Field-dependent deep learning enables high-throughput whole-cell 3D super-resolution imaging

点扩散函数 吞吐量 显微镜 视野 光学 图像分辨率 计算机科学 景深 物理 分辨率(逻辑) 人工智能 电信 无线
作者
Shuang Fu,Wei Shi,Tingdan Luo,Yingchuan He,Lulu Zhou,Jie Yang,Zhichao Yang,Jiadong Liu,Xiaotian Liu,Zhiyong Guo,Chengyu Yang,Chao J. Liu,Zhen‐Li Huang,Jonas Ries,Mingjie Zhang,Peng Xi,Dayong Jin,Yiming Li
出处
期刊:Nature Methods [Nature Portfolio]
卷期号:20 (3): 459-468 被引量:58
标识
DOI:10.1038/s41592-023-01775-5
摘要

Single-molecule localization microscopy in a typical wide-field setup has been widely used for investigating subcellular structures with super resolution; however, field-dependent aberrations restrict the field of view (FOV) to only tens of micrometers. Here, we present a deep-learning method for precise localization of spatially variant point emitters (FD-DeepLoc) over a large FOV covering the full chip of a modern sCMOS camera. Using a graphic processing unit-based vectorial point spread function (PSF) fitter, we can fast and accurately model the spatially variant PSF of a high numerical aperture objective in the entire FOV. Combined with deformable mirror-based optimal PSF engineering, we demonstrate high-accuracy three-dimensional single-molecule localization microscopy over a volume of ~180 × 180 × 5 μm3, allowing us to image mitochondria and nuclear pore complexes in entire cells in a single imaging cycle without hardware scanning; a 100-fold increase in throughput compared to the state of the art.
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