PCO助力抗COVID-19二：病患肺部组织研究
2026-07-14 来源:本站 点击次数:133D virtual pathohistology of lung tissue from Covid-19 patients based on
phase contrast X-ray tomography
基于相衬X射线断层扫描的Covid-19病人肺组织三维虚拟病理学研究
phase contrast X-ray tomography
基于相衬X射线断层扫描的Covid-19病人肺组织三维虚拟病理学研究
Marina Eckermann1,2†, Jasper Frohn1†, Marius Reichardt1†, Markus Osterhoff1, Michael Sprung3, Fabian Westermeier3, Alexandar Tzankov4, Christopher Werlein5,6, Mark Ku¨ hnel5,6, Danny Jonigk5,6*, Tim Salditt1,2*
Published: 20 August 2020
Eckermann et al. eLife 2020;9: e60408.
DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.60408Published: 20 August 2020
Eckermann et al. eLife 2020;9: e60408.
【摘要翻译】
我们提出了一种基于多尺度相衬x射线断层扫描的虚拟组织学和组织病理学的三维（3D）方法，并用它来研究Covid-19致死患者未染色肺组织的薄壁结构。基于这一首次概念验证研究，我们提出了多尺度相衬x射线断层扫描作为一种工具来揭示Covid-19的病理生理学，将传统的组织学扩展到第三维度，并允许对组织重塑进行全面量化。通过结合平行和锥束几何，最大横截面为8 mm的尸检样本被扫描和重建，分辨率和图像质量允许分割单个细胞。利用锥束几何的缩放能力，以167 nm的最小体素大小重建感兴趣的区域。我们通过三维可视化弥漫性肺泡损伤（DAD）及其显著的透明膜形成，绘制浸润组织的淋巴细胞的三维分布和密度，以及提供从组织内部到最近空气室的特征距离直方图，来说明这种方法的能力。
图文节选（1）
图1. 多尺度x射线断层摄影装置。
（a）6名死于Covid-19患者的HE染色组织样本微阵列石蜡块。（b）样品制备和安装示意图。在第一步中，将包含整个单个肺组织的活检冲头转移到支架上，用于平行束局部断层扫描采集，然后进一步缩小尺寸至1 mm活检冲头，用于锥束断层扫描记录。
（c）平行束层析成像装置。
（d）锥束全息层析成像装置。
图文节选（2）
相位对比断层扫描（Phase contrast tomography）
对Covid-19肺组织进行的扫描被记录在PETRA-III储存环的GINIX终端机上（DESY，Hamburg）。利用5mp10波荡器和Si（111）通道切割单色仪（CCM）的一次谐波和三次谐波，分别获得了两种不同光子能量Eph、8 kev和13.8 kev的投影。这里显示的数据仅为8 keV，其中未染色肺组织的对比度最高。将两种断层扫描配置结合起来，以覆盖更大范围的长度标度。
（1-平行光束）使用非聚焦准平行光束照明并在高分辨率显微镜检测系统里进行记录，结果在650 nm像素尺寸下获得1.6 mm的FOV采样（1-平行光束）……高分辨率显微镜检测系统（Optique Peter，法国）是基于一个50 µm厚的LuAG:Ce闪烁体用10倍放大显微镜物镜在sCMOS传感器上成像（pco.edge 5.5，PCO，德国），有效像素尺寸为0.65 µm。高光子通量密度容许在连续电机运动下进行图像采集，短采集时间为每帧35 ms，帧速率为20 fps。单距离断层摄影记录大约1500个投影以及扫描前后的平面图像，所需时间不到2分钟。对于这些扫描，聚焦光学元件（KB镜和波导）以及快速快门（Cedrat技术）被移出光束，光束大小由上游狭缝系统调整。为了避免探测器饱和，光束被4倍单晶硅片衰减。
对Covid-19肺组织进行的扫描被记录在PETRA-III储存环的GINIX终端机上（DESY，Hamburg）。利用5mp10波荡器和Si（111）通道切割单色仪（CCM）的一次谐波和三次谐波，分别获得了两种不同光子能量Eph、8 kev和13.8 kev的投影。这里显示的数据仅为8 keV，其中未染色肺组织的对比度最高。将两种断层扫描配置结合起来，以覆盖更大范围的长度标度。
（1-平行光束）使用非聚焦准平行光束照明并在高分辨率显微镜检测系统里进行记录，结果在650 nm像素尺寸下获得1.6 mm的FOV采样（1-平行光束）……高分辨率显微镜检测系统（Optique Peter，法国）是基于一个50 µm厚的LuAG:Ce闪烁体用10倍放大显微镜物镜在sCMOS传感器上成像（pco.edge 5.5，PCO，德国），有效像素尺寸为0.65 µm。高光子通量密度容许在连续电机运动下进行图像采集，短采集时间为每帧35 ms，帧速率为20 fps。单距离断层摄影记录大约1500个投影以及扫描前后的平面图像，所需时间不到2分钟。对于这些扫描，聚焦光学元件（KB镜和波导）以及快速快门（Cedrat技术）被移出光束，光束大小由上游狭缝系统调整。为了避免探测器饱和，光束被4倍单晶硅片衰减。
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pco.edge 5.5 具有新颖的科研级CMOS（sCMOS）芯片，能提供清晰的图像质量和准确的测量结果。为需要超高分辨率、高帧速率、16位动态范围、高量子效率和多种快门选项的用户精心设计，并且具有彩色芯片型号。
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- 滚动快门或全域快门/全域重置快门
- 光片成像模式
- Camera Link 全接口或者USB 3.0 接口
- 黑白或者彩色芯片
- 紧凑机身设计: 102×79×70 mm3
- 可选项：水制冷系统
【关于埃赛力达科技Excelitas Technologies Corp.】
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