非侵入性的三维可视化与亚微米分辨率使用同步加速器X射线断层扫描

Summary

我们使用的欧洲同步辐射装置（ESRF）的同步辐射X射线断层检查，非侵入性产生了0.7μm的像素分辨率的三维断层数据集。使用量的渲染软件，这使得无病理切片制作的文物在自然状态下的内部结构重建。

Abstract

鲜为人知的是，有关的许多微节肢动物的身体尺寸小于1毫米的内部组织。原因是体积小，硬的角质层，这使得它很难使用古典组织学的协议。此外，组织学切片破坏样品，因此无法使用独特的材料。因此，非破坏性的方法是可取的，可以查看里面的小样本，而不需要切片。

我们用同步辐射X射线断层扫描在格勒诺布尔（法国）的欧洲同步辐射装置（ESRF）的非侵入性产生了0.7μm的像素分辨率的三维断层数据集。使用量的渲染软件，这使我们能够重建无病理切片制作的文物在自然状态下的内部组织。这些日期可以用于定量形态，地标，或可视化的动画电影，了解隐藏的身体部位的结构，并遵循通过样品的完整的器官系统或组织。

Protocol

在这项研究中使用的动物

从我们的实验室培养的孤雌生殖oribatid螨Archegozetes longisetosus（蜱螨亚纲，Oribatida）取标本。文化的增长在不断的黑暗巴黎/塑料罐子木炭混合（9:1）的石膏，在20-23℃，空气湿度约90％。

样品制备

1. 取标本，从文化，用细刷清洗，并放置在一个6:3:1混合80％乙醇，35％的甲醛和24小时100％的醋酸。
2. 随后，标本脱水，70％的乙醇梯度系列，75％，80％，85％，90％，95％，与3每个浓度的变化，和步骤之间的10分钟100％。
3. 最后，样品放置在新鲜的100％乙醇的_CO 2干燥过夜，关键点（CPD 020，查斯） 。干制标本附着的塑料针的尖端（1.2厘米长，直径3.0毫米）。

同步辐射X射线断层扫描

X射线断层检查在光束线ID19（ESRF，法国的格勒诺布尔，实验SC - 2127）。

1. 在采样持有人对样品进行了安装和调整，在梁的中心位置。
2. 样品测​​定20.5千电子伏的能量。冷却的CCD（ESRF FReLoN相机）与一个14位的动态范围，2048 × 2048像素和有效像素0.7微米大小的X光片记录。 1500预测录得超过180 °的样本轮换与每个预测的0.35小号的曝光时间。探测器采样距离为20毫米。

使用某些样品和探测器之间的距离，使差的材料与低X射线的衰减系数（Cloetens，等，1996年），这会产生吸收成像的不足对比（样品探测器前直接位于成像）。大多数生物事项相对象，材料组成，具有低吸收和/或只有很小的原子数的差异（贝茨，等2007）。然而，相增强断层需要一个同质化的X射线束的空间相干性高。因此，同步辐射比台式扫描仪更适合这些类型的测量。

数据分析

1. 由此产生的二维X光片转化为三维体素的数据（8位灰度值）与滤波反投影算法（Cloetens，等，1997年）
2. 1.2.1软件VGStudio最大体素的数据进行了分析。 （卷图形，德国海德堡）。
3. 灰色的背景值从三维可视化的直方图。
4. 预先定义的相机路径被用来产生旋转的动画和动画剪切平面。
5. 生成一个用户定义的相机路径遵循 A.消化系统longisetosus。

Discussion

在此演示中，我们集中在一个chelicerate微节肢动物的内部解剖的三维可视化。同步辐射X射线测量允许的像素分辨率为0.3微米，取决于样本的大小。在这里，我们已经表明0.7μm像素分辨率的数据。一般情况下，同步辐射X射线断层扫描可用于分析X射线的衰减低的小生物材料（或组织）。像素的分辨率几乎达到了传统的光学显微镜。该技术可以适用于任何一种材料内部组织的利益，必须不能被切割销毁。然而，组织学切片的优势，组织可以染色差异，这是不是与X射线断层检查的可能。但在这里，不同的灰度值相对应的组织具有不同的X射线的衰减，而且可以扩大使用定量相断层扫描（holotomography;。Cloetens等，1999; Heethoff Cloetens，2008年）的灰度值分布。同步辐射X射线断层扫描技术是非常宝贵的，由于下列原因：

1. 样品制备简单和有限的固定和干燥，无病理切片是必要的
2. 非侵入性的方法是：可在自然状态下观察样品的内部组织
3. 分析产生的数据集，可以在任何需要的方向，从组织学切片，其中部分是固定的一个方向是不同的。

我们建议考虑这种技术时，在小样本或样品不得破坏（例如，在琥珀或类型标本化石）自然状态下的内部结构加以分析。当然，这种技术不仅限于生物材料，但它的最大优点是由于分析与X -射线，X射线的衰减低的材料的可能性。