BRAIN Initiative

数字化科学

如何数字化存档显微图像资料

数字化影响着我们生活的各个方面,在科学上也是如此。数字化改变了我们应用科学知识的方式。科学知识的产生和传播也变得比以往更简单。数字存储和分析仪器带来了无限可能:快速构建、分析大量的显微图像数据,并开放给公众。

使用蔡司Axio Scan.Z1和ZEN 2 slidescan数字化样品。

使用蔡司Axio Scan.Z1和ZEN 2 slidescan数字化样品。

 

 

定性数据采集变成了定量数据采集,这让研究结果更可靠、更有说服力。通讯技术将研究小组之间的合作提升到了新水平。全球网络研究项目如今成为了规范,不再是特例。数字化彻底改变了科学。蔡司显微镜在数字化进程中位于前列,而且为虚拟显微镜研发了一套系统。蔡司Axio Scan.Z1数字化功能极快,是高自动化的系统,可以以大批量的方式来处理拍摄大量样品,这突显了这个系统的宽泛应用范围。现在我们可以借助Axio Scan.Z1将库存收集的胚胎学样品数字化,目的在于将这些数据能够更方便的开放给研究人员和公众。

 

 

Mark Hill博士在德国哥廷根Blechschmidt Collection的新扫描室。显示器上展示了人体胚胎的矢状横截面扫描图。

Mark Hill博士在德国哥廷根Blechschmidt Collection的新扫描室。显示器上展示了人体胚胎的矢状横截面扫描图。

例证:数字胚胎协会

数字胚胎协会(DEC)致力于更好的保护、存储所收集的大量人体胚胎的样品,并且免费在网上开放给研究人员和公众,以此来保护宝贵的原始样品。许多收集的样品有着近100年的历史。协会成员有:澳大利亚新南威尔士大学,哥廷根大学(Blechschmidt Collection),柏林国家历史博物馆(Hubrecht Collection),波鸿鲁尔大学(Hinrichsen Collection),马德里康普顿斯大学(Madrid Collection),英国哥伦比亚大学(Perry-Arey-Milligan Collection),国家健康和医学博物馆(Carnegie Collection)和京都大学(Kyoto Collection)。

来自澳大利亚新南威尔士大学医学科学院的Mark Hill博士提出了这个成立协会的想法。Hill说:“经过多年,有的载玻片遗失,错位,被损坏,或者组织学中的着色退色以至于无法观察。将这些样品数字化能够防止未来无可挽回的损失。”这个项目由新南威尔士大学基金会资助。为了获得更多的支持,Hill一直在联系不同的学院和博物馆。2015年4月8日,协会成员在哥廷根庆祝了这个项目的启动。这个项目成功的关键因素在于扫描系统和数据管理。在Hill测试了不同制造商的数字玻片扫描系统后,他选择了蔡司Axio Scan.Z1,因为其使用方便,适合于不同规格的载玻片,图像分辨率高,并具有高通量、便携性佳的特点。

典型的2″x 3″尺寸大小的显微镜载玻片,连续切片图,在德国哥廷根Blechschmidt Collection拍摄。

典型的2″x 3″尺寸大小的显微镜载玻片,连续切片图,在德国哥廷根Blechschmidt Collection拍摄。

质量&定制

蔡司系统有许多优点。除了分辨率,更大的优点就是作为数字玻片扫描系统,它可以使用不同规格大小显微镜载玻片。旧有的载玻片通常与目前市面上的其他玻片扫描系统并不兼容,因为这些载玻片与今天使用的标准玻璃载玻片有着完全不同的大小尺寸。例如,蔡司能够为Kyoto Collection提供自定义样品架,以适应其特殊外形的载玻片。这无疑说明了蔡司Axio Scan.Z1的优势。并且它的移动和安装都很容易。也可以配有特殊的移动箱,通常用于演示系统。

 

“经过多年,有的载玻片遗失,错位,被损坏,或者组织学中的着色退色以至于无法观察。将这些样品数字化能够防止未来无可挽回的损失。”

来自Blechschmidt Collection的三叉神经节图(上图)和上颌神经图(下图)

来自Blechschmidt Collection的三叉神经节图(上图)和上颌神经图(下图)

认识数字化的益处

在哥廷根大学的发布会上,4个协会成员与蔡司专家见面。成员Chistoph Viebahn发表了开幕致词。Axio Scan.Z1产品主管Thorsten Heupel在此之前对蔡司系统做了一个为期两天的介绍。哥廷根的Blechschmidt Collection是这次项目的开始。在项目第一轮,该小组就已经对超过4000份样品进行数字化,创建了超过40TB的数据。当他们完成后,这套系统将转移给其它成员。这个项目预计在2017年年底完成。届时所有的数据将通过免费软件OMERO在网上公开。OMERO软件兼容蔡司CZI图像格式。数字化带来的好处非常明显。观察数字化载玻片就好像你在使用一台真正的显微镜做观察,它不需要特殊仪器,更不需要真实载玻片。这样不但有利于保护,还允许多人同时观察分析和研究这些载玻片。而且数字化也更有利于对数据的进一步分析、挖掘,这在未来将越来越重要。


 

来自Blechschmidt Collection,上颌神经衍生区的细节图

来自Blechschmidt Collection,上颌神经衍生区的细节图

正如2014年3月德国研究基金会(DFG)发布的新闻稿所说,他们早已认识到数字化带来的益处。DFG试图对所有长久性固定封片的样品建立一套标准。这也是是DFG在其资助的博物馆、大学和研究所中进行的12个项目之一。其目的在于电子索引样品库,数字化研究数据,并开放于网络上。这些项目覆盖了不同的研究对象,包括干燥标本集,旧有骨骼采集,旧书封皮和旧有乐器采集。这12个项目对各研究团体的意义重大,并且得到了共430万欧元资金。

 

 

 

蔡司Axio Scan.Z1,伦敦国家历史博物馆

蔡司Axio Scan.Z1,伦敦国家历史博物馆

支持新应用的开放式设计

在了解数字化的益处和必需性后,越来越多的机构将各种可能的样品进行数字化。例如伦敦国家历史博物馆已经安装了一台蔡司Axio Scan.Z1用于数字化藏品。虚拟显微镜不仅可以用于基础理论研究,还为研究远程病理学开创了新途径:将显微镜和实验室获取的数据数字传输给医学专家,再进行进一步的分析和诊断。因为蔡司Axio Scan.Z1在硬件及软件上的开放式设计和个性化选项,它还能被用于在矿化的冰冻切片组织或者地质学载玻片上进行高通量应用。