[发明专利]细胞显微成像方法、图像处理方法以及成像分析系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种利用软X射线进行细胞显微成像的方法、图像处理方法以及成像分析系统。 

 

背景技术

Roentgen在1895年发现的X射线具有强烈穿透物质的特性，适用于人体组织器官成像。其波长较短，为0.1-1.0nm。但X射线与物质作用很复杂，加之难以制造出类似可见光应用中的光学元件，所以很难实现X线显微镜。随着电子对撞同步辐射光源的诞生，发射出专用软X射线，其波长在1-10nm，通过光学衍射聚光和光学元件把软X射线会聚投射到样品上，再成像到像平面上。 

软X射线显微成像术的分辨率已达10nm，其原理是： 

将样品紧贴着放在软X射线灵敏的探测器(光刻胶)上，经过软X射线曝光及“显影”，显示出光刻胶辐射的图形，它与样品原物形态有着相对应的关系。然后用光学或电子显微镜观察此图形，就可读出样品的软X射线显微图像。 

软X射线显微术是一种主要利用“水窗口”波段(2.3-4.4nm)的软X射线作为光源的显微成像技术。相对于光学显微镜，它具有更高的成像分辨率；相对于电子显微镜，其样品制备简单，仅需超薄切片标本，无须对样品进行冰冻、封蜡、脱水、染色等传统的病理检查工作程序。概括地说，软X射线显微成像技术可以不用传统病理方法，就可实现观察细胞组织的亚微结构形态学特征。 

近几年来，软X射线显微术的应用研究取得了飞速的发展，尤其是在生命科学研究中。除有类似病理学诊断价值外，软X射线显微成像技术具有以下特点：①不用染色可清晰分辨，其分辨率 (70.0nm)比光镜高，并接近电镜；②组织标本可以在活体状态下进行病理学检查分析；③可以对自然状态下活体组织细胞亚显微结构进行鉴别诊断及应用于临床诊断。软X射线显微镜可以观察自然状态下的生物样品，目前可以观察细胞的超微结构和内部动态变化，还可以在细胞水平的样品上研究蛋白质、DNA等生物大分子的分布。 

软X射线显微技术已为生物医学的研究开拓了一条新途径，受到各国科学家的关注。该技术最适合于自然状态下生物样品的高分辨率成像，在世界范围内得到迅速发展。当今，许多国家重视积极开发研制各种形式的软X射线显微镜并应用于生物医学样品的研究，取得了显著进展。 

美、俄、德、日、英、法等国掌握了此项技术，并对软X射线生物医学样品进行了研究。Kirz和Rarback在Brookhaven(1981)、G?ttingen (1983)召开的会议上，发表了软X射线综述的相关报道。1985年Feder等人使用软X射线显微成像方法已成功得到分辨率约10nm的活体状态下的血小板软X射线显微成像图；1990年Shinohara等拍摄了HeLa细胞核仁清晰的软X射线显微图像，并对染色质、酶原颗粒结构进行了观察分析。尽管如此，国外目前对软X射显微技术应用于医学分析还鲜见报道。 

国内对软X射线显微成像技术研究虽然起步稍晚，但起点较高，对软X射线显微成像图技术的研究和应用也给予了高度重视。1991年中国科技大学(合肥)国家同步辐射实验站建成，1992年开始对国内外开放。我国科研人员和学者可以在合肥同步辐射光源上开展软X射线显微术研究，在软X射线显微术的理论和实践上做出了突出贡献，也取得很多的成果，中国科技大学谢行恕教授在软X射线显微术的理论和实践上做出了突出的贡献；也有学者将软X射线成像应用于大肠杆菌、男性精子、昆虫翅膀、植物种子、食品等方面的研究。 

在近些年，关于对组织细胞的评估和分析，在方法和技术上的进展已经使数字图像分析成为辅助病理学家更准确解释图像的最有效工具之一。尽管这样的图像分析技术有助于给病理学家、细胞学家等提供准确的、重复性和客观的细胞分析，但是细胞组织的解释仍倾向于依赖对样品的主观分析。这样的组织学解释技术还严重受制于观察者自身以及观察者之间一致性的变化，这进一步导致产生较低准确性、较低重复性和较少客观性的结果。因此如何给病理学家、细胞学家等提供更准确的、重复性更高和更客观的细胞组织中间信息一直是所追求的。