STORM和STED显微成像技术特点的比较

随机光学重建显微镜(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM)技术和受激发射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微镜技术是近年来发展迅速的两种超分辨率荧光显微镜技术。这两种技术均提供超越传统荧光显微镜分辨率成像的功能,具有多色显像,三维成像以及活细胞内成像的潜力。在这篇综述中,我们关注两种技术荧光控制、激光强度等技术参数设定,同时结合样品制备、图像采集与处理等流程优化对比两者在分辨率、图像采集时间及具体应用中的优劣。STORM可获得更高的三维分辨率,但可能需要更长的图像采集时间。STED需要较高损耗光强度,却能在图像采集后立即生成超分辨率图像,不需要额外图像数据处理。最终,选择STORM和STED不仅取决于技术的具体应用,还取决于操作者优化各环节技术参数的能力,从而决定图像质量。     

两种微体化石三维无损成像技术的对比

近年来,各种X射线三维无损成像技术在古生物学领域的应用越来越广泛。但是,不同的X射线三维无损成像技术针对不同保存类型和尺寸的化石标本在成像效果上各有利弊。本文以埃迪卡拉纪陡山沱组磷酸盐化的动物胚胎化石为研究对象,将目前应用最广的两种X射线三维无损成像方法,即基于实验室X光源的吸收衬度显微断层成像技术和基于同步辐射光源的相位衬度显微断层成像技术进行了对比分析。通过对两种技术的原理、效率、空间分辨率和图像衬度的对比,认为基于同步辐射光源的相位衬度显微断层成像技术是目前对于均一矿化的微体化石最佳的三维无损成像解决方案。     

冷冻聚焦离子束-扫描电镜成像技术研究进展

冷冻聚焦离子束-扫描电镜成像(Cryo-FIB-SEM)是一种新兴的成像检测技术,在原位进行冷冻聚焦离子束切割和冷冻扫描电镜成像,为研究天然含水状态下生物样品内部未被破坏的原始结构打开了一扇窗口。近年来,该技术在生命科学领域的应用研究取得了一系列重要进展。该文对其在冷冻体积连续成像、冷冻光电关联成像、冷冻透射扫描成像、冷冻含水切片制备监控及冷冻扫描图像处理等方面的研究进展进行综述,并展望了该技术在大体积生物样品三维原位成像研究领域的前沿性发展趋势,以期推动Cryo-FIB-SEM技术在生物样品三维结构研究中的应用。     

乳腺三维超声成像的文献计量和可视化分析*

目的:研究乳腺三维超声成像领域的发展态势并识别研究热点。方法:本研究选取PubMed数据库中乳腺三维超声成像领域的论文为研究对象,采用文献计量学方法,结合可视化分析工具,从论文数量、生命周期、国家/地区分布及合作、机构分布及合作、研究热点等多个角度对乳腺三维超声成像领域进行研究。结果:乳腺三维超声成像领域共发表论文213篇;25个国家/地区在该领域开展研究,其中美国发文量全球排名第一位;全球有100多个机构开展研究,主要以医院和大学为主;识别出研究热点有4个,分别是:乳腺肿瘤的三维弹性成像研究,乳腺X线图像的计算机辅助诊断方法研究,乳腺癌的磁共振成像诊断研究,乳腺肿瘤超声图像特征的算法研究。结论:乳腺三维超声成像领域近几年发展较快,其研究热点主要围绕乳腺癌诊断的相关研究。     

三维反卷积显微成像技术浅谈

三维宽场反应卷积显微成像技术是应用光学切片方法获取三维标本的二维图像序列,然后通过反卷积图像处理方法进行图像恢复,进而进行三维重建的一种以光学技术和图像处理技术为核心的显微成像方法。本文讲述了光学切片的基本原理,给出了反卷积处理中点扩展函数的理论模型和实验测试方法,然后对现存的反卷积算法做了对比。最后,文章对这一领域的发展趋势作了预测。     

小动物体内可见光三维成像技术研究进展

活体动物体内可见光成像是采用生物发光和荧光为标记物,利用灵敏的仪器来监控活体动物体内的细胞活动、蛋白表达情况和基因行为。近年来,可见光成像在生物医学的各个方面得到了广泛的应用。随着成像技术和检测仪器的不断发展,现已从平面二维成像逐渐发展为立体三维成像。三维成像技术在靶点的空间定位、与器官的关系,及绝对定量方面都有了很大的进展。本文就三维成像技术的原理、应用和发展前景进行了简要的综述。     

以三维荧光反卷积显微技术研究活体细胞中分泌囊泡的空间分布

获得活体细胞三维图像以观察细胞内分泌囊泡的空间分布有助于细胞分泌机制的研究。三维荧光反卷积显微技术可以为活体细胞观察提供低荧光漂白 ,低毒副作用的快速三维成像。研究了显微成像系统实验测定和理论计算点扩展函数之间的关系 ,并且实验验证了NA 1.6 5物镜条件下 ,理论计算点扩展函数可以较好地反映显微成像系统的特性。然后使用已知物理结构的三维样本对反卷积算法的有效性进行了研究。进而对使用吖啶橙(acridineorange)标记的大鼠胰腺 β细胞分泌囊泡进行观察。结果显示 ,反卷积算法可以有效地去除原始图像中因为焦外光影响产生的模糊 ,处理后图像清晰地显示了细胞内分泌囊泡的空间分布     

小动物活体光学三维成像系统及其对乳腺癌的定量分析

乳腺癌具有高转移率。使用小动物活体成像技术对乳腺癌的生长及转移情况实时监测定量分析可以帮助了解疾病机制及进行药物研究。二维成像对光学信号的定位与定量是相对的。随着计算机技术的进步,可以实现对采集的图像进行三维重建,精准量化光学信号,获得空间分布的三维信息。IVIS Spectrum小动物活体光学三维成像系统同时具有高灵敏的生物发光、荧光、切伦科夫辐射二维成像及三维扫描重建功能,是小动物活体光学成像的顶级系统。本文对人乳腺癌细胞（MDA-MB-231）进行慢病毒感染,在体外稳定表达荧光素酶后,选取重度联合免疫缺陷（SCID）小鼠进行原位乳腺癌模型的建立,通过IVIS Spectrum小动物活体光学三维成像系统对小鼠进行生物发光二维成像,无创观测肿瘤的生长及转移情况。本文的创新点是利用生物发光成像断层扫描技术对小鼠模型进行定量三维成像,使用系统自带的算法直接进行三维重建,同时结合鲸鱼优化算法（WOA）优化后的三维卷积的深度编码器-解码器的网络模型进行重建。通过CT图像验证两者的重建效果,得到肿瘤的深度信息,实现对乳腺癌的精准定量分析。     

基于主成分分析的双对比光学投影断层成像

目的 本文提出了一种基于主成分分析（PCA）的双对比光学投影断层成像（DC-OPT）方法,以获得活体中血流网络和骨骼的三维可视化。方法 使用主成分分析方法来提取吸收图像和血流图像,原始图像序列的第一主成分用于获取吸收图像;通过计算每个像素的调制深度来获得流动图像。不同投影位置的流动和吸收对比图像被用于三维血流网络和骨骼的同步重建。结果 采用PCA和OPT相结合的方法,通过将动态血流信号和静态背景信号分离,实现了对微生物样本的血流网络和骨骼的三维成像。结论 本文研究的新颖之处在于通过同一光学系统获得了快速、同步、双对比的血流网络和骨骼三维图像。实验结果可用于活体生物的生理发育研究。     

基于空间频域滤波高动态光学投影层析的斑马鱼三维成像研究

本文提出了一种基于空间频率滤波的多曝光融合的高动态投影层析三维成像方法,实现了活体斑马鱼（17 mm × 4 mm,最大厚度为2.33 mm,最小厚度为0.29 mm）的三维结构成像. 通过相机采用不同曝光时间记录系列吸收图像,将每张图像取变换到频域去除低频后,将各张滤波后叠加并逆傅里叶变换回空域,对变换后的图像进行归一化处理,最终获得高动态图像. 在每个投影角度获得这种高动态吸收投影图像,进行滤波反投影算法重建,获得高动态的整条斑马鱼三维结构信息. 实验成像结果表明,这种空间频率滤波多曝光融合的高动态光学投影层析三维成像研究,可以获得复杂结构更丰富的空间信息,对斑马鱼等模式生物早期胚胎生长发育进程进行监测和定量评估有一定的应用前景.     

新书推荐:<生物医学光子学进展>

生物医学光子学是近年来受到国际生物医学界和光子学界关注的一个热点。随着最近几年的发展 ,该学科已包括了光子学、电子学、计算机、生命科学、数学、物理等学科的交叉与融合。生物医学光子学的研究必将对人类生命科学的发展产生重大影响。本书是一部重要的学术研究参考书 ,书中收集了最近几年在美国、加拿大、澳大利亚、日本等国家华人学者的学术论文。例如 :数字射线照相术、组织光学成像技术与图像重建、大脑活动与功能的近红外光学成像、双光子成像技术在神经科学中的应用、基于绿色荧光蛋白的显微活体成像等都是目前该领域的最新…     

三维反卷积显微成像技术浅谈

三维宽场反卷积显微成像技术是应用光学切片方法获取三维标本的二维图像序列,然后通过反卷积图像处理方法进行图像恢复,进而进行三纺重建的一种以光学技术和图像处理技术为核心的业微成橡方法。本讲述了光学切片的基本原理,给出了反卷积处理中点扩展函数的理论模型和实验测试方法,然后对现存的反卷积算法做了对比。对这一领域的发展趋势做了预测。     

多焦点多光子显微技术及其研究进展

多焦点多光子显微技术(multifocal multiphoton microscopy,MMM)提高了激发光能的利用率和成像速度,可以实现样品的三维快速多光子激发荧光显微成像,并具有对活体样品损伤小,成像深度大,图像信噪比高等优点.详细阐述了MMM的实现方法及其研究进展,包括同时时间和光谱分辨的MMM(simulta...     

冷冻电子断层成像技术及其在生物研究领域的应用

冷冻电子断层成像可以在纳米级尺度上研究那些结构不具有均一性的分子、病毒、细胞器以及它们之间组成的复合体的三维结构。在过去的十年中,电子显微镜硬件、冷冻制样设备和技术,以及自动化断层数据收集方法的进步使得本研究领域得到快速发展。本文对冷冻电子断层成像的方法,包括基本原理、样品制备、断层数据采集和图像处理、三维重构以及重建信息的理解和展示、近年来在生物样品领域的一些典型应用以及前景作一简单介绍。     

活体细胞三维图像科学可视化方法的研究

科学可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术,将科学计算过程中或者是计算结果的数据转换为图形或图像,在屏幕上显示出来并进行交互式处理的理论技术或方法。介绍了用反卷积荧光显微成像技术获得活体大鼠胰腺B细胞三维图像及对其进行科学可视化的主要过程和两种常用可视化算法,并运用这两种方法对所得到的三维图像进行处理以分析和研究细胞内分泌囊泡的空间分布。结果显示,当仅观察细胞三维图像的二维切片时,三维图像中的某些重要信息会被忽略,而使用科学可视化方法则可以从三维角度直观观察活体细胞内分泌囊泡的空间分布,并且可以观察到分泌囊泡的释放趋势和整体分布,从而为细胞生物学研究提供重要的信息。     

光声结构与功能成像技术研究进展

光声成像技术利用短脉冲激光激发产生光声信号,可重建出组织的光吸收分布图像,它结合了纯光学成像的高对比度和纯声学成像的高分辨率特性.光声成像技术不仅能够有效的刻画生物组织结构,还能够精确实现无损功能成像,为研究生物组织的形态结构,生理、病理特征,代谢功能等提供了全新手段.本文简要分析了光声信号产生的机理,总结报道了目前实验室几套典型的成像系统及其最新应用进展,指出光声成像作为一种新型的生物医学成像方法,可望引发生物医学影像领域的一次革新.     

红外成像技术在生命科学中的应用

红外成像技术是利用物体自身各部分对红外热辐射的差异把红外辐射图像转换为可视图像的技术.对红外成像技术历史进行了简单介绍,对远红外成像技术在生命科学包括医学、植物、动物及农业中的应用进行了综述,并对红外成像技术在生命科学中的应用作了展望.     

小鼠海马锥体细胞树突棘形态的电镜三维重建

大多数神经元的复杂三维结构是很难直接观察的。激光扫描共聚焦显微镜技术结合染料标记技术可以重建神经元的三维形态,但精细结构的识别需要电子显微镜。利用透射电子显微镜技术,可以得到连续超薄组织切片的高分辨率图像,结合计算机支持的三维重建技术就可进一步获得神经细胞精细结构的三维信息。通过电镜三维重建技术对未成熟和成熟小鼠海马锥体细胞树突棘的形态进行了观察和分析,并对其关键步骤的操作技巧进行了重点说明。实验结果为进一步利用成像技术研究树突棘的结构、功能和可塑性提供了重要信息。     

激光相机的校准

医用激光相机是在80年代中期兴起的一种新的数字成像技术。由于激光成像的灰阶度明显地大于视频成像,再加上沿用的CRT式多幅相机获取的图像易受萤光体、失真度及亮度变化的影响,从而导致像质下降等缺陷。因此目前激光相机已逐步取代多幅相机而成为医学影像技术的标准硬拷贝装置。但是,激光相机的校准是否合适,对获得优质图像至关重要。本文以杜邦LP400、300激光相机为例,推荐规范化的校准方法。     

活细胞成像系统中两种新图像传感器及其应用

捕捉细胞内分子活动发生的动态过程,从细胞分裂到囊泡运输再到胞内钙离子浓度变化等大量快速发生和发展的生理过程是很多科研工作者的需要。这个过程不仅要求较高的时间分辨率,还要求较低的激发光强度以使样品的淬灭和光损伤达到最小。因此,相机的高灵敏度图像传感器起到了决定作用。鉴于近几年图像传感器发展迅速,本文对其进行了系统的阐述,综述了相机的图像传感器技术上的最新突破和改进。进而,总结了其在活细胞成像中的应用,对比了两种主流传感器并展望了未来发展趋势。