Name: Nieinwazyjna wizualizacja 3D z rozdzielczością submikronową przy użyciu synchrotronowej tomografii rentgenowskiej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-05-27T00:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: Poznaj nieinwazyjną tomografię rentgenowską synchrotronową do wizualizacji 3D mikroorganizmów z rozdzielczością submikronową. Ta metoda pozwala na szczegółowe badanie struktur wewnętrznych bez artefaktów histologicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy Paavo Bergmannowi, Michaelowi Laumannowi i Sebastianowi Schmelzle za pomoc w ESRF. Praca ta była wspierana przez projekt European Synchrotron Radiation Facility SC-2127 poprzez przydzielenie czasu wiązki.

Zwierzęta wykorzystane w tym badaniu
Okazy partenogenetycznego roztocza z rzędu Oribatida, *Archegozetes longisetosus* (Acari, Oribatida), pobrano z hodowli laboratoryjnej. Hodowla jest utrzymywana na mieszance gipsu paryskiego i węgla drzewnego (9:1) w plastikowych słoikach, w stałej ciemności, w temperaturze 20-23°C i przy wilgotności powietrza wynoszącej około 90%.
Przygotowanie próbek
<ol>
<li>Okazy pobrano z hodowli, oczyszczono za pomocą pędzelka i umieszczono na 24 godziny w mieszaninie 80% etanolu, 35% formaldehydu i 100% kwasu octowego w proporcjach 6:3:1.</li>
<li>Następnie okazy odwodniono w szeregu roztworów etanolu o stężeniach 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% i 100%, wymieniając roztwór 3 razy przy każdym stężeniu, z 10 min odstępu między poszczególnymi etapami.</li>
<li>Na koniec próbki pozostawiono na noc w świeżym 100% etanolu i poddano suszeniu w punkcie krytycznym w CO2 (CPD 020, Balzers). Wysuszone okazy przymocowano do końcówek plastikowych szpilek (długość 1,2 cm; średnica 3,0 mm).</li>
</ol>
Synchrotronowa tomografia rentgenowska
Tomografię rentgenowską przeprowadzono na linii wiązki ID19 (ESRF, Grenoble, Francja, eksperyment SC-2127).
<ol>
<li>Próbki zamontowano w uchwycie i ustawiono w centralnej pozycji w wiązce.</li>
<li>Pomiary próbek przeprowadzono przy energii 20.5 keV. Radiogramy rejestrowano za pomocą chłodzonego detektora CCD (kamera ESRF FReLoN) o 14-bitowej rozpiętości dynamicznej, rozdzielczości 2048×2048 pikseli i efektywnym rozmiarze piksela 0.7 μm. Podczas obrotu próbki o 180° zarejestrowano 1500 projekcji, przy czasie ekspozycji 0.35 s dla każdej projekcji. Odległość od detektora do próbki wynosiła 20 mm.</li>
</ol>
Zastosowanie określonej odległości między próbką a detektorem umożliwia obrazowanie różnicowe materiałów o niskich współczynnikach tłumienia promieni rentgenowskich (Cloetens, et al. 1996), które w obrazowaniu absorpcyjnym (gdzie próbka znajduje się bezpośrednio przed detektorem) dawałyby niewystarczający kontrast. Większość materii biologicznej to obiekty fazowe, składające się z materiałów o niskiej absorpcji i/lub niewielkich różnicach w liczbie atomowej (Betz, et al. 2007). Jednakże tomografia wzmocniona fazowo wymaga wysokiej spójności przestrzennej jednorodnej wiązki promieni rentgenowskich. Dlatego promieniowanie synchrotronowe jest lepiej dostosowane do tego rodzaju pomiarów niż skanery desktopowe.
Analiza danych
<ol>
<li>Otrzymane radiogramy 2D przekształcono w trójwymiarowe dane wokselowe (8-bitowe wartości szarości) przy użyciu algorytmu filtrowanej projekcji wstecznej (Cloetens, et al., 1997)</li>
<li>Dane wokselowe przeanalizowano za pomocą oprogramowania VGStudio Max 1.2.1. (Volume Graphics, Heidelberg, Niemcy). </li>
<li>W celu wizualizacji 3D z histogramu usunięto wartości szarości odpowiadające tłu. </li>
<li>Do generowania animacji obrotowych oraz animowanych płaszczyzn przekroju wykorzystano zdefiniowane wcześniej ścieżki kamery. </li>
<li>Wygenerowano zdefiniowaną przez użytkownika ścieżkę kamery, aby śledzić układ pokarmowy A. longisetosus.</li>
</ol>

<ol><li>Betz, O., Wegst, U., Weide, D., Heethoff, M., Helfen, L., Lee, W. -K., Cloetens, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+applications+of+synchrotron+X-ray+phase-contrast+microtomography+in+biological+morphology+and+biomaterial+science.+I.+General+aspects+of+the+technique+and+its+advantages+in+the+analysis+of+millimetre-sized+arthropod+structure%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Microscopy%22%5BJournal%5D)">Imaging applications of synchrotron X-ray phase-contrast microtomography in biological morphology and biomaterial science. I. General aspects of the technique and its advantages in the analysis of millimetre-sized arthropod structure.</a> J. Microscopy. 22, 51-71 (2007).</li>
<li>Cloetens, P., Barrett, R., Baruchel, J., Guigay, J. P., Schlenker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+objects+in+synchrotron+radiation+hard+X-ray+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Phase objects in synchrotron radiation hard X-ray imaging.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 29, 133-146 (1996).</li>
<li>Cloetens, P., Pateyron-Salome, M., Buffiere, J. Y., Peix, G., Baruchel, J., Peyrin, V., Schlenker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+in+microstructure+and+damage+in+materials+by+phase+sensitive+radiography+and+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Apll.+Phys%22%5BJournal%5D)">Observation in microstructure and damage in materials by phase sensitive radiography and tomography.</a> J. Apll. Phys. 81, 5878-5886 (1997).</li>
<li>Clotens, P., Ludwig, W., Baruchel, J., van Dyck, D., van Landyut, J., Guigay, J. P., Schlenker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Holotomography%3A+quantitative+phase+tomography+with+micrometer+resolution+using+hard+synchrotron+radiation+X-rays%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Holotomography: quantitative phase tomography with micrometer resolution using hard synchrotron radiation X-rays.</a> Appl. Phys. Lett. 75, 2912-2914 (1999).</li>
<li>Heethoff, M., Cloetens, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Comparison+of+aynchrotron+X-ray+phase+contrast+tomography+and+holotomography+for+non-invasive+investigations+of+the+internal+anatomy+of+mites%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Organisms%22%5BJournal%5D)">A Comparison of aynchrotron X-ray phase contrast tomography and holotomography for non-invasive investigations of the internal anatomy of mites.</a> Soil Organisms. , (2008).</li>
</ol>

Autorzy nie zgłaszają żadnych konfliktów interesów.

W niniejszej prezentacji skupiliśmy się na wizualizacji 3D wewnętrznej anatomii cheliceratowego mikrostawonoga. Pomiary synchrotronowym promieniowaniem rentgenowskim pozwalają na uzyskanie rozdzielczości piksela do 0,3µm, w zależności od wielkości próbki. Tutaj przedstawiliśmy dane z rozdzielczością piksela 0,7µm. Generalnie synchrotronowa tomografia rentgenowska może być użyteczna do analizy niewielkich materiałów biologicznych (lub tkanek) o niskim tłumieniu promieniowania rentgenowskiego. Rozdzielczość piksela niemal ...

nieinwazyjna wizualizacja 3d z rozdzielczością submikronową z wykorzystaniem synchrotronowej tomografii rentgenowskiej

Non-invasive 3D-Visualization with Sub-micron Resolution Using Synchrotron-X-ray-tomography

Mało wiadomo o organizacji wewnętrznej wielu mikroartropod o rozmiarach ciała poniżej 1 mm. Przyczynami tego są niewielkie rozmiary oraz twarda kutykula, która utrudnia stosowanie protokołów klasycznej histologii. Ponadto sekcjonowanie histologiczne niszczy próbkę, przez co nie może być stosowane w przypadku materiałów unikalnych. Z tego względu pożądana jest metoda nieniszcząca, która pozwala na wgląd do wnętrza małych próbek bez konieczności ich sekcjonowania.
Wykorzystaliśmy tomografię rentgenowską synchrotronową w Europejskiej Placówce Promieniowania Synchrotronowego (ESRF) w Grenoble (Francja) w celu nieinwazyjnego uzyskania trójwymiarowych zbiorów danych tomograficznych o rozdzielczości piksela 0.7µm. Dzięki zastosowaniu oprogramowania do renderowania objętościowego możliwe jest zrekonstruowanie wewnętrznej organizacji w stanie naturalnym, bez artefaktów powstających podczas sekcjonowania histologicznego. Dane te mogą być wykorzystywane do morfologii ilościowej, wyznaczania punktów orientacyjnych lub do tworzenia wizualizacji w formie animacji w celu zrozumienia struktury ukrytych części ciała oraz śledzenia całych układów organów lub tkanek w próbkach.

Wykorzystaliśmy synchrotronową tomografię rentgenowską w Europejskiej Instalacji Promieniowania Synchrotronowego (ESRF), aby nieinwazyjnie uzyskać trójwymiarowe zbiory danych tomograficznych o rozdzielczości piksela 0.7µm. Dzięki zastosowaniu oprogramowania do renderowania objętościowego możliwe jest zrekonstruowanie struktur wewnętrznych w ich stanie naturalnym, bez artefaktów powstających podczas sekcjonowania histologicznego.

Nieinwazyjna wizualizacja 3D z rozdzielczością submikronową z wykorzystaniem synchrotronowej tomografii rentgenowskiej

Mało wiadomo o wewnętrznej organizacji wielu mikroartropod o rozmiarach ciała poniżej 1 mm. Przyczynami tego są niewielkie rozmiary oraz twarda...

Witam. Nazywam się Michelle Ov z Laboratorium Nietoperzy na Uniwersytecie w Tubingen i w tej prezentacji chcę omówić nieinwazyjną trójwymiarową wizualizację wewnętrznej organizacji mikro-arthropodów z wykorzystaniem synchrotronowej tomografii rentgenowskiej o rozdzielczości submikronowej. Systemem modelowym, z którym pracujemy, jest roztocze orbitowe Aus Long osis, mikro-arthropod o wielkości ciała od 800 µm do 1 mm. Jest to zdjęcie wykonane z hodowli laboratoryjnej, na którym widać zwierzęta żywiące się algami.Aby zbadać wewnętrzną organizację Argos, wykorzystujemy promieniowanie rentgenowskie synchrotronowe do generowania tomograficznych danych VOX w SRF i Grable. Tutaj widzimy zdjęcie ESRF z dużym pierścieniem magazynującym, a w prawym górnym rogu znajduje się hala eksperymentalna ID 19, zlokalizowana poza pierścieniem. Do pomiarów próbki zostały precyzyjnie ustawione i zamocowane na plastikowych pinach za pomocą superkleju. Eksperymenty przeprowadzono przy energii 20.5 KEV i wykonano 1 500 projekcji do rekonstrukcji.Tutaj widoczna jest kamera z matrycą CCD, 14-bitową rozpiętością tonalną i rozdzielczością czterech megapikseli. Symulator pokazany na dole tego zdjęcia przekształca promienie rentgenowskie w światło widzialne. Jest to zbliżenie na uchwyt próbki i stół obrotowy.Próbkę montuje się na głowicy miernika Goya, aby zapewnić jej właściwą orientację w wiązce. Szczegółowy opis układu doświadczalnego przedstawiono w naszej publikacji z 2007 roku w czasopiśmie Journal of Microscopy. W niniejszej prezentacji skupię się na analizatorach danych w kontekście wizualizacji trójwymiarowej z wykorzystaniem oprogramowania Fiji Studio Max.Najpierw pokażę, jak usunąć wartości szarości z tła, aby wyodrębnić informacje o próbce. Na histogramie widoczny jest jeden duży pik, który należy głównie do wartości szarości tła. Po usunięciu tego piku z histogramu można zauważyć próbkę wyłaniającą się z szarego sześcianu.Następnie pokażę, jak obracać obiekt za pomocą klatkowania kluczowego w programie VG Studio. Program Max posiada zestaw zdefiniowanych trajektorii kamery. W tym przypadku użyję okręgu XY, aby wygenerować obrót wokół pionowej osi Xs; oto końcowa animacja.Duża struktura na plecach zwierzęcia odpowiada powierzchni superkleju. Teraz pokażę Państwu, jak ustawić wirtualną płaszczyznę cięcia, aby uzyskać trójwymiarowy wgląd w organizację wewnętrzną próbki. Istnieją trzy orientacje, w których można ustawić płaszczyznę cięcia: frontalna, horyzontalna oraz sagitalna.Tutaj wykorzystuję płaszczyznę czołową i wyznaczam pozycję cięcia mniej więcej w połowie ciała zwierzęcia, w obszarze; ta płaszczyzna cięcia nie musi być statyczna. Ponownie, korzystając z klatek kluczowych, można ją przesuwać wzdłuż dowolnej osi. W tym przykładzie używam predefiniowanego klipu Z, aby przesunąć płaszczyznę cięcia wzdłuż osi podłużnej próbki; tak właśnie wygląda końcowa animacja krok po kroku, co pozwala obserwować i śledzić trójwymiarową organizację wszystkich struktur wewnętrznych przy rozdzielczości P wynoszącej zaledwie 0,7 mikrona.Oprócz zdefiniowanych trajektorii kamery możliwe jest również generowanie ścieżek kamery dostosowanych do potrzeb użytkownika. Aby to zrobić, należy wybrać tryb swobodnego podglądu kamery i ustawić kamerę oraz odległość ogniskowej wirtualnego obiektywu w dowolnej pożądanej pozycji. Krok po kroku można definiować nowe pozycje kamery, aby stworzyć indywidualną ścieżkę o dowolnym stopniu złożoności.Okno 3D w lewym górnym rogu pokazuje w czasie rzeczywistym efekt wszystkich ustawień kamery. Ostatni przykład zabierze Państwa w wirtualny lot, podczas którego prześledzimy cały układ pokarmowy zwierzęcia. Tutaj widoczne są niektóre części gma, colliery, labrum oraz rotella.Zbliżamy się i wchodzimy do pyska zwierzęcia. Tutaj można zobaczyć PHN po stronie grzbietowej. Teraz przechodzimy przez przełyk, aby dostać się do żołądków.Nasze nitkowate roztocza posiadają dwa duże ker. Są to struktury śluzowate o funkcji trawiennej. Wprowadzamy prawy seum.Przez mały otwór można dostrzec liczne komórki IDE. Odgrywają one istotną rolę w procesie trawienia, choć ich pełna funkcja i mechanizm nie są jeszcze całkowicie poznane. Powracając do komór zwierzęcych, widzimy szczególną strukturę – zastawkę Isala, przez którą przed chwilą dostaliśmy się do komór, znajdującą się dokładnie na granicy komór i jelita grubego.Widoczny jest kęs pokarmowy, który uległ zagęszczeniu i jest otoczony zanikową błoną. Za kęsem pokarmowym znajduje się pellet kałowy. Obecnie przemieszczamy się przez ten pellet kałowy.Następnie przeszliśmy przez krótki odcinek jelita wstępującego (inter colon) i weszliśmy do jelita końcowego (post colon). Tutaj widoczna jest duża i charakterystyczna mikroflora. Na koniec można tutaj zobaczyć wewnętrzną powierzchnię specyficznych płytek zwierzęcych, przypominających paletę.Opuszczamy układ pokarmowy. Teraz rzucimy krótkie, końcowe spojrzenie na zewnętrzną stronę brzuszną zwierzęcia, aby przyjrzeć się płytkom brzusznym, płytkom AAL oraz płytkom genitalnym.

non-invasive-3d-visualization-with-sub-micron-resolution-using

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Nieinwazyjna 3D-wizualizacja o rozdzielczości poniżej mikrometra za pomocą tomografii rentgenowskiej synchrontronowej

Nieniszcząca wizualizacja objętościowa jest możliwa do uzyskania jedynie za pomocą technik tomograficznych, z których najefektywniejszą jest mikrotomografia komputerowa (CT) promieniami rentgenowskimi.

Wysokorozdzielcze obrazowanie 3D Ex-vivo Próbki biologiczne w mikro-tomografii komputerowej (mikro-CT)

Bezsoczewkowa tomografia optyczna to trójwymiarowa technika mikroskopowa oferująca rozdzielczość przestrzenną &lt;1 μm × &lt;1 μm × &lt;3 μm odpowiednio w wymiarach x, y i z, przy dużej objętości obrazowania wynoszącej 15-100 mm3, co może być szczególnie użyteczne w integracji z platformami typu lab-on-a-chip.

Bezosobnikowa tomograficzna mikroskopia na chipie z wykorzystaniem wielokątnego oświetlenia i superrozdzielczości pikselowej

Rentgenowska tomografia komputerowa (HRCT) o wysokiej rozdzielczości to nieniszcząca technika obrazowania diagnostycznego, która może być wykorzystana do badania struktury i funkcji naczyń krwionośnych roślin w 3D. Pokazujemy, w jaki sposób HRCT ułatwia eksplorację sieci ksylemu w szerokim zakresie tkanek i gatunków roślin.

Wykorzystanie tomografii komputerowej o wysokiej rozdzielczości do wizualizacji trójwymiarowej struktury i funkcji naczyń krwionośnych roślin

W tym badaniu mikrotomografia promieniowania synchrotronowego, nieniszcząca technika obrazowania trójwymiarowego, jest wykorzystywana do zbadania całego pakietu mikroelektronicznego o polu przekroju poprzecznego 16 x 16 mm. Ze względu na wysoki strumień i jasność synchrotronu, próbka została zobrazowana w zaledwie 3 minuty z rozdzielczością przestrzenną 8,7 μm.

Wykorzystanie mikrotomografii promieniowania synchrotronowego do badania wieloskalowych trójwymiarowych pakietów mikroelektronicznych

Szybka tomografia synchrotronowa została użyta do dynamicznego zobrazowania rozpuszczania wapienia w obecności solanki nasyconej CO2 w warunkach zbiornikowych. Wykonano 100 skanów w rozdzielczości 6,1 μm przez okres 2 godzin.

Dynamiczne obrazowanie stanu zbiornika w skali porowej reakcji w węglanach za pomocą szybkiej tomografii synchrotronowej

Przedstawiono protokół do wizualizacji 3D mikroskopijnych struktur tkanek za pomocą metody barwienia specyficznego dla promieniowania rentgenowskiego, przeznaczonej do rentgenowskiej tomografii komputerowej.

Obrazowanie 3D próbek tkanek miękkich przy użyciu metody barwienia specyficznego dla promieniowania rentgenowskiego i nanoskopowej tomografii komputerowej

Protokół opisuje procedury pozyskiwania obrazów tomografii komputerowej (CT) ziarnistego gruntu o wysokiej rozdzielczości przestrzennej podczas trójosiowego ściskania oraz stosowania technik przetwarzania obrazów do tych obrazów CT w celu zbadania mechanicznego zachowania gleby pod obciążeniem w skali ziarna.

Wizualizacja uszkodzeń i związanego z nimi zachowania mechanicznego ziarnistych gruntów ziarnistych pod ścinaniem przy użyciu synchrotronowej mikrotomografii rentgenowskiej

Przedstawiono protokół, który pozwala na wizualizację nienaruszonego Drosophila melanogaster na dowolnym etapie rozwoju za pomocą tomografii mikrokomputerowej.

Obrazowanie całego zwierzęcia Drosophila melanogaster za pomocą tomografii mikrokomputerowej

Tutaj przedstawiono protokół opisujący etapy przygotowania próbki i zbierania danych wymagane w kriogenicznej tomografii rentgenowskiej (SXT) do obrazowania ultrastruktury całych komórek kriokonserwowanych w rozdzielczości połowy tonu 25 nm.

Kartograficzny opis 3D komórki za pomocą kriomiękkiej tomografii rentgenowskiej

W celu oceny nowych terapii komórkami macierzystymi istotne jest nieinwazyjne śledzenie wstrzykniętych komórek in vivo. W tym filmie dowiedzą się Państwo, jak znakować ludzkie mezenchymalne i embrionalne komórki macierzyste za pomocą środków kontrastowych opartych na tlenku żelaza w celu późniejszego obrazowania MR in vivo.

Znakowanie hESC i hMSC nanocząsteczkami tlenku żelaza w celu nieinwazyjnego śledzenia in vivo za pomocą obrazowania MR

Poznaj nieinwazyjną tomografię rentgenowską synchrotronową do wizualizacji 3D mikroorganizmów z rozdzielczością submikronową. Ta metoda pozwala na szczegółowe badanie struktur wewnętrznych bez artefaktów histologicznych.

Nieinwazyjna wizualizacja 3D z rozdzielczością submikronową z wykorzystaniem synchrotronowej tomografii rentgenowskiej

Przeglądaj więcej filmów