Abstract

Structured illumination microscopy (SIM) is a powerful technique for obtaining super-resolved fluorescence maps of samples, but it is very sensitive to aberrations or misalignments affecting the excitation patterns. Here, we present a reconstruction algorithm that is able to process SIM data even if the illuminations are strongly distorted. The approach is an extension of the recent blind-SIM technique, which reconstructs simultaneously the sample and the excitation patterns without a priori information on the latter. Our algorithm was checked on synthetic and experimental data using distorted and nondistorted illuminations. The reconstructions were similar to that obtained by up-to-date SIM methods when the illuminations were periodic and remained artifact-free when the illuminations were strongly distorted.

© 2013 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. A. Klar and S. W. Hell, Opt. Lett. 24, 954 (1999).
    [CrossRef]
  2. M. Hofman, C. Eggeling, S. Jakobs, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 17565 (2005).
    [CrossRef]
  3. S. T. Hess, T. P. K. Girirajan, and M. D. Mason, Biophys. J. 91, 4258 (2006).
    [CrossRef]
  4. E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
    [CrossRef]
  5. M. J. Rust, M. Bates, and X. Zhuang, Nat. Methods 3, 793 (2006).
    [CrossRef]
  6. R. Heintzmann and C. Cremer, Proc. SPIE 3568, 185 (1999).
    [CrossRef]
  7. M. Gustafsson, J. Microsc. 198, 82 (2000).
    [CrossRef]
  8. P. Kner, B. B. Chhun, E. R. Griffis, and L. W. M. G. Gustafsson, Nat. Methods 6, 339 (2009).
    [CrossRef]
  9. L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
    [CrossRef]
  10. K. Wicker, O. Mandula, G. Best, R. Fiolka, and R. Heintzmann, Opt. Express 21, 2032 (2013).
    [CrossRef]
  11. S. A. Shroff, J. R. Fienup, and D. R. Williams, J. Opt. Soc. Am. A 26, 413 (2009).
    [CrossRef]
  12. E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
    [CrossRef]
  13. K. Belkebir and A. G. Tijhuis, Inverse Probl. 17, 1671 (2001).
    [CrossRef]
  14. K. Belkebir and A. Sentenac, J. Opt. Soc. Am. A 20, 1223 (2003).
    [CrossRef]
  15. A. Dubois, K. Belkebir, and M. Saillard, Inverse Probl. 21, S65 (2005).
    [CrossRef]
  16. P. J. Sementilli, B. R. Hunt, and M. S. Nadar, J. Opt. Soc. Am. A 10, 2265 (1993).
    [CrossRef]

2013 (1)

2012 (1)

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

2009 (2)

S. A. Shroff, J. R. Fienup, and D. R. Williams, J. Opt. Soc. Am. A 26, 413 (2009).
[CrossRef]

P. Kner, B. B. Chhun, E. R. Griffis, and L. W. M. G. Gustafsson, Nat. Methods 6, 339 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

2006 (3)

S. T. Hess, T. P. K. Girirajan, and M. D. Mason, Biophys. J. 91, 4258 (2006).
[CrossRef]

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

M. J. Rust, M. Bates, and X. Zhuang, Nat. Methods 3, 793 (2006).
[CrossRef]

2005 (2)

M. Hofman, C. Eggeling, S. Jakobs, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 17565 (2005).
[CrossRef]

A. Dubois, K. Belkebir, and M. Saillard, Inverse Probl. 21, S65 (2005).
[CrossRef]

2003 (1)

2001 (1)

K. Belkebir and A. G. Tijhuis, Inverse Probl. 17, 1671 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

M. Gustafsson, J. Microsc. 198, 82 (2000).
[CrossRef]

1999 (2)

R. Heintzmann and C. Cremer, Proc. SPIE 3568, 185 (1999).
[CrossRef]

T. A. Klar and S. W. Hell, Opt. Lett. 24, 954 (1999).
[CrossRef]

1993 (1)

Agard, D. A.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Allain, M.

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

Bates, M.

M. J. Rust, M. Bates, and X. Zhuang, Nat. Methods 3, 793 (2006).
[CrossRef]

Belkebir, K.

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

A. Dubois, K. Belkebir, and M. Saillard, Inverse Probl. 21, S65 (2005).
[CrossRef]

K. Belkebir and A. Sentenac, J. Opt. Soc. Am. A 20, 1223 (2003).
[CrossRef]

K. Belkebir and A. G. Tijhuis, Inverse Probl. 17, 1671 (2001).
[CrossRef]

Best, G.

Betzig, E.

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

Bonifacino, J. S.

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

Burke, B.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Cardoso, M. C.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Carlton, P. M.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Chhun, B. B.

P. Kner, B. B. Chhun, E. R. Griffis, and L. W. M. G. Gustafsson, Nat. Methods 6, 339 (2009).
[CrossRef]

Cremer, C.

R. Heintzmann and C. Cremer, Proc. SPIE 3568, 185 (1999).
[CrossRef]

Davidson, M. W.

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

Dubois, A.

A. Dubois, K. Belkebir, and M. Saillard, Inverse Probl. 21, S65 (2005).
[CrossRef]

Eggeling, C.

M. Hofman, C. Eggeling, S. Jakobs, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 17565 (2005).
[CrossRef]

Fienup, J. R.

Fiolka, R.

Girard, J.

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

Girirajan, T. P. K.

S. T. Hess, T. P. K. Girirajan, and M. D. Mason, Biophys. J. 91, 4258 (2006).
[CrossRef]

Griffis, E. R.

P. Kner, B. B. Chhun, E. R. Griffis, and L. W. M. G. Gustafsson, Nat. Methods 6, 339 (2009).
[CrossRef]

Gustafsson, L. W. M. G.

P. Kner, B. B. Chhun, E. R. Griffis, and L. W. M. G. Gustafsson, Nat. Methods 6, 339 (2009).
[CrossRef]

Gustafsson, M.

M. Gustafsson, J. Microsc. 198, 82 (2000).
[CrossRef]

Gustafsson, M. G. L.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Haase, S.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Heintzmann, R.

Hell, S. W.

M. Hofman, C. Eggeling, S. Jakobs, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 17565 (2005).
[CrossRef]

T. A. Klar and S. W. Hell, Opt. Lett. 24, 954 (1999).
[CrossRef]

Hess, S. T.

S. T. Hess, T. P. K. Girirajan, and M. D. Mason, Biophys. J. 91, 4258 (2006).
[CrossRef]

Hofman, M.

M. Hofman, C. Eggeling, S. Jakobs, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 17565 (2005).
[CrossRef]

Hunt, B. R.

Jakobs, S.

M. Hofman, C. Eggeling, S. Jakobs, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 17565 (2005).
[CrossRef]

Klar, T. A.

Kner, P.

P. Kner, B. B. Chhun, E. R. Griffis, and L. W. M. G. Gustafsson, Nat. Methods 6, 339 (2009).
[CrossRef]

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Leonhardt, H.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Lindwasser, W.

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

Lippincott-Schwartz, J.

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

Mandula, O.

Mason, M. D.

S. T. Hess, T. P. K. Girirajan, and M. D. Mason, Biophys. J. 91, 4258 (2006).
[CrossRef]

Moal, E. L.

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

Mudry, E.

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

Nadar, M. S.

Nicoletti, C.

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

Olenych, S.

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

Patterson, G. H.

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

Rust, M. J.

M. J. Rust, M. Bates, and X. Zhuang, Nat. Methods 3, 793 (2006).
[CrossRef]

Saillard, M.

A. Dubois, K. Belkebir, and M. Saillard, Inverse Probl. 21, S65 (2005).
[CrossRef]

Savatier, J.

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

Schermelleh, L.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Sedat, J. W.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Sementilli, P. J.

Sentenac, A.

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

K. Belkebir and A. Sentenac, J. Opt. Soc. Am. A 20, 1223 (2003).
[CrossRef]

Shao, L.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Shroff, S. A.

Sougrat, P.

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

Tijhuis, A. G.

K. Belkebir and A. G. Tijhuis, Inverse Probl. 17, 1671 (2001).
[CrossRef]

Wicker, K.

Williams, D. R.

Winoto, L.

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Zhuang, X.

M. J. Rust, M. Bates, and X. Zhuang, Nat. Methods 3, 793 (2006).
[CrossRef]

Biophys. J. (1)

S. T. Hess, T. P. K. Girirajan, and M. D. Mason, Biophys. J. 91, 4258 (2006).
[CrossRef]

Inverse Probl. (2)

K. Belkebir and A. G. Tijhuis, Inverse Probl. 17, 1671 (2001).
[CrossRef]

A. Dubois, K. Belkebir, and M. Saillard, Inverse Probl. 21, S65 (2005).
[CrossRef]

J. Microsc. (1)

M. Gustafsson, J. Microsc. 198, 82 (2000).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. A (3)

Nat. Methods (2)

P. Kner, B. B. Chhun, E. R. Griffis, and L. W. M. G. Gustafsson, Nat. Methods 6, 339 (2009).
[CrossRef]

M. J. Rust, M. Bates, and X. Zhuang, Nat. Methods 3, 793 (2006).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

E. Mudry, K. Belkebir, J. Girard, J. Savatier, E. L. Moal, C. Nicoletti, M. Allain, and A. Sentenac, Nat. Photonics 6, 312 (2012).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (1)

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1)

M. Hofman, C. Eggeling, S. Jakobs, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 17565 (2005).
[CrossRef]

Proc. SPIE (1)

R. Heintzmann and C. Cremer, Proc. SPIE 3568, 185 (1999).
[CrossRef]

Science (2)

E. Betzig, G. H. Patterson, P. Sougrat, W. Lindwasser, S. Olenych, J. S. Bonifacino, M. W. Davidson, and J. Lippincott-Schwartz, Science 313, 1642 (2006).
[CrossRef]

L. Schermelleh, P. M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M. C. Cardoso, D. A. Agard, M. G. L. Gustafsson, H. Leonhardt, and J. W. Sedat, Science 320, 1332 (2008).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Metrics