Scientific Volume Imaging

点像分布関数

点像分布関数 (PSF) は、蛍光顕微鏡 Fluorescence Microscope の結像理論において重要な役割を果たします。それは、全体の取得した画像を構築する主要なブリックです。

光学機器の PSF は、単一の点対象物の（空間のその完全な全体を 1 に等しくするためにリスケールされた）画像です。 この点対象物の画像の広がりの程度（ぼやけ）は、光学システムの品質の測定です。

蛍光顕微鏡 fluorescent microscopes のような非干渉性のイメージングシステムでは、結像プロセスは、線形であり、Linear System 理論で説明されるので、PSF は、画像の「ブリック」です。このことは、2 つの対象物 A および B を同時に撮像時に、結果は、独立して撮像された対象物の和に等しいことを意味します。　言い換えれば： A のイメージングは、B のイメージングによって影響を受けません、逆もまた同様です。　（総計は、非画像面で結果として弱め合う及び強め合う干渉をもたらす光波です。）

線形性の結果として、すべての対象物の画像は、各々これらの画像の部分的に対象物を細かく切ることによって計算され、その後、結果を合計することができます。 極めて小さい部分（すなわち、様々な高さの点対象物）で対象物を細かく切る時に、画像は、PSF の和として計算され、それぞれを場所に移動して、対応する点の強度に応じてスケーリングされます。 これは、数学的にコンボリューション Convolution 方程式で表されます。

結論として： 蛍光顕微鏡におけるイメージングは、完全にその PSF によって説明されます。 ( Image Formation を参照してください）。

PSF は、画像を「構築する」基本の「ブリック」ですので、全ての利用可能な情報を収集するために PSF のスケールで少なくとも詳細を記録する必要があります。 デコンボリューションは、PSF スケールで働くので、失敗するとあらゆるデコンボリューション実行 Doing Deconvolution の試みを台無しにします。 従って、理想的なサンプリング密度Sampling Density は、PSF を介して光学系によって決定されます： Nyquist Rate を参照してください。

Scientific Volume Imaging 社のソフトウェアは、2 つの方法で PSF を取得可能です：

• Huygens Professional および Huygens Essential の両方は、顕微鏡のモデルおよび既知の顕微鏡パラメータMicroscopic Parameters に基づいた理論 PsfTheoretical Psf を計算します。
• Huygens PSF Distiller オプションHuygens PSF Distiller option を使用して、ラテックスビーズ画像

( Recording Beads を参照) から実験 Psf を再構築することができます。

一種の顕微鏡の校正で、最良の PSF は、いつも実験的に測定します。実験的な PSF を持っていない場合に、顕微鏡の光学系に基づいた理論的な PSF を使用することができます。これに関して、正しい顕微鏡パラメータMicroscopic Parameters を持つことが非常に重要です。

屈折率Refractive Index のミスマッチのために球面収差Spherical Aberration による影響を受けた画像は、深さに依存する PSF の使用により Huygens ソフトウェアHuygens Software でより良く復元されます。 　それは、ミスマッチが Psf を歪める Mismatch Distorts Psf からです。

例

共焦点顕微鏡 Confocal Microscopeで測定した PSF （左）と理論 PSF （右）の比較：

XY 中心の断面 (2×2 µm²):


XZ 中心の断面 (2×5 µm²):


実験 PSF の非対称性および大きなサイズは、レンズアライメント誤差および／または球面収差Spherical Aberrationの存在を示唆します。

ニポーディスク顕微鏡 Nipkow Disk Microscope で測定した PSF の XY （4×4μm²）および XZ （4×9μm²） 断面（ガンマ補正 Gamma Correction によってコントラストを強調）。



マルチチャネル Multi Channel 画像は、デコンボリューション用にマルチチャネル PSFを必要とします。特に、それぞれの蛍光波長Emission Wavelength が顕微鏡の異なる光路をたどる時に、PSF がチャネルに応じて異なることは、全く正常です （しかし、これには色ずれ Color Shift correction) 補正が含まれていません）。　3 チャネル PSF の例を示します。



PSF のフーリエ変換 Fourier Transform は、光学伝達関数 Optical Transfer Function と呼ばれます。

計算

PSF が提供された顕微鏡パラメータ Microscopic Parameters セットと対応することを確認するためにナイキスト計算機Nyquist Calculator を使用できます。

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