主题:显微

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三维显微术实现完整取样活检

一项新研究利用改进的显微镜,实现了对完整大型临床组织的快速成像。运用这种新方法,临床病理学家能在数分钟内获得整个样本的三维可视化图像,从而提高诊断准确性。例如该技术可用于手术后的肿瘤组织。相关成果近日...即将发布

日期:2017年7月1日 - 来自[待分类信息]栏目
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深圳先进院等在超分辨光学显微成像方面取得进展

左图为果蝇脑片在传统双光子成像(2PWF)、双光子超分辨成像(2PISIM)和结合有自适应光学的双光子超分辨(2PISIMAO)显微成像结果对比,右上图为位于胶原凝胶150微米深处细胞三维成像对比,可...即将发布

日期:2017年6月22日 - 来自[技术要闻]栏目

苏州医工所在图像扫描显微成像技术研究中取得进展

图1.25个点阵列图案成像,(a)为25个方形点的阵列图案,每个点的边长为0.06λ,相邻点的间距为0.46λ,(b)、(c)、(d)分别为阵列图案经过1AU针孔下传统共聚焦显微系统、圆偏振光与径向偏...即将发布

日期:2017年6月15日 - 来自[技术要闻]栏目
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活细胞超分辨率显微技术研究获进展


SIMBA对于固定细胞actin和活细胞CLC重构结果展示

2016年12月31日,中国科学院生物物理研究所徐平勇课题组、中国科学院计算技术研究所张法课题组以及美国科学院院士HHMI研究员Jennifer Lippincott-Schwartz合作在《细胞研究》(Cell Research)在线发表了题为Live-cell single molecule-guided Bayesian localization super-resolution microscopy 的文章,介绍了一种新型活细胞超分辨率显微技术及其独特优势。

超分辨率荧光显微技术由于打破了传统光学衍射的限制,使得人们能够更深入地理解细胞生物学,获得了2014年诺贝尔化学奖。但是由于设备和时空分辨率的影响,活细胞超分辨率技术仍面临诸多挑战。近年来,贝叶斯定位显微技术(Bayesian analysis of the blinking and bleaching,3B)利用荧光蛋白漂白和闪烁的特性,通过分析整个图像序列的变化得到荧光蛋白的概率分布图,该方法用简单的光学设备就能实现活细胞动态结构的超分辨率成像,成为活细胞超分辨率成像的重要工具之一。作为细胞成像新的重要工具,它仍然有三个关键的问题没有解决:1)在精度方面,存在严重的结构缺失,定位精度不高;2)在速度方面,该方法极其耗时,为了得到1.5μm的超分辨率结构,大约需要6小时,并且随着图像尺寸的增加,计算时间急剧增长;3)在分析尺度方面,由于速度的限制,该方法很难获得全细胞大尺度长时间的动态变化。针对以上问题,实验人员通过将单分子定位和贝叶斯技术相结合,开发了一种新型活细胞超分辨率显微技术(single molecule guided Bayesian localization microscopy,SIMBA),该技术有以下优点:1)适用范围广,不需要任何额外的硬件设备,就能与主流TIRFM、PALM、STROM和light-sheet显微镜相结合,便于推广和使用;2)时空分辨率高,减少了结构伪迹的同时实现了50nm的空间分辨率和0.5-2s的时间分辨率;3)运行速度快,相比3B,加速比超过100倍,并且随着图像尺度的增大,加速效果更加明显;4)分析尺度大,实现了全细胞大尺度长时间动态变化分析。

活细胞超分辨率显微技术是当前研究的热点,开发新型活细胞超分辨率成像探针和新方法是中科院生物物理所徐平勇课题组的重要研究方向。徐平勇、张法、Jennifer Lippincott-Schwartz为本文的通讯作者;徐帆、张名姝为共同第一作者。该工作受到国家“973”计划 、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中科院基金先导项目等的资助,并申请专利“一种贝叶斯显微成像方法”。

日期:2017年1月5日 - 来自[技术要闻]栏目

北京大学口腔医院承办北京医学会显微外科分会第一届学术交流大会

  由北京大学口腔医院参与承办的北京医学会显微外科学分会第一届学术交流大会暨第四届北京大学复合组织缺损修复理论创新与实践技巧高级研修班于2016年12月9-11日在北京大学口腔医院顺利召开。本次大会由北京医学会显微外科学分会主办,北京大学口腔医院同解放军总医院及北京积水潭医院共同承办。北京医学会党委书记田宝明,中华医学会显微外科学分会的前任主任委员刘小林教授、现任主任委员张长青教授及候任主任委员顾立强教授,中国医科院整形外科医院院长祁佐良教授,北京大学口腔医院副院长李铁军教授,北京大学口腔医院口腔颌面外科主任张益教授等来自京内外地区显微外科领域的200余位专家学者汇聚一堂,针对显微外科的发展前沿及热点问题进行了深入的学术交流和探讨。

  开幕式由北京大学口腔医院院长助理、口腔颌面外科副主任蔡志刚教授主持。田宝明书记、张长青主委和李铁军副院长分别代表北京市医学会、中华医学会显微外科学分会以及北京大学口腔医院致贺辞,中国人民解放军总医院整形外科韩岩教授作为首届北京显微分会主委对分会成立一年的工作做了总结。随后北京医学会向去年成立的北京医学会显微外科学分会第一届委员会全体委员、常委、副主委和主委颁发了证书。口腔医院蔡志刚教授担任副主任委员,彭歆教授任常务委员,张雷主任医师任委员,体现了口腔医学在显微外科领域的学术地位。

  本次会议学术交流内容丰富,涉及软组织显微修复、骨显微修复、再植与再造、颅颌面显微重建、基础研究等领域,集中展示了国内各大院校显微外科近年来取得的新经验、新成果。口腔医院蔡志刚教授、彭歆教授和张雷主任医师分别做了大会发言,向大外科领域的国内同行们充分展示了医院近年来在显微外科领域取得的优异成绩。

  口腔医院颌面外科年轻医生及研究生承担了大会志愿者,为参会者们提供了优质的服务。CCMTV对这次大会进行了全程报道,并对京内外显微外科的9位专家学者进行了采访。大会后进行了为期两天的实践课程,各学科专家就人体头颈、四肢和胸腹创面修复中的常用复合组织瓣进行了系统讲授与演示,口腔医院蔡志刚教授、单小峰副教授以及苏家增主治医师参与演示授课。

  近年来,口腔医院口腔颌面外科在显微外科领域取得了突出成绩,受到了国内外大外科领域同行的认可和尊重,蔡志刚教授作为口腔颌面外科的专家学者,被推选为分会副主任委员,体现了医院口腔颌面外科专家团队在显微外科学界的强大技术实力和学术声望。

  此次大会的圆满召开,增进了口腔颌面外科与显微修复重建相关的多个学科间的学术交流,增进了各大院校的了解和友谊。通过多学科专家学者深入探讨、广泛交流,对促进显微外科及各相关学科的交叉融合,推动各相关学科的创新发展起到了重要作用。同时,彰显了北京大学口腔医院口腔颌面外科在显微外科领域的重要学术地位及影响力,对促进我国口腔颌面外科的事业发展起到了重要的推动作用。

  (口腔医院)

编辑:韩娜

 

日期:2016年12月15日 - 来自[北京大学医学部]栏目
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《Nature Methods》:显微新技术瞄准活细胞“小世界”

?SDOM的原理示意图

10月31日,Nature Methods杂志的“研究亮点”栏目报道了由北京大学席鹏课题组及其合作者提出的一种新的基于偏振偶极子方位角的超分辨技术SDOM。这一技术不仅为超分辨提供了一种全新的荧光偶极子的维度、提升了分辨率,能够更清晰地认识其标记的蛋白结构,还为本领域近期的一个热点争论提供了解答。

北京大学博士生张昊、清华大学博士生陈龙为共同第一作者,北京大学席鹏教授、澳大利亚悉尼技术大学金大勇教授及清华大学清华信息国家实验室张奇伟课题组的高军涛副研究员为共同通讯作者。

从“显微”到“显纳”

随着显微技术的发展,人们观察事物的尺度已经可以深入到微米,甚至是纳米级别。

然而,显微技术本身也有天花板。德国物理学家恩斯特·阿贝曾指出:光学显微镜分辨率的极限,大约是可见光波长的一半,最小约为200纳米(阿贝衍射极限)。

不仅如此,显微技术本身的发展局限也会影响到其它学科。北京大学工学院教授席鹏告诉《知识分子》,比如,生物学家更乐于追求在微观层面了解生命的奥秘,“分辨率决定了细胞的研究深度”。

据席鹏介绍,显微镜主要分为光学显微镜和电子显微镜两大类。电子显微镜虽然分辨率可以做到很高,但低温、真空等实验环境往往会影响实验对象的生物活性。因此,科学家们一直在不断努力,试图寻找突破光学显微镜分辨极限的方法。

在寻求突破的过程中,诺奖得主Eric Betzig于1995年在论文中提出了“从不同维度将荧光分子区分开来,从而实现超分辨”的想法论。这一思想与现实中三维空间观察(超分辨)及对应二维投影(传统成像)类似。

在进行显微观察时,人们为了确定单点的位置,会从不同维度对一个点进行描述,最简单的方法就是坐标法:在三维空间确定三个坐标轴,然后用三个维度(x,y,z)进行描述。而Betzig教授则添加了第四个维度——时间,将空间上重叠的点分离,从而更加细致的描述一个点的位置。随后,Betzig教授提出了单分子定位超分辨技术PALM,这一技术通过在时间维度将分子分开,从而实现了超分辨。

然而,虽然PALM的空间分辨率可达10-20纳米,却由于该技术需要将粒子在时间上拆分,直接造成时间维度的牺牲,因此其成像时间比较长(典型在十几分钟量级)。

?Betzig提出的超分辨思想:从另一维度对荧光分子进行分离,从而达到超分辨。

偏振:超分辨显微的新“四维”

此次席鹏课题组则在三维坐标的基础上引入了第四个新的维度——荧光偏振。

荧光的偏振特性(Fluorescence Polarization)的发现要早于超分辨概念,1926年就被Jean Baptiste Perrin(法国物理学家,1926年诺贝尔奖获得者)等人发现。然而在荧光超分辨显微中,对于荧光的其他特性如荧光强度、激发与吸收光谱、荧光寿命等方面,皆存在很好的应用,但人们却对荧光偶极子的方向(偏振)却甚少关注。

虽然之前有科学家在偏振方向做出了一定的尝试,但所获成果却在该领域引起了一定的争议和质疑。

2014年,Peter J. Walla课题组在Nature Methods上发表文章,通过对激光进行偏振调制来实现稀疏重构的超分辨成像。而在今年年初,同样在Nature Methods上,Jan Keller课题组则对此提出了质疑,并发表了针对这一文章的评论:利用荧光偏振不能够获得进一步的超分辨。Walla课题组一方面承认了Keller等人的观察,另一方面则用新的实验捍卫他们自己的工作,从而引出了一个有意思的争论:偏振调制能否为超分辨带来更多信息?

由于Walla课题组和Keller课题组都是从传统的荧光强度来看待这一问题,席鹏课题组及其合作者则从偏振方向提出了一种名为SDOM(Super-resolution Dipole Orientation Mapping)的新型超分辨技术,该技术引入荧光的偶极子角度作为荧光分子的第四维度,同时从荧光强度和荧光各向异性来考虑偏振调制能否带来更多超分辨信息,完美地回答了这一争论[7] 。

?Nature Methods 2016年1月就“偏振调制是否对超分辨有帮助”这一问题展开了争论。

据席鹏介绍,传统的荧光各向异性显微成像技术往往只能观察简单样本的荧光偏振,而对于复杂样本,荧光的偏振由于阿贝衍射极限的存在会受到众多荧光团的影响,从而只能观察到平均效果。而超分辨偶极子方向映射(SDOM)技术则实现了同时观察荧光的强度和偏振,从偏振调制数据中将空间强度信息和偏振信息解调出来,既提升了成像的空间分辨率,也提升了探测荧光团偶极子方向的精度。

“一方面,我们通过在传统荧光显微镜的外部加上一个偏振片,使入射的激发光产生偏振;另一方面,我们联合合作者编制相应的算法对被观察物体的偏振进行分析解调,从而获得超分辨的效果,相较于之前的成像效果,SDOM可以将分辨率提升到50-60纳米,尺度缩小了一个数量级,在分辨率上有了很大的提升”席鹏提到。

  ?相较于之前的“一片模糊”(图片中左上角),SDOM技术提供的成像(右下部分)更加精准、清晰。

同时,席鹏还表示,SDOM技术具有很快的成像速度(最快可达每秒5帧超分辨),对激发光功率要求也很低(毫瓦量级),非常适用于活细胞观察。

在具体操作方面,作者将SDOM技术应用在固定细胞(海马神经元的SDOM成像以及哺乳动物细胞的肌动蛋白成像)以及活体酵母细胞中的septin蛋白成像。目前,关于基因组三维结构的研究正在掀起一轮新的热潮,而NPC(核孔复合体)对于染色体在细胞核内的定位及基因组的三维结构非常重要。因此,作者也利用该新技术对NPC进行了偏振超分辨成像。这些图像都预示着SDOM超分辨技术在生命科学领域中巨大的应用前景。

值得一题的是,本工作的算法已经通过Github开源,目的是让更多的科研工作者能够从中受益。

? 2014年诺贝尔化学奖颁给了在超分辨领域做出杰出贡献的(从左至右)埃里克?白兹格、施泰方?海尔和威廉姆?莫纳尔(图片来源:Nobelprize.org)

最后,席鹏表示,从上世纪九十年代中期到现在,每过十年左右,显微技术就会达到一个节点,“从94、95年超分辨概念被提出,到05、06年超分辨迎来了一个爆发式的增长,各种技术频出;再到2014年,诺贝尔化学奖颁给了超分辨领域的三位开创者,各成果也在很多领域得到了应用。但由于过去大多数超分辨技术强烈依赖于染料,这也限制了它们的应用范围。而SDOM技术由于不依赖于特定的荧光染料,因此有望在生物显微中得到进一步的应用。”

目前,国际上正在掀起一系列偏振超分辨的热潮。超分辨的诺贝尔奖得主William E. Moerner(美国化学家,2014年诺贝尔奖得主)利用荧光分子偏振研究了DNA的构象变化;法国科学家Sophie Brasselet等人提出了PolarSTORM技术,结合荧光单分子定位和偏振信息对DNA和肌动蛋白进行了超分辨成像;美国布朗大学Tani课题组则对DNA和F-actin(纤维形肌动蛋白)的偏振进行了动态跟踪。

日期:2016年12月5日 - 来自[技术要闻]栏目

口腔医院承办参加第三届亚太重建显微外科联盟大会并荣获优秀病例大赛全国第一名

  由北大口腔医院口腔颌面外科参与承办的第三届亚太重建显微外科联盟(APFSRM)大会暨2016年中华医学会显微外科学术年会于2016年6月2-5日在北京国家会议中心召开。本次大会是一次国际性的高水平学术会议,参加国涵盖了中、美、日、韩、印度等亚太大多数国家。大会由亚太重建显微外科联盟授权,中华医学会和中华医学会显微外科学分会主办,口腔医院同解放军总医院、上海市第六医院以及积水潭医院共同承办。本次会议内容涉及创伤修复,软组织显微修复、骨显微修复、臂丛与周围神经损伤、再植与再造、颅颌面显微重建、基础研究和转化医学等领域,集中展示了世界、尤其是亚太地区显微外科近年来取得的新经验、新成果。参加本次会议的参会代表共计1019人,来自21个国家和地区,有境内代表897人、境外代表122人,其中境内特邀嘉宾105人、境外特邀嘉宾40人,境内普通代表792人、境外普通代表82人。大会共计收到投稿稿件1741篇,其中包括外宾投稿73篇。

  APFSRM副主席及中国部副主席、北京大学口腔医院蔡志刚教授率口腔医院口腔颌面外科共38人参加了本次会议,其中俞光岩教授、郭传瑸教授、张益教授、蔡志刚教授、彭歆教授、张雷教授以及口腔颌面外科多位医生分别参与世界修复重建及显微外科联盟(WSRM)组织的会前专题讨论,以及大会发言、大师教程、专题发言、自由交流以及优秀病例竞赛等,向大外科领域的国内外同行们充分展示了口腔颌面外科近年来在显微外科领域取得的优异成绩。口腔医院多位年轻医生承担了大会志愿者以及现场翻译等职务,为国内外参会者们提供了优异的服务。

        本次大会举办了“科创杯”手术技术及优秀病例大赛全国总决赛。来自全国5个分赛区的219名选手经过初赛选拔后,共30名来自骨科、手外科、显微外科、整形外科以及口腔颌面外科的年轻医生们参加了本次全国总决赛。决赛采用全英文演讲,选手全过程匿名。包括亚太重建显微外科联盟主席、副主席、中华医学会显微外科学分会主任委员和副主任委员在内的重建显微外科领域的国内外顶级专家们通过现场打分进行排名,其中7名评委为国外著名专家。口腔医院三位参赛选手全部入围前十名,其中苏家增医师获得第一名,梁节医师获得第三名。口腔颌面外科再次在大医学领域的国际大会中斩获殊荣!

  此次大会的圆满召开,增进了口腔颌面外科与显微修复重建相关的多个学科间的学术交流,增进了亚太该领域的彼此了解和友谊,也为我国显微外科工作者创造了一个向世界展示我们工作的机会,无论从异体手移植、单手17节断指再植、周围神经组织工程以及头颈部小器官移植和颅颌面缺损的修复重建等,中国显微外科医生的工作都得到了国际同行的认可和尊重,这也将更有利于我们中国显微外科在国际舞台再创辉煌。

(北大口腔医院)

        编辑:玉洁

 

日期:2016年9月19日 - 来自[北京大学医学部]栏目
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飞利浦发布“显微CT” 聚焦诊断成功率

11月15日,飞利浦医疗保健在中国发布全球最新超高端CT产品“显微CT(Brilliance iCT Elite FHD)”。在精简的发布仪式之后,飞利浦随即举办了以“CT影像与精准医疗”为主题的高峰论坛,来自国内影像学界的专家以案例形式介绍了超高端CT在脑部、肺部和腹部的临床科研表现,和与会人士共同探讨了CT影像在精准医疗时代的发展趋势。

过去十几年间,CT的应用技术获得了长足的发展。从心脏CT、大范围动态多器官成像CT到低剂量CT的大力拓展,CT在临床应用的准确性和安全性上取得了有目共睹的进步。然而,如何将CT研发的重点从关注“扫描成功率”转化到可以帮助临床医生提高“诊断成功率”,这一直是飞利浦近些年在CT影像研发领域的研发重点。

11月15日,飞利浦医疗保健在中国发布全球最新超高端CT产品“显微CT ”。在精简的发布仪式之后,飞利浦随即举办了以“CT影像与精准医疗”为主题的高峰论坛,来自国内影像学界的专家和与会人士共同探讨了CT影像在精准医疗时代的发展趋势。

通过厚积薄发的技术积累及近5年的市场调研,飞利浦推出了业内独创的基于“全新3D数字影像链和IMR显微平台”的“显微CT”。它不仅能提供优于传统CT的低对比分辨率,以提升软组织分辨能力,实现CT的类MR成像,使小病灶无所遁形,可清晰、精准显示血管壁斑块与早期微小肿瘤,同时还能提升低kVp低剂量时的空间分辨率,突破了传统图像质量上的限制。“IMR提供了新的机遇,将影响临床对于低剂量筛查流程及方案的选择,也打开了一扇新的大门。”澳大利亚莫纳什医疗影像诊断部副教授Kenneth Lau认为。

“显微CT”在中国正式发布之前,已在国内几家大型三甲医院投入临床试运行,并以其卓越的“类MR”成像特点获得了临床医师的好评。上海长征医院刘士远主任评价到:“IMR平台已经在国际上发表许多文章,它的应用已经从头颅到腹部到全身,实现了全覆盖。我觉得IMR平台应该是非常有前途的,而且对医患双方都是一个非常有价值有潜力的全新平台” 得益于IMR平台的应用,“显微CT”能在更低剂量(亚mSv)下实现更快速和精确的扫描,通过亚毫米观察,发现亚临床期病灶。因此,可以预见,“显微CT”将在血管斑块检查、肿瘤早期筛查、手术前方案制定、脑卒中检查和骨科检查等领域发挥重要的作用。此外,由于婴幼儿及儿童对X射线敏感,故儿科患者的检查,通常都不建议进行CT检查。而显微CT的推出,不仅解决了射线剂量难题,更实现了超低剂量下的高清成像,解决了儿科CT检查的难题。

随着精准医疗成为全球医疗行业的下一个发展热点,疾病的有效预防和诊断也将越来越受益于医疗影像手段的发展。“‘精准影像’是诊断影像未来发展的重点。我们将秉承‘以客户为中心’的理念,以更小的代价获取更加清晰的影像,提高放射科医生在影像诊断检查中的信心,最终令患者受益。” 飞利浦医疗保健集团副总裁、大中华区诊断影像事业部总经理席渭龄女士说。

日期:2015年11月18日 - 来自[技术要闻]栏目
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