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分子显微镜软件工具/通用软件包

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通用软件包

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提供一组综合工具的软件包，允许分析几种结构问题的类别中的数据（按字母顺序排列）。


Appion

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“Appion”是一个综合的网络界面和python脚本系统，用于单颗粒分析，它允许执行整个3D-EM图像处理流程，从显微照片预处理到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。独立程序可以通过UNIX命令行或标准化网络界面调用。
  • 支持： 操作系统：Linux，其他类Unix系统也可能有效。 图像格式支持：CCP4、Imagic、JPEG、MRC、PNG、Spider、TIFF
  • 成本： 免费/开源，Apache License 2.0
  • 主要引用出版物
    • Lander GC, Stagg SM, Voss NR; 等人 (2009). “Appion：一个集成的、数据库驱动的管道，以促进EM图像处理”. J. Struct. Biol. 166 (1): 95–102. doi:10.1016/j.jsb.2009.01.002. PMC 2775544. PMID 19263523. {{cite journal}}: 在|author=中显式使用等人 (帮助); 忽略未知参数|month= (帮助)CS1 maint: 多个名称：作者列表 (链接)
  • 其他参考文献


Bsoft

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  • 网站： http://bsoft.ws
  • 当前版本 1.8.8
  • 联系方式： Bernard_Heymann at nih.gov
Bsoft是一组程序，也是一个平台，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是用高度模块化的设计来解决的，这样可以快速开发新的算法，而不用担心文件I/O等问题。它提供了一个易于访问的界面，这个资源可以在其他软件包中使用，并且已经使用过。它支持几种工作流程，例如单颗粒分析和断层扫描，支持参数交换以及跨异构计算机集群进行分布式处理的能力。有几种工具可用于对结构进行建模，例如原子坐标或更大规模的模型，用于解释大型分子复合物（如病毒和亚细胞器）。
  • 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
  • 成本： 免费/开源（公有领域）
  • 编写语言: C++、Tcl/Tk
  • 主要引用出版物
    • Heymann, J.B. (2001). “Bsoft：电子显微镜中的图像和分子处理”. Journal of Structural Biology. 133 (2–3): 156–169.
  • 其他参考文献
    • Heymann, J.B.; Belnap, D.M. (2007). “Bsoft：电子显微镜中的图像处理和分子建模”. Journal of Structural Biology. 157: 3–18.
    • Heymann, J.B.; Cardone, G.; Winkler, D.C.; Steven, A.C. (2008). “Bsoft中的冷冻电镜断层扫描的计算资源”. Journal of Structural Biology. 161: 232–242.


Cyclops

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Cyclops 是一款新的计算机程序，设计为图形前端，可以轻松控制和交互使用冷冻电镜重建生物复合物的任务和程序。 它专为网格架构中的直接实施而设计。 作为一组程序的前端，它为其他程序提供了一个通用接口，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
  • 成本： 免费
  • 主要引用出版物
    • Plaisier, J.R.; Jiang, L.; Abrahams, J.P. (2007). "Cyclops: New modular software suite for cryo-EM". Journal of Structural Biology. 157: 19–27.


EMAN2

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EMAN2 是一个用于科学图像处理的软件套件，特别关注 TEM 和单颗粒分析。 正在添加新工具以支持其他专业领域，例如 IHRSR（实空间螺旋处理）、RCT（随机锥形倾斜）和单颗粒冷冻电镜断层扫描。 它是原始 EMAN 套件的完全重构。 EMAN2 具有分层结构，顶部是易于使用的工作流程界面，其次是高级命令行程序、低级命令行程序、Python 脚本支持和核心 C++ 库。 包括 GUI 在内的所有用户程序都用 Python 编写，因此它们可以进行自定义或修改，甚至无需下载（免费提供）源代码。 GUI 包括用于 3D 显示（等值面、体积渲染和切片）、单个 2D 图像、多个 2D 图像、2D 图形和 3D 图形的部件。 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（例如新过滤器或新的 3D 重建例程）会自动并立即出现在所有 GUI 和命令行程序中。
  • 支持： 操作系统: Linux（大多数变体）、Mac OS X（10.6+，推荐 10.7+）、Windows XP/Vista/7/8 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
  • 成本： 免费/开源，GPL/BSD
  • 编写语言: C++/Python
  • 主要引用出版物
    • Tang, G.; Peng, L.; Baldwin, P.R. "EMAN2: An extensible image processing suite for electron microscopy". Journal of Structural Biology. 157: 38–46. {{cite journal}}: 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)


EMAN

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一套主要针对单颗粒重建的科学图像处理工具。 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的 3D 结构的技术。 EMAN 的重点是提供最先进的单颗粒重建方法，尽可能地实现自动化。 目标是允许即使是新手用户也能以高真实度和高分辨率重建大分子结构。 它还具有一系列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 通过拨款 R01GM080139 提供资金。
  • 支持： 操作系统: Linux、Mac OS X、大多数 Unix 变体、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
  • 成本： 免费/开源，GPL/BSD
  • 编写语言: C++
  • 主要引用出版物
    • Ludtke, S.J.; Baldwin, P.R.; Chiu, W. (1999). "EMAN: Semiautomated Software for High-Resolution Single-Particle Reconstructions". Journal of Structural Biology. 128: 82–97.


Eos

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一个可扩展的通用电子显微镜图像分析系统。 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）和特定于 EM 的工具（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 编写的面向对象的库和用于工具开发人员的（C）原型源代码。
  • 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。
  • 成本： 免费
  • 编写语言: C、Tcl/Tk、Ruby/Tk、javascript
  • 主要引用出版物
    • Yasunaga T, Wakabayashi T (1996). "Extensible and object-oriented system Eos supplies a new environment for image analysis of electron micrographs of macromolecules". J. Struct. Biol. 116 (1): 155–60. doi:10.1006/jsbi.1996.0025. PMID 8742738.
  • 其他参考文献
    • Noda, K (2006). "Atomic model construction of protein complexes from electron micrographs and visualization of their 3D structure using VR system". J. Plasma Physics. 72 (06): 1037–1040. {{cite journal}}: 引用中存在空的未知参数：|pmcid= (帮助); 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)


IMAGIC

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IMAGIC 是一个用于电子显微镜的图像分析软件包，也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、角度重建以找到 EM 投影图像的空间方向、从 EM 投影进行三维重建、二维图像和三维体积图像处理。
  • 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（大多数格式可以导入/导出：Spider、CCP4、MRC、TIFF 等。）
  • 成本： 商业和非营利价格
  • 主要引用出版物
    • van Heel M，Harauz G，Orlova EV，Schmidt R，Schatz M（1996）。“IMAGIC 图像处理系统的最新一代”。J. Struct. Biol。116（1）：17-24。doi:10.1006/jsbi.1996.0004。PMID 8742718.{{cite journal}}：CS1 maint：作者列表中有多个名字（链接）
  • 其他参考文献
    • Van Heel，M.（1979）。“IMAGIC 及其结果”。Ultramicroscopy。4：117。 {{cite journal}}：引用包含空的未知参数：|pmcid= 和 |coauthors=（帮助）
    • Van Heel，M.（2010）。“准原子分辨率的四维冷冻电镜：”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）


IPLT

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  • 网站： http://www.iplt.org
  • 联系方式： andreas underscore schenk at hms dot harvard dot edu
图像处理库和工具箱是一个开源项目，主要针对电子显微镜社区，特别强调二维电子晶体学。它包含几个用 C++ 编写的模块化类库，每个库都将大部分接口暴露给 Python，处理逻辑构建在其之上。框架设计以易于扩展为首要目标，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
  • 成本： 免费/开源，GPL
  • 编写语言: C++/Python
  • 主要引用出版物
    • 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式 EM 图像处理”。J. Struct. Biol。157（1）：28-37。doi:10.1016/j.jsb.2006.06.009。PMID 16919967. {{cite journal}}：未知参数 |month= 被忽略（帮助）CS1 maint：作者列表中有多个名字（链接）
  • 其他参考文献


MDPP

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显微照片数据处理程序 (MDPP) 是一个功能齐全的通用图像处理软件包，最初是为了支持需要电子显微镜和图像处理的结构生物学研究而编写的。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：Mac OS X/Linux 图像格式支持：BMD、MRC、SPIDER、TIFF、JPEG
  • 成本： 免费，GPLv3
  • 编写语言：FORTRAN 和 C
  • 主要引用出版物


MRC 图像处理包

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MRC 图像处理软件包经过多年的发展，由许多作者贡献。它包含用于二维晶体图像处理、电子衍射图分析、螺旋衍射和单粒子分析的软件，特别是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
  • 成本： 对学术用户免费
  • 主要引用出版物
  • 其他参考文献
    • Smith JM（1999）。“Ximdisp - 用于帮助从电子显微镜图像确定结构的可视化工具”。J. Struct. Biol。125（2-3）：223-8。doi:10.1006/jsbi.1998.4073。PMID 10222278.


RELION

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RELION（正则似然优化，发音为 rely-on）的核心是一个细化程序，它采用经验贝叶斯方法来细化冷冻电镜（cryo-EM）中的（多个）三维重建或二维类平均值。它是在 MRC 分子生物学实验室 Sjors Scheres 小组开发的。简而言之，三维重建的不适定问题通过结合先验知识来正则化：大分子结构是光滑的，即它们在傅立叶域中的功率有限。在相应的贝叶斯框架中，统计模型的许多参数都是从数据中学习的，这导致客观和高质量的结果，而无需用户专业知识。围绕该程序的最新发展已将 RELION 转变为一个通用软件包，其中大多数单粒子分析任务都可以在其中执行。
  • 支持： 操作系统：Unix（Linux、Mac OS X 等）图像格式支持：MRC、Spider
  • 成本： 免费/开源
  • 主要引用出版物


SIMPLE

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SIMPLE（单颗粒图像处理Linux引擎）实现了一种针对灵活、非对称单颗粒的从头重建算法。SIMPLE前端是根据“Unix工具包理念”开发的。面向对象的后台提供了图像聚类、从头3D对齐、重建和细化算法。
  • 支持: 操作系统: Unix（Linux、Mac OS X） 图像格式支持: SPIDER
  • 成本： 免费/开源，GPL
  • 编写的语言: 现代Fortran
  • 主要引用出版物
    • Elmlund D, Elmlund H (2012). "SIMPLE: 用于灵活单颗粒从头重建的软件". 已提交.
  • 其他参考文献


SPARX

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SPARX（单颗粒分析用于分辨率扩展）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。它包含一个用户界面，提供一个完整的图形化编程环境，具有新颖的数据/流程流基础设施，一个广泛的python脚本库，用于执行特定的TEM相关计算任务，以及一个核心的基本C++图像处理功能库。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
  • 主要引用出版物
  • 其他参考文献


SPIDER

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SPIDER（用于电子显微镜和相关领域的图像数据处理系统）是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、图像的多元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。


Suprim

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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。该系统包含一组图像处理工具或过滤器，用 C 编程语言编写，以及一个基于 UNIX shell 的命令行风格用户界面。UNIX 的管道和过滤器结构以及 shell 脚本形式的命令文件的可用性简化了从简单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
  • 成本： 免费/开源
  • 主要引用出版物


Xmipp

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"基于 X 窗口的显微镜图像处理包"，是一个用于单颗粒分析的综合软件包，允许执行完整的 3D-EM 图像处理工作流程，从显微照片预处理到 3D 模型细化。除其他工具外，Xmipp 还包含用于 ART+blob 重建、自组织映射和最大似然分类（2D 和 3D）的程序。该软件是用 C++ 编写的，并以高度模块化的方式设计。独立程序可以从 UNIX 命令行调用，也可以通过标准化的 python 脚本调用。一个针对 python 脚本的图形用户界面（用 python-tk 编写）使 Xmipp 对于新手用户来说也变得易于运行。
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