論文の概要: Quantum estimation of the number of emitters for multiple fluorophores
with the same spectral signature
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.05614v1
- Date: Fri, 9 Jun 2023 01:36:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-12 15:06:24.372998
- Title: Quantum estimation of the number of emitters for multiple fluorophores
with the same spectral signature
- Title（参考訳）: 同じスペクトルシグネチャを持つ複数のフルオロフォアのエミッタ数の量子推定
- Authors: Wenchao Li, Shuo Li, Timothy C. Brown, Qiang Sun, Xuezhi Wang,
Vladislav V. Yakovlev, Allison Kealy, Bill Moran, Andrew D. Greentree
- Abstract要約: 我々は、光子数分解実験を用いて、複数の異なる種に対してエミッタの数と放出確率を決定することができることを示した。
本研究は, 1種, 2種, 3種の蛍光フッ化物に対して, 1種当たりのエミッタ数, および光子回収の可能性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.608887538121477
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Fluorescence microscopy is of vital importance for understanding biological
function. However most fluorescence experiments are only qualitative inasmuch
as the absolute number of fluorescent particles can often not be determined.
Additionally, conventional approaches to measuring fluorescence intensity
cannot distinguish between two or more fluorophores that are excited and emit
in the same spectral window, as only the total intensity in a spectral window
can be obtained. Here we show that, by using photon number resolving
experiments, we are able to determine the number of emitters and their
probability of emission for a number of different species, all with the same
measured spectral signature. We illustrate our ideas by showing the
determination of the number of emitters per species and the probability of
photon collection from that species, for one, two, and three otherwise
unresolvable fluorophores. The convolution Binomial model is presented to model
the counted photons emitted by multiple species. And then the
Expectation-Maximization (EM) algorithm is used to match the measured photon
counts to the expected convolution Binomial distribution function. In applying
the EM algorithm, to leverage the problem of being trapped in a sub-optimal
solution, the moment method is introduced in finding the initial guess of the
EM algorithm. Additionally, the associated Cram\'er-Rao lower bound is derived
and compared with the simulation results.
- Abstract（参考訳）: 蛍光顕微鏡は生物学的機能を理解する上で重要である。
しかし、ほとんどの蛍光実験は、絶対数の蛍光粒子が決定できないため、定性的不合理である。
また、従来の蛍光強度測定手法では、スペクトル窓の総強度のみが得られるため、励起されて同じスペクトル窓に放出される2つ以上のフルオロフォアを区別できない。
ここでは、光子数分解実験を用いて、複数の異なる種の発光源の数と放出確率を、それぞれ同じ測定されたスペクトルシグネチャで決定できることを示す。
1種あたりのエミッター数の決定と、その種から1種、2種、3種で光子を収集する確率を示すことで、我々のアイデアを説明する。
畳み込み双項モデルは、複数の種から放出されるカウントされた光子をモデル化するために提示される。
そして、期待最大化(EM)アルゴリズムを用いて、測定された光子数と予測畳み込み二項分布関数とを一致させる。
EMアルゴリズムの適用において、準最適解に閉じ込められる問題を活用するために、EMアルゴリズムの初期推定を求める際にモーメント法を導入する。
さらに、関連するCram\'er-Rao下界が導出され、シミュレーション結果と比較される。
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