Возможности программного обеспечения конфокального микроскопа BC43 от Andor

Одна из трудностей с системами микроскопии заключается в том, как объединить высокие технические характеристики и широкий спектр функций, необходимых современным исследователям, таким образом, чтобы их было действительно легко использовать. Неужели эксперименты по визуализации должны быть настолько сложными в настройке и требовать многочасового обучения? Микроскоп BC43 был разработан с учетом этой задачи: сделать его доступным и простым для каждого пользователя, но при этом обеспечить все необходимые функции, от обычных съемок до сложных многомерных экспериментов.

С BC43 команда Andor внимательно изучила, как настоящие исследователи взаимодействуют с оборудованием, образцами и программным обеспечением. Это привело к созданию инструмента, которым пользователи очень быстро научились пользоваться грамотно и с комфортом. Можно сказать, что новый пользователь конфокального микроскопа BC43 переходит от 0 до 100% понимания всего за 1 час.

Если лаборатории / средства визуализации обучают пользователей на системе, быстрого обзора системы от 30 минут до 1 часа будет более чем достаточно, чтобы пользователи работали независимо. Таким образом, BC43 освободит руководителей предприятий и лабораторий для выполнения более сложных задач, одновременно предоставляя изображения для трехмерной конфокальной микроскопии.

Сравнение времени обучения, необходимого для того, чтобы стать компетентным в использовании BC43 (синяя линия) и точечного сканера (оранжевая линия)

Алессио Карлетти, аспирант факультета медицины и биомедицинских наук Университета Алгарве, сравнивает обучение на BC43 с его предыдущим опытом работы с точечным конфокальным сканером:

«По сравнению с точечными сканерами, я почувствовал, что кривая обучения на BC43 была намного быстрее, и путь к работе с был более плавным.

С точечным сканером нужно о многом заботиться вручную. Начиная с последовательности задач по запуску машины: повернуть ключи, нажать кнопки, включить кулер, затем настроить лучший световой путь для каждого канала, выделить время на выбор фильтров и т. д. В целом, весь процесс на точечном сканере довольно трудоемок. Мне потребовалось 3 - 4 дня вспомогательных тренировок, чтобы полностью овладеть им и почувствовать себя уверенно.

С Andor BC43 процесс полностью автоматизирован. Буквально нужно только нажать кнопку включения / выключения. Я считаю, что это очень хороший инструмент».

Простота рабочего процесса

Быстрое обучение на BC43 обеспечивается простыми рабочими процессами, доступными пользователям, которые позволяют получать простое трехмерное изображение или даже сложные захваты, такие как Z-стек, монтаж и т. д. С минимальным взаимодействием с программным обеспечением.

Сразу после загрузки образца с помощью 2 - 3 щелчков мыши пользователи могут настраивать сложные эксперименты, такие как сбор данных 3D-Z, многопозиционный сбор данных и монтаж.

Обзор интерфейса и рабочих процессов BC43

Кроме того, все рабочие процессы можно легко комбинировать, что позволяет пользователю проводить многомерные эксперименты одним нажатием кнопки.

Примеры быстрых рабочих процессов BC43:

а) Получение Z-стека в два этапа:

- Сделайте снимок или наведите на образец, выберите структуру для отображения, щелкните на центр;

- Переместитесь к нужной цели, установите центр сканирования Z –> нажмите кнопку получения.

б) Двухэтапный многопозиционный рабочий процесс:

- Сделайте снимок или наведите на образец и перейдите к желаемой цели;

- Выберите позиции для изображения –> нажмите кнопку "Получить".

в) Двухэтапный рабочий процесс монтажа:

- Сделайте снимок или наведите на образец;

- Щелкните «Перейти к центру» и установите два края периметра сбора данных –> нажмите «Получить».

Таким образом, простота рабочих процессов и гибкость в сочетании многомерных экспериментов обеспечивают полную мультимодальную систему, которая удовлетворяет потребности пользователей с любым уровнем опыта в микроскопии, от студента, только начинающего пользователя, до профессионала.

Поиск и блокировка фокуса

Новым пользователям может быть сложно найти образец и сфокусироваться на нем. Запатентованный Andor механизм поиска и блокировки фокуса был разработан и впервые реализован в BC43 для преодоления этого.

Поиск и блокировка фокуса (обнаружение образца)

Объектив 2x в BC43 имеет очень большую глубину резкости и поэтому обеспечивает почти мгновенную фокусировку любого образца. Кроме того, обзор рабочего процесса позволит пользователям центрировать структуру, на которой будет отображаться изображение.

Затем получение изображения можно продолжить, перейдя к следующему воздушному объективу и автоматически обнаружив образец с помощью механизма поиска и блокировки фокуса BC43. С помощью этого простого рабочего процесса образец мгновенно попадает в фокус.

Поиск и блокировка фокуса (удержание образца в фокусе)

Andor BC43 разработан для создания трехмерных изображений, позволяющих проводить многомерные эксперименты; он может обеспечивать получение нескольких плиток, положений и комбинировать их с покадровой съемкой. Неудивительно, что во время сбора больших образцов (захват нескольких плиток) и при визуализации живых образцов (покадровая съемка) необходимо следить за тем, чтобы образец оставался в фокусе в течение всего эксперимента.

Как только образец окажется в фокусе, в протоколе может быть активирован механизм поиска и фиксации фокуса, и он автоматически «заблокирует» положение фокуса. Программное обеспечение проверяет фокальную плоскость через небольшие промежутки времени, гарантируя, что образец находится в фокусе в течение нескольких часов или даже дней, в зависимости от плана эксперимента.

Многопозиционная визуализация клеток млекопитающих с помощью BC43

Многомерная съемка и съемка нескольких лунок

Продуктивность очень важна для успеха и может быть достигнута несколькими способами: за счет большей организованности, предварительного планирования и автоматизации повторяющихся задач и т. д. Например, в микроскопии автоматизация поиска независимых позиций увеличивает продуктивность. и освобождает исследователя для выполнения других задач во время сбора данных.

Микроскоп Andor BC43 использует простой рабочий процесс и одновременно позволяет проводить сложные многомерные эксперименты, не усложняя их. Кроме того, получение нескольких положений можно комбинировать с любыми другими вариантами сбора данных: многоканальным (получение независимых флуорохромов), Z–стеком, таймлапсом и даже монтажом.

Многопозиционная опция также включена в многолуночную функцию, позволяющую пользователю получить несколько положений на планшетах с лунками для культур ткани от 6 до 96 лунок. Важно отметить, что в отличие от DIC, DPC обеспечивает получение высококонтрастных изображений через пластик. Таким образом, когда позволяет фокусное расстояние объектива (10x чаще всего хорошо работает даже для более толстых планшетов с лунками), клетки могут быть отображены в среде их растущей культуры ткани.

Пример получения многопозиционного монтажа BC43. Эмбрионы дрозофилы, окрашенные нейрональным маркером, были настроены на многопозиционную / монтажную съемку

Обработка изображений в один клик и в режиме реального времени

BC43 предлагает варианты обработки изображений в один щелчек мыши по протоколу. Обработку изображений можно активировать в протоколе, и она начнется сразу после завершения сбора данных. Выбирая эти параметры, BC43 доставляет по завершении протокола как необработанное, так и обработанное изображение.

Параметры обработки на вкладке протокола BC43 включают:

- Деконволюцию;

- Сшивание.

Деконволюция

Деконволция – это процесс математической коррекции искажений, возникающих на микроскопическом изображении. Такие искажения, называемые сверткой, неизбежны и присущи использованию различных оптических элементов микроскопа.

Программное обеспечение для сбора данных BC43 объединяет высококачественный алгоритм деконволюции ClearView-GPU™ на базе графического процессора Andor. Важно понимать, что алгоритмы деконволюции работают итеративно, итерация за итерацией, повышая качество изображения и требуя высокой вычислительной мощности. Следовательно, если деконволюция опирается на процессор, обработка изображения может занять много времени. Кроме того, когда пользователи получают крупномасштабные наборы 3D-данных, покадровую съемку или комбинацию многомерных возможностей, дополнительное время на обработку изображений приобретает дополнительное значение.

Программа деконволюции Andor ClearView-GPU обеспечивает результаты до 50 раз быстрее, чем методы на основе ЦП, и до 10 раз быстрее, чем другие ведущие пакеты с ускорением на GPU, особенно для больших наборов данных, даже если ускорение итераций отключено.

Кроме того, в BC43, деконволюция может быть активирована в протоколе, поэтому пользователь будет иметь необработанные данные и деконволюционное изображение вскоре после завершения сбора данных.

Изображение клетки млекопитающего BC43 (до и после деконволюции)

Сшивание

Как и ожидалось, при использовании большего увеличения в микроскопе угловое поле будет уменьшено. Тем не менее, операторы микроскопа часто хотят получать изображения с большим увеличением, при этом им необходимо получить изображение всего организма или больших участков образца. Такие задачи могут оказаться несовместимыми для большинства образцов, поскольку чем больше увеличение, используемое при регистрации, тем меньше угловое поле для сбора данных.

Один из способов преодолеть эту проблему – получить несколько полей, чтобы покрыть большую область изображения, а затем объединить все плитки в одно изображение. Этот процесс может выполняться вручную или автоматически, и сложность процесса увеличивается, когда изображение, которое нужно сшить, представляет собой сложный набор данных (многоканальный 3D или 3D + время). Кроме того, для правильного сшивания должно быть достаточно других параметров, таких как перекрытие между изображениями.

Наконец, микроскоп должен обеспечивать ровное равномерное освещение по всему полю. Когда освещение неоднородно, края отдельных плиток, используемых при получении, могут быть четко видны на окончательном сшитом изображении, и изображение выглядит как мозаика из плиток, а не как единое полное изображение.

BC43 включает запатентованную Andor подсветку Borealis Uniform. Эта очень плоская подсветка в сочетании с алгоритмом сшивания, интегрированным в ПО Fusion, обеспечивает бесшовное изображение. Кроме того, сшивание может быть активировано непосредственно как часть протокола, обеспечивая сшитое изображение вскоре после получения.

В BC43 и деконволюцию, и сшивание можно активировать в одном протоколе. В таких случаях сшивание последует после деконволюции. Опять же, учитывая простоту системы, для активации обоих требуется всего лишь один щелчок мыши по протоколу.

Сшитое бесшовное изображение кишки рыбки данио, полученное с помощью BC43