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分子显微镜软件工具

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有大量的软件工具或软件应用程序专门为该领域开发,有时被称为分子显微镜冷冻电子显微镜或冷冻电镜。 《结构生物学杂志》(参见下面的参考文献) 的几个特刊专门用于描述这些应用程序,并且几个网站提供了软件包的部分列表以及获取它们的位置。本文试图提供冷冻电镜界感兴趣的所有软件的完整列表和最新的分发信息。鼓励社区中的每个人添加内容、纠正错误并做出任何其他可能有用的贡献。


此处描述的软件工具已松散地且在某种程度上任意地组织成以下几个类别

通用软件包

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提供全套工具以允许分析几类结构问题中的数据的软件包(按字母顺序排列)。


“Appion”是一个用于单颗粒分析的综合 Web 界面和 Python 脚本系统,它允许执行整个 3D-EM 图像处理工作流程,从微照片预处理到 3D 模型细化。该软件完全用 Python 编写,并以高度模块化的方式设计。可以从 UNIX 命令行或通过标准化的 Web 界面调用独立程序。
  • 支持: 操作系统:Linux,可能其他Unix 也能工作。图像格式支持:CCP4、Imagic、JPEG、MRC、PNG、Spider、TIFF
  • 费用:免费/开源,Apache 许可证 2.0
  • 主要参考文献

    • Lander GC,Stagg SM,Voss NR 等 (2009)。"Appion:一个集成的、数据库驱动的流程,以促进电子显微镜图像处理"J. Struct. Biol. 166 (1): 95–102。 doi:10.1016/j.jsb.2009.01.002PMC 2775544PMID 19263523 {{cite journal}}: 在 |author= 中显式使用 et al. (帮助)忽略未知参数 |month= (帮助)CS1 maint:作者列表有多个名称 (链接)
  • 其他参考文献


  • 网站: http://bsoft.ws
  • 当前版本 2.1.1
  • 联系方式:Bernard_Heymann at nih.gov
Bsoft 是一组程序和一个平台,用于开发结构生物学中图像和分子处理的软件。结构生物学中的问题采用高度模块化的设计方法,允许快速开发新算法,而无需承担文件 I/O 等问题带来的负担。它提供了一个易于访问的接口,这是一个可以在其他软件包中使用且已被使用的资源。它支持一些工作流程,例如单颗粒分析和断层扫描,包括参数交换以及跨异构计算机集群进行分布式处理的能力。它提供了多种工具,用于对原子坐标或更大规模模型的结构进行建模,以解释大型分子复合物(如病毒和亚细胞器)的结构。
  • 支持: 操作系统:Unix(Mac OS X、IRIX、Linux、AIX、Solaris、Tru64)、VMS 图像格式支持: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
  • 费用:免费/开源(公有领域)
  • 使用语言C++Tcl/Tk
  • 主要参考文献

    • Heymann,J.B. (2001)。"Bsoft:电子显微镜中的图像和分子处理"。Journal of Structural Biology133 (2–3): 156–169。
  • 其他参考文献
    • Heymann,J.B.;Belnap,D.M. (2007)。"Bsoft:电子显微镜的图像处理和分子建模"。Journal of Structural Biology157: 3–18。
    • Heymann,J.B.;Cardone,G.;Winkler,D.C.;Steven,A.C. (2008)。"Bsoft 中冷冻电子断层扫描的计算资源"。Journal of Structural Biology161: 232–242。


Cyclops 是一款新的计算机程序,设计为一个图形前端,允许轻松控制和交互使用用于 3D 重建生物复合物的任务和程序,使用冷冻电子显微镜。它被设计为在网格架构中直接实现。作为一个程序集的前端,它为其他程序提供了通用接口,从而增强了套件的可用性和用户的生产力。
  • 支持: 操作系统Windows XP 图像格式支持:Imagic
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • Plaisier,J.R.;Jiang,L.;Abrahams,J.P. (2007)。"Cyclops:用于冷冻电镜的新模块化软件套件"。Journal of Structural Biology157: 19–27。


EMAN2 是一款用于科学图像处理的软件套件,特别专注于冷冻电镜单颗粒分析、冷冻电镜断层成像、亚断层平均以及其他透射电镜相关的图像处理。EMAN2 建立在强大的 C++ 图像处理库之上,并使用 Python 进行封装。所有用户程序,包括图形用户界面 (GUI),都使用 Python 编写,因此即使无需下载(免费提供的)源代码,也可以对其进行自定义或修改。GUI 包括用于 3D 显示(等值面、体绘制和切片)、单个 2D 图像、多个 2D 图像、2D 图和 3D 图的小部件。核心库包含数百个图像处理例程,以及用于在方向约定和各种数据格式之间进行转换的对象。它是一个完全模块化的系统,这意味着新添加的算法(例如新滤波器或新的 3D 重建例程)会自动且立即出现在所有 GUI 和命令行程序中。
  • 支持: 操作系统:Linux(大多数版本)、Mac OS X(过去约 5 年的版本)、Windows 10 图像格式支持:HDF5、SPIDER、MRC/CCP4、IMAGIC、PIF、ICOS、VTK、PGM、Amira、Xplor、Gatan DM2/DM3/DM4、TIFF、Scans-a-Lot、LST、PNG、V4L、JPEG
  • 费用: 免费/开源,GPL/BSD
  • 编写语言C++/Python
  • 主要参考文献

    • Tang, G.; Peng, L.; Baldwin, P.R. "EMAN2:一种用于电子显微镜的可扩展图像处理套件"。结构生物学杂志157:38–46。 {{cite journal}}: 未知参数 |coauthors= 被忽略(建议使用 |author=)(帮助)


一套科学图像处理工具,主要用于单颗粒重建。这是一种从数千到数十万个单个分子的噪声图像(通常在透射电子显微镜上收集)中确定分子或大分子组装体 3D 结构的技术。EMAN 的重点是提供最先进的单颗粒重建方法,并尽可能实现自动化。目标是即使是新手用户也能以高准确性和高分辨率重建大分子结构。它还提供各种用于更通用图像处理的工具,可用于电子断层扫描、二维晶体学和螺旋重建。EMAN 由一个约 100,000 行的 C++ 库组成,并与流行的 Python 编程语言绑定。它提供了数百种不同的科学图像处理算法,包括傅里叶处理、实空间滤波器、3D 重建、投影等。在 EMAN2 中,所有用户级程序,包括 GUI 程序,都使用 Python 编写,允许高级用户轻松自定义软件包的各个方面。EMAN 由 NIGMS 通过 R01GM080139 资助。
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS X、大多数 Unix 版本、Windows(仅限 GUI 和实用程序) 图像格式支持:HDF5、SPIDER、MRC/CCP4、IMAGIC、PIF、ICOS、VTK、PGM、Amira、Xplor、Gatan DM2/DM3、TIFF、Scans-a-Lot、LST、PNG、V4L、JPEG
  • 费用: 免费/开源,GPL/BSD
  • 编写语言C++
  • 主要参考文献

    • Ludtke, S.J.; Baldwin, P.R.; Chiu, W. (1999)。“EMAN:用于高分辨率单颗粒重建的半自动化软件”。结构生物学杂志128:82–97。


一个用于电子显微镜的可扩展通用图像分析系统。它提供四种支持。(1)400 多个用于图像分析的小工具,包括通用图像处理,如平滑、标记、二值化,以及 EM 特定工具,如 CTF 校正、对齐、分类、3D 重建、地图/PDB 结构分析和伪原子建模。(2)用于单颗粒分析、螺旋重建、电子断层扫描等的集成工具。(3)由 C 和(C)原型源代码编写的面向对象库,供工具开发人员使用。
  • 支持: 操作系统:Linux/Unix、Mac OS X(Intel)、MS Windows 下的 cygwin 图像格式支持:MRC、TIFF、DNS6(Map)等。
  • 费用:免费
  • 编写语言:C、Tcl/Tk、Ruby/Tk、javascript
  • 主要参考文献

    • Yasunaga T, Wakabayashi T (1996)。“可扩展的面向对象系统 Eos 为大分子电子显微照片的图像分析提供了一个新的环境”。J. Struct. Biol116(1):155–160。doi:10.1006/jsbi.1996.0025PMID 8742738
  • 其他参考文献
    • Noda, K (2006)。“使用 VR 系统从电子显微照片构建蛋白质复合物的原子模型并可视化其 3D 结构”。J. Plasma Physics72(06):1037–1040。 {{cite journal}}: 引用包含空未知参数:|pmcid=帮助);未知参数 |coauthors= 被忽略(建议使用 |author=)(帮助);未知参数 |ref3= 被忽略(帮助);未知参数 |ref4= 被忽略(帮助)


IMAGIC 是一款用于电子显微镜的图像分析软件包,也可用于处理来自其他设备的图像、光谱和其他多维数据集。典型操作包括:多维混合基傅里叶变换、相关分析、对齐、多元统计分类、角重建以找到 EM 投影图像的空间方向、来自 EM 投影的 3D 重建、2D 图像和 3D 体积图像处理。
  • 支持: 操作系统:大多数平台(Linux/Unix、Mac OS X(intel)、MS Windows) 图像格式支持:IMAGIC-5(大多数格式都可以导入/导出:Spider、CCP4、MRC、TIFF 等)。
  • 费用: 商业和非盈利价格
  • 主要参考文献

  • 其他参考文献
    • Van Heel, M. (1979)。“IMAGIC 及其结果”。超显微镜4:117。 {{cite journal}}: 引用包含空未知参数:|pmcid=|coauthors=帮助)
    • Van Heel, M. (2010)。“准原子分辨率的四维冷冻电子显微镜:“IMAGIC 4D””。晶体学国际表,F 卷 {{cite book}}: 未知参数 |coauthors= 被忽略(建议使用 |author=)(帮助)


图像处理库和工具箱是一个开源项目,主要面向电子显微镜领域,特别强调二维电子晶体学。它由几个用 C++ 编写的模块化类库组成,每个库都将其大部分接口公开给 Python,处理逻辑建立在 Python 之上。易于扩展一直是框架设计的主要重点,我们欢迎社区的任何贡献。
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS X、Windows(实验性) 图像格式支持:MRC、CCP4、TIFF、JPK、NANOSCOPE、SITUS、PNG、DM3、SPIDER
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 编写语言C++/Python
  • 主要参考文献

    • Philippsen A,Schenk AD,Signorell GA,Mariani V,Berneche S,Engel A(2007)。“使用IPLT图像处理库和工具箱进行协作EM图像处理”。J. Struct. Biol157(1):28–37。doi:10.1016/j.jsb.2006.06.009PMID 16919967 {{cite journal}}: 未知参数 |month= 被忽略(帮助CS1维护:多名作者:作者列表(链接
  • 其他参考文献


显微照片数据处理程序 (MDPP) 是一款功能齐全的通用图像处理软件包,最初编写用于支持需要电子显微镜和图像处理的结构生物学研究。该软件包包括用于二维和三维平面层重建以及螺旋重建的软件。
  • 支持: 操作系统:macOS/Linux 图像格式支持:BMD、MRC、SPIDER、TIFF、JPEG、PNG
  • 费用:免费,GPLv3
  • 编写语言:FORTRAN 和 C
  • 主要参考文献


MRC 图像处理软件包

[编辑源代码]
MRC 图像处理软件包经过多年的开发,得到了许多作者的贡献。它包含用于二维晶体图像处理、电子衍射图案分析、螺旋衍射和单粒子分析的软件,尤其适用于具有二十面体对称性的粒子。它还包括用于以多种方式显示和操作图像的可视化软件。
  • 支持: 操作系统:DEC/Tru64、LINUX、UNIX、IRIX、Mac OS X 图像格式支持:MRC
  • 费用:学术用户免费
  • 主要参考文献

  • 其他参考文献
    • Smith JM(1999)。“Ximdisp——一种有助于从电子显微镜图像中确定结构的可视化工具”。J. Struct. Biol125(2–3):223–8。doi:10.1006/jsbi.1998.4073PMID 10222278


RELION(REgularised LIkelihood OptimisatioN,发音为rely-on)的核心是一个优化程序,该程序采用经验贝叶斯方法来优化电子低温显微镜 (cryo-EM) 中(多个)3D 重建或 2D 类别平均值。它由MRC分子生物学实验室的Sjors Scheres小组开发。简而言之,3D重建的病态问题通过结合先验知识来正则化:大分子结构是平滑的,即它们在傅立叶域中具有有限的功率。在相应的贝叶斯框架中,从数据中学习统计模型的许多参数,这导致客观且高质量的结果,而无需用户专业知识。围绕此程序的最新发展已将RELION转变为一个通用软件包,其中可以执行大多数单粒子分析任务。
  • 支持: 操作系统:Unix(Linux、Mac OS X 等) 图像格式支持:MRC、Spider
  • 费用:免费/开源
  • 主要参考文献


Scipion是一个图像处理框架,用于使用电子显微镜 (3DEM) 获取大分子复合物的3D模型。它集成了多个软件包(例如Xmipp、Relion、Spider、Eman2、Bsoft、Frealign、Ctfind等),并为生物学家和开发人员提供了统一的界面。Scipion允许执行结合不同程序的工作流程,同时处理格式和转换。此外,所有步骤都将被跟踪,并可在以后重现。
  • 支持: 操作系统:UNIX 图像格式支持:HDF5、SPIDER、MRC/CCP4、IMAGIC、PIF、Gatan DM3、TIFF、JPEG、EM、SPE
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 编写语言:C++、Python、Java
  • 主要参考文献

    • de la Rosa-Trevín,JM,Quinana,A,del Cano,L;等(2016)。“Scipion:一个面向3D电子显微镜集成、可重复性和验证的软件框架”。已提交 {{cite journal}}: |author= 中明确使用等(帮助未知参数 |month= 被忽略(帮助CS1维护:多名作者:作者列表(链接


SIMPLE(单粒子图像处理Linux引擎)实现了一种针对灵活、非对称单粒子的从头重建算法。SIMPLE前端是根据“Unix工具包理念”开发的。面向对象的后台提供图像聚类、从头3D对齐、重建和优化算法。

  • 支持:操作系统:Unix(Linux,Mac OS X)图像格式支持:SPIDER
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 编写语言:现代Fortran
  • 主要参考文献

    • Elmlund D, Elmlund H (2012). "SIMPLE:用于从头重建柔性单颗粒的软件"。已提交
  • 其他参考文献
    • Elmlund D, Davis R, Elmlund H (2010)。“从共存不同功能状态的单分子电子显微镜图像中进行从头结构测定”。结构18(7):777–86。doi:10.1016/j.str.2010.06.001PMID 20637414 {{cite journal}}: 未知参数|month=被忽略(帮助CS1维护:作者列表有多个名称(链接


SPARX(用于分辨率扩展的单颗粒分析)是一个新的图像处理环境,特别强调透射电子显微镜(TEM)结构测定。它包括一个用户界面,提供了一个完整的图形编程环境,并具有新颖的数据/流程基础设施,一个广泛的Python脚本库,用于执行特定与TEM相关的计算任务,以及一个核心C++图像处理函数库。此外,SPARX依赖于EMAN2库。
  • 支持:操作系统:大多数平台图像格式支持:大多数格式
  • 成本:免费/开源,BSD
  • 主要参考文献

    • Hohn M, Tang G, Goodyear G;等(2007)。“SPARX,一种用于冷冻电镜图像处理的新环境”。J. Struct. Biol157(1):47–55。doi:10.1016/j.jsb.2006.07.003PMID 16931051 {{cite journal}}: |author=中明确使用et al.(帮助未知参数|month=被忽略(帮助CS1维护:作者列表有多个名称(链接
  • 其他参考文献


SPIDER(来自电子显微镜和相关领域的图像数据处理系统)是一个用于电子显微镜的图像处理系统。包含许多操作:3D重建、单颗粒大分子样本的平均、图像的多变量统计分类和电子断层扫描。计算模块是用Fortran编写的,可视化GUI是用C编写的。自1978年以来一直在开发和维护。


一个灵活的、模块化的软件包,旨在用于处理电子显微镜图像。该系统由一组用 C 编程语言编写的图像处理工具或过滤器以及一个基于 UNIX shell 的命令行风格的用户界面组成。UNIX 的管道和过滤器结构以及 shell 脚本形式的命令文件的存在,简化了从更简单的工具构建复杂图像处理过程的操作。
  • 支持: 操作系统:Unix 图像格式支持:MRC/suprim
  • 费用:免费/开源
  • 主要参考文献


"基于 X 窗口的显微镜图像处理软件包",是一个用于单颗粒分析的综合软件包,允许执行整个 3D-EM 图像处理工作流程,从微照片预处理到 3D 模型细化。除其他工具外,Xmipp 还包含用于 ART+blobs 重建、自组织映射和最大似然分类(在 2D 和 3D 中)的程序。该软件是用 C++ 编写的,并以高度模块化的方式设计。可以从 UNIX 命令行或通过标准化的 python 脚本调用独立程序。一个用于 python 脚本的图形用户界面(用 python-tk 编写)使得即使对于新手用户,运行 Xmipp 也变得非常简单。

特定软件包

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提供一套全面的工具来允许分析一类结构问题的数据的软件包。例如,专门针对具有螺旋、二十面体、晶体对称性等的物体的软件包。

二维晶体

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一个软件系统,设计为一个用户友好、平台独立的电子晶体学软件包。2dx 协助管理图像处理项目,指导用户完成 2D 晶体图像的处理,并为处理任务和结果提供透明度。算法以类似于 c-shell 脚本的脚本模板的形式实现。它包括一个单颗粒最大似然模块和 3D 合并功能。2dx 基于 MRC 程序构建,这些程序通过附加功能扩展,以与 2dx 的 GUI 交互,并实现可选的自动处理。
  • 支持: 操作系统:Mac OS X,Linux 图像格式支持:MRC,TIFF,CCP4
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献

  • 其他参考文献

二十面体病毒

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AUTO3DEM

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一个自动化系统,旨在加速从冷冻水合的二十面体病毒颗粒图像中确定三维结构的计算密集型过程。AUTO3DEM在最少的用户输入和干预的情况下,管理主要图像重建程序之间的数据流,监控计算的进度,并在模型分辨率提高时智能地更新输入参数。

BBHP - 伯纳姆-布兰代斯螺旋软件包

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布兰代斯螺旋软件包以某种形式或另一种形式使用了一段时间。最初是为VAX/VMS开发的,它已经被修改、扩展和移植过多次。我们于2006年首次将该软件包移植到Linux,使用Portland Group编译器。随后,我们重写了Fortran代码中不被GNU Fortran(g77)支持的部分,现在该软件包可以使用gcc/g77编译和运行。这使我们能够支持额外的现代平台。重新命名的伯纳姆-布兰代斯螺旋软件包现在可以在32位Linux、64位Linux、Mac OS X(Intel)甚至运行Cygwin的Windows上运行。同时,在移植到Linux时,我们有机会用更新的程序替换软件包的主要GUI部分。我们花了一些时间修改了来自SUPRIM的基于Tcl/Tk的GUI程序Tkir(图像查看器)和Tkll(层线查看器),以支持插件架构,我们可以在其中编写新的插件以添加功能,而无需进一步修改核心代码库。第一个,tkinterp,在Tkir中提供了一个用于选择层线的界面,取代了旧的interp程序。第二个,brandeisll,是一个Tkll插件,用于支持显示伯纳姆-布兰代斯螺旋软件包“interp”层线和贝塞尔函数格式。我们还将AVID软件作为软件包的一部分包含在内,用于分析螺旋内的方差。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • Owen CH,Morgan DG,DeRosier DJ (1996)。“螺旋物体的图像分析:布兰代斯螺旋软件包”。J. Struct. Biol116:167–175。PMID 8742740 {{cite journal}}: 引用包含空未知参数:|month=帮助CS1维护:作者列表有多个名称(链接
  • 其他参考文献
    • Rost LE,Hanein D,DeRosier DJ (1998)。“对称偏差的重建:分析部分修饰的F-肌动蛋白和其他不完整结构的过程”。Ultramicroscopy72:187–197。PMID 9639941 {{cite journal}}: 引用包含空未知参数:|month=帮助CS1维护:作者列表有多个名称(链接


Helixplorer

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HELIXPLORER有助于确定螺旋对称参数。该工具假设您拥有螺旋结构的衍射图案(傅里叶变换)。通常,我们使用冷冻电镜类别平均值的功率谱(PS)。HELIXPLORER在您的实验衍射图案顶部绘制从理想螺旋计算出的理论预期图案。然后,它根据图案中应包含最大值的区域内的平均PS像素值计算一个分数。然后,将获得的分数绘制为所有测试的螺旋参数的1D或2D图形,您可以点击这些图形(拖动以放大,右键单击以缩小),以检查实验图案和理论图案之间的一致性。希望这些图将显示结构的真实螺旋对称参数的(至少局部)最大分数。当然,会有歧义,最大分数并不总是唯一的,但HELIXPLORER应该有助于选择一组可管理的可能性。
  • 支持: 操作系统:需要带有Javascript的网络浏览器。 图像格式支持:(浏览器相关)BMP、SVG、JPG、PNG和GIF。
  • 费用:免费/开源,CeCILL (http://www.cecill.info/index.en.html)
  • 使用语言:Javascript
  • 主要参考文献

    • 未发表


迭代螺旋实空间重建(IHRSR)算法可以在传统傅里叶-贝塞尔方法有时失效的条件下重建螺旋细丝。例如,当存在无序或异质性时,当样品衍射较弱时,或当贝塞尔函数重叠时。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:SPIDER

  • 费用:免费
  • 主要参考文献


一组用于螺旋处理的过程和算法,我们称之为PHOELIX软件包。该软件包的开发是为了提供一种时间高效且半自动化的方式,用于从具有螺旋对称性的样品中确定三维密度图。PHOELIXn中包含的过程源自原始的MRC螺旋处理套件,并主要使用SUPRIM图像处理软件包进行了扩展。该软件包目前的形式已针对肌动球蛋白丝的处理进行了优化,但已被修改并应用于其他螺旋结构。
  • 支持: 操作系统:Unix 图像格式支持:MRC/suprim
  • 费用:免费/开源
  • 主要参考文献

    • Whittaker M, Carragher BO, Milligan RA (1995). “PHOELIX:一个用于半自动化螺旋重建的软件包”。Ultramicroscopy. 58 (3–4): 245–59. PMID 7571117. {{引用期刊}}: 忽略未知参数 |month= (帮助)CS1维护:作者列表中有多个名称 (链接)
  • 其他参考文献


Ruby-Helix

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一组用于分析“螺旋”物体(无论是否有接缝)的程序。Ruby-Helix构建在Ruby编程语言之上,是第一个用于实际图像分析的非对称螺旋重建实现。它还允许更轻松和半自动化的分析,执行迭代弯曲和精确确定重复长度。
  • 支持: 操作系统:Fedora,Mac OS X 图像格式支持:MRC
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献

  • 其他参考文献


Spring是一个基于单颗粒的螺旋重建软件包,已被用于确定各种高度有序和有序性较差的样品的三维结构(来自电子显微照片)。Spring提供了螺旋重建所需的整个基于单颗粒的工作流程,从分类、对称性确定到高分辨率细化,包括多模型细化。
  • 支持: 操作系统:Unix(Mac OS X/Linux) 图像格式支持:来自EMAN2的HDF5
  • 费用: 免费/开源,修改后的BSD
  • 编写语言:Python
  • 主要参考文献

    • Desfosses A, Ciuffa R, Gutsche I, Sachse C (2014). “SPRING——一个用于基于单颗粒的螺旋重建的图像处理软件包(来自冷冻电镜)”。J. Struct. Biol. 185 (1): 15–26. doi:10.1016/j.jsb.2013.11.003. PMID 24269218.{{引用期刊}}: CS1维护:作者列表中有多个名称 (链接)


Stokes实验室程序

[编辑源代码]
螺旋晶体的图像处理软件:概述、程序和使用MRC螺旋处理软件的提示,该软件此后已被包括池谷千佳志、奈杰尔·安温、大卫·德罗西耶和大卫·斯托克斯在内的多个小组修改。
  • 支持: 操作系统:Unix 图像格式支持:MRC
  • 费用:免费/开源
  • 主要参考文献

    • 未发表

单颗粒

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Frealign

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Frealign提供了针对高效细化三维重建和校正显微镜对比度传递函数而优化的算法,用于通过单颗粒电子显微镜确定大分子结构。
  • 支持: 操作系统:Linux,IRIX,OSF,Mac OS X 图像格式支持:MRC,Spider,IMAGIC

  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献


用于单颗粒冷冻电镜图像处理和三维重建的软件。主要功能包括自动CTF拟合、从头初始模型构建、黄金标准独立精修、无网格优化、散焦、像散和放大倍数的精修、多模型竞争精修、对称性错配精修、使用发布/订阅模型和HTCondor进行并行处理,以及合并在不同放大倍数下拍摄的多组数据集等。基于EMAN/EMAN2库。


PFT3DR是一个用于确定成像粒子的方向和原点以及根据图像及其指定的方向和原点计算三维重建的软件包。这些程序是Baker和Cheng(2000)开发的PFT算法和Crowther等人(1970)的傅里叶贝塞尔重建算法的增强版本。PFT3DR程序的最初改编版本专门针对二十面体病毒,但后来得到了增强,可以支持生物颗粒中几乎所有发现的对称性。其他增强功能在PFT3DR网站上进行了描述。


搜索/精修/构建

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Search_Fspace、Refine_Fspace和Build_Fspace是用于计算和精修3D图的相对简单的程序。许多采用的方法类似于Frealign中使用的方法。提供的网站还提供了一些其他有用的实用程序,用于处理电子显微照片、MRC图像堆栈和参数文件。

  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献

    • Lau, W.C.Y, Rubinstein, J.L. (2012). “完整嗜热栖热菌H+-驱动ATP合酶的亚纳米分辨率结构”. 自然. 481: 214–218. PMID 22753497. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|1= (帮助)CS1维护:多個名稱:作者列表 (链接)
  • 其他参考文献
    • Benlekbir S, Bueler SA, Rubinstein JL (2012). “酿酒酵母液泡型ATP酶的11-Å分辨率结构”. 自然结构与分子生物学. 19 pages=1356-52. PMID 23142977. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|1= (帮助); 缺少管道符号:|volume= (帮助)CS1维护:多個名稱:作者列表 (链接)

断层扫描

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EM3D是一款旨在分析和可视化电子显微镜 (EM) 断层扫描数据的软件应用程序。它特别适用于细胞和分子生物学家。从相对于电子束以多个倾斜角度拍摄的 2D 电子显微照片的倾斜系列中,该程序可以执行自动对齐并快速将这些数据渲染成清晰的 3D 模型,从而允许您执行对象旋转以进行查看。此外,EM3D 还提供分析工具来量化模型中的结构信息,包括它们的矩、邻近关系和空间可靠性。所有这些功能都可以通过非常直观的图形用户界面执行。EM3D 可免费用于 PowerPC 或 Intel 的 Mac OS X 和 Windows。EM3D 由斯坦福大学医学院神经生物学和结构生物学教授 U. J. McMahan 博士的实验室开发,并在德克萨斯农工大学生物系继续开发。
  • 支持: 操作系统:Windows、PowerPC 或 Intel 的 Mac OS X 图像格式支持:
  • 费用: 学术用途免费
  • 主要参考文献

    • Ress D, Harlow ML, Schwarz M, Marshall RM, McMahan UJ (1999). “电子断层扫描中基准标记的自动获取和倾斜系列图像的对齐”. 电子显微镜学杂志(东京). 48 (3): 277–87. PMID 10425746描述了 EM3D 自动对齐倾斜图像的方案。{{引用期刊}}: CS1维护:多個名稱:作者列表 (链接) CS1维护:后记 (链接)
  • 其他参考文献
    • Ress DB, Harlow ML, Marshall RM, McMahan UJ (2004). “从电子显微镜断层扫描数据生成高分辨率结构模型的方法”. 结构. 12 (10): 1763–74. doi:10.1016/j.str.2004.07.022. PMID 15458626详细介绍了 EM3D 模型生成方法。 {{引用期刊}}: 未知参数 |month= 被忽略 (帮助)CS1维护:多個名稱:作者列表 (链接) CS1维护:后记 (链接)
    • Harlow ML, Ress D, Stoschek A, Marshall RM, McMahan UJ (2001). “蛙神经肌肉接头处活性区物质的结构”. 自然. 409 (6819): 479–84. doi:10.1038/35054000. PMID 11206537EM3D 首次用于在宏观分子分辨率下揭示细胞结构。 {{引用期刊}}: 未知参数 |month= 被忽略 (帮助)CS1维护:多個名稱:作者列表 (链接) CS1维护:后记 (链接)
    • Petersen JD, Chen X, Vinade L, Dosemeci A, Lisman JE, Reese TS (2003). “突触后密度 (PSD)-95 和 Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II 在 PSD 中的分布”. 神经科学杂志. 23 (35): 11270–8. PMID 14657186EM3D 用于检查大脑突触处突触后密度的结构。 {{引用期刊}}: 未知参数 |month= 被忽略 (帮助)CS1维护:多個名稱:作者列表 (链接) CS1维护:后记 (链接)
    • Ress, D., Harlow, M.L., Marshall, R.A., and McMahan, U.J. (2003). “使用电子显微镜断层扫描数据获得的等密度表面模型的优化方法”. IEEE 第 25 届年度国际会议论文集. pp. 774–777描述了 EM3D 创建最优等密度表面模型的方法。{{引用书籍}}: CS1维护:多個名稱:作者列表 (链接) CS1维护:后记 (链接)


SNARK14 是一个用于从 1D 投影重建 2D 图像的编程系统。它旨在帮助对开发和评估重建算法感兴趣的研究人员。在图像重建领域,研究人员通常希望比较两种或多种重建技术并评估其相对优点。SNARK14 提供了一个统一的框架来实现算法并评估其性能。SNARK14 旨在处理平行和发散投影几何,并可以创建供重建算法使用 的测试数据。它包含了许多常用的重建算法。
  • 支持: 操作系统:VirtualBox(对于大多数操作系统,合适的 VirtualBox 平台软件包可从以下地址获得:https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads) 图像格式支持:
  • 费用:免费/开源
  • 主要参考文献

    • Klukowska J., Davidi R., Herman GT (2013). “SNARK09 - 一个用于从 1D 投影重建 2D 图像的软件包”. 生物医学中的计算机方法和程序. 110: 424–440.{{引用期刊}}: CS1维护:多個名稱:作者列表 (链接)

  • 其他参考文献
    • Herman, Gabor (2009). 计算机断层扫描基础:基于投影的图像重建 (第2版). 伦敦:施普林格出版社.


IMOD 是一套用于断层扫描重建和电子显微镜连续切片以及光学切片 3D 重建的图像处理、建模和显示程序。该软件包包含用于在多种类型和大小的图像堆栈中组装和对齐数据、从任何方向查看 3D 数据以及对图像文件进行建模和显示的工具。它包含一个完整的图形用户界面,用于生成断层图像、结合围绕两个轴拍摄的倾斜序列的断层图像以及堆叠来自连续切片的断层图像。
  • 支持: 操作系统:Linux、Windows、Mac OS X 图像格式支持:MRC、TIFF
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献

  • 其他参考文献


Protomo 是一套主要用于电子断层扫描的程序和 shell 脚本。它提供用于预处理显微照片、校正未倾斜和倾斜样品的图像的 CTF、无标记对齐倾斜序列、3D 重建以及使用多元统计分析和分类处理断层图像体数据等例程。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:CCP4、EM、FFF、IMAGIC、MRC、SPIDER、SUPRIM、TIFF
  • 费用:免费
  • 编写语言:C
  • 主要参考文献

  • 其他参考文献
    • Winkler H, Taylor KA (2006). “电子断层扫描中无标记精确对齐及同时几何确定和倾斜序列重建”. Ultramicroscopy. 106 (3): 240–54. doi:10.1016/j.ultramic.2005.07.007. PMID 16137829. {{引用期刊}}忽略未知参数 |month=帮助
    • Winkler H, Taylor KA (2003). “应用于电子断层扫描中倾斜序列图像数据的焦点梯度校正”. J. Struct. Biol. 143 (1): 24–32. PMID 12892723. {{引用期刊}}忽略未知参数 |month=帮助
    • Taylor KA, Tang J, Cheng Y, Winkler H (1997). “电子断层扫描在无序蛋白质阵列结构分析中的应用”. J. Struct. Biol. 120 (3): 372–86. doi:10.1006/jsbi.1997.3932. PMID 9441940. {{引用期刊}}忽略未知参数 |month=帮助CS1维护:作者列表有多个名称(链接


PyTom 是一个基于 Python 的断层图像分析软件包。它支持诸如通过模板匹配进行颗粒定位和识别、亚断层图像平均以及亚断层图像分类等任务。该软件包是开源的,不依赖于任何商业软件,并且与平台无关。Python 中的实现应该允许轻松地为特定任务编写脚本。


鲁棒对齐和投影估计用于断层扫描重建 (RAPTOR) 是一款免费软件,用于对从电子显微镜获得的原始堆栈进行对齐,以用于断层扫描目的。它旨在自动获得与通过扩展手动干预获得的对齐相当的全精度对齐。图像中需要用于对齐的基准粒子。它被设计为与 IMOD 软件兼容,因此可以使用通常的 IMOD 工具检查结果以进行对齐和重建。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • Amat F,Moussavi F,Comolli LR,Elidan G,Downing KH,Horowitz M(2008)。“基于马尔可夫随机场的电子断层扫描图像自动对齐”。J. Struct. Biol161(3):260–75。doi:10.1016/j.jsb.2007.07.007PMID 17855124 {{cite journal}}忽略未知参数|month=帮助CS1 维护:作者列表有多个名称(链接


SerialEM

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SerialEM 是一款用于在 Tecnai 和更新的 JEOL 显微镜上获取电子断层扫描倾斜系列的程序。它使用了一种基于从先前倾斜位置的样本位置预测倾斜系列期间样本位置的方法。通过这种方法,它同时实现了较旧的倾斜系列采集方法(在每次倾斜时跟踪和聚焦)的稳健性和较新的预校准方法的速度。它提供了一个完整的界面,用于相机控制和图像采集、查看和保存。它包括用于在感兴趣区域之外跟踪和聚焦的低剂量模式、能量过滤器控制、使用重叠帧蒙太奇获取倾斜系列以及用于映射网格并返回到所选位置的导航器模块。它支持 Gatan、Tietz、FEI、AMT 和一些 Direct Electron CCD 相机。
  • 支持:操作系统:Microsoft Windows图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用途免费
  • 主要参考文献


TOM 工具箱

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断层扫描工具箱是一组扩展 MATLAB(+ 图像处理工具箱)数值计算环境功能的功能。该工具箱支持广泛的断层扫描功能。
  • 自动数据采集程序以深刻的方式改变了电子断层扫描 (ET) 的视角。具有自动调整功能的复杂数据采集方案最大限度地减少了样品对电子束的暴露,而复杂的图像分析程序从嘈杂的数据集中检索最大信息。“TOM 软件工具箱”集成了成熟的算法和针对低剂量 ET 特殊需求的新概念。它为所有处理步骤提供了一个用户友好的统一平台:采集、对齐、重建和分析。它被设计为一组计算程序,是在高度灵活的框架内的一个完整的软件解决方案。TOM 代表了一种使用电子显微镜的新方法,可以作为未来高通量应用的基础。
  • 支持:操作系统:Linux、Microsoft Windows图像格式支持:EM、MRC、Spider
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • Nickell S,Förster F,Linaroudis A;等。(2005)。“TOM 软件工具箱:电子断层扫描的采集和分析”。J. Struct. Biol149(3):227–34。doi:10.1016/j.jsb.2004.10.006PMID 15721576 {{cite journal}}|author=中明确使用 et al.(帮助忽略未知参数|month=帮助CS1 维护:作者列表有多个名称(链接


TomoJ 是 ImageJ 的一个 Java 插件,用于使用 ART、SIRT 和 WBP 算法执行断层扫描重建。它在友好的用户界面中除了标准的互相关方法之外,还包括免费的参考对齐程序。


Ettention

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Ettention是一个用于电子断层扫描的软件包。该软件结合了模块化设计,允许算法实验与模块化GPU代码,并能够重建高分辨率体积。Ettention完全集成到IMOD的eTomo GUI中。
  • 支持:操作系统:Windows,Linux图像格式支持:
  • 成本:免费/开源,w:LPGL
  • 编写语言:C++/OpenCL
  • 主要参考文献

    • Dahmen T.,Marsalek L.,Marniok N.,Turoňová B.,Bogachev S.,Trampert P.,Nickels S.和Slusallek P.(2015)。“Ettention:迭代重建算法的构建模块”。显微镜与微分析论文集{{cite journal}}:CS1维护:作者列表有多个名称(链接


从大型电子显微镜数据进行断层扫描重建需要特殊的程序来处理由电子光学而不是光线光学产生的几何畸变。特别是,电子以曲线路径穿过样品,散焦和其他像差会产生重大影响。TxBR处理与带电粒子光学相关的几何非线性,由于样品翘曲引起的畸变以及与非标准数据采集模式相关的变换集。此外,TxBR还为无标记对齐和专门的拼接提供了准备,用于连续切片的断层扫描。
  • 支持:操作系统:Linux,Windows(≥XP),Mac OS X(PowerPC和Intel)图像格式支持:MRC
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • S. Phan,A. Lawrence(2008)。“大型电子显微镜倾斜序列的断层扫描:图像对齐和体积重建”。图像和信号处理大会,第2卷。第176-182页。
  • 其他参考文献
    • Lawrence A,Bouwer JC,Perkins G,Ellisman MH(2006)。“基于变换的反投影用于大型电子显微镜倾斜序列的体积重建”。J. Struct. Biol154(2):144-67。doi:10.1016/j.jsb.2005.12.012PMID 16542854 {{cite journal}}忽略未知参数|month=(帮助CS1维护:作者列表有多个名称(链接


UCSF断层扫描

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UCSF断层扫描是一个集成的软件套件,它提供了从目标查找、顺序断层扫描数据采集到单轴和双轴实时重建以及随机圆锥数据集的自动采集的完全自动化。该软件是基于一种新方法实现的,其中计算平台倾斜被建模为几何旋转。样品由于平台倾斜而产生的空间运动可以根据先前收集的断层扫描图像进行预测。因此,在整个断层扫描数据采集过程中无需采集跟踪和聚焦图像。因此,可以实现显着的剂量节省,这对于采集冷冻倾斜序列至关重要。实时重建是通过在小型Linux集群(五个双处理器计算机节点)上同时计算加权反投影来实现的,同时UCSF断层扫描数据采集在显微镜的计算机上运行,并使用数据采集过程中生成的无基准标记对齐数据。实时重建的3D体积为用户提供了即时反馈,以全面评估实验的所有方面,从样品选择、冰层厚度、实验参数到样品制备质量。为了促进双轴断层扫描数据采集,开发了一种用于目标查找和样品旋转后重新定位的分层方案,并将其与预测数据采集和实时重建集成在一起,允许从目标查找到数据采集和3D体积重建的完全自动化,用户干预很少。开发了一种现场方案用于随机圆锥数据采集,其中跟踪和聚焦在与最终圆锥倾斜图像相同的位置执行。较低的放大倍率结合较短的曝光时间可大幅减少剂量并允许更大的倾斜步长。该系统还包括一个用于拼接未倾斜图像的功能,以确保倾斜图像中的所有颗粒都可用于重建。


FEI Xplore3D™ 断层扫描套件

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Xplore3D 为 3D 断层扫描采集、重建和可视化提供了一个完整的解决方案,集成在一个软件包中。其高级功能包括批量采集、双轴断层扫描、低剂量成像、STEM 断层扫描、能量过滤以及用于重建的硬件加速。批量调度允许无人值守的隔夜数据采集,来自多个网格位置。准确的交互式对齐程序可以使用互相关(无需标记)、珠子跟踪或一般特征跟踪。高级重建技术包括加权反投影、ART 和 SIRT。Xplore3D 包括一个后期对齐和重建模块,Inspect3D。
  • 支持: 操作系统:Windows XP,图像格式支持:大多数图像格式
  • 价格:价格面议,永久使用权许可证
  • 主要参考文献

    • R.H.M. Schoenmakers, R.A. Perquin, T.F. Fliervoet, W. Voorhout, H. Schirmacher (2005). “用于高分辨率、高通量电子断层扫描的新软件”. Microscopy and Analysis. 19 (4): 5–6. {{cite journal}}: 忽略未知参数 |month= (帮助)CS1维护:作者列表有多个姓名 (链接)
  • 其他参考文献
    • Li Peng, Sergey Ryazantsev, Ren Sun, Z. Hong Zhou (2010). “通过电子断层扫描对宿主细胞中γ疱疹病毒生命周期的三维可视化”. Structure. 18 (1): 47–58. doi:10.1016/j.str.2009.10.017. PMID 20152152. {{cite journal}}: 忽略未知参数 |month= (帮助)CS1维护:作者列表有多个姓名 (链接)
    • Linda F. van Driel, Jack A. Valentijn, Karine M. Valentijn, Roman I. Koning, Abraham J. Koster (2009). “应用于人内皮细胞中完整线粒体的相关冷冻荧光显微镜和冷冻电子断层扫描工具”. European Journal of Cell Biology. 88 (11): 669–684. doi:10.1016/j.ejcb.2009.07.002. PMID 19726102. {{cite journal}}: 忽略未知参数 |month= (帮助)CS1维护:作者列表有多个姓名 (链接)
    • 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). “厌氧氨氧化体的结构和化学分析:厌氧氨氧化细菌中一个膜结合的胞质区室”. Journal of Structural Biology. 161 (3): 401–410. doi:10.1016/j.jsb.2007.05.005. PMID 17604181. {{cite journal}}: 忽略未知参数 |month= (帮助)CS1维护:作者列表有多个姓名 (链接)


自动断层扫描 (Au-Tom) 用于电子断层扫描 (ET) 的自动重建,涵盖了电子断层扫描的预处理、对齐和重建。在我们的软件包中,基于标记点的的数据集和无标记点的数据集使用完全不同的子流程处理。该软件包具有以下特点:针对包含大量生物结构但没有标记点的数据集的精确对齐模块;针对嵌入标记点的数据集的全自动对齐模块;涵盖广泛的重建方法,包括一种基于压缩感知理论恢复“缺失楔”的新迭代重建方法;支持更快迭代代数重建的多平台加速解决方案。目前,AuTom 的基于标记点的对齐和重建模块是最完善的,而无标记点的对齐仍然存在数据特征的局限性。Autom 已在 Red Hat Enterprise 6.4、Cenots 6.5、Ubuntu 14.04 和 Ubuntu 16.04 上构建。其他系统可能无法得到很好的支持。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

  • 其他参考文献
    • Deng Y, Chen Y, Zhang Y, Wang S, Zhang F, Sun F (2016). "ICON:具有'缺失信息'恢复的 3D 重建在生物电子断层扫描中的应用". J. Struct. Biol. 195 (1): 100–112. doi:10.1016/j.jsb.2016.04.004. PMID 27079261. {{cite journal}}: 忽略未知参数 |month=(帮助CS1 maint:作者列表有多个名称(链接
    • Han R, Wang L, Liu Z, Sun F, Zhang F (2015). "一种用于电子断层扫描中基于标记点对齐的新型全自动方案". J. Struct. Biol. 192 (3): 403–417. doi:10.1016/j.jsb.2015.09.022. PMID 26433028. {{cite journal}}: 忽略未知参数 |month=(帮助CS1 maint:作者列表有多个名称(链接
    • Han R, Zhang F, Wan X, Fernández JJ, Sun F, Liu Z (2014). "一种用于电子断层扫描中基于标记点对齐的新型全自动方案". J. Struct. Biol. 186 (1): 167–180. doi:10.1016/j.jsb.2014.02.011. PMID 24582712. {{cite journal}}: 忽略未知参数 |month=(帮助CS1 maint:作者列表有多个名称(链接
    • Han R, Zhang F, Gao X (2018). "用于电子断层扫描全自动对齐的快速标记点跟踪模型". Bioinformatics. 34 (5): 853–863. doi:10.1093/bioinformatics/btx653. PMID 29069299. {{cite journal}}: 忽略未知参数 |month=(帮助CS1 maint:作者列表有多个名称(链接
    • 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:一种用于双轴倾斜序列全自动基于标记点对齐和同时重建的工具包". Bioinformatic. 35 (2): 319–328. doi:10.1093/bioinformatics/bty620. PMID 30010792. {{cite journal}}: 忽略未知参数 |month=(帮助CS1 maint:作者列表有多个名称(链接

应用工具

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亚体积平均

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Dynamo 是一个用于冷冻电镜数据亚断层图平均的软件包。它旨在为用户提供很大的灵活性,以便在标准程序中添加新算法并将其适应不同的计算环境,如桌面电脑、多核机器、(多)GPU 或 CPU 集群。
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS、Windows 图像格式支持:.em、.spi、.mrc

  • 费用:学术用途免费,GPL/BSD

  • 主要参考文献

    • Castaño-Díez D,Kudryashev M,Arheit M,Stahlberg H (2012)。“Dynamo:一种用于在高性能计算环境中进行冷冻电镜数据亚层析平均的灵活、用户友好的开发工具”。J Struct Biology (3)。doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.jsb.2011.12.017 {{cite journal}}: 请检查 |doi= 值(帮助; 外部链接在 |doi= 中(帮助CS1 maint: 多个名称:作者列表(链接


Jsubtomo

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Jsubtomo 是一个基于 Bsoft 的开源软件包,用于对断层扫描子体积进行平均。它包括使用约束互相关、缺失楔形加权平均和细化的工具来定位断层扫描图中的子体积。可以轻松包含粒子的初始方向估计以约束细化。Python 脚本可用于并行处理和迭代细化。
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS、Windows 图像格式支持: 大多数,包括 .map、.mrc、.em、.spi、.img、.pif
  • 费用:免费
  • 编写语言:C
  • 主要参考文献

    • Huiskonen JT,Hepojoki J,Laurinmäki P,Vaheri A,Lankinen H,Butcher SJ,Grünewald K。(2010)。“图拉汉坦病毒的冷冻电镜断层扫描表明了一种包膜病毒独特的组装模式”。J Virology84 (10): 4889–97。doi:10.1128/JVI.00057-10{{cite journal}}: CS1 maint: 多个名称:作者列表(链接


PEET 是一个用于子体积对齐、平均和分类的开源软件包。PEET 最常与 IMOD 结合使用。
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS-X、Windows 图像格式支持: .mrc
  • 费用: 免费,GPL
  • 编程语言:Matlab、C、C++
  • 主要参考文献

    • Nicastro D,Schwartz C,Pierson J,Gaudette R,Porter M,McIntosh J.R。(2006)。“冷冻电镜断层扫描揭示的轴丝分子结构”。Science313 (5789): 944–948。doi:10.1126/science.1128618{{cite journal}}: CS1 maint: 多个名称:作者列表(链接

质量测量

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一款用于暗场电子显微镜质量测定的快速且用户友好的多平台软件。MASDET 提供了几个用于主要质量分析步骤的子程序,即图像显示和感兴趣区域 (ROI) 的选择、质量评估和数据分析。两种程序模式构成了质量测定的核心程序:(i) AREA 程序模式确定片状结构(例如,蛋白质 S 层、薄的有机和无机薄膜)的单位面积质量以及球状结构(例如,单个大分子、球状组装体、有机/无机纳米粒子)的单位体积质量,以及 (ii) FILAMENT 程序模式确定单个 ROI 中丝状结构(例如,中间丝、DNA-蛋白质复合物、烟草花叶病毒、纳米线)的单位长度质量。单个 ROI 中质量数据的统计分析包含图形数据显示(直方图和 XY 图),并允许拟合多达 10 条高斯曲线。暗场显微照片还可以使用蒙特卡罗模拟数据重新计算为质量厚度曲线和/或质量厚度图。


数据采集

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提供工具或一组工具以允许分析一类或多类结构问题的软件包。这些软件包通常是为了管理结构分析中的一个特定步骤而开发的,例如 CTF 校正、粒子拾取等。


Leginon

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Leginon是一个用于自动采集透射电子显微镜图像的系统。支持的仪器:FEI Tecnai系列TEM,Tietz和Gatan CCD相机。2007年8月1日,Leginon 1.4作为开源软件发布。

粒子选择

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DoG Picker

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DoG Picker是一个简单的粒子拾取器,它使用高斯差分算法拾取类似于斑点的粒子。它集成到TiltPicker程序中(如下所示)。


FindEM程序基于使用一系列模板的局部实空间相关性进行投影匹配。实空间算法传统上相对较慢,但是已经引入了实空间局部相关函数的快速傅里叶实现,这使得投影匹配应用程序的速度提高了大约两个数量级。该算法被称为“快速局部相关函数”或FLCF。
  • 支持: 操作系统:Unix 图像格式支持:MRC
  • 成本: 免费/开源

  • 主要参考文献

    • Roseman, A.M. (2004). "FindEM——一种快速高效的程序,用于从电子显微照片中自动选择颗粒"。结构生物学杂志145 (1–2): 91–99。doi:10.1016/j.jsb.2003.11.007PMID 15065677
  • 其他参考文献
    • Roseman, A.M. (2003). "使用快速局部相关算法在电子显微照片中查找颗粒"。超显微镜94 (3–4): 225–236。PMID 12524193


一个用于分子电子显微镜的颗粒选择系统。它应用分层筛选程序来识别电子显微照片中的分子颗粒。程序的用户界面提供了多种功能,以方便图像数据可视化、颗粒注释和颗粒质量检查。系统设计强调功能性和可用性。
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS X、MS Windows 图像格式支持:MRC、TIFF
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献

    • Chen, J. Z. (2007). "SIGNATURE:一种用于分子电子显微镜的单颗粒选择系统"。结构生物学杂志157: 168–173。 {{cite journal}}: 引用包含空未知参数:|pmcid= (帮助); 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)


一个专门的图形用户界面,旨在简化从电子显微照片数据集选择颗粒的过程。它提供了模板匹配和边缘检测算法的实现,具有直观易用的界面,并且可用于在电子显微镜生成的大多数数据集上获得有用的结果。目前,用户可以预期每小时交互选择约1000-4000个颗粒。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:大多数图像格式
  • 费用:根据软件许可协议,学术用途免费
  • 主要参考文献

    • Woolford, D. (2007). "SwarmPS:快速、半自动的单颗粒选择软件"。结构生物学杂志157: 174–188。 {{cite journal}}: 引用包含空未知参数:|pmcid= (帮助); 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)


TiltPicker

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一个用于从图像倾斜对中挑选颗粒的图形用户界面,适用于随机圆锥倾斜 (RCT) 和正交倾斜重建 (OTR) 等应用。TiltPicker 借鉴了 Leginon 的界面,并重新实现了可在现代计算机上运行的 SPIDER WEB 的许多倾斜挑选功能。


模板匹配和分类系统。模板匹配识别候选颗粒图像,同时交互式地训练支持向量机算法以区分颗粒和非颗粒。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用:免费/开源
  • 主要参考文献

    • Zhao J, Brubaker MA, Rubinstein JL (2013). "TMaCS:一种用于自动颗粒选择的混合模板匹配和分类系统"。J. Struct. Biol。印刷中。 {{cite journal}}: 引用包含空未知参数:|month= (帮助)CS1 维护:作者列表中有多个名称 (链接)



Gautomatch

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一个 GPU 加速的自动颗粒选择程序。在进行真正的颗粒挑选之前,会自动检测并拒绝冰污染、碳边缘、聚集等。典型速度:使用 GTX 980 上的 15 个模板,每个 4096X4096 显微照片 1~2 秒;灵活使用;有或无模板;.box/.star 作为默认输出,颗粒堆栈可选;诊断显微照片作为选项,以便轻松优化参数;用于整个数据集批量处理的单个命令;
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用:研究用途免费
  • 编写语言CUDA
  • 主要参考文献

    • Kai Zhang。"Gautomatch:准确的实时挑选"。待发表 {{cite journal}}: 引用包含空未知参数:|pmcid=|coauthors= (帮助)

CTF 估计和校正

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一种完全自动化的算法,用于估计透射电子显微镜的对比度传递函数 (CTF) 参数。该算法的 MATLAB 实现称为 ACE,可免费获得。另请参阅作者的网站:http://graphics.ucsd.edu/~spmallick/research/ace/index.html
  • 支持: 操作系统:MATLAB 图像格式支持:MRC
  • 费用:免费/开源,Apache License v2.0
  • 编写语言MATLAB
  • 主要参考文献

    • Mallick, S.P. (2005). "ACE:自动 CTF 估计"。超显微镜104 (1): 8–29。 {{cite journal}}: 引用包含空未知参数:|pmcid= (帮助); 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)


ACE2 是一个用于 CTF 估计和校正的程序,使用了 Satya 等人开发的算法(参见 ACE),并用 Objective-C 编程语言重写,无需 MATLAB。


用于可视化和评估 CTF 估计参数质量的程序。


ctf Explorer

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允许计算相位衬度传递函数 (CTF):电子显微镜中一个有用的特性。
  • 支持: 操作系统:Windows 95/98/NT4/2000/XP 图像格式支持
  • 费用:w:明信片软件,免费软件
  • 主要参考文献

    • 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= (帮助); Check |doi= value (帮助); Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (帮助)


CTFfind3 和 CTFtilt

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用于查找电子显微照片 CTF 的程序。
  • 支持: 操作系统:Linux、IRIX、OSF 图像格式支持:MRC
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 编写语言Fortran
  • 主要参考文献

    • 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= (帮助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (帮助)


电子低温显微镜中非散光图像的 CTF 确定。
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS X 图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用户免费
  • 主要参考文献

    • 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= (帮助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (帮助)
  • 其他参考文献
    • 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= (帮助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (帮助)


电子断层扫描中的 CTF 确定和校正。
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS X 图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用户免费
  • 主要参考文献

    • 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= (帮助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (帮助)


通过约束非线性优化估计对比度传递函数和相关参数。
  • 支持: 操作系统:Linux、Windows 和 Mac OS X 图像格式支持:MRC
  • 费用: 免费
  • 主要参考文献

    • 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= (帮助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (帮助)


一种用于确定冷冻电镜图像焦点的图论方法。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用户免费
  • 编写语言:Python
  • 主要参考文献

    • 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= (帮助); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (帮助)


一个GPU加速的实时CTF确定和校正程序;全自动、批处理、粒子局部CTF、单帧CTF精修、自洽性验证、同相平均(EPA)诊断功率谱;完全兼容Relion、Frealgin等。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用: 研究用途免费
  • 编写语言: CUDA
  • 主要参考文献

三维重建

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在标准多核计算机上使用WBP和SIRT进行快速断层扫描重建。


TOMO3Dhybrid

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使用CPU+GPU协同处理的快速断层扫描重建(WBP、SIRT)。

分辨率估计

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用于计算两个3D体积的傅里叶壳层相关性的程序。三维傅里叶壳层相关性(FSC)测量两个3D体积在傅里叶空间中对应壳层上的归一化互相关系数,即作为空间频率的函数。 (修正的)3-sigma标准表明FSC在何处系统地出现在背景噪声的预期随机相关性之上。1/2比特信息阈值标准表示在最终3D重建中,我们已经收集了足够的数据,以便在该分辨率级别上进行直接的结构解释。1/2比特曲线经过校准,以近似产生与X射线晶体学中使用的分辨率值相当的分辨率值(FOM)。
  • 支持: 操作系统: Linux/Unix、Mac OS X (Intel)、MS Windows 图像格式支持: IMAGIC、Spider、CCP4、MRC、TIFF等。
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

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

  • 其他参考文献
    • van Heel, M. (2005). “傅里叶壳相关阈值标准”. 结构生物学杂志. 151: 250–262. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)


RMEASURE

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一种计算方法,允许测量通过单颗粒电子显微镜和重建获得的三维结构的信噪比和分辨率。该方法不依赖于原始图像数据的可用性,也不依赖于从数据的不同部分计算多个结构(这对于常用的傅里叶壳相关标准是必需的)。相反,计算相邻傅里叶像素之间的相关性,并用于区分信号和噪声。
  • 支持: 操作系统:Linux、IRIX、OSF、Mac OS X 图像格式支持:MRC、Spider
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献

    • Sousa, D. (2007). “单颗粒结构的从头分辨率测量”. 结构生物学杂志. 157: 201–210. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
使用迭代中值滤波进行自动降噪的软件。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用户免费
  • 主要参考文献

    • van der Heide P, Xu XP, Marsh BJ, Hanein D, Volkmann N (2007). “基于迭代中值滤波的电子断层扫描重建的高效自动降噪”. J. Struct. Biol. 158: 196–204. PMID 17224280. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help)CS1 maint: multiple names: authors list (link)


用于使用各向异性非线性扩散对电子低温断层扫描进行降噪的软件包。
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS X 图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用户免费
  • 主要参考文献

    • Fernandez, J.J. (2003). “用于去除低温断层扫描噪声的各向异性非线性扩散改进算法”. 结构生物学杂志. 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)
  • 其他参考文献
    • Fernandez, J.J. (2007). “具有自动参数调整的三维各向异性降噪。应用于电子低温断层扫描”. 计算机科学讲义. 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

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用于使用Beltrami流对电子断层扫描进行降噪的软件包。


基于均值漂移的电子断层扫描降噪和预分割软件包。
CoDiv - 大陆分水岭分割。用于对密度图(例如通过电子显微镜和图像重建或电子断层扫描获得的密度图)进行半自动分割的软件。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用户免费
  • 主要参考文献

    • Volkmann N (2002). “用于电子密度图分割的分水岭变换的一种新的三维变体”. J. Struct. Biol. 138: 123–129. PMID 12160708. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |pmcid= (help)


Population

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CoDiv - Population致力于对来自二维/三维显微镜的图像进行定量/定性分析,包括滤波、分割、几何/物理特征描述、可视化和建模。
  • 支持: 操作系统:Linux/Windows 图像格式支持:RAW/BMP/JPEG/PNG/PGM
  • 费用:学术/工业用户免费,MIT许可证
  • 编写语言:C++
  • 主要参考文献


SuRVoS工作台

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SuRVoS 工作台是一个用于分割 3D 图像数据集的程序。SuRVoS 结合了用于特征检测的高级算法和用于更智能、半自动分割和分析的超区域构建。该软件引导用户完成将 3D 体积划分为分层分割层(超区域)的过程,然后以用户的知识作为输入训练注释进行半自动分割和细化。分割后,SuRVoS 提供了一套用于对数据对象进行分类并生成有关其特征(大小、强度、体积、位置等)信息的工具。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC、Tiff Stacks、HDF5
  • 费用: 免费,Apache V2
  • 编写语言:Python、C++、CUDA
  • 主要参考文献


TOMOSEGMEM

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用于分割断层图像中膜的软件包。


TomoSegMemTV

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基于张量投票的断层图像鲁棒膜分割软件包。

B 因子估计和校正

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用于过滤 3D 图像并应用 B 因子的程序。
  • 支持: 操作系统:Linux/Mac 图像格式支持:MRC
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献

    • 未发表


EM-BFACTOR

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用于增强单颗粒电子冷冻显微镜中高分辨率信息的软件包
  • 支持: 操作系统:Linux、Mac OS X 图像格式支持:3DEM 中最常用的格式
  • 费用: 学术用户免费
  • 主要参考文献

    • Fernandez, J.J. (2008). "增强单颗粒电子冷冻显微镜中高分辨率信息". Journal of Structural Biology. 164: 170–175. doi:10.1016/j.jsb.2008.05.010. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|pmcid=帮助; 未知参数 |coauthors= 被忽略(建议使用 |author=)(帮助
  • 其他参考文献
    • Rosenthal, P.B. (2003). "单颗粒电子冷冻显微镜中颗粒方向、绝对手性和对比度损失的最佳确定". Journal of Molecular Biology. 333: 721–745. doi:10.1016/j.jmb.2003.07.013. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|pmcid=帮助; 未知参数 |coauthors= 被忽略(建议使用 |author=)(帮助

初始模型构建

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用于估计呈现侧视图的单颗粒的相对角取向的程序
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用户免费
  • 主要参考文献

    • Baker, L.A. (2008). "单颗粒电子显微镜中侧视图的角度确定". Journal of Structural Biology. 162: 260–270. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|pmcid=帮助; 未知参数 |coauthors= 被忽略(建议使用 |author=)(帮助
  • 其他参考文献
    • Rubinstein, J.L. (2003). "通过电子冷冻显微镜确定线粒体 ATP 合酶的结构". EMBO Journal. 22: 6182–6192. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|pmcid=帮助; 未知参数 |coauthors= 被忽略(建议使用 |author=)(帮助

可视化和建模

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ADP_EM 是一种超快速的多分辨率原子结构拟合到低/中分辨率 EM 图像中的工具,专门设计用于支持高通量覆盖。该方法使用球谐函数有效地加速旋转扫描。它可以被认为是 Kovacs 等人在 2003 年描述的快速旋转匹配 (FRM) 的实用简化版本。请下载程序并自行测试使用这种新方法获得的效率和鲁棒性。
  • 支持:操作系统:Windows,Linux 图像格式支持:CCP4,SITUS
  • 费用:免费
  • 开发语言:C/C++
  • 主要参考文献

    • Garzón, J.I. (2007). "ADP_EM: 高通量覆盖的快速穷举多分辨率对接". Bioinformatics. 23 (4): 427–33. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|pmcid= (帮助); 未知参数|coauthors=被忽略(建议使用|author=)(帮助)
  • 其他参考文献
    • Julio A. Kovacs,Pablo Chacón,Yao Cong,Essam Metwally和Willy Wriggers (2003). "通过快速傅里叶变换加速五自由度实现刚体的快速旋转匹配". Acta Cryst. D. 59: 1371–1376. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|month= (帮助)CS1维护:作者列表有多个名称 (链接)


Amira是一款软件解决方案,满足您对临床或临床前图像数据、核数据、光学或电子显微镜图像、分子模型、矢量和流数据、有限元模型上的模拟数据以及所有类型的多维图像、矢量、张量和几何数据进行处理的严苛需求。
  • 支持:操作系统:Win/Linux/Mac 图像格式支持: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
  • 费用:取决于许可证
  • 主要参考文献


肌动蛋白网络的自动分割(Amira软件包)

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该软件包提供了一个用于从冷冻电镜断层扫描图中自动分割肌动蛋白丝的程序。它基于模板匹配与新的追踪算法的结合,并允许对丝状肌动蛋白网络的特性进行统计学上有意义的评估。整个分析工作流程,从降噪到分割,都可以在Amira 5.4.5的可视化框架中执行。我们的分割软件包使用户能够获得单个肌动蛋白丝的几何数据,并使用这些数据进行统计分析。该软件是由柏林Zuse研究所(ZIB)和马克斯·普朗克生物化学研究所合作开发的。
  • 支持:操作系统:Linux和Windows的64位版本,MacX的32位版本。图像格式支持:3D断层扫描数据,EM,MRC,其他
  • 费用:软件包:学术用途免费;Amira试用版许可证(有效期3周)可用,否则:需要Amira 5.4.5的许可证版本
  • 主要参考文献


CoAn/CoFi

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用于将原子模型基于统计方法拟合到低分辨率密度图中的软件,例如通过电子显微镜和图像重建获得的密度图。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用户免费
  • 主要参考文献

    • Volkmann N,Hanein D (1999). "原子模型在电子显微镜获得的观测密度中的定量拟合". J. Struct. Biol. 125: 176–184. PMID 10222273. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|pmcid= (帮助)
  • 其他参考文献
    • Volkmann N,Hanein D (2003). "原子模型在电子显微镜重建中的对接". Methods Enzymol. 374: 204–225. PMID 14696375. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|pmcid= (帮助)
    • Volkmann N (2009). "原子模型在低分辨率密度中的拟合置信区间". Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 65: 679–689. PMID 19564688. {{引用期刊}}: 引用包含空未知参数:|pmcid= (帮助)


UCSF Chimera

[编辑源代码]
分子建模软件包,具有许多密度图功能。支持在图中拟合原子模型、交互式分割、粗略建模、测量和着色密度图,以阐明大型分子组件的结构。图功能旨在分析电子显微镜单粒子重建和断层扫描。包括许多用于分析原子分辨率分子模型和多序列比对的方法。
  • 支持:操作系统:Windows,Macintosh,Linux 图像格式支持:MRC,CCP4,SPIDER,BRIX,SITUS,PIF,HDF5,其他

  • 费用: 学术用途免费
  • 主要参考文献

    • Goddard, TD (2007). “使用 UCSF Chimera 可视化密度图”. 结构生物学杂志. 157 (1): 281–7. PMID 16963278. {{cite journal}}: 引用包含空的未知参数:|pmcid= (帮助); 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)


coloRNA 的目的是:如果我们有两个版本的 RNA 结构(以 pdb 文件给出),由于构象变化而有所不同,并且给定二级结构,则程序能够确定对应残基之间的距离并将其热图映射到二级结构上。也就是说,非常灵活的残基显示为红色,中等灵活的残基显示为黄色和绿色,非常稳定的残基显示为蓝色。因此,借助该程序,可以确定二级结构的哪些部分负责 3D 结构的移动性。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:pdb 文件,其他文件格式(参见 readme.txt)
  • 费用:免费
  • 编写语言: Python 2.3.3 和 Tkinter 8.4
  • 主要参考文献


EMDataBank

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EMDataBank.org 是一个用于沉积和检索 3DEM 图、模型和相关元数据的资源,它统一了对两个主要的 EM 结构数据档案的公共访问:EM 数据库 (EMDB) 和蛋白质数据库 (PDB),并促进了更广泛的科学界使用 EM 结构数据。该资源提供基于 Java 的 3D 浏览器,可从 EMDataBank 图集页面访问。可以使用 EMSEARCH 找到感兴趣的图集页面 (http://www.emdatabank.org/search.html)。

AstexViewer 是一款最初开发用于显示晶体学数据的分子图形程序,最近在开源许可证下重新发布,并已适用于显示 EM 图和相关的 PDB 坐标模型。使用紧凑的映射格式来提高 Web 下载速度并最大程度地减少内存需求(非常大的映射会进行下采样)。当前的功能包括能够控制映射轮廓级别、不透明度、颜色、实体与网格表面渲染以及一个或多个 PDB 坐标条目的并发显示。

  • 支持: 操作系统:需要具有 Java(首选 1.5 或更高版本)的 Web 浏览器,查看大型映射可能需要增加 Java 运行时内存 图像格式支持:
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • Lawson, C. (2011). “EMDataBank.org:冷冻电镜的统一数据资源”. 核酸研究. 39(数据库问题):D456. doi:10.1093/nar/gkq880. PMID 20935055. {{cite journal}}: 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助); 未知参数 |pmcid= 被忽略 (|pmc= 建议) (帮助)
  • 其他参考文献
    • Tagari, M. (2002). “新的电子显微镜数据库和沉积系统”. 趋势生化。科学. 27: 589. PMID 12417136. {{cite journal}}: 引用包含空的未知参数:|pmcid= (帮助); 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)
    • Henrick, K. (2003). “EMDep:一个用于沉积和验证高分辨率电子显微镜大分子结构信息的基于 Web 的系统”. J. Struct. Biol. 144: 228. PMID 14643225. {{cite journal}}: 引用包含空的未知参数:|pmcid= (帮助); 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)


用于将原子模型拟合到电子显微镜图中的程序。拟合标准包括原子位点处密度的总和、原子在负密度或低密度中不存在、原子结构的对称相关位置之间不存在原子碰撞以及图中可识别特征与其在拟合原子结构上的位置之间的距离等。
  • 支持: 操作系统:Linux,AIX 图像格式支持:TSB ASCII EM,XPLOR ASCII
  • 费用:免费/开源
  • 主要参考文献

    • Rossmann, M.G. (2000). “将原子模型拟合到电子显微镜图中”. Acta Crystallogr. D56: 1341–1349. {{cite journal}}: 引用包含空的未知参数:|pmcid=|coauthors= (帮助)


EMPackage(Amira 的电子断层扫描工具箱)

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EMPackage 是一个功能强大的 Amira 三维电子显微镜工具箱。该工具箱的主要目标是通过在 Amira 中直接启用降噪和分割任务来减少分析 EM 数据所需的各种程序的数量。必须安装 Amira,并且需要 Amira 的许可证。
  • 支持: 操作系统:Win/Linux/Mac 图像格式支持:Amira 中支持的文件格式以及 CCP4、EM、IMAGIC、SPIDER
  • 费用:学术用途免费,但需要 Amira
  • 主要参考文献

    • Pruggnaller, S. (2008). “电子显微镜的可视化和分割工具箱”. 结构生物学杂志. {{cite journal}}: 引用包含空的未知参数:|pmcid= (帮助); 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)


一个交互式分子建模系统,专门针对冷冻电镜和其他大分子复合物的低分辨率结构。Gorgon 项目的长期目标是能够解决从复合物的初始体积重建到最终放置每个单个原子的分子建模管道的各个部分。Gorgon 是圣路易斯华盛顿大学和贝勒医学院合作开发的。Gorgon 目前提供以下功能类别

    • 可视化:一个用于体数据(等值面、横截面和实体渲染)、几何骨架、二级结构元素和原子模型(PDB)的综合可视化框架。
    • 几何操作:提供了许多几何操作,例如骨架化(二值/灰度和交互式)、平滑、重采样、裁剪等。
    • 蛋白质结构预测:我们提供工具,允许用户找到序列中预测的二级结构元素与体积中观察到的二级结构元素之间的对应关系。
    • 蛋白质主链追踪:可以使用Gorgon提供的许多支持元素轻松地手动或半自动地追踪蛋白质的C-α主链。
  • 支持: 操作系统:Windows 2000/XP/Vista、MacOS X、Linux 图像格式支持:MRC、CCP4、RAW、OFF、PDB、SEQ、SSE、WRL/VRML
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • 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)
  • 其他参考文献
    • 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,可以基于内部坐标的正则模式分析,快速灵活地将原子结构拟合到低/中分辨率EM图中。它能够处理具有多个粗粒度级别的蛋白质和核酸结构以及小配体。

请下载程序并亲自测试这种新方法所达到的效率和鲁棒性。

  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:CCP4、SITUS
  • 费用:免费
  • 开发语言:C/C++
  • 主要参考文献

    • 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 是一款免费提供的软件套件,允许在低分辨率电子密度图的约束下对高分辨率三维蛋白质结构的大构象变化进行建模。典型应用是使用原子尺度的X射线结构模型解释电子显微镜数据。提供的软件包应使感兴趣的用户能够在新的案例上执行灵活的拟合,而不会遇到重大的技术困难。NORMA软件套件包括三个完全可执行的参考案例和广泛的用户说明。它附带了URO拟合软件包的Linux版本(由J. Navaza开发)和elNemo弹性网络模型正则模式分析代码(由Y.H. Sanejouand开发)。
  • 支持: 操作系统:Linux 图像格式支持:EZD、CCP4、MRC、PIF
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • 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

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OpenStructure 是一个软件开发平台,专门用于实施新颖的计算结构生物学和分子建模方法。OpenStructure 旨在处理和操作各种数据类型,如整合建模领域所需的那样,在整合建模领域,来自各种实验技术的数据用于指导模型构建过程。该工具包允许开发复杂的独立应用程序,但也提供接口以灵活地整合外部软件(在适当的情况下),而无需重新实现现有的功能。在顶级,OpenStructure 具有一个图形用户界面,其中包含用于渲染生物大分子、密度图、图像堆栈、用于序列分析的小部件和图形场景设置以及集成的 Python shell 的组件。虽然图形界面可以方便地在没有预先了解底层的情况下使用,但GUI与脚本功能紧密集成。屏幕上可视化的任何对象都可以在 Python 级别访问。同样,也可以从脚本中创建和操作图形对象。此设置允许结合基于人类和自动的数据分析,并自由自定义图形界面本身。
  • 支持: 操作系统:Win/Linux/MacOS X 图像格式支持:CCP4、DAT、TIFF、MRC、SPIDER、Nanoscope、PNG、SITUS、JPK、PDB、SDF、CRD、CHARMM轨迹文件、maestro、许多序列和比对格式
  • 费用:免费,LGPL
  • 编写语言C++/Python
  • 主要参考文献

    • 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)


  • 网站: http://pymol.org
  • 当前版本 1.2
  • 联系人: licensing@Schrödinger.com
  • 支持: 操作系统:Linux、Unix、Mac OS X 和 Windows 图像格式支持:CCP4、MRC、PDB,以及更多
  • 费用:订阅/开源
  • 编写语言:Python
  • 主要参考文献

    • 未发表


开发的程序用于将病毒的电子密度径向投影到一个球体上,然后将其呈现为立体投影图。构成病毒表面的特征可以同时以原子、氨基酸残基、潜在电荷分布和表面拓扑结构的形式表示。
  • 支持: 操作系统:Linux、AIX 图像格式支持:XPLOR ASCII

  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • Xiao, C. (2007). “利用立体投影图解释电子密度”。《结构生物学杂志》。158: 182–187。 {{cite journal}}: 引用包含空的未知参数:|pmcid= (帮助); 未知参数|coauthors=被忽略(建议使用|author=)(帮助)


Sculptor

[编辑源代码]
Sculptor是一个交互式的多分辨率对接和可视化程序,用于低分辨率密度图和原子结构。我们正在开发Sculptor作为Situs对接程序的基于GUI的扩展,以允许交互式探索和分析体积图。Sculptor将3D渲染与高级数学概念(如聚类技术和模式匹配算法)相结合,允许几乎即时地拟合高分辨率结构,并促进典型的后处理工作,如地图编辑或分辨率调整。
  • 支持: 操作系统:Windows、Macintosh、Linux 图像格式支持:MRC、CCP4、SITUS、SPIDER
  • 费用:免费/开源,LGPL
  • 编写语言:C++
  • 主要参考文献

    • Wahle, M. (2015). “使用Sculptor中的实时环境光遮蔽进行分子结构的多尺度可视化”。《PLoS计算生物学》。11 (10): e1004516。 doi:10.1371/journal.pcbi.1004516. {{cite journal}}: 未知参数|coauthors=被忽略(建议使用|author=)(帮助); 未知参数|pmcid=被忽略(建议使用|pmc=)(帮助)
  • 其他参考文献
    • Birmanns, S. (2011). “使用Sculptor和Situs将原子组件同时组装成低分辨率形状”。《结构生物学杂志》。 doi:10.1016/j.jsb.2010.11.002. {{cite journal}}: 未知参数|coauthors=被忽略(建议使用|author=)(帮助); 未知参数|pmcid=被忽略(建议使用|pmc=)(帮助)



Situs是一个用于跨空间分辨率尺度整合生物物理数据的模块化软件包。它在过去十年中开发,重点是弥合原子结构、粗粒度模型和来自低分辨率生物物理来源(如电子显微镜、断层扫描或小角散射)的体积数据之间的分辨率差距。可以使用各种灵活和刚性体对接策略创建和细化结构模型。该软件由多个独立程序组成,用于3D数据集的格式转换、分析、可视化、操作和组装。
  • 支持: 操作系统:Windows、Macintosh、Linux 图像格式支持:MRC、CCP4、SITUS、SPIDER、XPLOR、ASCII
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 开发语言:C/C++
  • 主要参考文献

    • Wriggers, W. (2012). “使用Situs的约定和工作流程”。《晶体学报D》。68: 344–351。 doi:10.1107/S0907444911049791. {{cite journal}}: 引用包含空的未知参数:|coauthors= (帮助); 未知参数|pmcid=被忽略(建议使用|pmc=)(帮助)
  • 其他参考文献
    • Wriggers, W. (2010). “使用Situs整合多分辨率结构”。《生物物理评论》。2: 21–27。 doi:10.1007/s12551-009-0026-3. {{cite journal}}: 引用包含空的未知参数:|coauthors= (帮助); 未知参数|pmcid=被忽略(建议使用|pmc=)(帮助)


一个交互式工具,用于将原子模型拟合到电子显微镜重建中(或拟合到从小角X射线或中子散射中得到的包络线中)。原子模型的电子密度与图之间的相关性会在模型在图形显示上使用鼠标移动时计算和更新。计算在倒空间中进行,并考虑重建的对称性。计算速度很快,可以使用整个EM重建。2.0以上版本包括正则模式柔性拟合和“图对图”拟合(除了“模型到图”拟合)。


V3D是一个用于3D显微镜图像可视化和分析的通用工具,以及提取的表面模型的显示和分析。它具有快速渲染大型数据集的3D渲染功能。它带有灵活的插件接口,可以轻松开发额外的工具包。

V3D是跨平台的,可以在Mac、Linux和Windows上运行。它具有一些专为多色3D显微镜数据设计的易于使用的功能。

  • 支持: 操作系统:Mac、Linux和Windows 图像格式支持:tif、LSM、RAW、MRC

  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • Peng, H. (2010). “V3D 能够对大型生物图像数据集进行实时 3D 可视化和定量分析”。《自然生物技术》。28 (4): 348–353。 doi:10.1038/nbt.1612. {{cite journal}}: 引用中存在空未知参数:|pmcid= (帮助); 忽略未知参数|coauthors= (|author= 建议) (帮助)

实用程序

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BBHP/Suprim 附加组件

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Burnham-Brandeis 螺旋软件包和/或 Suprim 的两个插件,tkfilter 用于断层扫描对称性过滤,tkstraighten 用于对螺旋细丝进行框选和矫直。
  • 支持: 操作系统图像格式支持:MRC
  • 费用: 学术用户免费
  • 主要参考文献

    • 未发表


用于从 2D 和 3D 密度图中裁剪部分的程序。
  • 支持: 操作系统:Linux/Mac 图像格式支持:MRC
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献

    • 未发表


用于计算两个密度图之间差异图的程序。
  • 支持: 操作系统:Linux/Mac 图像格式支持:MRC
  • 费用: 免费/开源,GPL

  • 主要参考文献

    • 未发表


用于将图像(2D 图像和 3D 体积)从/转换为电子显微镜领域常用的格式的程序。
  • 支持: 操作系统:大多数平台(Linux/Unix、Mac OS X(intel)、MS Windows)图像格式支持:大多数格式(IMAGIC、Spider、CCP4、MRC、CCP4、TIFF 等)
  • 费用:免费
  • 主要参考文献

    • 未发表


用于 3dEM 文件格式的 Matlab 函数

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  • 支持: 操作系统:MATLAB 支持的系统 图像格式支持:Imagic、MRC 和 DM3
  • 费用: 免费/开源,BSD 许可证
  • 使用语言:MATLAB
  • 主要参考文献

    • 未发表


Nexperion Sentinel

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一个用于透射电镜(不同制造商)的集成监控和日志记录工具,旨在提高正常运行时间。Sentinel 的范围包括显微镜的关键子系统、其外设和环境。
  • 支持: 操作系统:Windows 图像格式支持:n/a
  • 费用: 商业版
  • 主要参考文献

    • 未发表

参考文献

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