Niet-invasieve 3D-visualisatie met Sub-micron resolutie met behulp van synchrotronstraling-X-ray-tomografie

Hallo. Mijn naam is Michelle Ov van het Bats Lab aan de Universiteit van Tübingen, en in deze presentatie wil ik spreken over de niet-invasieve driedimensionale visualisatie van de interne organisatie van micro-arthropoden met behulp van synchrotron röntgentomografie met een submicronresolutie. Het modelsysteem waarmee we werken is de orbitaalmijt Aus Long osis, een micro-arthropode met een lichaamsgrootte van 800 µm tot 1 mm. Dit is een foto gemaakt van een kweek in ons lab waarop te zien is hoe de dieren zich voeden met algen.

Om de interne organisatie van Argos te bestuderen, maken we gebruik van synchrotron röntgenstraling om tomografische VOX-gegevens te produceren bij de SRF en Grable. Hier ziet u een afbeelding van de ESRF met de grote opslagring en in de rechterbovenhoek ziet u de experimentele hal van ID 19, die zich buiten de ring bevindt. Voor de metingen werden monsters kritisch uitgelijnd en met superlijm op plastic pinnen gemonteerd. De experimenten werden uitgevoerd bij 20,5 KEV en er werden 1.500 projecties gemaakt voor de reconstructies.

Hier ziet u de camera met een co freelance CCD-chip, een dynamisch bereik van 14 bit en vier megapixels. De simulator onderaan deze afbeelding zet röntgenstraling om in zichtbaar licht. Dit is een detailopname van de monsterhouder en de rotatietafel.

Het monster wordt op de kop van de Goya-meter gemonteerd om een juiste oriëntatie van het monster in de bundel mogelijk te maken. Een gedetailleerde beschrijving van de experimentele opstelling is gegeven in ons artikel uit 2007 in het Journal of Microscopy. In deze presentatie zal ik me richten op data-analyzers met betrekking tot driedimensionale visualisatie met behulp van de software Fiji Studio Max.

Ten eerste laat ik u zien hoe u de grijswaarden uit de achtergrond verwijdert om de monsterinformatie te extraheren. In het histogram ziet u één grote piek, die voornamelijk toebehoort aan de grijswaarden van de achtergrond. Nadat u deze piek uit het histogram heeft verwijderd, ziet u het monster uit de grijze kubus naar voren komen.

Vervolgens laat ik u zien hoe u het object kunt roteren met de key framer van VG studio. Max heeft een set vooraf gedefinieerde cameratrajecten. Hier gebruik ik de XY-cirkel om rotatie rond de verticale Xs te genereren, en dit is de uiteindelijke animatie.

De grote structuur aan de achterzijde van het dier komt overeen met het oppervlak van de secondelijm. Nu ga ik laten zien hoe u een virtueel snijvlak instelt om een driedimensionale blik te werpen op de interne organisatie van het monster. Er zijn drie oriëntaties waarin een snijvlak kan worden ingesteld: frontaal, axiaal en sagittaal.

Hier gebruik ik het frontale vlak en bepaal ik een snijpositie ergens in het midden van het dier, in de regio van de; dit snijvlak hoeft niet statisch te zijn. Opnieuw kan dit, met behulp van de key framer, langs elke as worden verplaatst. In dit voorbeeld gebruik ik de preset clip Z om het snijvlak langs een longitudinale as van het monster te bewegen, en zo ziet de uiteindelijke animatie er stap voor stap uit; u kunt de 3D-organisatie van alle interne structuren volgen met een P-resolutie van slechts 0,7 micron.

Naast de vooraf gedefinieerde cameratrajecten is het ook mogelijk om gebruikersspecifieke camerapaden te genereren. Kies hiervoor de modus 'free camera look at' en pas de camera en de brandpuntsafstand van de virtuele lens aan naar de gewenste positie. Stap voor stap kunnen nieuwe cameraposities worden gedefinieerd om een individueel pad van elke gewenste complexiteit te volgen.

Het 3D-venster linksboven toont in realtime het effect van alle camerainstellingen. Het laatste voorbeeld neemt u mee op een virtuele vlucht waarbij het volledige spijsverteringsstelsel in het dier wordt gevolgd. Hier ziet u enkele delen van de gma, de colliery, het labrum en de rotella.

We komen dichterbij en gaan de mond van het dier binnen. Hier kunnen we de PHN's aan de dorsale zijde zien. Nu passeren we de slokdarm om de ventrikels binnen te gaan.

Onze geklinknagelde mijten hebben twee grote ker. Dit zijn slikkerige structuren met een spijsverteringsfunctie. We gaan het rechter seum binnen.

Door de kleine opening zijn talrijke IDE-cellen zichtbaar. Deze spelen een belangrijke rol bij de spijsvertering, hoewel de volledige functie en het mechanisme nog niet geheel begrepen zijn. Terugkerend naar de ventrikels zien we een specifieke structuur, de Isal-klep, waardoor we zojuist de ventrikels zijn binnengegaan, precies op de grens tussen de ventrikels en het colon.

U kunt een voedselbol zien, die is gecompacteerd en omgeven door een atrofisch membraan. Achter de voedselbol ziet u een fecale pellet. We vliegen nu door deze fecale pellet.

Daarna zijn we door de korte intercolon gegaan en betreden we de postcolon. Hier ziet u de grote en karakteristieke microbioom. Ten slotte kunt u hier het binnenoppervlak van de specifieke dierlijke platen zien, vergelijkbaar met een palet.

We verlaten het spijsverteringsstelsel. Nu werpen we een korte laatste blik op de exterieure ventrale zijde van het dier en bekijken we de anale platen, de AAL-platen en de genitaliënplaten.