2015 Fiscal Year Research-status Report
X線単粒子構造解析の礎となる信号雑音比の悪い回折像の類似性判定に関する研究
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26870852
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
徳久 淳師 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 研究員 (60455300)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | XFEL / 単粒子構造解析 / コヒーレントイメージング / 類似性判定法 / 回折像 / CDI / X線自由電子レーザー / 計算コスト削減 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
X線単粒子構造解析では信号雑音比の悪い回折像対の図柄の類似性を判定する方法が、実験データから構造情報を抽出する上で重要な役割を果たす。量子雑音に埋もれた微弱な信号を最大限活用するための方法を開発することで、構造情報の高分解能化および構造解析に必要な入射X線強度の低減が可能となり、単粒子構造解析の適用可能性を大きく広げることができる。回折像類似性判定法における量子雑音限界を追究し、申請書に記された3つの課題についてそれぞれ以下の成果を得た。課題１．回折像類似性判定アルゴリズムの最適化とその評価：類似性判法のパラメータ最適化を引き続き行うことで、図柄の類似性を数値化した類似値の精度と感度の向上に努めた。相関値の分散値を指標として判定成績の評価法を構築することで、量子雑音低減メカニズムの導入により入射X線強度を約２割弱に抑えることが可能であることを示した。
課題２．類似性判定時間を短縮するための事前判定法の開発：アルゴリズムを低波数領域と高波数領域の2段階に分けることを検討した。結果、計算コストの小さい低波数領域の相関図において相関線の有無を事前に判定することにより、計算コストを半減できることがわかた。
課題３．類似判定法における検出器不感領域の影響：検出器の不感領域を模倣した、中心部分のデータが欠損した回折像を用いて類似性判定計算を行った。結果、中心部分の欠損データが大きいほど、図柄の類似性を数値化した類似値は小さくなるものの、欠損領域が一定以下では、その影響は限定的であり解析が破たんすることは無いことが分かった。
加えて、回折像類似性判定法を応用したハイブリッドな分子モデリング法の論文が受理された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記に示したように類似積判定法の感度と精度は向上しかつ計算コストも抑えることができていることから、当初予定していた成果はすでに得ることができている。一方で、現在構築した方法が最良であるという保証はなく、今後さらなる改良を目的に研究を進めていきたいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度、はこれまで得られた成果を発表することに注力したい。3つの課題については以下の方策をもって進めていきたい。
課題１．回折像類似性判定アルゴリズムの最適化とその評価：アルゴリズムの2段階化に伴う各領域におけるアルゴリズムの最適化後に成績を再評価することで、さらに改良が進められたかを確かめる。
課題２．類似性判定時間を短縮するための事前判定法の開発：低波数領域と高波数領域の境界を明らかにし、各領域におけるアルゴリズムの最適化を進める。
課題３．類似判定法における検出器不感領域の影響：今後、実際の実験データに応じて中心部分以外の検出器の不感領域の影響も調査する必要があると考えているが、実際の形状に関しては実際に測定された実験データに依存するため不明な点も多い。このため、現時点では可能な範囲で欠損回折像を模倣する予定にしている。
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| Causes of Carryover |
成果の発表が予定していたよりも遅れたために差額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
これまで得られた成果を積極的に発表していきたい。
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