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分子顯微鏡軟體工具/應用工具

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來自華夏公益教科書，開放書籍，開放世界

提供工具或一組工具的軟體包，用於分析一類或多類結構問題的資料。這些軟體通常是為了管理結構分析中的某一特定步驟而開發的，例如 CTF 校正、粒子挑選等。

資料採集

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Leginon

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Leginon 是一個為自動採集透射電子顯微鏡影像而設計的系統。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 作為開源釋出。
  • 支援: 作業系統: Linux/Windows 影像格式支援: MRC
  • 成本: 免費/開源，Apache 2.0
  • 主要引用出版物
    • Suloway C, Pulokas J, Fellmann D; 等. (2005). "自動分子顯微鏡：新型 Leginon 系統". J. Struct. Biol. 151 (1): 41–60. doi:10.1016/j.jsb.2005.03.010. PMID 15890530. {{cite journal}}: 明確使用等. 在：|author= (幫助); 未知引數|month= 被忽略 (幫助)CS1 maint: 多個姓名：作者列表 (連結)
  • 其他參考文獻

SerialEM

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參見 Software_Tools_For_Molecular_Microscopy/Specific_packages#SerialEM

UCSF 斷層掃描

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參見 Software_Tools_For_Molecular_Microscopy/Specific_packages#UCSF_Tomography

TOM 工具箱

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參見 Software_Tools_For_Molecular_Microscopy/Specific_packages#TOM_Toolbox

粒子選擇

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DoG 選擇器

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DoG 選擇器是一款簡單的粒子選擇器，它使用 高斯差分 演算法選擇類似於斑點的粒子。它整合到 TiltPicker 程式中（如下）。


FindEM

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FindEM 程式基於使用一系列模板進行區域性實空間相關性的投影匹配。實空間演算法傳統上速度較慢，但已引入實空間區域性相關函式的快速傅立葉實現，這對於投影匹配應用而言速度快了大約兩個數量級。這種演算法被稱為“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
  • 主要引用出版物
    • Roseman，A.M.（2004）。“FindEM——一種從電子顯微照片中自動選擇粒子的快速高效程式”。Journal of Structural Biology. 145（1–2）：91–99。 doi:10.1016/j.jsb.2003.11.007。 PMID 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尋找粒子”。Ultramicroscopy. 94（3–4）：225–236。 PMID 12524193.


簽名

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一種用於分子電子顯微鏡的粒子選擇系統。它應用分層篩選程式來識別電子顯微照片中的分子粒子。該程式的使用者介面提供了通用的功能來促進影像資料視覺化、粒子註釋和粒子質量檢查。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
  • 成本： 免費/開源，GPL
  • 主要引用出版物
    • Chen，J. Z.（2007）。“SIGNATURE：一種用於分子電子顯微鏡的單粒子選擇系統”。Journal of Structural Biology. 157：168–173。 {{cite journal}}: 引用具有空的未知引數：|pmcid= (幫助)； 忽略未知引數 |coauthors= (建議使用 |author=) (幫助)


SwarmPS

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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中選擇粒子的過程。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，並且可用於對大多數在電子顯微鏡中生成的 資料集中獲取有用的結果。目前，使用者可以預期每小時互動選擇約 1000-4000 個粒子。
  • 支援： 作業系統：Linux 影像格式支援：大多數影像格式
  • 成本： 根據軟體許可協議，學術用途免費
  • 主要引用出版物
    • Woolford，D.（2007）。“SwarmPS：快速半自動單粒子選擇軟體”。Journal of Structural Biology. 157：174–188。 {{cite journal}}: 引用具有空的未知引數：|pmcid= (幫助)； 忽略未知引數 |coauthors= (建議使用 |author=) (幫助)


TiltPicker

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用於從影像傾斜對中挑選粒子的圖形使用者介面，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 SPIDER WEB 的許多傾斜挑選功能，這些功能可以在現代計算機上執行。


TMaCS

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模板匹配和分類系統。模板匹配識別候選粒子影像，而支援向量機演算法被互動式訓練以區分粒子與非粒子。
  • 支援： 作業系統：Linux 影像格式支援： MRC
  • 成本： 免費/開源
  • 主要引用出版物
    • Zhao J，Brubaker MA，Rubinstein JL（2013）。“TMaCS：用於自動粒子選擇的混合模板匹配和分類系統”。J. Struct. Biol. 即將出版。 {{cite journal}}: 引用缺少必填引數：|month= (幫助)CS1 維護：作者列表有多個名稱 (連結)

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CTF 估計和校正

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ACE

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一種完全自動的演算法，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
  • 成本： 免費/開源，Apache License v2.0
  • 編寫語言: MATLAB
  • 主要引用出版物
    • Mallick，S.P.（2005）。“ACE：自動 CTF 估計”。超顯微鏡. 104 (1): 8–29。 {{cite journal}}: 引用缺少必填引數：|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


ACE2

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ACE2 是使用 Satya 等人開發的演算法的 CTF 估計和校正程式（參見 ACE），該演算法用 Objective-C 程式語言重寫，不需要 MATLAB。


CTFfind3 和 CTFtilt

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用於查詢電子顯微鏡 CTF 的程式
  • 支援： 作業系統：Linux、IRIX、OSF 影像格式支援： MRC
  • 成本： 免費/開源，GPL
  • 編寫語言: Fortran
  • 主要引用出版物
    • Mindell，J.A.（2003）。“電子顯微鏡中區域性散焦和樣品傾斜的精確確定”。結構生物學雜誌. 142: 334–347。 {{cite journal}}: 引用缺少必填引數：|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


ctf Explorer

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允許計算相位對比度傳遞函式 (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：
  • 成本： , w:Postcardware，免費軟體
  • 主要引用出版物
    • Sidorov，Max V.（2002）。“ctfExplorer：用於 TEM 相位對比度傳遞函式的一維和二維計算和視覺化的互動式軟體”。8 (S02): 1572CD–1573CD. doi:10.1017.S1431927602104442. {{cite journal}}: 引用缺少必填引數：|journal= (幫助); 請檢查 |doi= 值 (幫助); 引用缺少必填引數：|pmcid= (幫助)


EMCTF

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電子冷凍顯微鏡中非像散影像的 CTF 確定
  • 支援： 作業系統：Linux、Mac OS X 影像格式支援： MRC
  • 成本： 學術使用者免費
  • 主要引用出版物
  • 其他參考文獻
    • Fernandez，J.J.（1997）。“電子顯微鏡中對比度傳遞函式檢測的譜估計方法”。超顯微鏡. 68: 267–295. doi:10.1016/S0304-3991(97)00032-6. {{cite journal}}: 引用缺少必填引數：|pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


TOMOCTF

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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
  • 成本： 學術使用者免費
  • 主要引用出版物


fitctf

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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
  • 成本： 免費
  • 主要引用出版物


FitCTF2

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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
  • 成本： 學術使用者免費
  • 編寫語言：Python
  • 主要引用出版物
    • 江, 文 (2012). "一種用於確定冷凍電鏡影像焦點的圖論方法". 結構生物學雜誌. 180 (2): 343–351. doi:10.1016/j.jsb.2012.07.005. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)

3D 重建

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TOMO3D

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在標準多核計算機上使用 WBP 和 SIRT 進行快速斷層重建。


TOMO3Dhybrid

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使用 CPU+GPU 協同處理的快速斷層重建 (WBP,SIRT)

解析度估計

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FSC

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一個用於計算兩個 3D 體積的傅立葉殼相關性的程式。三維傅立葉殼相關性 (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) 3-sigma 標準指示 FSC 系統地出現在背景噪聲的預期隨機相關性之上。 1/2 位資訊閾值標準表示我們已經收集了足夠多的資料來進行最終的 3D 重建，以便在該解析度水平上進行直接的結構解釋。 1/2 位曲線經過校準，以近似地產生與 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。
  • 成本: 免費
  • 主要引用出版物
    • Harauz, G. (1986). "一般幾何三維重建的精確濾波器". 光學. 78: 146–156. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  • 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

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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以獲得常用的傅立葉殼相關性準則。相反，計算相鄰傅立葉畫素之間的相關性，並將其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
  • 成本： 免費/開源，GPL
  • 主要引用出版物
    • 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}}: 引用有空的不為人知的引數: |pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)

降噪

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iMed

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使用迭代中值濾波自動降噪的軟體。
  • 支援： 作業系統：Linux 影像格式支援： MRC
  • 成本： 學術使用者免費
  • 主要引用出版物
    • 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有效自動降噪". J. Struct. Biol. 158: 196–204. PMID 17224280. {{cite journal}}: 引用有空的不為人知的引數: |pmcid= (幫助)CS1 maint: multiple names: authors list (link)


TOMOAND

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用於電子冷凍斷層掃描中具有各向異性非線性擴散的降噪軟體包。
  • 支援： 作業系統：Linux、Mac OS X 影像格式支援： MRC
  • 成本： 學術使用者免費
  • 主要引用出版物
    • Fernandez, J.J. (2003). "用於對冷凍斷層掃描進行降噪的各向異性非線性擴散的改進演算法". 結構生物學雜誌. 144: 152–161. doi:10.1016/j.jsb.2003.09.010. {{cite journal}}: 引用有空的不為人知的引數: |pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)
  • 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。應用於電子冷凍斷層掃描". 計算機科學講義. 4788: 60–69. doi:10.1007/978-3-540-75271-4_7. {{cite journal}}: 引用有空的不為人知的引數: |pmcid= (幫助); 未知引數 |coauthors= 被忽略 (|author= 建議) (幫助)


TOMOBFLOW

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用於電子斷層掃描中使用 Beltrami 流進行降噪的軟體包。


XMSF

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基於均值漂移的電子斷層掃描降噪和預分割軟體包。

分割

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CoDiv

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CoDiv - 大陸分水嶺分割。用於對密度圖進行半自動分割的軟體，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。
  • 支援： 作業系統：Linux 影像格式支援： MRC
  • 成本： 學術使用者免費
  • 主要引用出版物
    • Volkmann N (2002). "用於分割電子密度圖的分水嶺變換的新型三維變體". J. Struct. Biol. 138: 123–129. PMID 12160708. {{cite journal}}: 引用有空的不為人知的引數: |pmcid= (幫助)


人口

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CoDiv - Population 專注於對來自 2D/3D 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
  • 使用語言: C++
  • 主要引用出版物


TOMOSEGMEM

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用於對斷層影像中的膜進行分割的軟體包。


TomoSegMemTV

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基於張量投票的斷層影像魯棒膜分割軟體包。

B-因子估計與校正

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bfactor

[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
  • 成本： 免費/開源，GPL
  • 主要引用出版物
    • 未出版


EM-BFACTOR

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用於在單粒子電子冷凍顯微鏡中銳化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
  • 成本： 學術使用者免費
  • 主要引用出版物
    • Fernandez, J.J. (2008). "在單粒子電子冷凍顯微鏡中銳化高解析度資訊". 結構生物學雜誌. 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 (|author= 建議使用) (幫助)
  • 其他參考文獻
    • Rosenthal, P.B. (2003). "單粒子電子冷凍顯微鏡中粒子方向、絕對手性及對比度損失的最佳確定". 分子生物學雜誌. 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 (|author= 建議使用) (幫助)

初始模型構建

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ROTAN

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用於估計呈現側面檢視的單粒子的相對角度方向的程式。
  • 支援： 作業系統：Linux 影像格式支援： MRC
  • 成本： 學術使用者免費
  • 主要引用出版物
    • Baker, L.A. (2008). "單粒子電子顯微鏡中側面檢視的角度測定". 結構生物學雜誌. 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 (|author= 建議使用) (幫助)
  • 其他參考文獻
    • Rubinstein, J.L. (2003). "電子冷凍顯微鏡下線粒體 ATP 合成酶的結構". EMBO 雜誌. 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 (|author= 建議使用) (幫助)
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