红外热成像断层扫描检测仪

[报告简介]光片显微成像技术由于其速度、灵活性和对发育中的生物体和大样本的快速活体成像等特特点而迅速发展。然而，光片成像仍然面临一个主要问题：散射。散射影响所有的显微成像方式，尤其对特别依赖于在介质内部透明化成像的方式影响更大。这意味着当存在散射时，激发光片快速衰减，严重影响了图片获取和终重构的结果。在本次研讨会中，我们将深入探讨大样本成像的几种方案，也会介绍西班牙Planelight公司在大样本成像领域深耕多年后发展起来的全新技术——光学断层扫描成像技术，该技术可有效降低散射对结果的影响，为透明化效果不好的组织样本或低透明度活体组织样本提供更优的成像解决方案。[报名注册] 您可通过点击此链接https://www.planelight.net/webinar-fast-imaging-of-large-volumes-with-scattering-contribution/或扫描下方二维码报名注册此次讲座。扫码注册报名[报告时间]2021年6月2日 17:00 -17:30[主讲人介绍]Prof. Jorge RipollJorge Ripoll教授于2000年在马德里自治大学获得博士学位，2000年至2011年在希腊电子结构和激光研究所从事光在生物医学领域的研究工作。他曾到宾夕法尼亚大学、哈佛医学院麻省总医院、苏黎世联邦理工等多个大学和研究机构进行访问交流，现在为西班牙马德里卡洛斯三世大学生物工程与航空航天工程系教授。Jorge Ripoll博士长期从事光在生物医学领域的研究，主要包括激发荧光三维成像的理论与算法、光学投影成像的理论与算法以及这些成像方法在生物医学中的应用。Jorge Ripoll教授是生物医学光子学领域的国际知名专家，在NatureBiotechnology，PNAS, IEEE Trans Medical Imaging, Physical Review E, Medical Physics等国际刊物上发表论文100余篇，Google scholar 被引次数7600多次，H因子41。[真机体验活动]为更好的助力国内科研学者的研究，Quantum Design中国公司引进了西班牙Planelight公司全新速多角度3D光片荧光显微镜QLS-Scope，QLS-Scope携SPOT技术，在背景散射较高时仍然可以提高图像分辨率。全新速多角度3D光片荧光显微镜QLS-Scope除了可以胜任传统光片显微镜的工作外，还扩大了支持样品的尺寸（25 × 25 × 25 mm），大幅提高了光片扫描样品的速度，是大尺寸、高质量、高速光片。作为新一代的光片系统，QLS-Scope支持自动更换物镜、自动对焦、快速换样、可根据样本尺寸灵活切换观察室，做到节约昂贵的成像液的同时适应各种不同尺寸的样品。在采集模式上QLS-Scope提供多种解决方案，支持单角度、双角度、四角度、SPOT、Z-Motor五种模式，可为您提供全面的大样品组织成像方案。目前该样机已在Quantum Design中国实验室安装完毕，各项功能已经对外开放测试，欢迎大家点击此处或扫描下方二维码预约体验！扫码即刻体验全新技术！

众所周知，软件重构算法是X射线三维断层扫描成像技术的重要基础。好的CT产品除了硬件条件优秀以外，还应配备优秀的重构算法。蔡司Xradia X射线断层扫描成像技术历经20余年的发展，在硬件方面精雕细琢、软件重构算法方面精益求精，使得产品系统能够一直保持成熟稳定的品质，并赢得了广大用户的青睐。为了满足广大用户对图像质量和工作效率的追求，蔡司在 Xradia 3D X 射线显微镜 (XRM) 或 Context 微米CT系统上推出高级重构工具箱（ART）,可在不牺牲图像质量下将扫描速度最多提高10倍或在相同速度下显著提高图像质量，将3D X射线断层扫描重构技术提升到一个新的高度。蔡司3D X射线高级重构（ART）包括OptiRecon、DeepRecon Pro 和PhaseEvolve模块。尤其最新推出的DeepRecon Pro 和PhaseEvolve模块采用了人工智能 （AI）技术，相对于基于"滤波反投影"或标准的FDK 算法的传统重构算法，实现了成像速度和成像质量的显著提高。 蔡司DeepRecon Pro蔡司 DeepRecon Pro 是一种基于AI的重构技术，可针对各种不同样品类型提供最多 10 倍的吞吐量或提升图像质量的优势，节约了大量的扫描时间。它适用于半重复和重复样品的工作流程，也可用于单独的某个样品。用户友好的界面可以让用户体验“一键式”对机器学习网络模型进行自我训练，然后可将训练的模型应用于类似样品的重构中。 蔡司 DeepRecon Pro 用于陶瓷基复合材料 （CMC） 样品，在不牺牲图像质量的情况下实现 10 倍的速度提升。这为原位研究提供更高的时间分辨率。左图为标准重构（FDK）：扫描时间9小时，3001个投影；中间图为标准重构（FDK）：扫描时间53分钟，301个投影：右图为蔡司DeepRecon Pro：扫描时间 53 分钟，301 投影。 蔡司 DeepRecon Pro 用于2.5D半导体中介层封装，在不牺牲图像质量的情况下实现 4 倍的速度提升，DeepRecon Pro的重构结果依然能观察到1um左右的裂缝，信噪比显著提升。左图为标准重构（FDK）：扫描时间2小时，1201个投影；中间图为标准重构（FDK）：扫描时间30分钟，300个投影：右图为蔡司DeepRecon Pro：扫描时间 30 分钟，300 个投影。蔡司 DeepRecon Pro 用于智能手表中的电池样品，相同的扫描时间下明显提升了图像质量，包括正极和负极材料图像质量都有明显提升。左图为标准重构；右图为蔡司DeepRecon Pro，扫描时间为6小时。 蔡司PhaseEvolve蔡司PhaseEvolve 是一种针对重构数据的后处理算法，它通过软件算法对低密度材料拍摄过程中因相位衬度产生的边界效应进行处理，以改进的成像结果的衬度的均一性，便于后续数据分割更准确的定量分析，可节约大量定量分析的时间。 蔡司 PhaseEnvolve应用于药物粉末样品。高分辨率或低电压成像可导致材料固有的图像衬度被相位效应所遮盖。蔡司 PhaseEnvolve有效去除相位增强的边缘，以增强材料衬度并改善图像分割。 左图为标准重构；右图为PhaseEvolve重构。ART模块适用范围：蔡司高级重构工具箱改进了数据采集和分析的流程，加快决策速度，适用于如电子半导体的失效分析、地球科学、制药、电池、工程材料和4D原位实验等研究，尤其适用于4D 原位研究中进行的相同参数多次扫描测试的情况，图像质量和样品扫描速度的两难问题通过蔡司高级重构工具箱可以得到很好的解决。 作为蔡司高级重构工具箱ART 的首批用户之一，荷兰乌得勒支大学地球科学系 Markus Ohl 博士说：“蔡司 DeepRecon Pro 提供了基于AI和神经网络技术的简单而强大的应用，用户无需了解深度学习技术，能非常容易的实现基于深度学习的 X 射线断层扫描重构。”蔡司OptiRecon、DeepRecon Pro 和PhaseEvolve模块都可在现有的蔡司 Xradia Versa 系列X射线显微镜 和Context 微CT上进行升级。蔡司客户体验中心已经安装升级就绪，欢迎感兴趣的新老用户们联系我们，体验基于AI技术高级重构功能带来的全新成像效果。

刚地弓形虫（Toxoplasma gondii）是一种能在细胞内寄生生活的寄生虫，它能够感染包括人在内的几乎所有温血动物，引发弓形虫病。处于速殖子阶段的弓形虫在宿主细胞内进行无性繁殖，即：母体细胞的细胞核附近产生两个子代弓形虫，后者会逐渐发育为成熟的速殖子，而母体细胞的结构随之消失。弓形虫速殖子具有表皮下微管（SPMTs）和类锥体（conoid）等骨架结构，在维持细胞形态、运动和侵染宿主过程中发挥重要作用。先前的相关研究主要聚焦于弓形虫成熟速殖子及其骨架结构，描述了细胞骨架在成熟速殖子中的分布情况，并通过冷冻电镜分别解析了表皮下微管和类锥体纤维的精细结构，揭示了表皮下微管是由13根原丝组成的“句号”形状；而类锥体纤维是由9根原丝组成的“逗号”形状 (Sun et al., 2022)。而对弓形虫速殖子增殖过程的结构研究目前仍以荧光显微技术为主要手段，缺少更高分辨率的结构。该增殖过程区别于常见的细胞“一分为二”的有丝分裂方式，存在大量未知的细节值得去探索。2023年2月25日，北京大学生命科学学院郭强课题组在Advanced Science发表了题为“Cryo-Electron Tomography of Toxoplasma gondii Indicates That the Conoid Fiber May Be Derived from Microtubules”的研究论文。该工作首次将冷冻电子断层成像技术应用于探究弓形虫速殖子的增殖过程，在纳米尺度下详细描述了子代弓形虫的三维原位结构，并在结构方面提供了类锥体可能起源自微管的证据。该研究利用了冷冻电子断层成像（cryo-ET）并结合了聚焦离子束（FIB）技术，获得了成熟速殖子及其细胞核附近新生的子代弓形虫的原位结构。作者分别展示了纳米尺度下的成熟和子代速殖子顶部复合物的三维结构（图1 B和H），重点描述了细胞骨架相关结构的细节，发现子代速殖子在早期就已经具备完整的细胞骨架结构，印证了荧光显微技术的研究结果。通过对比，作者发现成熟与新生速殖子的细胞骨架在空间分布上存在差异，猜测这可能与子代速殖子发育过程中所处的环境与成熟速殖子不同有关。让人意外的是，研究者发现子代速殖子的类锥体纤维中同时存在“句号”形状和“逗号”形状这两种结构。这两种形状能够同时出现在同一根类锥体纤维上（图1 C），并且存在一段约10 nm长、由“句号”形状向“逗号”形状过渡的区域。进一步计算表明“句号”形状的类锥体纤维由13根原丝组成（图1 C），与微管一致；基于两者在结构上的相似性，且两者都主要由tubulin蛋白组成，推测类锥体纤维可能起始于微管，其在成熟过程中失去4根原丝，并逐渐转变为最终的“逗号”形状（图1 I）。该研究有助于我们更深入地理解类锥体的组装，以及弓形虫增殖时子细胞从产生到逐渐成熟的过程，为进一步探寻弓形虫及其他顶复门寄生虫控制药物提供支持。图1 （A-C）来自弓形虫子代速殖子，（G-I）来自成熟速殖子。（A-B和G-H）为类锥体附近区域的结构。（C和I）为类锥体纤维不同位置的横截面。北京大学生命科学学院、生命科学联合中心郭强研究员为该研究的通讯作者。课题组20级PTN项目博士研究生李智勋为该研究的第一作者，课题组技术员杜文静，以及中山大学伦照荣教授，赖德华副教授和杨炅同学为该工作做出了重要贡献。该工作中冷冻电镜样品制备和数据采集在北京大学冷冻电镜平台完成。数据处理获得了北京大学未名超算平台的硬件和技术支持。北京大学国家蛋白质科学中心的工作人员提供了技术支持。该研究得到了北京大学生命科学中心（CLS）、生命科学学院（SLS）、SLS-启东创新基金以及昌平实验室的经费支持。参考文献：Sun, S.Y., Segev-Zarko, L.-a., Chen, M., Pintilie, G.D., Schmid, M.F., Ludtke, S.J., Boothroyd, J.C., and Chiu, W. (2022). Cryo-ET of Toxoplasma parasites gives subnanometer insight into tubulin-based structures. Proceedings of the National Academy of Sciences 119,e2111661119.研究组介绍郭强：北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心，研究员、博士生导师。实验室研究领域：我们是原位结构生物学实验室。关注“细胞建筑学”：各个亚细胞结构是如何搭建成一个具有完整生物学功能的细胞，以及“生物大分子社会学”：细胞内的细胞器、生物大分子之间的相互关系。原位结构生物学是基于冷冻光电联用（CLEM）、冷冻电子断层扫描（cryo-ET）等技术的新兴结构生物学分支，是一种可以在细胞生理状态下，对生物大分子和亚细胞结构在分子分辨率（1 ~ 10 nm）水平进行原位的结构分析和功能研究的技术手段。我们主要研究方向包括：1. 在纳米、亚纳米尺度对基础细胞生物学问题的研究。2. 对包括神经退行性疾病在内的老龄化疾病致病机制的研究。3. 适用于组织样品的高分辨原位结构生物学方法优化。