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克服高通量3D成像的挑战(3d成像技术)

发布时间:2022-03-01 10:45:01 阅读:15052次 来源:百度学术

  由于成像技术的最新进展,我们现在能够在三个维度上观察和分析复杂的蜂窝网络。通过 3D 成像,我们可以更详细、更准确地获取和分析细胞和组织中的相互作用。然而,3D 成像是一个复杂的过程,具有许多复杂性,从长的图像扫描时间到低分辨率和不充分的分析工具。

  以下是 3D 细胞成像中面临的常见挑战的摘要,以及如何在 Molecular Devices 产品的帮助下克服这些挑战。

  焦外光

  采集时间长

  可靠的自动对焦

  分析瓶颈

  透光困难

  高内涵数据挖掘

  焦外光获得清晰的 3D 图像可能具有挑战性,尤其是在您使用宽场显微镜时。尽管提供了快速的图像采集,但宽场显微镜在消除失焦信号方面仍存在不足。这会给您留下带有强烈离焦光的模糊图像,从而阻碍您的图像分析。

图像分析

  另一种选择是带有针孔的共聚焦显微镜,当您远离对焦区域时,它会降低对离焦光的敏感度,从而生成更清晰的图像。当单个针孔需要扫描整个图像时,就会出现问题,这很耗时。

  这就是旋转圆盘共聚焦显微镜 (SCDM) 可以作为升级的地方。SDCM 不是单个针孔,而是由数百个针孔组成,这些针孔快速旋转以扫描图像,从而在短时间内获得更好的分辨率。AgileOptix 旋转盘共聚焦技术就是一个很好的例子。

  ImageXpress® Micro Confocal 高内涵成像系统采用革命性的AgileOptix™ 旋转圆盘共焦技术,利用高强度激光光源更进一步深入组织穿透,因此即使从厚组织也能获得高分辨率图像样品。因此,您可以获得更清晰的图像,提高细胞可见度,细胞计数至少增加 30%。

  采集时间长

  在 3D 激光扫描技术之前,获得高质量图像需要长时间曝光,这是一个挑战,因为 3D 图像会偏离井的中心。今天,共聚焦显微镜通过实施高强度激光源解决了这个问题。

  高强度光源有几个好处,不仅可以提高图像质量,还可以通过减少曝光时间来提高扫描速度。

  例如,ImageXpress® Confocal HT.ai 高内涵成像系统拥有一个具有八个成像通道的七通道激光光源,可将曝光时间减少高达 75%,从而将扫描速度整体提高两倍。

  这特别适用于黄色或青色荧光蛋白成像,需要对具有细胞间和细胞内异质性的复杂蛋白质网络进行成像。

  可靠的自动对焦保持对具有热和机械波动的样品的关注具有挑战性,尤其是会破坏延时成像。这就是为什么您的显微镜应该自动检测和稳定焦平面的原因。基于数码相机的自动对焦系统非常耗时,因为预对焦过程需要在很宽的对焦范围内进行复杂的搜索。

  随着激光自动对焦技术的最新进展,您可以加速对各种类型的板进行自动对焦,包括芯片上的器官和 U 形底板。

图像

  特别是,包含激光和基于图像的自动对焦的混合自动对焦系统将产生最佳效果。这种类型的自动对焦要快得多,因为激光每孔只闪烁一次。然而,您仍然可以从基于图像的聚焦的样本兼容性中受益。最重要的是,最小量的激光照射意味着您将光毒性风险降至最低,这在活细胞检测中至关重要。

  分析瓶颈数据集通常庞大而复杂,因此它们的分析可能需要数小时才能完成。克服这一障碍需要具有加速处理、准确图像分类和简单用户界面的尖端图像分析工具。

  Molecular Devices 图像分析工具因其可解决各种分析需求的功能而脱颖而出。

  例如,您是否知道通过多线程并行处理可以将延时分析速度提高多达 40 倍?这已通过我们用于 2D 和 3D 成像的MetaXpress® 高内涵图像采集和分析软件成为现实。图像分析的另一个挑战是对细胞群进行分类以进行全面的细胞表征。这就是机器学习的用武之地。我们的IN Carta™ 图像分析软件可在大型复杂细胞谱中实现自动表型分类。

  在这两种分析工具中,您可以在几分钟内运行处理各种样品的流程,并获得卓越的用户体验。

  透光困难3D 成像中最困难的任务之一可能是组织穿透,这对于获取有关样品复杂生物学行为的信息至关重要。如果您的显微镜的穿透深度有限,则图像质量会随着光线在厚组织样本中被散射或吸收而降低。

  正如我们前面提到的,共聚焦显微镜可以提供更好的分辨率,但进一步的发展可以将这种成功转化为深层组织穿透。

  显微镜的对比度能力对于抑制离焦光至关重要,这样可以更好地检测样品发出的荧光。这可以通过拒绝失焦信号的针孔来实现。如果您有多个在图像扫描期间不断相互通信的针孔,则可以更快地实现对比度。

透光问题

  最后,将共聚焦显微镜与高强度激光光学相结合,可以通过发送更长波长的光来激发荧光样品,而不会损坏样品或散射光,从而实现更深的穿透。

  高内涵数据挖掘想象一下试图可视化多孔或多板数据。使用独立的 3D 成像软件,您可能必须在应用程序之间切换才能查看多个图像缩略图和热图。

  为了使数据挖掘更加实用,您需要可以将图像采集与图像分析和信息学相结合的信息学软件,以便您可以直接从原始图像分析数据。考虑到这一目的,Molecular Devices 开发了AcuityXpress™ 高内涵信息学软件。

  该软件拥有交互式缩放功能,可让您在图像和数字数据之间顺畅导航。借助这项技术,无论是放大单个高质量图像还是在一个屏幕上全面查看所有图像和数据,您都可以在确定细节级别时坐在驾驶座上。

  除了最先进的导航,AcuityXpress 软件还提供了大量的分析和计算工具,让您一次解释复杂的数据和多个参数。

  结论3D 成像可以更深入地了解样品的复杂行为;然而,它也带来了一些挑战。在 Molecular Devices,我们努力在成像过程的每一步陪伴您,以帮助指导您找到特定的解决方案——从在几分钟内获得更清晰的图像到在集中式软件系统中组织它们,我们帮助您推进发现。

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