本发明专利技术提供的显著化生物组织切片膜结构的刻蚀工艺及图像合成方法，包括：采集生物组织切片，将所述生物组织切片通过扫描电子显微镜SEM观察得到第一生物组织切片图像；将所述生物组织切片进行刻蚀处理得到刻蚀的生物组织切片，并将所述刻蚀的生物组织切片通过所述SEM观察得到第二生物组织切片图像；将所述第一生物组织切片图像和所述第二生物组织切片图像进行融合得到融合的生物组织切片图像。本发明专利技术可以提高生物微观结构的三维重建精度和效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医学领域，特别是涉及一种显著化生物组织切片膜结构的刻蚀工 艺及图像合成方法。
技术介绍
借助于仪器仪表行业和计算机技术的快速发展，生物组织微观重建技术在近些年 的发展非常迅速。近一个多世纪以来，在科技快速发展的同时，包括人类在内的整个地球生 物界都面临越来越多的威胁，如各种新型疾病的出现、物种的加速消失等。虽然近些年生物 医学领域对于个别疾病的研究取得了重大进展，但对于整个地球生物界面临的威胁而言， 这样的进展远远不够。只有从最基本层面，即微观尺度上，将生物体的结构、功能以及二者 的相互关系研究透彻，我们才能找到从根本上治疗疾病的方法，并能以此预测并预防一些 新型疾病的出现。 随着电子显微镜在生物医学研究中的广泛应用，虽然从分辨率方面比传统的光学 显微镜提高了 2~3个数量级，但电子显微镜对所观察样品的制备要求也更高。自从Watson 在1958年首先提出铅化合物可以增加超薄切片中细胞超微结构的反差以来，目前国内外 多采用Reynolds在1963年提出的柠檬酸铅作为常规铅染液。但多年来，超薄切片的铅污 染却是许多实验室普遍存在的问题，它直接影响着切片的质量和电镜观察效果，原因在于 过去所用的铅染液在接触空气中的二氧化碳后易产生碳酸铅沉淀污染切片。而且铅染液不 能长期贮存，否则污染会更加严重。为了解决这个问题，Hanaichi等在1986年改进了铅染 液配方和染色方法并取得了一定效果。近几年来，德国马克普朗克神经生物学研究所和美 国哈佛大学针对生物组织样品扫描电子显微镜SEM成像的制备方法进行了进一步改进，虽 然对SEM图像衬度有较大提升，但对于算法自动识别图像中生物组织微观结构还有一定距 离。 基于上述生物样品制备技术的发展，生物医学领域主要发展了四种微观重建方 式。第一种是序列切片透射电镜成像方法，即SSTEM，该方法先用切片机对生物组织样品块 切片，并将序列切片收集在单孔铜网上并根据切片的顺序编号，然后利用TEM成像。第二种 是连续样品表面扫描电镜成像方法，即SBEM，这种方式是在扫描电镜内部内置了高精度的 钻石刀，通过钻石刀对样品表面进行间歇性等厚度切削，每次切削后利用SEM对暴露出的 样品表面进行成像。第三种是聚焦离子束-扫描电镜方式，即FIB-SEM，该方式用FIB的离 子束对样品表面进行切削后再利用电子束进行成像。第四种是自动卷带超薄切片机扫描电 镜成像方式，即ATUM-SEM，该方法通过自动切片、收集系统将超薄切片收集到专用条带上， 然后放入SEM中进行成像。ssTEM是四种微观重建方式中分辨率最高的一种，这得益于TEM 本身的高分辨率，其余三种方式都是利用SEM成像。但由于切片是收集在单孔铜网上，并且 受制于TEM的视场大小，所以这种方式只适用于体量较小的生物组织微观重建，一般在临 床医学方面应用较多。SBEM和FIB-SEM方式由于采用的是对生物组织样品块切削后原位 拍照，故其后续图像配准的难度和工作量都大大降低。这两种方式采用的都是对块体断面 进行背散射电子成像，并且为了尽可能减少电子束对样品块表面造成的损伤，否则会改变 样品块表面的物理化学特性进而影响后续钻石刀或离子束对其进行进一步的切削，拍照时 通常选用较低的电压和比较小的图像获取时间，所以得到的图像一般分辨率和信噪比均较 差。此外，由于SBEM和FIB-SEM方式对样品而言是破坏性的，所以在进行一些珍贵生物样 本或大体量样本的三维重建时，对系统的稳定性要求非常高，尤其是钻石刀的洁净度和FIB 离子源的稳定性方面。ATUM-SEM方式的最大优点有两个，一是在拍照前就可以确定序列切 片的连续性，二是切片可以重复使用，即当出现个别切片所拍照片满足不了三维重建需要 时可以重新拍摄。简而言之，ATUM-SEM方式可以确保生物组织三维重建数据的完整性。目 前，SBEM和ATUM-SEM方式在体量较大的生物组织微观重建中应用较多。 自从十九世纪末科学家首次在显微镜下检测到神经细胞以来，已经发生了很多事 情。健康及病变大脑的解剖学、化学和细胞生物学，已经得以广泛的探讨。然而，人的想法 和感受如何来自单个细胞的活性？当细胞从网络上分离时会发生什么？目前还不明确。因 此，了解神经网络的连接并发现所有这些连接，对于联接组学的目标显然是很重要的。为了 更好的理解"大脑是如何工作的"，美国和欧盟相继推出了各自的"脑计划"。但就目前国内 外报道的三维重建技术而言，完成大体量生物组织（如鼠脑或人脑）三维重建仍然面临诸 多挑战。首先，在生物样品制备和图像获取方面，目前很难获得兼具衬度一致性好、组织结 构边缘锐度较理想的图像，且由于SEM成像主要采用图像获取速率较慢背散射电子成像， 导致生物组织样品的图像获取周期太长。其次，利用算法对已有报道中所获取到的背散射 电子图像进行生物微观组织结构自动识别时遇到了较大挑战，主要表现在识别准确率和效 率方面。因此，寻找一种能快速获取到衬度一致性好、组织结构边缘锐度理想的生物组织电 子显微图像的方法是生物医学研究领域一直努力的目标。
技术实现思路
本专利技术提供的，可以提高 生物微观结构的三维重建精度和效率。 根据本专利技术的一方面，提供显著化生物组织切片膜结构的刻蚀工艺及图像合成方 法，包括： 采集生物组织切片，将所述生物组织切片通过扫描电子显微镜SEM观察得到第一 生物组织切片图像；将所述生物组织切片进行刻蚀处理得到刻蚀的生物组织切片，并将所 述刻蚀的生物组织切片通过所述SEM观察得到第二生物组织切片图像；将所述第一生物组 织切片图像和所述第二生物组织切片图像进行融合得到融合的生物组织切片图像。 本专利技术实施例提供的，通 过采集生物组织切片，将生物组织切片通过扫描电子显微镜SEM观察得到第一生物组织切 片图像，将生物组织切片进行刻蚀处理得到刻蚀的生物组织切片，并将刻蚀的生物组织切 片通过所述SEM观察得到第二生物组织切片图像，将第一生物组织切片图像和第二生物组 织切片图像进行融合得到融合的生物组织切片图像，可以提高生物微观结构的三维重建精 度和效率。【附图说明】 图1为本专利技术实施例提供的显著化生物组织切片膜结构的刻蚀工艺及图像合成 方法流程图； 图2A为本专利技术实施例提供的大脑鼠超薄切片在等离子刻蚀前的SEM图像； 图2B为本专利技术实施例提供的大脑鼠超薄切片在等离子刻蚀后的SEM图像； 图2C为本专利技术实施例提供的大脑鼠超薄切片在等离子刻蚀前后融合的SEM图 像； 图3A为本专利技术实施例一提供的果蝇脑超薄切片在等离子刻蚀前的SEM图像； 图3B为本专利技术实施例一提供的果蝇脑超薄切片在等离子刻蚀后的SEM图像； 图3C为本专利技术实施例一提供的果蝇脑超薄切片在等离子刻蚀前后融合的SEM图 像； 图4A为本专利技术实施例二提供的果蝇脑超薄切片在等离子刻蚀前的SEM图像； 图4B为本专利技术实施例二提供的果蝇脑超薄切片在等离子刻蚀后的SEM图像； 图4C为本专利技术实施例二提供的果蝇脑超薄切片在等离子刻蚀前后融合的SEM图 像。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术实施例提供的显著化生物组织切片膜结构的刻蚀工艺及 图像合成方法进行详细描述。 图1为本专利技术实施例提供的显著化生物组织切片膜结构的刻蚀工艺及图像合成 方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种显著化生物组织切片膜结构的刻蚀工艺及图像合成方法，其特征在于，所述方法包括：采集生物组织切片，将所述生物组织切片通过扫描电子显微镜SEM观察得到第一生物组织切片图像；将所述生物组织切片进行刻蚀处理得到刻蚀的生物组织切片，并将所述刻蚀的生物组织切片通过所述SEM观察得到第二生物组织切片图像；将所述第一生物组织切片图像和所述第二生物组织切片图像进行融合得到融合的生物组织切片图像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩华，马宏图，魏利新，谢启伟，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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