的模板匹配法挑选的颗粒,需要用户花费大量的时间和精力进行模板的挑选和颗粒的筛选,进而容易引入人为的错误。
而机器学习的颗粒挑选方法基于卷积神经网络、区域卷积神经网络、互相关以及图像分割等方法,其通过区分生物样品与背景噪音,从而挑选出颗粒,但这种方法对于低信噪比以及连续不规则样品,仍然无法做到全面且精准的颗粒挑选。
综上,现有技术仍旧缺乏一种高效、准确的挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法
实现思路