跳轉到內容

分子顯微鏡軟體工具

25% developed
來自 Wikibooks,開放世界中的開放書籍

有大量的軟體工具或軟體應用程式專門為該領域開發,有時被稱為分子顯微鏡冷凍電子顯微鏡或冷凍電鏡。 《結構生物學雜誌》(參見下面的參考文獻) 的幾個特刊專門用於描述這些應用程式,並且幾個網站提供了軟體包的部分列表以及獲取它們的位置。本文試圖提供冷凍電鏡界感興趣的所有軟體的完整列表和最新的分發資訊。鼓勵社群中的每個人新增內容、糾正錯誤並做出任何其他可能有用的貢獻。


此處描述的軟體工具已鬆散地且在某種程度上任意地組織成以下幾個類別

通用軟體包

[編輯 | 編輯原始碼]

提供全套工具以允許分析幾類結構問題中的資料的軟體包(按字母順序排列)。


“Appion”是一個用於單顆粒分析的綜合 Web 介面和 Python 腳本系統,它允許執行整個 3D-EM 影像處理工作流程,從微照片預處理到 3D 模型細化。該軟體完全用 Python 編寫,並以高度模組化的方式設計。可以從 UNIX 命令列或透過標準化的 Web 介面呼叫獨立程式。
  • 支援: 作業系統:Linux,可能其他Unix 也能工作。影像格式支援:CCP4、Imagic、JPEG、MRC、PNG、Spider、TIFF
  • 費用:免費/開源,Apache 許可證 2.0
  • 主要參考文獻

    • Lander GC,Stagg SM,Voss NR 等 (2009)。"Appion:一個整合的、資料庫驅動的流程,以促進電子顯微鏡影像處理"J. Struct. Biol. 166 (1): 95–102。 doi:10.1016/j.jsb.2009.01.002PMC 2775544PMID 19263523 {{cite journal}}: 在 |author= 中顯式使用 et al. (幫助)忽略未知引數 |month= (幫助)CS1 maint:作者列表有多個名稱 (連結)
  • 其他參考文獻


  • 網站: http://bsoft.ws
  • 當前版本 2.1.1
  • 聯絡方式:Bernard_Heymann at nih.gov
Bsoft 是一組程式和一個平臺,用於開發結構生物學中影像和分子處理的軟體。結構生物學中的問題採用高度模組化的設計方法,允許快速開發新演算法,而無需承擔檔案 I/O 等問題帶來的負擔。它提供了一個易於訪問的介面,這是一個可以在其他軟體包中使用且已被使用的資源。它支援一些工作流程,例如單顆粒分析和斷層掃描,包括引數交換以及跨異構計算機叢集進行分散式處理的能力。它提供了多種工具,用於對原子座標或更大規模模型的結構進行建模,以解釋大型分子複合物(如病毒和亞細胞器)的結構。
  • 支援: 作業系統:Unix(Mac OS X、IRIX、Linux、AIX、Solaris、Tru64)、VMS 影像格式支援:BioRad、Brix、CCP4、Digital Instruments、Digital Micrograph、DSN6、EM、Goodford、GRD、HKL、Imagic、IP、JPEG、MFF、Image Magick、MRC、PIC、PIF、PNG、PNM、SPE、Spider、Suprim、TIFF、XPLOR、RAW
  • 費用:免費/開源(公有領域)
  • 使用語言C++Tcl/Tk
  • 主要參考文獻

    • Heymann,J.B. (2001)。"Bsoft:電子顯微鏡中的影像和分子處理"。Journal of Structural Biology133 (2–3): 156–169。
  • 其他參考文獻
    • Heymann,J.B.;Belnap,D.M. (2007)。"Bsoft:電子顯微鏡的影像處理和分子建模"。Journal of Structural Biology157: 3–18。
    • Heymann,J.B.;Cardone,G.;Winkler,D.C.;Steven,A.C. (2008)。"Bsoft 中冷凍電子斷層掃描的計算資源"。Journal of Structural Biology161: 232–242。


Cyclops 是一款新的計算機程式,設計為一個圖形前端,允許輕鬆控制和互動使用用於 3D 重建生物複合物的任務和程式,使用冷凍電子顯微鏡。它被設計為在網格架構中直接實現。作為一個程式集的前端,它為其他程式提供了通用介面,從而增強了套件的可用性和使用者的生產力。
  • 支援: 作業系統Windows XP 影像格式支援:Imagic
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Plaisier,J.R.;Jiang,L.;Abrahams,J.P. (2007)。"Cyclops:用於冷凍電鏡的新模組化軟體套件"。Journal of Structural Biology157: 19–27。


EMAN2 是一款用於科學影像處理的軟體套件,特別專注於冷凍電鏡單顆粒分析、冷凍電鏡斷層成像、亞斷層平均以及其他透射電鏡相關的影像處理。EMAN2 建立在強大的 C++ 影像處理庫之上,並使用 Python 進行封裝。所有使用者程式,包括圖形使用者介面 (GUI),都使用 Python 編寫,因此即使無需下載(免費提供的)原始碼,也可以對其進行自定義或修改。GUI 包括用於 3D 顯示(等值面、體繪製和切片)、單個 2D 影像、多個 2D 影像、2D 圖和 3D 圖的小部件。核心庫包含數百個影像處理例程,以及用於在方向約定和各種資料格式之間進行轉換的物件。它是一個完全模組化的系統,這意味著新新增的演算法(例如新濾波器或新的 3D 重建例程)會自動且立即出現在所有 GUI 和命令列程式中。
  • 支援: 作業系統:Linux(大多數版本)、Mac OS X(過去約 5 年的版本)、Windows 10 影像格式支援:HDF5、SPIDER、MRC/CCP4、IMAGIC、PIF、ICOS、VTK、PGM、Amira、Xplor、Gatan DM2/DM3/DM4、TIFF、Scans-a-Lot、LST、PNG、V4L、JPEG
  • 費用: 免費/開源,GPL/BSD
  • 編寫語言C++/Python
  • 主要參考文獻

    • Tang, G.; Peng, L.; Baldwin, P.R. "EMAN2:一種用於電子顯微鏡的可擴充套件影像處理套件"。結構生物學雜誌157:38–46。 {{cite journal}}: 未知引數 |coauthors= 被忽略(建議使用 |author=)(幫助)


一套科學影像處理工具,主要用於單顆粒重建。這是一種從數千到數十萬個單個分子的噪聲影像(通常在透射電子顯微鏡上收集)中確定分子或大分子組裝體 3D 結構的技術。EMAN 的重點是提供最先進的單顆粒重建方法,並儘可能實現自動化。目標是即使是新手使用者也能以高準確性和高解析度重建大分子結構。它還提供各種用於更通用影像處理的工具,可用於電子斷層掃描、二維晶體學和螺旋重建。EMAN 由一個約 100,000 行的 C++ 庫組成,並與流行的 Python 程式語言繫結。它提供了數百種不同的科學影像處理演算法,包括傅立葉處理、實空間濾波器、3D 重建、投影等。在 EMAN2 中,所有使用者級程式,包括 GUI 程式,都使用 Python 編寫,允許高階使用者輕鬆自定義軟體包的各個方面。EMAN 由 NIGMS 透過 R01GM080139 資助。
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS X、大多數 Unix 版本、Windows(僅限 GUI 和實用程式) 影像格式支援:HDF5、SPIDER、MRC/CCP4、IMAGIC、PIF、ICOS、VTK、PGM、Amira、Xplor、Gatan DM2/DM3、TIFF、Scans-a-Lot、LST、PNG、V4L、JPEG
  • 費用: 免費/開源,GPL/BSD
  • 編寫語言C++
  • 主要參考文獻

    • Ludtke, S.J.; Baldwin, P.R.; Chiu, W. (1999)。“EMAN:用於高解析度單顆粒重建的半自動化軟體”。結構生物學雜誌128:82–97。


一個用於電子顯微鏡的可擴充套件通用影像分析系統。它提供四種支援。(1)400 多個用於影像分析的小工具,包括通用影像處理,如平滑、標記、二值化,以及 EM 特定工具,如 CTF 校正、對齊、分類、3D 重建、地圖/PDB 結構分析和偽原子建模。(2)用於單顆粒分析、螺旋重建、電子斷層掃描等的整合工具。(3)由 C 和(C)原型原始碼編寫的面向物件庫,供工具開發人員使用。
  • 支援: 作業系統:Linux/Unix、Mac OS X(Intel)、MS Windows 下的 cygwin 影像格式支援:MRC、TIFF、DNS6(Map)等。
  • 費用:免費
  • 編寫語言:C、Tcl/Tk、Ruby/Tk、javascript
  • 主要參考文獻

    • Yasunaga T, Wakabayashi T (1996)。“可擴充套件的面向物件系統 Eos 為大分子電子顯微照片的影像分析提供了一個新的環境”。J. Struct. Biol116(1):155–160。doi:10.1006/jsbi.1996.0025PMID 8742738
  • 其他參考文獻
    • Noda, K (2006)。“使用 VR 系統從電子顯微照片構建蛋白質複合物的原子模型並可視化其 3D 結構”。J. Plasma Physics72(06):1037–1040。 {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|pmcid=幫助);未知引數 |coauthors= 被忽略(建議使用 |author=)(幫助);未知引數 |ref3= 被忽略(幫助);未知引數 |ref4= 被忽略(幫助)


IMAGIC 是一款用於電子顯微鏡的影像分析軟體包,也可用於處理來自其他裝置的影像、光譜和其他多維資料集。典型操作包括:多維混合基傅立葉變換、相關分析、對齊、多元統計分類、角重建以找到 EM 投影影像的空間方向、來自 EM 投影的 3D 重建、2D 影像和 3D 體積影像處理。
  • 支援: 作業系統:大多數平臺(Linux/Unix、Mac OS X(intel)、MS Windows) 影像格式支援:IMAGIC-5(大多數格式都可以匯入/匯出:Spider、CCP4、MRC、TIFF 等)。
  • 費用: 商業和非盈利價格
  • 主要參考文獻

  • 其他參考文獻
    • Van Heel, M. (1979)。“IMAGIC 及其結果”。超顯微鏡4:117。 {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|pmcid=|coauthors=幫助)
    • Van Heel, M. (2010)。“準原子解析度的四維冷凍電子顯微鏡:“IMAGIC 4D””。晶體學國際表,F 卷 {{cite book}}: 未知引數 |coauthors= 被忽略(建議使用 |author=)(幫助)


影像處理庫和工具箱是一個開源專案,主要面向電子顯微鏡領域,特別強調二維電子晶體學。它由幾個用 C++ 編寫的模組化類庫組成,每個庫都將其大部分介面公開給 Python,處理邏輯建立在 Python 之上。易於擴充套件一直是框架設計的主要重點,我們歡迎社群的任何貢獻。
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS X、Windows(實驗性) 影像格式支援:MRC、CCP4、TIFF、JPK、NANOSCOPE、SITUS、PNG、DM3、SPIDER
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 編寫語言C++/Python
  • 主要參考文獻

    • Philippsen A,Schenk AD,Signorell GA,Mariani V,Berneche S,Engel A(2007)。“使用IPLT影像處理庫和工具箱進行協作EM影像處理”。J. Struct. Biol157(1):28–37。doi:10.1016/j.jsb.2006.06.009PMID 16919967 {{cite journal}}: 未知引數 |month= 被忽略(幫助CS1維護:多名作者:作者列表(連結
  • 其他參考文獻


顯微照片資料處理程式 (MDPP) 是一款功能齊全的通用影像處理軟體包,最初編寫用於支援需要電子顯微鏡和影像處理的結構生物學研究。該軟體包包括用於二維和三維平面層重建以及螺旋重建的軟體。
  • 支援: 作業系統:macOS/Linux 影像格式支援:BMD、MRC、SPIDER、TIFF、JPEG、PNG
  • 費用:免費,GPLv3
  • 編寫語言:FORTRAN 和 C
  • 主要參考文獻


MRC 影像處理軟體包

[編輯原始碼]
MRC 影像處理軟體包經過多年的開發,得到了許多作者的貢獻。它包含用於二維晶體影像處理、電子衍射圖案分析、螺旋衍射和單粒子分析的軟體,尤其適用於具有二十面體對稱性的粒子。它還包括用於以多種方式顯示和操作影像的視覺化軟體。
  • 支援: 作業系統:DEC/Tru64、LINUX、UNIX、IRIX、Mac OS X 影像格式支援:MRC
  • 費用:學術使用者免費
  • 主要參考文獻

  • 其他參考文獻
    • Smith JM(1999)。“Ximdisp——一種有助於從電子顯微鏡影像中確定結構的視覺化工具”。J. Struct. Biol125(2–3):223–8。doi:10.1006/jsbi.1998.4073PMID 10222278


RELION(REgularised LIkelihood OptimisatioN,發音為rely-on)的核心是一個最佳化程式,該程式採用經驗貝葉斯方法來最佳化電子低溫顯微鏡 (cryo-EM) 中(多個)3D 重建或 2D 類別平均值。它由MRC分子生物學實驗室的Sjors Scheres小組開發。簡而言之,3D重建的病態問題透過結合先驗知識來正則化:大分子結構是平滑的,即它們在傅立葉域中具有有限的功率。在相應的貝葉斯框架中,從資料中學習統計模型的許多引數,這導致客觀且高質量的結果,而無需使用者專業知識。圍繞此程式的最新發展已將RELION轉變為一個通用軟體包,其中可以執行大多數單粒子分析任務。
  • 支援: 作業系統:Unix(Linux、Mac OS X 等) 影像格式支援:MRC、Spider
  • 費用:免費/開源
  • 主要參考文獻


Scipion是一個影像處理框架,用於使用電子顯微鏡 (3DEM) 獲取大分子複合物的3D模型。它集成了多個軟體包(例如Xmipp、Relion、Spider、Eman2、Bsoft、Frealign、Ctfind等),併為生物學家和開發人員提供了統一的介面。Scipion允許執行結合不同程式的工作流程,同時處理格式和轉換。此外,所有步驟都將被跟蹤,並可在以後重現。
  • 支援: 作業系統:UNIX 影像格式支援:HDF5、SPIDER、MRC/CCP4、IMAGIC、PIF、Gatan DM3、TIFF、JPEG、EM、SPE
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 編寫語言:C++、Python、Java
  • 主要參考文獻

    • de la Rosa-Trevín,JM,Quinana,A,del Cano,L;等(2016)。“Scipion:一個面向3D電子顯微鏡整合、可重複性和驗證的軟體框架”。已提交 {{cite journal}}: |author= 中明確使用等(幫助未知引數 |month= 被忽略(幫助CS1維護:多名作者:作者列表(連結


SIMPLE(單粒子影像處理Linux引擎)實現了一種針對靈活、非對稱單粒子的從頭重建演算法。SIMPLE前端是根據“Unix工具包理念”開發的。面向物件的後臺提供影像聚類、從頭3D對齊、重建和最佳化演算法。

  • 支援:作業系統:Unix(Linux,Mac OS X)影像格式支援:SPIDER
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 編寫語言:現代Fortran
  • 主要參考文獻

    • Elmlund D, Elmlund H (2012). "SIMPLE:用於從頭重建柔性單顆粒的軟體"。已提交
  • 其他參考文獻
    • Elmlund D, Davis R, Elmlund H (2010)。“從共存不同功能狀態的單分子電子顯微鏡影像中進行從頭結構測定”。結構18(7):777–86。doi:10.1016/j.str.2010.06.001PMID 20637414 {{cite journal}}: 未知引數|month=被忽略(幫助CS1維護:作者列表有多個名稱(連結


SPARX(用於解析度擴充套件的單顆粒分析)是一個新的影像處理環境,特別強調透射電子顯微鏡(TEM)結構測定。它包括一個使用者介面,提供了一個完整的圖形程式設計環境,並具有新穎的資料/流程基礎設施,一個廣泛的Python指令碼庫,用於執行特定與TEM相關的計算任務,以及一個核心C++影像處理函式庫。此外,SPARX依賴於EMAN2庫。
  • 支援:作業系統:大多數平臺影像格式支援:大多數格式
  • 成本:免費/開源,BSD
  • 主要參考文獻

    • Hohn M, Tang G, Goodyear G;等(2007)。“SPARX,一種用於冷凍電鏡影像處理的新環境”。J. Struct. Biol157(1):47–55。doi:10.1016/j.jsb.2006.07.003PMID 16931051 {{cite journal}}: |author=中明確使用et al.(幫助未知引數|month=被忽略(幫助CS1維護:作者列表有多個名稱(連結
  • 其他參考文獻


SPIDER(來自電子顯微鏡和相關領域的影像資料處理系統)是一個用於電子顯微鏡的影像處理系統。包含許多操作:3D重建、單顆粒大分子樣本的平均、影像的多變數統計分類和電子斷層掃描。計算模組是用Fortran編寫的,視覺化GUI是用C編寫的。自1978年以來一直在開發和維護。


一個靈活的、模組化的軟體包,旨在用於處理電子顯微鏡影像。該系統由一組用 C 程式語言編寫的影像處理工具或過濾器以及一個基於 UNIX shell 的命令列風格的使用者介面組成。UNIX 的管道和過濾器結構以及 shell 指令碼形式的命令檔案的存在,簡化了從更簡單的工具構建複雜影像處理過程的操作。
  • 支援: 作業系統:Unix 影像格式支援:MRC/suprim
  • 費用:免費/開源
  • 主要參考文獻


"基於 X 視窗的顯微鏡影像處理軟體包",是一個用於單顆粒分析的綜合軟體包,允許執行整個 3D-EM 影像處理工作流程,從微照片預處理到 3D 模型細化。除其他工具外,Xmipp 還包含用於 ART+blobs 重建、自組織對映和最大似然分類(在 2D 和 3D 中)的程式。該軟體是用 C++ 編寫的,並以高度模組化的方式設計。可以從 UNIX 命令列或透過標準化的 python 指令碼呼叫獨立程式。一個用於 python 指令碼的圖形使用者介面(用 python-tk 編寫)使得即使對於新手使用者,執行 Xmipp 也變得非常簡單。

特定軟體包

[編輯 | 編輯原始碼]

提供一套全面的工具來允許分析一類結構問題的資料的軟體包。例如,專門針對具有螺旋、二十面體、晶體對稱性等的物體的軟體包。

二維晶體

[編輯 | 編輯原始碼]
  • 網站: http://2dx.org/
  • 當前版本 3.1.0
  • 聯絡方式: Henning.Stahlberg@unibas.ch
一個軟體系統,設計為一個使用者友好、平臺獨立的電子晶體學軟體包。2dx 協助管理影像處理專案,指導使用者完成 2D 晶體影像的處理,併為處理任務和結果提供透明度。演算法以類似於 c-shell 指令碼的指令碼模板的形式實現。它包括一個單顆粒最大似然模組和 3D 合併功能。2dx 基於 MRC 程式構建,這些程式透過附加功能擴充套件,以與 2dx 的 GUI 互動,並實現可選的自動處理。
  • 支援: 作業系統:Mac OS X,Linux 影像格式支援:MRC,TIFF,CCP4
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻

  • 其他參考文獻

二十面體病毒

[編輯 | 編輯原始碼]

AUTO3DEM

[編輯原始碼]
一個自動化系統,旨在加速從冷凍水合的二十面體病毒顆粒影像中確定三維結構的計算密集型過程。AUTO3DEM在最少的使用者輸入和干預的情況下,管理主要影像重建程式之間的資料流,監控計算的進度,並在模型解析度提高時智慧地更新輸入引數。

BBHP - 伯納姆-布蘭代斯螺旋軟體包

[編輯原始碼]
布蘭代斯螺旋軟體包以某種形式或另一種形式使用了一段時間。最初是為VAX/VMS開發的,它已經被修改、擴充套件和移植過多次。我們於2006年首次將該軟體包移植到Linux,使用Portland Group編譯器。隨後,我們重寫了Fortran程式碼中不被GNU Fortran(g77)支援的部分,現在該軟體包可以使用gcc/g77編譯和執行。這使我們能夠支援額外的現代平臺。重新命名的伯納姆-布蘭代斯螺旋軟體包現在可以在32位Linux、64位Linux、Mac OS X(Intel)甚至執行Cygwin的Windows上執行。同時,在移植到Linux時,我們有機會用更新的程式替換軟體包的主要GUI部分。我們花了一些時間修改了來自SUPRIM的基於Tcl/Tk的GUI程式Tkir(影像檢視器)和Tkll(層線檢視器),以支援外掛架構,我們可以在其中編寫新的外掛以新增功能,而無需進一步修改核心程式碼庫。第一個,tkinterp,在Tkir中提供了一個用於選擇層線的介面,取代了舊的interp程式。第二個,brandeisll,是一個Tkll外掛,用於支援顯示伯納姆-布蘭代斯螺旋軟體包“interp”層線和貝塞爾函式格式。我們還將AVID軟體作為軟體包的一部分包含在內,用於分析螺旋內的方差。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Owen CH,Morgan DG,DeRosier DJ (1996)。“螺旋物體的影像分析:布蘭代斯螺旋軟體包”。J. Struct. Biol116:167–175。PMID 8742740 {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|month=幫助CS1維護:作者列表有多個名稱(連結
  • 其他參考文獻
    • Rost LE,Hanein D,DeRosier DJ (1998)。“對稱偏差的重建:分析部分修飾的F-肌動蛋白和其他不完整結構的過程”。Ultramicroscopy72:187–197。PMID 9639941 {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|month=幫助CS1維護:作者列表有多個名稱(連結


Helixplorer

[編輯原始碼]
HELIXPLORER有助於確定螺旋對稱引數。該工具假設您擁有螺旋結構的衍射圖案(傅立葉變換)。通常,我們使用冷凍電鏡類別平均值的功率譜(PS)。HELIXPLORER在您的實驗衍射圖案頂部繪製從理想螺旋計算出的理論預期圖案。然後,它根據圖案中應包含最大值的區域內的平均PS畫素值計算一個分數。然後,將獲得的分數繪製為所有測試的螺旋引數的1D或2D圖形,您可以點選這些圖形(拖動以放大,右鍵單擊以縮小),以檢查實驗圖案和理論圖案之間的一致性。希望這些圖將顯示結構的真實螺旋對稱引數的(至少區域性)最大分數。當然,會有歧義,最大分數並不總是唯一的,但HELIXPLORER應該有助於選擇一組可管理的可能性。
  • 支援: 作業系統:需要帶有Javascript的網路瀏覽器。 影像格式支援:(瀏覽器相關)BMP、SVG、JPG、PNG和GIF。
  • 費用:免費/開源,CeCILL (http://www.cecill.info/index.en.html)
  • 使用語言:Javascript
  • 主要參考文獻

    • 未發表


  • 網站
  • 聯絡方式: egelman@virginia.edu
迭代螺旋實空間重建(IHRSR)演算法可以在傳統傅立葉-貝塞爾方法有時失效的條件下重建螺旋細絲。例如,當存在無序或異質性時,當樣品衍射較弱時,或當貝塞爾函式重疊時。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:SPIDER

  • 費用:免費
  • 主要參考文獻


一組用於螺旋處理的過程和演算法,我們稱之為PHOELIX軟體包。該軟體包的開發是為了提供一種時間高效且半自動化的方式,用於從具有螺旋對稱性的樣品中確定三維密度圖。PHOELIXn中包含的過程源自原始的MRC螺旋處理套件,並主要使用SUPRIM影像處理軟體包進行了擴充套件。該軟體包目前的形式已針對肌動球蛋白絲的處理進行了最佳化,但已被修改並應用於其他螺旋結構。
  • 支援: 作業系統:Unix 影像格式支援:MRC/suprim
  • 費用:免費/開源
  • 主要參考文獻

    • Whittaker M, Carragher BO, Milligan RA (1995). “PHOELIX:一個用於半自動化螺旋重建的軟體包”。Ultramicroscopy. 58 (3–4): 245–59. PMID 7571117. {{引用期刊}}: 忽略未知引數 |month= (幫助)CS1維護:作者列表中有多個名稱 (連結)
  • 其他參考文獻


Ruby-Helix

[編輯原始碼]
一組用於分析“螺旋”物體(無論是否有接縫)的程式。Ruby-Helix構建在Ruby程式語言之上,是第一個用於實際影像分析的非對稱螺旋重建實現。它還允許更輕鬆和半自動化的分析,執行迭代彎曲和精確確定重複長度。
  • 支援: 作業系統:Fedora,Mac OS X 影像格式支援:MRC
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻

  • 其他參考文獻


Spring是一個基於單顆粒的螺旋重建軟體包,已被用於確定各種高度有序和有序性較差的樣品的三維結構(來自電子顯微照片)。Spring提供了螺旋重建所需的整個基於單顆粒的工作流程,從分類、對稱性確定到高解析度細化,包括多模型細化。
  • 支援: 作業系統:Unix(Mac OS X/Linux) 影像格式支援:來自EMAN2的HDF5
  • 費用: 免費/開源,修改後的BSD
  • 編寫語言:Python
  • 主要參考文獻

    • Desfosses A, Ciuffa R, Gutsche I, Sachse C (2014). “SPRING——一個用於基於單顆粒的螺旋重建的影像處理軟體包(來自冷凍電鏡)”。J. Struct. Biol. 185 (1): 15–26. doi:10.1016/j.jsb.2013.11.003. PMID 24269218.{{引用期刊}}: CS1維護:作者列表中有多個名稱 (連結)


Stokes實驗室程式

[編輯原始碼]
螺旋晶體的影像處理軟體:概述、程式和使用MRC螺旋處理軟體的提示,該軟體此後已被包括池谷千佳志、奈傑爾·安溫、大衛·德羅西耶和大衛·斯托克斯在內的多個小組修改。
  • 支援: 作業系統:Unix 影像格式支援:MRC
  • 費用:免費/開源
  • 主要參考文獻

    • 未發表

單顆粒

[編輯 | 編輯原始碼]

Frealign

[編輯原始碼]
Frealign提供了針對高效細化三維重建和校正顯微鏡對比度傳遞函式而最佳化的演算法,用於透過單顆粒電子顯微鏡確定大分子結構。
  • 支援: 作業系統:Linux,IRIX,OSF,Mac OS X 影像格式支援:MRC,Spider,IMAGIC

  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻


用於單顆粒冷凍電鏡影像處理和三維重建的軟體。主要功能包括自動CTF擬合、從頭初始模型構建、黃金標準獨立精修、無網格最佳化、散焦、像散和放大倍數的精修、多模型競爭精修、對稱性錯配精修、使用釋出/訂閱模型和HTCondor進行並行處理,以及合併在不同放大倍數下拍攝的多組資料集等。基於EMAN/EMAN2庫。


PFT3DR是一個用於確定成像粒子的方向和原點以及根據影像及其指定的方向和原點計算三維重建的軟體包。這些程式是Baker和Cheng(2000)開發的PFT演算法和Crowther等人(1970)的傅立葉貝塞爾重建演算法的增強版本。PFT3DR程式的最初改編版本專門針對二十面體病毒,但後來得到了增強,可以支援生物顆粒中幾乎所有發現的對稱性。其他增強功能在PFT3DR網站上進行了描述。


搜尋/精修/構建

[編輯原始碼]
Search_Fspace、Refine_Fspace和Build_Fspace是用於計算和精修3D圖的相對簡單的程式。許多采用的方法類似於Frealign中使用的方法。提供的網站還提供了一些其他有用的實用程式,用於處理電子顯微照片、MRC影像堆疊和引數檔案。

  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻

    • Lau, W.C.Y, Rubinstein, J.L. (2012). “完整嗜熱棲熱菌H+-驅動ATP合酶的亞奈米解析度結構”. 自然. 481: 214–218. PMID 22753497. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|1= (幫助)CS1維護:多個名稱:作者列表 (連結)
  • 其他參考文獻
    • Benlekbir S, Bueler SA, Rubinstein JL (2012). “釀酒酵母液泡型ATP酶的11-Å解析度結構”. 自然結構與分子生物學. 19 pages=1356-52. PMID 23142977. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|1= (幫助); 缺少管道符號:|volume= (幫助)CS1維護:多個名稱:作者列表 (連結)

斷層掃描

[編輯 | 編輯原始碼]
EM3D是一款旨在分析和視覺化電子顯微鏡 (EM) 斷層掃描資料的軟體應用程式。它特別適用於細胞和分子生物學家。從相對於電子束以多個傾斜角度拍攝的 2D 電子顯微照片的傾斜系列中,該程式可以執行自動對齊並快速將這些資料渲染成清晰的 3D 模型,從而允許您執行物件旋轉以進行檢視。此外,EM3D 還提供分析工具來量化模型中的結構資訊,包括它們的矩、鄰近關係和空間可靠性。所有這些功能都可以透過非常直觀的圖形使用者介面執行。EM3D 可免費用於 PowerPC 或 Intel 的 Mac OS X 和 Windows。EM3D 由斯坦福大學醫學院神經生物學和結構生物學教授 U. J. McMahan 博士的實驗室開發,並在德克薩斯農工大學生物系繼續開發。
  • 支援: 作業系統:Windows、PowerPC 或 Intel 的 Mac OS X 影像格式支援:
  • 費用: 學術用途免費
  • 主要參考文獻

    • Ress D, Harlow ML, Schwarz M, Marshall RM, McMahan UJ (1999). “電子斷層掃描中基準標記的自動獲取和傾斜系列影像的對齊”. 電子顯微鏡學雜誌(東京). 48 (3): 277–87. PMID 10425746描述了 EM3D 自動對齊傾斜影像的方案。{{引用期刊}}: CS1維護:多個名稱:作者列表 (連結) CS1維護:後記 (連結)
  • 其他參考文獻
    • Ress DB, Harlow ML, Marshall RM, McMahan UJ (2004). “從電子顯微鏡斷層掃描資料生成高解析度結構模型的方法”. 結構. 12 (10): 1763–74. doi:10.1016/j.str.2004.07.022. PMID 15458626詳細介紹了 EM3D 模型生成方法。 {{引用期刊}}: 未知引數 |month= 被忽略 (幫助)CS1維護:多個名稱:作者列表 (連結) CS1維護:後記 (連結)
    • Harlow ML, Ress D, Stoschek A, Marshall RM, McMahan UJ (2001). “蛙神經肌肉接頭處活性區物質的結構”. 自然. 409 (6819): 479–84. doi:10.1038/35054000. PMID 11206537EM3D 首次用於在宏觀分子解析度下揭示細胞結構。 {{引用期刊}}: 未知引數 |month= 被忽略 (幫助)CS1維護:多個名稱:作者列表 (連結) CS1維護:後記 (連結)
    • Petersen JD, Chen X, Vinade L, Dosemeci A, Lisman JE, Reese TS (2003). “突觸後密度 (PSD)-95 和 Ca2+/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶 II 在 PSD 中的分佈”. 神經科學雜誌. 23 (35): 11270–8. PMID 14657186EM3D 用於檢查大腦突觸處突觸後密度的結構。 {{引用期刊}}: 未知引數 |month= 被忽略 (幫助)CS1維護:多個名稱:作者列表 (連結) CS1維護:後記 (連結)
    • Ress, D., Harlow, M.L., Marshall, R.A., and McMahan, U.J. (2003). “使用電子顯微鏡斷層掃描資料獲得的等密度表面模型的最佳化方法”. IEEE 第 25 屆年度國際會議論文集. pp. 774–777描述了 EM3D 建立最優等密度表面模型的方法。{{引用書籍}}: CS1維護:多個名稱:作者列表 (連結) CS1維護:後記 (連結)


SNARK14 是一個用於從 1D 投影重建 2D 影像的程式設計系統。它旨在幫助對開發和評估重建演算法感興趣的研究人員。在影像重建領域,研究人員通常希望比較兩種或多種重建技術並評估其相對優點。SNARK14 提供了一個統一的框架來實現演算法並評估其效能。SNARK14 旨在處理平行和發散投影幾何,並可以建立供重建演算法使用 的測試資料。它包含了許多常用的重建演算法。
  • 支援: 作業系統:VirtualBox(對於大多數作業系統,合適的 VirtualBox 平臺軟體包可從以下地址獲得:https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads) 影像格式支援:
  • 費用:免費/開源
  • 主要參考文獻

    • Klukowska J., Davidi R., Herman GT (2013). “SNARK09 - 一個用於從 1D 投影重建 2D 影像的軟體包”. 生物醫學中的計算機方法和程式. 110: 424–440.{{引用期刊}}: CS1維護:多個名稱:作者列表 (連結)

  • 其他參考文獻
    • Herman, Gabor (2009). 計算機斷層掃描基礎:基於投影的影像重建 (第2版). 倫敦:施普林格出版社.


IMOD 是一套用於斷層掃描重建和電子顯微鏡連續切片以及光學切片 3D 重建的影像處理、建模和顯示程式。該軟體包包含用於在多種型別和大小的影像堆疊中組裝和對齊資料、從任何方向檢視 3D 資料以及對影像檔案進行建模和顯示的工具。它包含一個完整的圖形使用者介面,用於生成斷層影像、結合圍繞兩個軸拍攝的傾斜序列的斷層影像以及堆疊來自連續切片的斷層影像。
  • 支援: 作業系統:Linux、Windows、Mac OS X 影像格式支援:MRC、TIFF
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻

  • 其他參考文獻


Protomo 是一套主要用於電子斷層掃描的程式和 shell 指令碼。它提供用於預處理顯微照片、校正未傾斜和傾斜樣品的影像的 CTF、無標記對齊傾斜序列、3D 重建以及使用多元統計分析和分類處理斷層影像體資料等例程。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:CCP4、EM、FFF、IMAGIC、MRC、SPIDER、SUPRIM、TIFF
  • 費用:免費
  • 編寫語言:C
  • 主要參考文獻

  • 其他參考文獻
    • Winkler H, Taylor KA (2006). “電子斷層掃描中無標記精確對齊及同時幾何確定和傾斜序列重建”. Ultramicroscopy. 106 (3): 240–54. doi:10.1016/j.ultramic.2005.07.007. PMID 16137829. {{引用期刊}}忽略未知引數 |month=幫助
    • Winkler H, Taylor KA (2003). “應用於電子斷層掃描中傾斜序列影像資料的焦點梯度校正”. J. Struct. Biol. 143 (1): 24–32. PMID 12892723. {{引用期刊}}忽略未知引數 |month=幫助
    • Taylor KA, Tang J, Cheng Y, Winkler H (1997). “電子斷層掃描在無序蛋白質陣列結構分析中的應用”. J. Struct. Biol. 120 (3): 372–86. doi:10.1006/jsbi.1997.3932. PMID 9441940. {{引用期刊}}忽略未知引數 |month=幫助CS1維護:作者列表有多個名稱(連結


PyTom 是一個基於 Python 的斷層影像分析軟體包。它支援諸如透過模板匹配進行顆粒定位和識別、亞斷層影像平均以及亞斷層影像分類等任務。該軟體包是開源的,不依賴於任何商業軟體,並且與平臺無關。Python 中的實現應該允許輕鬆地為特定任務編寫指令碼。


魯棒對齊和投影估計用於斷層掃描重建 (RAPTOR) 是一款免費軟體,用於對從電子顯微鏡獲得的原始堆疊進行對齊,以用於斷層掃描目的。它旨在自動獲得與透過擴充套件手動干預獲得的對齊相當的全精度對齊。影像中需要用於對齊的基準粒子。它被設計為與 IMOD 軟體相容,因此可以使用通常的 IMOD 工具檢查結果以進行對齊和重建。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Amat F,Moussavi F,Comolli LR,Elidan G,Downing KH,Horowitz M(2008)。“基於馬爾可夫隨機場的電子斷層掃描影像自動對齊”。J. Struct. Biol161(3):260–75。doi:10.1016/j.jsb.2007.07.007PMID 17855124 {{cite journal}}忽略未知引數|month=幫助CS1 維護:作者列表有多個名稱(連結


SerialEM

[編輯原始碼]
SerialEM 是一款用於在 Tecnai 和更新的 JEOL 顯微鏡上獲取電子斷層掃描傾斜系列的程式。它使用了一種基於從先前傾斜位置的樣本位置預測傾斜系列期間樣本位置的方法。透過這種方法,它同時實現了較舊的傾斜系列採集方法(在每次傾斜時跟蹤和聚焦)的穩健性和較新的預校準方法的速度。它提供了一個完整的介面,用於相機控制和影像採集、檢視和儲存。它包括用於在感興趣區域之外跟蹤和聚焦的低劑量模式、能量過濾器控制、使用重疊幀蒙太奇獲取傾斜系列以及用於對映網格並返回到所選位置的導航器模組。它支援 Gatan、Tietz、FEI、AMT 和一些 Direct Electron CCD 相機。
  • 支援:作業系統:Microsoft Windows影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術用途免費
  • 主要參考文獻


TOM 工具箱

[編輯原始碼]
斷層掃描工具箱是一組擴充套件 MATLAB(+ 影像處理工具箱)數值計算環境功能的功能。該工具箱支援廣泛的斷層掃描功能。
  • 自動資料採集程式以深刻的方式改變了電子斷層掃描 (ET) 的視角。具有自動調整功能的複雜資料採集方案最大限度地減少了樣品對電子束的暴露,而複雜的影像分析程式從嘈雜的資料集中檢索最大資訊。“TOM 軟體工具箱”集成了成熟的演算法和針對低劑量 ET 特殊需求的新概念。它為所有處理步驟提供了一個使用者友好的統一平臺:採集、對齊、重建和分析。它被設計為一組計算程式,是在高度靈活的框架內的一個完整的軟體解決方案。TOM 代表了一種使用電子顯微鏡的新方法,可以作為未來高通量應用的基礎。
  • 支援:作業系統:Linux、Microsoft Windows影像格式支援:EM、MRC、Spider
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Nickell S,Förster F,Linaroudis A;等。(2005)。“TOM 軟體工具箱:電子斷層掃描的採集和分析”。J. Struct. Biol149(3):227–34。doi:10.1016/j.jsb.2004.10.006PMID 15721576 {{cite journal}}|author=中明確使用 et al.(幫助忽略未知引數|month=幫助CS1 維護:作者列表有多個名稱(連結


TomoJ 是 ImageJ 的一個 Java 外掛,用於使用 ART、SIRT 和 WBP 演算法執行斷層掃描重建。它在友好的使用者介面中除了標準的互相關方法之外,還包括免費的參考對齊程式。


Ettention

[編輯原始碼]
Ettention是一個用於電子斷層掃描的軟體包。該軟體結合了模組化設計,允許演算法實驗與模組化GPU程式碼,並能夠重建高解析度體積。Ettention完全整合到IMOD的eTomo GUI中。
  • 支援:作業系統:Windows,Linux影像格式支援:
  • 成本:免費/開源,w:LPGL
  • 編寫語言:C++/OpenCL
  • 主要參考文獻

    • Dahmen T.,Marsalek L.,Marniok N.,Turoňová B.,Bogachev S.,Trampert P.,Nickels S.和Slusallek P.(2015)。“Ettention:迭代重建演算法的構建模組”。顯微鏡與微分析論文集{{cite journal}}:CS1維護:作者列表有多個名稱(連結


從大型電子顯微鏡資料進行斷層掃描重建需要特殊的程式來處理由電子光學而不是光線光學產生的幾何畸變。特別是,電子以曲線路徑穿過樣品,散焦和其他像差會產生重大影響。TxBR處理與帶電粒子光學相關的幾何非線性,由於樣品翹曲引起的畸變以及與非標準資料採集模式相關的變換集。此外,TxBR還為無標記對齊和專門的拼接提供了準備,用於連續切片的斷層掃描。
  • 支援:作業系統:Linux,Windows(≥XP),Mac OS X(PowerPC和Intel)影像格式支援:MRC
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • S. Phan,A. Lawrence(2008)。“大型電子顯微鏡傾斜序列的斷層掃描:影像對齊和體積重建”。影像和訊號處理大會,第2卷。第176-182頁。
  • 其他參考文獻
    • Lawrence A,Bouwer JC,Perkins G,Ellisman MH(2006)。“基於變換的反投影用於大型電子顯微鏡傾斜序列的體積重建”。J. Struct. Biol154(2):144-67。doi:10.1016/j.jsb.2005.12.012PMID 16542854 {{cite journal}}忽略未知引數|month=(幫助CS1維護:作者列表有多個名稱(連結


UCSF斷層掃描

[編輯原始碼]
UCSF斷層掃描是一個整合的軟體套件,它提供了從目標查詢、順序斷層掃描資料採集到單軸和雙軸即時重建以及隨機圓錐資料集的自動採集的完全自動化。該軟體是基於一種新方法實現的,其中計算平臺傾斜被建模為幾何旋轉。樣品由於平臺傾斜而產生的空間運動可以根據先前收集的斷層掃描影像進行預測。因此,在整個斷層掃描資料採集過程中無需採集跟蹤和聚焦影像。因此,可以實現顯著的劑量節省,這對於採集冷凍傾斜序列至關重要。即時重建是透過在小型Linux叢集(五個雙處理器計算機節點)上同時計算加權反投影來實現的,同時UCSF斷層掃描資料採集在顯微鏡的計算機上執行,並使用資料採集過程中生成的無基準標記對齊資料。即時重建的3D體積為使用者提供了即時反饋,以全面評估實驗的所有方面,從樣品選擇、冰層厚度、實驗引數到樣品製備質量。為了促進雙軸斷層掃描資料採集,開發了一種用於目標查詢和樣品旋轉後重新定位的分層方案,並將其與預測資料採集和即時重建整合在一起,允許從目標查詢到資料採集和3D體積重建的完全自動化,使用者干預很少。開發了一種現場方案用於隨機圓錐資料採集,其中跟蹤和聚焦在與最終圓錐傾斜影像相同的位置執行。較低的放大倍率結合較短的曝光時間可大幅減少劑量並允許更大的傾斜步長。該系統還包括一個用於拼接未傾斜影像的功能,以確保傾斜影像中的所有顆粒都可用於重建。


FEI Xplore3D™ 斷層掃描套件

[編輯原始碼]
Xplore3D 為 3D 斷層掃描採集、重建和視覺化提供了一個完整的解決方案,整合在一個軟體包中。其高階功能包括批次採集、雙軸斷層掃描、低劑量成像、STEM 斷層掃描、能量過濾以及用於重建的硬體加速。批次排程允許無人值守的隔夜資料採集,來自多個網格位置。準確的互動式對齊程式可以使用互相關(無需標記)、珠子跟蹤或一般特徵跟蹤。高階重建技術包括加權反投影、ART 和 SIRT。Xplore3D 包括一個後期對齊和重建模組,Inspect3D。
  • 支援: 作業系統:Windows XP,影像格式支援:大多數影像格式
  • 價格:價格面議,永久使用權許可證
  • 主要參考文獻

    • R.H.M. Schoenmakers, R.A. Perquin, T.F. Fliervoet, W. Voorhout, H. Schirmacher (2005). “用於高解析度、高通量電子斷層掃描的新軟體”. Microscopy and Analysis. 19 (4): 5–6. {{cite journal}}: 忽略未知引數 |month= (幫助)CS1維護:作者列表有多個姓名 (連結)
  • 其他參考文獻
    • Li Peng, Sergey Ryazantsev, Ren Sun, Z. Hong Zhou (2010). “透過電子斷層掃描對宿主細胞中γ皰疹病毒生命週期的三維視覺化”. Structure. 18 (1): 47–58. doi:10.1016/j.str.2009.10.017. PMID 20152152. {{cite journal}}: 忽略未知引數 |month= (幫助)CS1維護:作者列表有多個姓名 (連結)
    • Linda F. van Driel, Jack A. Valentijn, Karine M. Valentijn, Roman I. Koning, Abraham J. Koster (2009). “應用於人內皮細胞中完整線粒體的相關冷凍熒光顯微鏡和冷凍電子斷層掃描工具”. European Journal of Cell Biology. 88 (11): 669–684. doi:10.1016/j.ejcb.2009.07.002. PMID 19726102. {{cite journal}}: 忽略未知引數 |month= (幫助)CS1維護:作者列表有多個姓名 (連結)
    • Laura van Niftrik, Willie J.C. Geerts, Elly G. van Donselaar, Bruno M. Humbel, Alevtyna Yakushevska, Arie J. Verkleij, Mike S.M. Jetten, Marc Strous (2008). “厭氧氨氧化體的結構和化學分析:厭氧氨氧化細菌中一個膜結合的胞質區室”. Journal of Structural Biology. 161 (3): 401–410. doi:10.1016/j.jsb.2007.05.005. PMID 17604181. {{cite journal}}: 忽略未知引數 |month= (幫助)CS1維護:作者列表有多個姓名 (連結)


自動斷層掃描 (Au-Tom) 用於電子斷層掃描 (ET) 的自動重建,涵蓋了電子斷層掃描的預處理、對齊和重建。在我們的軟體包中,基於標記點的的資料集和無標記點的資料集使用完全不同的子流程處理。該軟體包具有以下特點:針對包含大量生物結構但沒有標記點的資料集的精確對齊模組;針對嵌入標記點的資料集的全自動對齊模組;涵蓋廣泛的重建方法,包括一種基於壓縮感知理論恢復“缺失楔”的新迭代重建方法;支援更快迭代代數重建的多平臺加速解決方案。目前,AuTom 的基於標記點的對齊和重建模組是最完善的,而無標記點的對齊仍然存在資料特徵的侷限性。Autom 已在 Red Hat Enterprise 6.4、Cenots 6.5、Ubuntu 14.04 和 Ubuntu 16.04 上構建。其他系統可能無法得到很好的支援。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

  • 其他參考文獻
    • Deng Y, Chen Y, Zhang Y, Wang S, Zhang F, Sun F (2016). "ICON:具有'缺失資訊'恢復的 3D 重建在生物電子斷層掃描中的應用". J. Struct. Biol. 195 (1): 100–112. doi:10.1016/j.jsb.2016.04.004. PMID 27079261. {{cite journal}}: 忽略未知引數 |month=(幫助CS1 maint:作者列表有多個名稱(連結
    • Han R, Wang L, Liu Z, Sun F, Zhang F (2015). "一種用於電子斷層掃描中基於標記點對齊的新型全自動方案". J. Struct. Biol. 192 (3): 403–417. doi:10.1016/j.jsb.2015.09.022. PMID 26433028. {{cite journal}}: 忽略未知引數 |month=(幫助CS1 maint:作者列表有多個名稱(連結
    • Han R, Zhang F, Wan X, Fernández JJ, Sun F, Liu Z (2014). "一種用於電子斷層掃描中基於標記點對齊的新型全自動方案". J. Struct. Biol. 186 (1): 167–180. doi:10.1016/j.jsb.2014.02.011. PMID 24582712. {{cite journal}}: 忽略未知引數 |month=(幫助CS1 maint:作者列表有多個名稱(連結
    • Han R, Zhang F, Gao X (2018). "用於電子斷層掃描全自動對齊的快速標記點跟蹤模型". Bioinformatics. 34 (5): 853–863. doi:10.1093/bioinformatics/btx653. PMID 29069299. {{cite journal}}: 忽略未知引數 |month=(幫助CS1 maint:作者列表有多個名稱(連結
    • Han R, Wan X, Li L, Lawrence A, Yang P, Li Y, Wang S, Sun F, Liu Z, Gao X, Zhang F (2019). "AuTom-dualx:一種用於雙軸傾斜序列全自動基於標記點對齊和同時重建的工具包". Bioinformatic. 35 (2): 319–328. doi:10.1093/bioinformatics/bty620. PMID 30010792. {{cite journal}}: 忽略未知引數 |month=(幫助CS1 maint:作者列表有多個名稱(連結

應用工具

[編輯 | 編輯原始碼]

亞體積平均

[編輯 | 編輯原始碼]
Dynamo 是一個用於冷凍電鏡資料亞斷層圖平均的軟體包。它旨在為使用者提供很大的靈活性,以便在標準程式中新增新演算法並將其適應不同的計算環境,如桌面電腦、多核機器、(多)GPU 或 CPU 叢集。
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS、Windows 影像格式支援:.em、.spi、.mrc

  • 費用:學術用途免費,GPL/BSD

  • 主要參考文獻

    • Castaño-Díez D,Kudryashev M,Arheit M,Stahlberg H (2012)。“Dynamo:一種用於在高效能計算環境中進行冷凍電鏡資料亞層析平均的靈活、使用者友好的開發工具”。J Struct Biology (3)。doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.jsb.2011.12.017 {{cite journal}}: 請檢查 |doi= 值(幫助; 外部連結在 |doi= 中(幫助CS1 maint: 多個名稱:作者列表(連結


Jsubtomo

[編輯原始碼]
Jsubtomo 是一個基於 Bsoft 的開源軟體包,用於對斷層掃描子體積進行平均。它包括使用約束互相關、缺失楔形加權平均和細化的工具來定位斷層掃描圖中的子體積。可以輕鬆包含粒子的初始方向估計以約束細化。Python 指令碼可用於並行處理和迭代細化。
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS、Windows 影像格式支援: 大多數,包括 .map、.mrc、.em、.spi、.img、.pif
  • 費用:免費
  • 編寫語言:C
  • 主要參考文獻

    • Huiskonen JT,Hepojoki J,Laurinmäki P,Vaheri A,Lankinen H,Butcher SJ,Grünewald K。(2010)。“圖拉漢坦病毒的冷凍電鏡斷層掃描表明了一種包膜病毒獨特的組裝模式”。J Virology84 (10): 4889–97。doi:10.1128/JVI.00057-10{{cite journal}}: CS1 maint: 多個名稱:作者列表(連結


PEET 是一個用於子體積對齊、平均和分類的開源軟體包。PEET 最常與 IMOD 結合使用。
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS-X、Windows 影像格式支援: .mrc
  • 費用: 免費,GPL
  • 程式語言:Matlab、C、C++
  • 主要參考文獻

    • Nicastro D,Schwartz C,Pierson J,Gaudette R,Porter M,McIntosh J.R。(2006)。“冷凍電鏡斷層掃描揭示的軸絲分子結構”。Science313 (5789): 944–948。doi:10.1126/science.1128618{{cite journal}}: CS1 maint: 多個名稱:作者列表(連結

質量測量

[編輯 | 編輯原始碼]
一款用於暗場電子顯微鏡質量測定的快速且使用者友好的多平臺軟體。MASDET 提供了幾個用於主要質量分析步驟的子程式,即影像顯示和感興趣區域 (ROI) 的選擇、質量評估和資料分析。兩種程式模式構成了質量測定的核心程式:(i) AREA 程式模式確定片狀結構(例如,蛋白質 S 層、薄的有機和無機薄膜)的單位面積質量以及球狀結構(例如,單個大分子、球狀組裝體、有機/無機奈米粒子)的單位體積質量,以及 (ii) FILAMENT 程式模式確定單個 ROI 中絲狀結構(例如,中間絲、DNA-蛋白質複合物、菸草花葉病毒、奈米線)的單位長度質量。單個 ROI 中質量資料的統計分析包含圖形資料顯示(直方圖和 XY 圖),並允許擬合多達 10 條高斯曲線。暗場顯微照片還可以使用蒙特卡羅模擬資料重新計算為質量厚度曲線和/或質量厚度圖。


資料採集

[編輯 | 編輯原始碼]

提供工具或一組工具以允許分析一類或多類結構問題的軟體包。這些軟體包通常是為了管理結構分析中的一個特定步驟而開發的,例如 CTF 校正、粒子拾取等。


Leginon

[編輯原始碼]

Leginon是一個用於自動採集透射電子顯微鏡影像的系統。支援的儀器:FEI Tecnai系列TEM,Tietz和Gatan CCD相機。2007年8月1日,Leginon 1.4作為開源軟體釋出。

粒子選擇

[編輯 | 編輯原始碼]

DoG Picker

[編輯原始碼]
DoG Picker是一個簡單的粒子拾取器,它使用高斯差分演算法拾取類似於斑點的粒子。它整合到TiltPicker程式中(如下所示)。


FindEM程式基於使用一系列模板的區域性實空間相關性進行投影匹配。實空間演算法傳統上相對較慢,但是已經引入了實空間區域性相關函式的快速傅立葉實現,這使得投影匹配應用程式的速度提高了大約兩個數量級。該演算法被稱為“快速區域性相關函式”或FLCF。
  • 支援: 作業系統:Unix 影像格式支援:MRC
  • 成本: 免費/開源

  • 主要參考文獻

    • Roseman, A.M. (2004). "FindEM——一種快速高效的程式,用於從電子顯微照片中自動選擇顆粒"。結構生物學雜誌145 (1–2): 91–99。doi:10.1016/j.jsb.2003.11.007PMID 15065677
  • 其他參考文獻
    • Roseman, A.M. (2003). "使用快速區域性相關演算法在電子顯微照片中查詢顆粒"。超顯微鏡94 (3–4): 225–236。PMID 12524193


一個用於分子電子顯微鏡的顆粒選擇系統。它應用分層篩選程式來識別電子顯微照片中的分子顆粒。程式的使用者介面提供了多種功能,以方便影像資料視覺化、顆粒註釋和顆粒質量檢查。系統設計強調功能性和可用性。
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS X、MS Windows 影像格式支援:MRC、TIFF
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻

    • Chen, J. Z. (2007). "SIGNATURE:一種用於分子電子顯微鏡的單顆粒選擇系統"。結構生物學雜誌157: 168–173。 {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


一個專門的圖形使用者介面,旨在簡化從電子顯微照片資料集選擇顆粒的過程。它提供了模板匹配和邊緣檢測演算法的實現,具有直觀易用的介面,並且可用於在電子顯微鏡生成的大多數資料集上獲得有用的結果。目前,使用者可以預期每小時互動選擇約1000-4000個顆粒。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:大多數影像格式
  • 費用:根據軟體許可協議,學術用途免費
  • 主要參考文獻

    • Woolford, D. (2007). "SwarmPS:快速、半自動的單顆粒選擇軟體"。結構生物學雜誌157: 174–188。 {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


TiltPicker

[編輯原始碼]
一個用於從影像傾斜對中挑選顆粒的圖形使用者介面,適用於隨機圓錐傾斜 (RCT) 和正交傾斜重建 (OTR) 等應用。TiltPicker 借鑑了 Leginon 的介面,並重新實現了可在現代計算機上執行的 SPIDER WEB 的許多傾斜挑選功能。


模板匹配和分類系統。模板匹配識別候選顆粒影像,同時互動式地訓練支援向量機演算法以區分顆粒和非顆粒。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用:免費/開源
  • 主要參考文獻

    • Zhao J, Brubaker MA, Rubinstein JL (2013). "TMaCS:一種用於自動顆粒選擇的混合模板匹配和分類系統"。J. Struct. Biol。印刷中。 {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|month= (幫助)CS1 維護:作者列表中有多個名稱 (連結)



Gautomatch

[編輯原始碼]
一個 GPU 加速的自動顆粒選擇程式。在進行真正的顆粒挑選之前,會自動檢測並拒絕冰汙染、碳邊緣、聚集等。典型速度:使用 GTX 980 上的 15 個模板,每個 4096X4096 顯微照片 1~2 秒;靈活使用;有或無模板;.box/.star 作為預設輸出,顆粒堆疊可選;診斷顯微照片作為選項,以便輕鬆最佳化引數;用於整個資料集批次處理的單個命令;
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用:研究用途免費
  • 編寫語言CUDA
  • 主要參考文獻

    • Kai Zhang。"Gautomatch:準確的即時挑選"。待發表 {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|pmcid=|coauthors= (幫助)

CTF 估計和校正

[編輯 | 編輯原始碼]
一種完全自動化的演算法,用於估計透射電子顯微鏡的對比度傳遞函式 (CTF) 引數。該演算法的 MATLAB 實現稱為 ACE,可免費獲得。另請參閱作者的網站:http://graphics.ucsd.edu/~spmallick/research/ace/index.html
  • 支援: 作業系統:MATLAB 影像格式支援:MRC
  • 費用:免費/開源,Apache License v2.0
  • 編寫語言MATLAB
  • 主要參考文獻

    • Mallick, S.P. (2005). "ACE:自動 CTF 估計"。超顯微鏡104 (1): 8–29。 {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


ACE2 是一個用於 CTF 估計和校正的程式,使用了 Satya 等人開發的演算法(參見 ACE),並用 Objective-C 程式語言重寫,無需 MATLAB。


用於視覺化和評估 CTF 估計引數質量的程式。


ctf Explorer

[編輯原始碼]
允許計算相位襯度傳遞函式 (CTF):電子顯微鏡中一個有用的特性。
  • 支援: 作業系統:Windows 95/98/NT4/2000/XP 影像格式支援
  • 費用:w:明信片軟體,免費軟體
  • 主要參考文獻

    • Sidorov, Max V. (2002). "ctfExplorer: Interactive Software for 1d and 2d Calculation and Visualization Of TEM Phase Contrast Transfer Function". 8 (S02): 1572CD–1573CD. doi:10.1017.S1431927602104442. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (幫助); Check |doi= value (幫助); Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (幫助)


CTFfind3 和 CTFtilt

[編輯原始碼]
用於查詢電子顯微照片 CTF 的程式。
  • 支援: 作業系統:Linux、IRIX、OSF 影像格式支援:MRC
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 編寫語言Fortran
  • 主要參考文獻

    • Mindell, J.A. (2003). "Accurate determination of local defocus and specimen tilt in electron microscopy". Journal of Structural Biology. 142: 334–347. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (幫助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (幫助)


電子低溫顯微鏡中非散光影像的 CTF 確定。
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS X 影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術使用者免費
  • 主要參考文獻

    • Fernandez, J.J. (2006). "CTF determination and correction in electron cryotomography". Ultramicroscopy. 106: 587–596. doi:10.1016/j.ultramic.2006.02.004. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (幫助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (幫助)
  • 其他參考文獻
    • Fernandez, J.J. (1997). "A spectral estimation approach to contrast transfer function detection in electron microscopy". Ultramicroscopy. 68: 267–295. doi:10.1016/S0304-3991(97)00032-6. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (幫助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (幫助)


電子斷層掃描中的 CTF 確定和校正。
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS X 影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術使用者免費
  • 主要參考文獻

    • Fernandez, J.J. (2006). "CTF determination and correction in electron cryotomography". Ultramicroscopy. 106: 587–596. doi:10.1016/j.ultramic.2006.02.004. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (幫助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (幫助)


透過約束非線性最佳化估計對比度傳遞函式和相關引數。
  • 支援: 作業系統:Linux、Windows 和 Mac OS X 影像格式支援:MRC
  • 費用: 免費
  • 主要參考文獻

    • Yang, C (2009). "Estimating contrast transfer function and associated parameters by constrained non-linear optimization". Journal of Microscopy. 233 (3): 391–403. doi:10.1111/j.1365-2818.2009.03137.x. PMID 19250460. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (幫助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (幫助)


一種用於確定冷凍電鏡影像焦點的圖論方法。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術使用者免費
  • 編寫語言:Python
  • 主要參考文獻

    • Jiang, Wen (2012). "A graph theory method for determination of cryo-EM image focuses". Journal of Structural Biology. 180 (2): 343–351. doi:10.1016/j.jsb.2012.07.005. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (幫助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (幫助)


一個GPU加速的即時CTF確定和校正程式;全自動、批處理、粒子區域性CTF、單幀CTF精修、自洽性驗證、同相平均(EPA)診斷功率譜;完全相容Relion、Frealgin等。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用: 研究用途免費
  • 編寫語言: CUDA
  • 主要參考文獻

三維重建

[編輯 | 編輯原始碼]
在標準多核計算機上使用WBP和SIRT進行快速斷層掃描重建。


TOMO3Dhybrid

[編輯原始碼]
使用CPU+GPU協同處理的快速斷層掃描重建(WBP、SIRT)。

解析度估計

[編輯 | 編輯原始碼]
用於計算兩個3D體積的傅立葉殼層相關性的程式。三維傅立葉殼層相關性(FSC)測量兩個3D體積在傅立葉空間中對應殼層上的歸一化互相關係數,即作為空間頻率的函式。 (修正的)3-sigma標準表明FSC在何處系統地出現在背景噪聲的預期隨機相關性之上。1/2位元資訊閾值標準表示在最終3D重建中,我們已經收集了足夠的資料,以便在該解析度級別上進行直接的結構解釋。1/2位元曲線經過校準,以近似產生與X射線晶體學中使用的解析度值相當的解析度值(FOM)。
  • 支援: 作業系統: Linux/Unix、Mac OS X (Intel)、MS Windows 影像格式支援: IMAGIC、Spider、CCP4、MRC、TIFF等。
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Harauz, G. (1986). "Exact filters for general geometry three dimensional reconstruction". Optik. 78: 146–156. {{cite journal}}: 引用包含空未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)

  • 其他參考文獻
    • van Heel, M. (2005). “傅立葉殼相關閾值標準”. 結構生物學雜誌. 151: 250–262. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)


RMEASURE

[編輯原始碼]
一種計算方法,允許測量透過單顆粒電子顯微鏡和重建獲得的三維結構的信噪比和解析度。該方法不依賴於原始影像資料的可用性,也不依賴於從資料的不同部分計算多個結構(這對於常用的傅立葉殼相關標準是必需的)。相反,計算相鄰傅立葉畫素之間的相關性,並用於區分訊號和噪聲。
  • 支援: 作業系統:Linux、IRIX、OSF、Mac OS X 影像格式支援:MRC、Spider
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻

    • Sousa, D. (2007). “單顆粒結構的從頭解析度測量”. 結構生物學雜誌. 157: 201–210. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
使用迭代中值濾波進行自動降噪的軟體。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術使用者免費
  • 主要參考文獻

    • van der Heide P, Xu XP, Marsh BJ, Hanein D, Volkmann N (2007). “基於迭代中值濾波的電子斷層掃描重建的高效自動降噪”. J. Struct. Biol. 158: 196–204. PMID 17224280. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help)CS1 maint: multiple names: authors list (link)


用於使用各向異性非線性擴散對電子低溫斷層掃描進行降噪的軟體包。
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS X 影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術使用者免費
  • 主要參考文獻

    • Fernandez, J.J. (2003). “用於去除低溫斷層掃描噪聲的各向異性非線性擴散改進演算法”. 結構生物學雜誌. 144: 152–161. doi:10.1016/j.jsb.2003.09.010. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  • 其他參考文獻
    • Fernandez, J.J. (2007). “具有自動引數調整的三維各向異性降噪。應用於電子低溫斷層掃描”. 計算機科學講義. 4788: 60–69. doi:10.1007/978-3-540-75271-4_7. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)


TOMOBFLOW

[編輯原始碼]
用於使用Beltrami流對電子斷層掃描進行降噪的軟體包。


基於均值漂移的電子斷層掃描降噪和預分割軟體包。
CoDiv - 大陸分水嶺分割。用於對密度圖(例如透過電子顯微鏡和影像重建或電子斷層掃描獲得的密度圖)進行半自動分割的軟體。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術使用者免費
  • 主要參考文獻

    • Volkmann N (2002). “用於電子密度圖分割的分水嶺變換的一種新的三維變體”. J. Struct. Biol. 138: 123–129. PMID 12160708. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help)


Population

[編輯原始碼]
CoDiv - Population致力於對來自二維/三維顯微鏡的影像進行定量/定性分析,包括濾波、分割、幾何/物理特徵描述、視覺化和建模。
  • 支援: 作業系統:Linux/Windows 影像格式支援:RAW/BMP/JPEG/PNG/PGM
  • 費用:學術/工業使用者免費,MIT許可證
  • 編寫語言:C++
  • 主要參考文獻


SuRVoS工作臺

[編輯原始碼]
SuRVoS 工作臺是一個用於分割 3D 影像資料集的程式。SuRVoS 結合了用於特徵檢測的高階演算法和用於更智慧、半自動分割和分析的超區域構建。該軟體引導使用者完成將 3D 體積劃分為分層分割層(超區域)的過程,然後以使用者的知識作為輸入訓練註釋進行半自動分割和細化。分割後,SuRVoS 提供了一套用於對資料物件進行分類並生成有關其特徵(大小、強度、體積、位置等)資訊的工具。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC、Tiff Stacks、HDF5
  • 費用: 免費,Apache V2
  • 編寫語言:Python、C++、CUDA
  • 主要參考文獻


TOMOSEGMEM

[編輯原始碼]
用於分割斷層影像中膜的軟體包。


TomoSegMemTV

[編輯原始碼]
基於張量投票的斷層影像魯棒膜分割軟體包。

B 因子估計和校正

[編輯 | 編輯原始碼]
用於過濾 3D 影像並應用 B 因子的程式。
  • 支援: 作業系統:Linux/Mac 影像格式支援:MRC
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻

    • 未發表


EM-BFACTOR

[編輯原始碼]
用於增強單顆粒電子冷凍顯微鏡中高解析度資訊的軟體包
  • 支援: 作業系統:Linux、Mac OS X 影像格式支援:3DEM 中最常用的格式
  • 費用: 學術使用者免費
  • 主要參考文獻

    • Fernandez, J.J. (2008). "增強單顆粒電子冷凍顯微鏡中高解析度資訊". Journal of Structural Biology. 164: 170–175. doi:10.1016/j.jsb.2008.05.010. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|pmcid=幫助; 未知引數 |coauthors= 被忽略(建議使用 |author=)(幫助
  • 其他參考文獻
    • Rosenthal, P.B. (2003). "單顆粒電子冷凍顯微鏡中顆粒方向、絕對手性和對比度損失的最佳確定". Journal of Molecular Biology. 333: 721–745. doi:10.1016/j.jmb.2003.07.013. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|pmcid=幫助; 未知引數 |coauthors= 被忽略(建議使用 |author=)(幫助

初始模型構建

[編輯 | 編輯原始碼]
用於估計呈現側檢視的單顆粒的相對角取向的程式
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術使用者免費
  • 主要參考文獻

    • Baker, L.A. (2008). "單顆粒電子顯微鏡中側檢視的角度確定". Journal of Structural Biology. 162: 260–270. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|pmcid=幫助; 未知引數 |coauthors= 被忽略(建議使用 |author=)(幫助
  • 其他參考文獻
    • Rubinstein, J.L. (2003). "透過電子冷凍顯微鏡確定線粒體 ATP 合酶的結構". EMBO Journal. 22: 6182–6192. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|pmcid=幫助; 未知引數 |coauthors= 被忽略(建議使用 |author=)(幫助

視覺化和建模

[編輯 | 編輯原始碼]
ADP_EM 是一種超快速的多解析度原子結構擬合到低/中解析度 EM 影像中的工具,專門設計用於支援高通量覆蓋。該方法使用球諧函式有效地加速旋轉掃描。它可以被認為是 Kovacs 等人在 2003 年描述的快速旋轉匹配 (FRM) 的實用簡化版本。請下載程式並自行測試使用這種新方法獲得的效率和魯棒性。
  • 支援:作業系統:Windows,Linux 影像格式支援:CCP4,SITUS
  • 費用:免費
  • 開發語言:C/C++
  • 主要參考文獻

    • Garzón, J.I. (2007). "ADP_EM: 高通量覆蓋的快速窮舉多解析度對接". Bioinformatics. 23 (4): 427–33. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數|coauthors=被忽略(建議使用|author=)(幫助)
  • 其他參考文獻
    • Julio A. Kovacs,Pablo Chacón,Yao Cong,Essam Metwally和Willy Wriggers (2003). "透過快速傅立葉變換加速五自由度實現剛體的快速旋轉匹配". Acta Cryst. D. 59: 1371–1376. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|month= (幫助)CS1維護:作者列表有多個名稱 (連結)


Amira是一款軟體解決方案,滿足您對臨床或臨床前影像資料、核數據、光學或電子顯微鏡影像、分子模型、向量和流資料、有限元模型上的模擬資料以及所有型別的多維影像、向量、張量和幾何資料進行處理的嚴苛需求。
  • 支援:作業系統:Win/Linux/Mac 影像格式支援:TIFF,BMP,JPEG,PNG,SGI,Leica,Zeiss,BioRad,Olympus,MRC,DICOM,Analyze 3D,Fidap,I-DEAS,Fluent,DXF,STL,VRML,Inventor,CATIA 4/5,IGES
  • 費用:取決於許可證
  • 主要參考文獻


肌動蛋白網路的自動分割(Amira軟體包)

[編輯原始碼]
該軟體包提供了一個用於從冷凍電鏡斷層掃描圖中自動分割肌動蛋白絲的程式。它基於模板匹配與新的追蹤演算法的結合,並允許對絲狀肌動蛋白網路的特性進行統計學上有意義的評估。整個分析工作流程,從降噪到分割,都可以在Amira 5.4.5的視覺化框架中執行。我們的分割軟體包使使用者能夠獲得單個肌動蛋白絲的幾何資料,並使用這些資料進行統計分析。該軟體是由柏林Zuse研究所(ZIB)和馬克斯·普朗克生物化學研究所合作開發的。
  • 支援:作業系統:Linux和Windows的64位版本,MacX的32位版本。影像格式支援:3D斷層掃描資料,EM,MRC,其他
  • 費用:軟體包:學術用途免費;Amira試用版許可證(有效期3周)可用,否則:需要Amira 5.4.5的許可證版本
  • 主要參考文獻


CoAn/CoFi

[編輯原始碼]
用於將原子模型基於統計方法擬合到低解析度密度圖中的軟體,例如透過電子顯微鏡和影像重建獲得的密度圖。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術使用者免費
  • 主要參考文獻

    • Volkmann N,Hanein D (1999). "原子模型在電子顯微鏡獲得的觀測密度中的定量擬合". J. Struct. Biol. 125: 176–184. PMID 10222273. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|pmcid= (幫助)
  • 其他參考文獻
    • Volkmann N,Hanein D (2003). "原子模型在電子顯微鏡重建中的對接". Methods Enzymol. 374: 204–225. PMID 14696375. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|pmcid= (幫助)
    • Volkmann N (2009). "原子模型在低解析度密度中的擬合置信區間". Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 65: 679–689. PMID 19564688. {{引用期刊}}: 引用包含空未知引數:|pmcid= (幫助)


UCSF Chimera

[編輯原始碼]
分子建模軟體包,具有許多密度圖功能。支援在圖中擬合原子模型、互動式分割、粗略建模、測量和著色密度圖,以闡明大型分子元件的結構。圖功能旨在分析電子顯微鏡單粒子重建和斷層掃描。包括許多用於分析原子解析度分子模型和多序列比對的方法。
  • 支援:作業系統:Windows,Macintosh,Linux 影像格式支援:MRC,CCP4,SPIDER,BRIX,SITUS,PIF,HDF5,其他

  • 費用: 學術用途免費
  • 主要參考文獻

    • Goddard, TD (2007). “使用 UCSF Chimera 視覺化密度圖”. 結構生物學雜誌. 157 (1): 281–7. PMID 16963278. {{cite journal}}: 引用包含空的未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


coloRNA 的目的是:如果我們有兩個版本的 RNA 結構(以 pdb 檔案給出),由於構象變化而有所不同,並且給定二級結構,則程式能夠確定對應殘基之間的距離並將其熱圖對映到二級結構上。也就是說,非常靈活的殘基顯示為紅色,中等靈活的殘基顯示為黃色和綠色,非常穩定的殘基顯示為藍色。因此,藉助該程式,可以確定二級結構的哪些部分負責 3D 結構的移動性。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:pdb 檔案,其他檔案格式(參見 readme.txt)
  • 費用:免費
  • 編寫語言: Python 2.3.3 和 Tkinter 8.4
  • 主要參考文獻


EMDataBank

[編輯原始碼]
EMDataBank.org 是一個用於沉積和檢索 3DEM 圖、模型和相關元資料的資源,它統一了對兩個主要的 EM 結構資料檔案的公共訪問:EM 資料庫 (EMDB) 和蛋白質資料庫 (PDB),並促進了更廣泛的科學界使用 EM 結構資料。該資源提供基於 Java 的 3D 瀏覽器,可從 EMDataBank 圖集頁面訪問。可以使用 EMSEARCH 找到感興趣的圖集頁面 (http://www.emdatabank.org/search.html)。

AstexViewer 是一款最初開發用於顯示晶體學資料的分子圖形程式,最近在開源許可證下重新發布,並已適用於顯示 EM 圖和相關的 PDB 座標模型。使用緊湊的對映格式來提高 Web 下載速度並最大程度地減少記憶體需求(非常大的對映會進行下采樣)。當前的功能包括能夠控制對映輪廓級別、不透明度、顏色、實體與網格表面渲染以及一個或多個 PDB 座標條目的併發顯示。

  • 支援: 作業系統:需要具有 Java(首選 1.5 或更高版本)的 Web 瀏覽器,檢視大型對映可能需要增加 Java 執行時記憶體 影像格式支援:
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Lawson, C. (2011). “EMDataBank.org:冷凍電鏡的統一資料資源”. 核酸研究. 39(資料庫問題):D456. doi:10.1093/nar/gkq880. PMID 20935055. {{cite journal}}: 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助); 未知引數 |pmcid= 被忽略 (|pmc= 建議) (幫助)
  • 其他參考文獻
    • Tagari, M. (2002). “新的電子顯微鏡資料庫和沉積系統”. 趨勢生化。科學. 27: 589. PMID 12417136. {{cite journal}}: 引用包含空的未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)
    • Henrick, K. (2003). “EMDep:一個用於沉積和驗證高解析度電子顯微鏡大分子結構資訊的基於 Web 的系統”. J. Struct. Biol. 144: 228. PMID 14643225. {{cite journal}}: 引用包含空的未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


用於將原子模型擬合到電子顯微鏡圖中的程式。擬合標準包括原子位點處密度的總和、原子在負密度或低密度中不存在、原子結構的對稱相關位置之間不存在原子碰撞以及圖中可識別特徵與其在擬合原子結構上的位置之間的距離等。
  • 支援: 作業系統:Linux,AIX 影像格式支援:TSB ASCII EM,XPLOR ASCII
  • 費用:免費/開源
  • 主要參考文獻

    • Rossmann, M.G. (2000). “將原子模型擬合到電子顯微鏡圖中”. Acta Crystallogr. D56: 1341–1349. {{cite journal}}: 引用包含空的未知引數:|pmcid=|coauthors= (幫助)


EMPackage(Amira 的電子斷層掃描工具箱)

[編輯原始碼]
EMPackage 是一個功能強大的 Amira 三維電子顯微鏡工具箱。該工具箱的主要目標是透過在 Amira 中直接啟用降噪和分割任務來減少分析 EM 資料所需的各種程式的數量。必須安裝 Amira,並且需要 Amira 的許可證。
  • 支援: 作業系統:Win/Linux/Mac 影像格式支援:Amira 中支援的檔案格式以及 CCP4、EM、IMAGIC、SPIDER
  • 費用:學術用途免費,但需要 Amira
  • 主要參考文獻

    • Pruggnaller, S. (2008). “電子顯微鏡的視覺化和分割工具箱”. 結構生物學雜誌. {{cite journal}}: 引用包含空的未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


一個互動式分子建模系統,專門針對冷凍電鏡和其他大分子複合物的低解析度結構。Gorgon 專案的長期目標是能夠解決從複合物的初始體積重建到最終放置每個單個原子的分子建模管道的各個部分。Gorgon 是聖路易斯華盛頓大學和貝勒醫學院合作開發的。Gorgon 目前提供以下功能類別

    • 視覺化:一個用於體資料(等值面、橫截面和實體渲染)、幾何骨架、二級結構元素和原子模型(PDB)的綜合視覺化框架。
    • 幾何操作:提供了許多幾何操作,例如骨架化(二值/灰度和互動式)、平滑、重取樣、裁剪等。
    • 蛋白質結構預測:我們提供工具,允許使用者找到序列中預測的二級結構元素與體積中觀察到的二級結構元素之間的對應關係。
    • 蛋白質主鏈追蹤:可以使用Gorgon提供的許多支援元素輕鬆地手動或半自動地追蹤蛋白質的C-α主鏈。
  • 支援: 作業系統:Windows 2000/XP/Vista、MacOS X、Linux 影像格式支援:MRC、CCP4、RAW、OFF、PDB、SEQ、SSE、WRL/VRML
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Abeysinghe, S.S. (2008). "Segmentation-free skeletonization of grayscale volumes for shape understanding". Shape Modeling and Applications: 63–71. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  • 其他參考文獻
    • Abeysinghe, S.S. (2008). "Shape modeling and matching in identifying 3D protein structures". Computer-Aided Design. 40 (6): 708–720. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
    • Baker, M. (2007). "Identification of Secondary Structure Elements in Intermediate Resolution Density Maps". Structure. 15 (1): 7–19. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
    • Ju, T. (2007). "Computing a family of skeletons of volumetric models for shape description". Computer-Aided Design. 39 (5): 352–360. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)


iMODFIT 是一款高效的工具,可以基於內部座標的正則模式分析,快速靈活地將原子結構擬合到低/中解析度EM圖中。它能夠處理具有多個粗粒度級別的蛋白質和核酸結構以及小配體。

請下載程式並親自測試這種新方法所達到的效率和魯棒性。

  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:CCP4、SITUS
  • 費用:免費
  • 開發語言:C/C++
  • 主要參考文獻

    • López-Blanco, J.R. (2011). "(in preparation)". {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help); Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)


NORMA 是一款免費提供的軟體套件,允許在低解析度電子密度圖的約束下對高解析度三維蛋白質結構的大構象變化進行建模。典型應用是使用原子尺度的X射線結構模型解釋電子顯微鏡資料。提供的軟體包應使感興趣的使用者能夠在新的案例上執行靈活的擬合,而不會遇到重大的技術困難。NORMA軟體套件包括三個完全可執行的參考案例和廣泛的使用者說明。它附帶了URO擬合軟體包的Linux版本(由J. Navaza開發)和elNemo彈性網路模型正則模式分析程式碼(由Y.H. Sanejouand開發)。
  • 支援: 作業系統:Linux 影像格式支援:EZD、CCP4、MRC、PIF
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Suhre, K. (2006). "NORMA: a tool for flexible fitting of high resolution protein structures into low resolution electron microscopy derived density maps". Acta Cryst. D62: 1098–1100. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)


OpenStructure

[編輯原始碼]
OpenStructure 是一個軟體開發平臺,專門用於實施新穎的計算結構生物學和分子建模方法。OpenStructure 旨在處理和操作各種資料型別,如整合建模領域所需的那樣,在整合建模領域,來自各種實驗技術的資料用於指導模型構建過程。該工具包允許開發複雜的獨立應用程式,但也提供介面以靈活地整合外部軟體(在適當的情況下),而無需重新實現現有的功能。在頂級,OpenStructure 具有一個圖形使用者介面,其中包含用於渲染生物大分子、密度圖、影像堆疊、用於序列分析的小部件和圖形場景設定以及整合的 Python shell 的元件。雖然圖形介面可以方便地在沒有預先了解底層的情況下使用,但GUI與指令碼功能緊密整合。螢幕上視覺化的任何物件都可以在 Python 級別訪問。同樣,也可以從指令碼中建立和操作圖形物件。此設定允許結合基於人類和自動的資料分析,並自由自定義圖形介面本身。
  • 支援: 作業系統:Win/Linux/MacOS X 影像格式支援:CCP4、DAT、TIFF、MRC、SPIDER、Nanoscope、PNG、SITUS、JPK、PDB、SDF、CRD、CHARMM軌跡檔案、maestro、許多序列和比對格式
  • 費用:免費,LGPL
  • 編寫語言C++/Python
  • 主要參考文獻

    • Biasini, M. (2010). "OpenStructure: a flexible software framework for computational structural biology". Bioinformatics. 26 (20): 2626–2628. doi:10.1093/bioinformatics/btq481. PMID 20733063. {{cite journal}}: Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help); Unknown parameter |pmcid= ignored (|pmc= suggested) (help)


  • 網站: http://pymol.org
  • 當前版本 1.2
  • 聯絡人: licensing@Schrödinger.com
  • 支援: 作業系統:Linux、Unix、Mac OS X 和 Windows 影像格式支援:CCP4、MRC、PDB,以及更多
  • 費用:訂閱/開源
  • 編寫語言:Python
  • 主要參考文獻

    • 未發表


開發的程式用於將病毒的電子密度徑向投影到一個球體上,然後將其呈現為立體投影圖。構成病毒表面的特徵可以同時以原子、氨基酸殘基、潛在電荷分佈和表面拓撲結構的形式表示。
  • 支援: 作業系統:Linux、AIX 影像格式支援:XPLOR ASCII

  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Xiao, C. (2007). “利用立體投影圖解釋電子密度”。《結構生物學雜誌》。158: 182–187。 {{cite journal}}: 引用包含空的未知引數:|pmcid= (幫助); 未知引數|coauthors=被忽略(建議使用|author=)(幫助)


Sculptor

[編輯原始碼]
Sculptor是一個互動式的多解析度對接和視覺化程式,用於低解析度密度圖和原子結構。我們正在開發Sculptor作為Situs對接程式的基於GUI的擴充套件,以允許互動式探索和分析體積圖。Sculptor將3D渲染與高階數學概念(如聚類技術和模式匹配演算法)相結合,允許幾乎即時地擬合高解析度結構,並促進典型的後處理工作,如地圖編輯或解析度調整。
  • 支援: 作業系統:Windows、Macintosh、Linux 影像格式支援:MRC、CCP4、SITUS、SPIDER
  • 費用:免費/開源,LGPL
  • 編寫語言:C++
  • 主要參考文獻

    • Wahle, M. (2015). “使用Sculptor中的即時環境光遮蔽進行分子結構的多尺度視覺化”。《PLoS計算生物學》。11 (10): e1004516。 doi:10.1371/journal.pcbi.1004516. {{cite journal}}: 未知引數|coauthors=被忽略(建議使用|author=)(幫助); 未知引數|pmcid=被忽略(建議使用|pmc=)(幫助)
  • 其他參考文獻
    • Birmanns, S. (2011). “使用Sculptor和Situs將原子元件同時組裝成低解析度形狀”。《結構生物學雜誌》。 doi:10.1016/j.jsb.2010.11.002. {{cite journal}}: 未知引數|coauthors=被忽略(建議使用|author=)(幫助); 未知引數|pmcid=被忽略(建議使用|pmc=)(幫助)



Situs是一個用於跨空間解析度尺度整合生物物理資料的模組化軟體包。它在過去十年中開發,重點是彌合原子結構、粗粒度模型和來自低解析度生物物理來源(如電子顯微鏡、斷層掃描或小角散射)的體積資料之間的解析度差距。可以使用各種靈活和剛性體對接策略建立和細化結構模型。該軟體由多個獨立程式組成,用於3D資料集的格式轉換、分析、視覺化、操作和組裝。
  • 支援: 作業系統:Windows、Macintosh、Linux 影像格式支援:MRC、CCP4、SITUS、SPIDER、XPLOR、ASCII
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 開發語言:C/C++
  • 主要參考文獻

    • Wriggers, W. (2012). “使用Situs的約定和工作流程”。《晶體學報D》。68: 344–351。 doi:10.1107/S0907444911049791. {{cite journal}}: 引用包含空的未知引數:|coauthors= (幫助); 未知引數|pmcid=被忽略(建議使用|pmc=)(幫助)
  • 其他參考文獻
    • Wriggers, W. (2010). “使用Situs整合多解析度結構”。《生物物理評論》。2: 21–27。 doi:10.1007/s12551-009-0026-3. {{cite journal}}: 引用包含空的未知引數:|coauthors= (幫助); 未知引數|pmcid=被忽略(建議使用|pmc=)(幫助)


一個互動式工具,用於將原子模型擬合到電子顯微鏡重建中(或擬合到從小角X射線或中子散射中得到的包絡線中)。原子模型的電子密度與圖之間的相關性會在模型在圖形顯示上使用滑鼠移動時計算和更新。計算在倒空間中進行,並考慮重建的對稱性。計算速度很快,可以使用整個EM重建。2.0以上版本包括正則模式柔性擬合和“圖對圖”擬合(除了“模型到圖”擬合)。


V3D是一個用於3D顯微鏡影像視覺化和分析的通用工具,以及提取的表面模型的顯示和分析。它具有快速渲染大型資料集的3D渲染功能。它帶有靈活的外掛介面,可以輕鬆開發額外的工具包。

V3D是跨平臺的,可以在Mac、Linux和Windows上執行。它具有一些專為多色3D顯微鏡資料設計的易於使用的功能。

  • 支援: 作業系統:Mac、Linux和Windows 影像格式支援:tif、LSM、RAW、MRC

  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • Peng, H. (2010). “V3D 能夠對大型生物影像資料集進行即時 3D 視覺化和定量分析”。《自然生物技術》。28 (4): 348–353。 doi:10.1038/nbt.1612. {{cite journal}}: 引用中存在空未知引數:|pmcid= (幫助); 忽略未知引數|coauthors= (|author= 建議) (幫助)

實用程式

[編輯 | 編輯原始碼]

BBHP/Suprim 附加元件

[編輯原始碼]
Burnham-Brandeis 螺旋軟體包和/或 Suprim 的兩個外掛,tkfilter 用於斷層掃描對稱性過濾,tkstraighten 用於對螺旋細絲進行框選和矯直。
  • 支援: 作業系統影像格式支援:MRC
  • 費用: 學術使用者免費
  • 主要參考文獻

    • 未發表


用於從 2D 和 3D 密度圖中裁剪部分的程式。
  • 支援: 作業系統:Linux/Mac 影像格式支援:MRC
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻

    • 未發表


用於計算兩個密度圖之間差異圖的程式。
  • 支援: 作業系統:Linux/Mac 影像格式支援:MRC
  • 費用: 免費/開源,GPL

  • 主要參考文獻

    • 未發表


用於將影像(2D 影像和 3D 體積)從/轉換為電子顯微鏡領域常用的格式的程式。
  • 支援: 作業系統:大多數平臺(Linux/Unix、Mac OS X(intel)、MS Windows)影像格式支援:大多數格式(IMAGIC、Spider、CCP4、MRC、CCP4、TIFF 等)
  • 費用:免費
  • 主要參考文獻

    • 未發表


用於 3dEM 檔案格式的 Matlab 函式

[編輯原始碼]
  • 支援: 作業系統:MATLAB 支援的系統 影像格式支援:Imagic、MRC 和 DM3
  • 費用: 免費/開源,BSD 許可證
  • 使用語言:MATLAB
  • 主要參考文獻

    • 未發表


Nexperion Sentinel

[編輯原始碼]
一個用於透射電鏡(不同製造商)的整合監控和日誌記錄工具,旨在提高正常執行時間。Sentinel 的範圍包括顯微鏡的關鍵子系統、其外設和環境。
  • 支援: 作業系統:Windows 影像格式支援:n/a
  • 費用: 商業版
  • 主要參考文獻

    • 未發表

參考文獻

[編輯 | 編輯原始碼]
[編輯 | 編輯原始碼]
華夏公益教科書