冷凍電鏡圖像重建是利用冷凍電鏡成像技術(shù)獲得的低分辨率圖像，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)重建出生物大分子的高分辨率三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這種技術(shù)在生物學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，特別是用于研究生物分子的結(jié)構(gòu)。

冷凍電鏡圖像重建主要用途： 研究生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能：冷凍電鏡圖像重建可以提供生物大分子的原子級(jí)結(jié)構(gòu)信息，從而幫助研究人員深入了解生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能。

設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新藥：冷凍電鏡圖像重建可以幫助研究人員了解藥物與靶標(biāo)分子的相互作用，從而設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)更有效的藥物。

診斷疾?。豪鋬鲭婄R圖像重建可以幫助研究人員了解疾病相關(guān)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，從而開(kāi)發(fā)新的診斷方法和治療方法。

冷凍電鏡圖像重建的關(guān)鍵算法： 圖像處理算法：用于對(duì)冷凍電鏡圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括噪聲濾波、圖像對(duì)齊、圖像配準(zhǔn)等。

重建算法：用于從預(yù)處理后的圖像中重建出生物大分子的三維結(jié)構(gòu)。常用的重建算法包括：

迭代重建算法：迭代地更新模型參數(shù)，直到達(dá)到收斂。

非迭代重建算法：直接計(jì)算模型參數(shù)，無(wú)需迭代。

后處理算法：用于對(duì)重建后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行后處理，包括去噪、去模糊、去折疊等。

常用的冷凍電鏡圖像重建軟件： §???EMAN2（Electron Microscopy ANalysis 2）：由美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的軟件，是冷凍電鏡圖像重建領(lǐng)域最早的軟件之一。也是用于冷凍電鏡圖像處理的開(kāi)源軟件。 §???IMOD（3D Image Modeling）：由美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)的軟件，是冷凍電鏡圖像重建領(lǐng)域最廣泛使用的軟件之一。是用于冷凍電鏡圖像處理的開(kāi)源軟件。 §???RELION（REgularized LIkelihood OptimizatioN）：由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的軟件，是近年來(lái)快速發(fā)展的冷凍電鏡圖像重建軟件。用于單粒子重建的開(kāi)源軟件。 §???CRYOSPARC是一個(gè)用于單顆粒冷凍電鏡數(shù)據(jù)處理和圖像分析的軟件平臺(tái)。它提供從數(shù)據(jù)預(yù)處理、顆粒拾取、3D重建到后處理等一整套功能，可以幫助研究人員快速高效地從冷凍電鏡數(shù)據(jù)中獲得生物大分子的3D結(jié)構(gòu) 冷凍電鏡圖像重建的計(jì)算特點(diǎn)： §???圖像預(yù)處理：該環(huán)節(jié)主要使用圖像處理算法，對(duì)冷凍電鏡圖像進(jìn)行噪聲濾波、圖像對(duì)齊、圖像配準(zhǔn)等操作。該環(huán)節(jié)主要在CPU上進(jìn)行計(jì)算。 §???重建：該環(huán)節(jié)主要使用重建算法，從預(yù)處理后的圖像中重建出生物大分子的三維結(jié)構(gòu)。該環(huán)節(jié)主要在CPU或GPU上進(jìn)行計(jì)算。 §???后處理：該環(huán)節(jié)主要使用后處理算法，對(duì)重建后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行去噪、去模糊、去折疊等操作。該環(huán)節(jié)主要在CPU上進(jìn)行計(jì)算。 其中，圖像預(yù)處理和后處理環(huán)節(jié)通常在CPU上進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)檫@兩個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算量較小，不需要GPU的加速。重建環(huán)節(jié)的計(jì)算量較大，可以根據(jù)需要在CPU或GPU上進(jìn)行計(jì)算。 冷凍電鏡圖像重建對(duì)內(nèi)存容量、硬盤(pán)容量和帶寬都有一定的要求。 內(nèi)存容量：冷凍電鏡圖像通常很大，單張圖像的大小可以達(dá)到100MB以上。因此，重建過(guò)程中需要大量的內(nèi)存空間。

硬盤(pán)容量：冷凍電鏡圖像數(shù)據(jù)集通常很大，可以達(dá)到數(shù)百GB甚至TB。因此，需要有足夠的硬盤(pán)空間來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

帶寬：冷凍電鏡圖像的讀寫(xiě)速度較慢，因此需要有足夠的帶寬來(lái)保證數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)速度。

目前，冷凍電鏡圖像重建技術(shù)正在快速發(fā)展，計(jì)算效率和精度都在不斷提高。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，冷凍電鏡圖像重建將在生命科學(xué)研究中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 冷凍電鏡GPU工作站精準(zhǔn)匹配硬件配置推薦2023