CN105891208B - 用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法 - Google Patents

用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法，该方法包括：(1)将样本浸没在溶解有染料分子的加工液中，三维平移台带动样本移动至切片模块的刀具处，切片模块对样本进行加工，去掉样本的浅层部分，生成平整的断面；(2)加工液中的染料分子从断面处向样本深处渗透，经过一定时间后，样本的浅层部分被染色；(3)使用成像模块对样本已被染色的浅层部分进行成像；(4)三维平移台将样本抬升一定高度，执行步骤(1)至步骤(3)，如此反复，直至完成整个样本的细胞构筑信息获取。本发明方法对整个样本连续成像、切片，能够获得完整的全脑细胞构筑信息，不存在传统手工方式间隔几十至百微米只采集一层数据的间隔采样。

Description

用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法
技术领域
本发明涉及脑图谱数据的采集，具体地指一种用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法。
背景技术
已有研究表明，脑的结构是实现脑功能的基础。对脑功能与脑疾病进行研究，需要在相关脑区进行针对性地研究。在神经生物学研究中，脑图谱作为定位脑结构的重要参考，已成为必备资料，被广泛使用。例如，Dong等人出版的《Allen Reference Atlas》和Paxinos等人出版的《The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates》都是目前鼠脑研究的重要图谱资料。通常这些图谱所使用的数据集均采用手工方式收集：将完整脑切成厚度为几十至百微米的脑片，再逐片在载玻片上展开贴平、细胞构筑染色处理，最后逐片进行显微成像，以获取每一片的图像，经过这一系列过程所收集到的所有切片图像，展示了全脑沿垂直于切片方向不同位置处的大致结构，构成脑图谱。然而，这样所获取的脑图谱数据集存在以下问题：1、所有过程均为手工操作，费时费力，效率低下；2、逐片贴片如操作不当，容易造成脑片褶皱、气泡甚至破损，导致数据缺失，甚至需要用其他鼠脑相似位置的成像结果来替代原有脑片，从而破坏了整套数据集的数据完整性；3、逐片染色的样本处理过程，无法保证同一套数据集中的所有脑片均达到同样的染色效果，不同切片样本可能存在不同程度的形变，导致影响数据的一致性；4、每一片几十至百微米厚的脑片，仅获取浅表几微米厚的图像，无法完整展示脑片中细胞构筑的真实信息；5、手工贴片无法保证相邻脑片间的相对位置，造成后续成像结果无法重建脑的准确三维结构。
全脑光学成像技术可以自动化获取全脑三维结构信息，结合全脑细胞构筑染色技术，为自动化获取图谱数据提供了新的工具。例如，Wu等人利用全脑Nissl染色与MOST成像技术结合，获取了全脑尼氏染色成像结果，可以作为构建标准图谱的数据集(Jingpeng Wu,et al.NeuroImage,87(2014)，199-208.)，但这种方法所使用的全脑Nissl染色方法需要长时间的样本处理，制作难度大。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法，用于为构建标准图谱提供高质量的完整数据集。
实现本发明目的采用的技术方案是一种用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法，该方法包括：
(1)将样本浸没在溶解有染料分子的加工液中，三维平移台带动样本移动至切片模块的刀具处，切片模块对样本进行加工，去掉样本的浅层部分，生成平整的断面；
(2)加工液中的染料分子从断面处向样本深处渗透，经过一定时间后，样本的浅层部分被染色；
(3)三维平移台将样本移动至物镜下，成像模块对样本已被染色的浅层部分进行成像；
(4)三维平移台将样本抬升一定高度，执行步骤(1)至步骤(3)，如此反复，直至完成整个样本的细胞构筑信息获取。
在上述技术方案中，所述切片模块为石蜡切片机、树脂切片机、振动切片机或其他能够生成平整断面的切削装置。
在上述技术方案中，所述成像模块为宽场显微镜、双光子显微镜、共聚焦显微镜、结构光照明显微镜或其他能够获取细胞构筑的成像装置。
与现有技术相比，本发明方法具有以下优点：
1、所有过程均为自动化操作，省力高效；
2、避免了因手工贴片可能导致的脑片缺损，自动化采集保证数据的完整性；
3、逐层染色保证染色效果的一致性，不存在外侧脑区与深部脑区染色效果不一致的问题；
4、整个样本连续成像、切片，能够获得完整的全脑细胞构筑信息，不存在传统手工方式间隔几十至百微米只采集一层数据的间隔采样；
5、层与层之间的数据具有天然配准性，能够准确重建脑的三维细胞构筑。
附图说明
图1为本发明构建标准图谱数据集的获取方法流程图。
图2为本发明的样本断面加工示意图。
图3为本发明的样本断面实时细胞构筑染色示意图。
图4为本发明的样本断面成像示意图。
图5为采用本发明方法构建标准图谱的细胞构筑数据集鼠脑外轮廓。
图6为图5中a处所指示位置一张的细胞构筑成像结果图
图7为图6后一张的细胞构筑成像结果图。
图8为图7后一张的细胞构筑成像结果图。
图9为图6中b处所指示位置的细胞构筑成像结果图。
图10为图7中c处所指示位置的细胞构筑成像结果图。
图11为图8中d处所指示位置的细胞构筑成像结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明标准图谱数据集的获取方法包括以下具体步骤：
步骤S1：如图2所示，水槽2固定在三维平移台7上，鼠脑样本1固定在水槽2中，水槽2中充满了加工液5。加工液5将样本1完全淹没，染料分子6溶于加工液5中，三维平移台7带动样本1移动，并由切片模块3对样本1进行加工，去掉样本1的浅层部分，生成平整的样本断面4。
步骤S2：样本1静置在充满染料分子6的加工液5中，染料分子6从断面4处向样本1的深处渗透；经过一定时间后，样本的浅层部分8被染色，本发明的样本断面实时细胞构筑染色示意情况如图2所示。
步骤S3：三维平移台7移动水槽2，从而将样本1移动至成像模块9下，对样本已经被染色的浅层部分8进行成像，断面的成像如图3所示，即获取了细胞构筑信息。
步骤S4：判断是否继续获取样本的细胞构筑信息，若继续获取则执行步骤S5。
步骤S5：三维平移台7抬升水槽2，从而将样本1抬升一定高度，并重复步骤S1至S3，直至完成样本的细胞构筑信息获取；若已完成样本的细胞构筑信息获取，则执行步骤S6。
步骤S6：停止获取。
本实施例将获取的细胞构筑信息构建标准图谱的细胞构筑数据集鼠脑外轮廓如图5所示，图6-8分别为图5中a处所指示位置前后连续3张的细胞构筑成像结果图，每张图成像厚度为2微米，图9-11分别为图6方框b、图7方框c和图8方框d的放大图。

Claims (3)

1.一种用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法，其特征在于，包括：
(1)将样本浸没在溶解有染料分子的加工液中，三维平移台带动样本移动至切片模块的刀具处，切片模块对样本进行加工，去掉样本的浅层部分，生成平整的断面；
(2)加工液中的染料分子从断面处向样本深处渗透，经过一定时间后，样本的浅层部分被染色；
(3)三维平移台将样本移动至物镜下，成像模块对样本已被染色的浅层部分进行成像；
(4)三维平移台将样本抬升一定高度，执行步骤(1)至步骤(3)，如此反复，直至完成整个样本的细胞构筑信息获取。
2.根据权利要求1所述用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法，其特征在于：所述切片模块为石蜡切片机、树脂切片机、振动切片机或其他能够生成平整断面的切削装置。
3.根据权利要求1或2所述用于构建标准图谱数据集的细胞构筑信息获取方法，其特征在于：所述成像模块为宽场显微镜、双光子显微镜、共聚焦显微镜、结构光照明显微镜或其他能够获取细胞构筑的成像装置。
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