SPIM 珠注册

引文

请注意，斐济提供的 SPIM 注册插件基于书籍。如果您成功将其用于您的研究，请引用我们的工作：

• S.普雷比什、S.萨尔菲尔德、J. Schindelin 和 P. Tomancak (2010)“用于流动平面照明工作站数据的基于珠的配准的软件”，《自然方法》，7(6)：418-419。 Webpage PDF Supplement

有关注册方法和SPIM理论的技术详细信息，请参见SPIM Registration Method。

简介

几何平面照明显微镜（SPIM，Science, 305(5686):1007-9）可以通过从多个角度获取堆栈图像来对大型样本进行完整理论。我们开发了一种使用刚性封固中的荧光珠作为基准标记来注册多个角度SPIM采集的算法。珠子通过固定的局部几何点进行匹配，并且它们的逻辑被最小化，以实现全局全局、与样本相关的配准。利用几何哈希的变体非常有效地计算匹配，将匹配问题降低到对数复杂度；在一台计算机上计算某个时间点的配准所需的时间比获取图像所需的时间短，因此适合实时使用。该框架还可以用于相互注册时间点，从而提供时间的最佳序列排列。

基于珠子的配准框架的开发能够重建开发样品的长期、延迟、多视图采集，能够达到时间和空间分辨率，从而为生物样本的开发提供新的视角。

基于 SPIM 珠的注册插件概述

请注意： * 基于珠子的注册已被重写，现在取代了已移至已废弃用文件夹的“旧”插件集合（注册、高级注册、多通道注册）。有关这些过时插件的信息，请参阅此§§7§§§.*

珠子注册插件提供两种注册选项：

• 单通道
• 多通道（相同的珠子在不同的通道中可见）

的选项是单通道注册，即使您想要处理多通道采集也是如此。您可以稍后将一个频道的注册应用到第multi-view fusion plugin中的其他频道。只有当相同的珠子在多个通道中可见时才需要多通道注册。

这个选项的工作方式两个，并且具有两个非常相似的选项。多渠道注册的附加选项将在最后一节中进行说明。

* 重要提示：插件的输出不是图像，而只是作为 multi-view fusion plugin 或 multi-view deconvolution plugin 基础的配准矩阵。有关完整注册和过程的概述，请参见here.*

如何使用插件

• SPIM数据目录：包含填写所有图像文件的目录名称（或具有相同大小的2d图像平面的目录）。您可以拖放目录、浏览目录或直接键入名称。
• SPIM 文件的模式：通过解释如何将角度和时间点编码到文件名中来定义输入文件的命名约定。例如，文件名按以下方式命名 spim_tl1_angle0.lsm, spim_tl1_angle45.lsm … spim_tl1_angle270.lsm
  spim_tl2_angle0.lsm, … spim_tl2_angle270.lsm
  spim_tl100_angle0.lsm, … spim_tl100_angle270.lsm.
  That means the pattern of the file names corresponds to spim_tl{t}_angle{a}.lsm, where {t} is replaced with the current timepoint and {a} with the current angle. If the numbers contain leading zeros (e.g. 000, 045, 090, 135 instead of 0, 45, 90, 135), this can be encoded by simply adding more letters to the placeholder, in this case {aaa}.

• 要处理的时间点：定义应处理的时间点。您可以给出单个数字（例如 18）、枚举（例如 1、18、19、100）、定义范围（例如 1-18）或将所有数字组合成所需的任何组合（例如 1、2、10、20-50）。
• 要处理的角度：定义应处理的角度（至少 2 个）（针对每个时间点，如果适用）。您可以枚举角度（例如 0、90、180、270），以步长定义范围（例如 0-270:45，这意味着以 45 为步长使用角度 0 到 270，即 0、45、90、135、180、225、270）或以所需的任何组合组合所有角度（例如 0、 45、180-270:45）。
• 重复使用分段的珠子：如果所有输入堆栈的珠子在之前的运行中已被分段，则可以在此处加载它们。
• 珠子亮度：如果未加载珠子，定义其近似亮度，您有以下选项：
  • Very weak: the beads are hardly or not visible relative to the intensity of the imaged specimen
  • Weak: the beads are visible, but not as bright as the sample
  • Comparable to sample: the beads are as bright or slightly brighter than the sample
  • Strong: the beads are significantly brighter than the sample (you should consider using differently colored beads)
  • Advanced…: you know the parameters for the difference-of-gaussian detector, most likely from a previous run of the interactive tool. Note that a new window will pop up to query the parameters
  • Interactive…: an interactive tool will allow you to set the approximate parameters for your dataset

• 覆盖文件尺寸：如果您知道数据集的校准，您可以在此处输入它并防止插件打开文件以确定存储的校准（这可能不正确）
• 转换模型：选择将用于使数据集相互对齐的转换模型，您有三个选择：
  • Translation: correct for three-dimensional shift
  • Rigid: correct for three-dimensional shift and rotation, this option will additionally output an estimate of the rotation axis and rotation angle for each view
  • Affine: correct for three-dimensional shift, rotation, shearing and anisotropic scaling, this transformation model best describes the degrees of freedom of SPIM registration

• 每个时间点注册重复使用：加载每个单独时间点的注册。基本上，只有当您执行延时注册时，这才有意义（见下文）。
• 延时注册：检查是否应执行延时注册。在这种情况下，预先注册的各个时间点将重新注册到一个参考时间点，从而产生对齐的时间序列。
• 选择参考时间点：参考时间点可以根据各个时间点注册的质量自动选择，也可以自己选择（请参阅延时注册部分）。

  延迟注册的工作原理

处理延迟分两步进行。第一步，将计算并自动存储每个单独时间点的注册。根据这些结果，将手动或自动选择参考时间点（如图）。请注意，选择自动参考时间点选择时也会显示该面板，但无法更改。根据选定的时间点，该系列的其他时间点都会相对于该时间点进行注册，从而形成正确的时间序列。

对于融合数据，必须在参考时间点定义一个区域。因此，参考时间点应该单独融合一次，然后可以融合整个时间序列。

多渠道注册

多通道注册将提供另一个字段，可以在其中包含相同珠子的通道。在文件名中，模式通道被编码为{c}，就像点或角度一样。在字段包含珠子的通道中，您定义要处理的通道。可以给您给出单个数字（例如0）、枚举（例如1、2）、定义范围（例如1-3）或将所有数字组合成所需的任何组合（例如时间） 1,3-4）。另外将在单独的对话框中查询每个单独通道的珠子亮度。

我知道…问题、已知问题和解决方案

接下来的几段中的一些提示和技巧需要更改源代码中的静态变量来更改插件的行为。这是使用 脚本编辑器 完成的，工作原理如下：

• Language › Beanshell
• File › New › Script

• 输入命令，例如

  System.gc();

• 单击运行

这只是清理RAM，这可能有用。请注意，所做的更改（但不是在本例中）仅对当前运行的斐济实例有效。

如何设置每个视图的最小和最大强度

每个视图的最小和最大强度是通过查看堆栈的所有像素并找到最低和最高强度来确定的。根据这些强度将所有强度标准化为[0…1]。如果不同视图之间存在巨大差异（可能是因为结构一致性仅在某些视图中可见），则可以手动设置。 mpicbg.spim.registration.ViewDataBeads.minmaxset = new float[]{ 0, 65535 }; 此命令将所有视图的轻松和顶部设置为 0 和 65535。