Zusammenfassung
Die digitale Pathologie verändert die Art und Weise, wie Sie digitale Proben betrachten und analysieren, hat aber auch ihre Nachteile. Sie führt zu Problemen, wenn Sie die gesamte Probe analysieren müssen. Die Z-Stacking-Technologie wird eingesetzt, um diese Probleme zu lösen. Die Technik erzeugt eine dreidimensionale (3D) Darstellung der Probe, indem sie eine Reihe von Bildern kombiniert, die in unterschiedlichen Tiefen aufgenommen wurden. Dabei werden mehrere Bilder einer Probe in verschiedenen Fokusebenen aufgenommen und dann zu einem einzigen Bild zusammengesetzt. Mit Z-Stacking können Sie empfindliche Proben, auch solche mit ungewöhnlichen Dicken, betrachten und analysieren. Dieser Artikel beschäftigt sich mit Z-Stacking und warum die Technik in der digitalen Pathologie so nützlich ist.
Z-Stacking in der modernen digitalen Pathologie
Z-Stacking ist eine Technik der digitalen Pathologie, mit der eine dreidimensionale (3D) Darstellung eines Präparats durch die Kombination einer Reihe von Bildern aus unterschiedlichen Tiefen erstellt wird. In der Praxis werden beim Z-Stacking mehrere Bilder eines Präparats in verschiedenen Fokusebenen aufgenommen und dann zu einem einzigen Bild kombiniert, auf dem die gesamte Tiefe des Präparats scharf zu erkennen ist.
Zu beachtende Einschränkung
Der Brennpunkt eines digitalen Bildes wird durch die Schärfentiefe bestimmt. Bei der Betrachtung einer Probe in einem Mikroskop ist immer nur ein kleiner Teil der Probe im Fokus, während der Rest der Probe unscharf ist. Die begrenzte Schärfentiefe des Mikroskops bedeutet, dass immer nur ein kleiner Teil der Probe scharf abgebildet wird. Das macht es schwierig, dickere Proben abzubilden. Das Z-Stacking-Konzept basiert auf dem Prinzip der Schärfentiefe.
Z-Stacking-Prinzip
Um dieses Problem zu lösen, müssen mehrere Bilder derselben Probe in verschiedenen Brennpunkten aufgenommen werden, von der Oberseite bis zur Unterseite der Probe. In jedem dieser Bereiche ist nur der Bereich, der der Fokusebene entspricht, scharf abgebildet. Wenn die Bilder kombiniert werden, entsteht ein zusammengesetztes Bild, in dem die gesamte Tiefe der Probe scharf abgebildet ist. Dies wird oft als „Stacking“-Bild bezeichnet.
Z-Stacking beim Whole Slide Imaging
Der Whole Slide Scanner ist ein computergesteuertes Mikroskop. Es ist mit einer hochspezialisierten Kamera verbunden, die fortschrittliche optische Sensoren enthält. Die Hauptkomponenten eines Whole Slide Scanners sind:
- Mikroskop mit Objektiv.
- Hellfeld- oder Fluoreszenzlichtquelle.
- Ein Roboter, der den Objektträger bewegt oder neu positioniert.
- Eine oder mehrere Digitalkameras zur Aufnahme von Bildern.
- Ein Computer.
- Software zur Verarbeitung, Verwaltung und Anzeige digitaler Slides.
Einige Geräte verfügen auch über eine dynamische Funktion zur Neuausrichtung, bei der eine Kamera zum Fokussieren und eine andere zum Scannen verwendet wird. Dies hilft, den Scanvorgang zu beschleunigen.
Durchgeführte Aufgaben
Slides können manuell oder automatisch gescannt werden. Darüber hinaus können viele WSI-Geräte Stapelscans und kontinuierliche oder zufällige Verarbeitung durchführen. Ein Slide kann geladen werden, während ein anderes gescannt wird. Die meisten Geräte können 1D- und 2D-Barcodes auf Glas lesen. Die Scangeschwindigkeit liegt zwischen 1 und 3 Minuten pro Slide, abhängig von der Vergrößerung des Objekts und der Anzahl der erhaltenen Z-Stacks.
Flexibilität beim Scannen
Sie können wählen, ob Sie das gesamte Slide scannen wollen oder nur einen vordefinierten Bereich auf dem Slide, der betrachtet werden soll. Einige WSI-Scanner können Objektträger in verschiedenen Z-Achsen (vertikalen Fokusebenen) digitalisieren, wodurch ein multiplanares Bild entsteht, das die präzise Fokussteuerung eines herkömmlichen Mikroskops imitiert. Im Bereich der zytologischen Objektträger ist die Z-Stacking-Ausrichtung ein unschätzbarer Vorteil.
Verwendung von Z-Stacking
Z-Stacking ist besonders nützlich in Situationen, in denen die Probendicke größer ist als die Schärfentiefe des Bildgebungssystems. Dies ist häufig bei Gewebe der Fall, bei dem sich die interessierenden Strukturen in unterschiedlichen Gewebetiefen befinden können. Mit Z-Stacking können diese Strukturen mit einer scharfen Brennweite abgebildet werden, was eine genauere Darstellung der Gewebestruktur ermöglicht.
Vielfältige Anwendungen
Das Z-Stacking hat in der digitalen Pathologie viele andere Anwendungen als nur die Analyse von Gewebestrukturen. Es kann verwendet werden, um die Auflösung von Bildern zu verbessern, die mit niedrig vergrößerten Zielen aufgenommen wurden. Diese Ziele haben eine höhere Schärfentiefe, aber auch eine geringere Auflösung als Ziele mit höherer Vergrößerung. Mit Z-Stacking kann die effektive Auflösung eines Bildes erhöht werden, so dass Gewebestrukturen leichter zu erkennen sind.
Einsatz in der digitalen Rekonstruktion
Z-Stacking kann auch für die digitale Rekonstruktion von 3D-Strukturen wie Neuronen oder Blutgefäßen verwendet werden. Die Z-Stacking-Technik ist besonders nützlich in den Neurowissenschaften, um die Form von Neuronen zu untersuchen. In der Gefäßbiologie kann sie zur Untersuchung der Struktur von Blutgefäßen eingesetzt werden.
Fazit
Z-Stacking ist eine nützliche Technik in der heutigen digitalen Pathologie, da sie die mit der Betrachtung des gesamten Präparats verbundenen Herausforderungen überwindet. Sie wird auch in verschiedenen Bereichen wie den Neurowissenschaften und der Gefäßbiologie eingesetzt. Z-Stacking hat erhebliche Vorteile, insbesondere bei der Arbeit mit empfindlichen Geweben, und erleichtert diese Arbeit. Digitalmikroskope wie das In-vitro-Digitalmikroskop iO:M8 sind nützlich, um eine hohe Qualität der Ergebnisse zu erzielen. Neben dem Mikroskop können auch Hilfsmittel wie geeignete Lichtquellen, Roboter, Digitalkameras, Computer und Software die Arbeitsumgebung verbessern. Z-Stacking ist ein wichtiger Bestandteil des heutigen Arbeitsablaufs in der digitalen Pathologie und bietet Vorteile, die sich erheblich auf die Diagnose- und Forschungsarbeit auswirken können.
