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Digitalización de preparaciones: el primer paso hacia la
microscopía virtual
-Curso de Microscopía Virtual, Telepatología, e Informática Médica –
Nov.2011 Jaime García Balién
Confidential
Server
Virtual
Microscopy
Microscopía Virtual: Concepto
Método Tradicional Patología Digital
Virtual Slide = Digital Slide
= Whole Slide Imaging (WSI)
Confidential
?
?
?
Virtual Slide = Digital Slide
= Whole Slide Imaging (WSI)
Server
Patología Digital
Virtual
Microscopy
Microscopía Virtual: Concepto
?
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Ejemplo: Integración con un sistema LIMS
NDP.serve
image server
Nanozoomer
slide scanner
Slide with barcode
containing reference ID
Slide Printer
Transfers case reference ID Prints reference ID on slide
Moved to scanner
Scanned image file
tagged with
reference ID
Transfer to NDP.serve by
NDP.autocopy
LIMS = Laboratory
information system
NDP.scan scans slide
and store to image
file
Query slide image
based on reference ID
using NDP.serve
Protocol!
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Interés y ventajas de la VM
Obtener una imagen de super-alta resolución en toda la preparación, no solo en una región determinada (WSI)
Necesidad de manejar la preparación de cristal una sola vez, para su escaneado
Mayor comodidad a la hora de trabajar (monitor…)
Evitar el “photobleaching” en preparaciones fluorescentes
Posibilidad de visualizar varias preparaciones al mismo tiempo
Anotaciones y herramientas de análisis automatizado por software
Posibilidad de archivar y organizar las imágenes fácilmente (discos duros, servidores…)
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Microscopía Virtual. Digitalización de preparaciones
Proposed by Hamamatsu…
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Quién es Hamamatsu ?
• Líder mundial en fabricación de sistemas opto-electrónicos
• Más de 2500 empleados
• Ingresos ~ 1,000 Mill. €
• 4 grandes divisiones + CRL (central research lab.)
• >10% de los ingresos netos destinados a R&D cada año
• Red de ventas y servicio técnico en todo el mundo
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Tecnologías & Productos
FRET imaging of protein interaction
Sistemas de
imagen
microscópica y
macroscópica
Cámaras y
sensores CCD,
EM-CCD,
CMOS…
Sistemas de
« screening »
en placa
Escáner para la
digitalización de
preparaciones
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Línea del tiempo. La tecnología del Nanozoomer
1984 Hamamatsu entra en el campo de la Video-microscopía con el sistema C1966 AVEC
1986 Hamamatsu establece y utiliza la tecnologíaTDI para una cámara espacial para observar el cometa Halley
1987 Lanzamiento de la primera cámara CCD refrigerada como una “streak camera”
1996 Lanzamiento de la primera cámara ORCA, cámara pionera en ser de bajo ruido para aplicaciones de “low light imaging”
1997 Hamamatsu entra en el campo de la telepatología con Fairfield Imaging en UK
2003 Se completa el prototipo del “High Speed Slide Scanner”
2005 Lanzamiento del “NanoZoomer Digital Pathology”
2007 NDP: una solución completa
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El objetivo: Whole Slide Imaging
Observación de la preparación a
cualquier magnificación en cualquier
localización
Imagen digital de super-alta
resolución almacenada en el PC
x20
x5
x2.5
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El proceso de escaneado: Hardware
Vamos a considerar dos maneras diferentes básicas para escanear una
preparación:
• 2D scanning (mediante una cámara digital convencional 2D)
• Line scanning (mediante un sensor lineal)
Observemos el “2D scanning” primero:
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Scanning Transferred image
“Buena calidad” pero lento (tiempo
de desplazamiento de la platina +
tiempo de exposición)X N
Montaje de la imagen impreciso
CCD
camera
Método tradicional: cámara CCD 2D
Detector : 2Dimensional CCD Standard microscope + CCD camera + robotic stage
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Transferred Image
Método lineal simple: Scanner
Line sensor
Detector: Line sensor
Special optics + Line sensor + robotic stage
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Ventajas del Método lineal
• Movimiento lineal de velocidad alta y constante, no “stop-and-go”.
• Se reduce el “stitching” ( montaje de la imagen más preciso)
PERO: el rápido movimiento de la platina provoca una reducción en la
calidad de imagen.
Usar un Sensor TDI (Time Delay Integration)
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Sensor Lineal VS Sensor TDI
Line sensor
Sensor & readout
signal Motion of slide
TDI sensor NanoZoomer: 4096x64
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Hamamatsu: “know-how” para la creación de un sensor optimizado
Image sensor (CCD) TDI sensor (CCD)
Line sensor (CCD)
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TDI Technology (3-CCD-TDI)
RedCCD
GreenCCD
BlueCCD
3CCD color sensor (TDI Technology)
Color Line sensor
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Ventajas generales de los Sensores TDI
TDI logra:
• Alta Velocidad
• Alta resolución
• Muy alta calidad de imagen (debido a un amplio rango dinámico
y no 2D “stitching”)
• Posibilidad de utilizar el mismo scanner para fluorescencia a
alta velocidad
• Mecánica robusta y fiable (no se realizan movimientos tipo "stop
& go“ ni se utiliza una lámpara flash)
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Slide Loader 210 slides maximum
Estructura del NanoZoomer
Scanner TDI sensor
Optical system
Robotic Stage
Resolution 0.46 µm/pixel at 20x mode
0.23 µm/pixel at 40x mode
Scan Time Approx.1 min (60 sec). for 15 x 15 mm at 20x mode
Approx. 2.5 min (150 sec). for 15 x 15 mm at 40x mode
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30 slides per cartridge Load Up to 7 cartridges
3 Scanning mode Automatic batch Mode
NanoZoomer HT 2.0:
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NanoZoomer RS 2.0
6 standard slides 2 double-size slides
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Interface simple e intuitiva
Software NDP.Scan de control del scanner
- Iconos sencillos y
fáciles de entender
- Modos: Single,
Batch y Semi-auto
- En muy pocos
clics…
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Bright field
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SOLUCIÓN
Escaneo en multiples planos
focales
Z stack scanning
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NAVIGATE THROUGH THE Z STACK WITH NDP VIEWER
+8.0 µm
±0 µm
-4.0 µm
Z stack scanning
SELECT NUMBER OF PLANES AND SPACING FOR SCANNING
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Z-stack image
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Opción de Fluorescencia
- Puede ser añadida en
ambos sistemas
NanoZoomer 2.0 (HT & RS)
- En cualquier momento…
- Sin necesidad de cambiar el
sensor
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Opción de Fluorescencia
Excitation
filter-wheel
(6 positions)
Emission
filter-wheel
(5 positions)
1 or 2 filter-
cube position
(for DM)
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Opción de Fluorescencia
▪ Special optic design – Limited bleaching
▪ Filter-cubes and filter-wheels
▪ Possibility to scan:
- Up to 3 colors simultaneously
- Up to 6 colors sequentially
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Fluorescence option
Mouse Kidney Section
FluoCells Prepared Slide #3 (iInvitrogen)
Alexa Fluor 488 Wheat Germ Agglutinin (W-11261)
Alexa Fluor 568 Phalloidin (A-12380)
DAPI (D-1306)
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Ventajas generales del Nanozoomer
• Alta velocidad y excelente calidad de imagen (tecnología TDI)
• Excelente funcionalidad mecánica. Requiere poco mantenimiento
• Permite el escaneado de hasta 210 preparaciones de manera
totalmente automática
• Fácil de usar
• Integración con diferentes entornos de trabajo (LIMS y otros softwares)
• Soporte técnico local
• Lector de código de barras standard en 1D y 2D
• Multi-Z-layers scanning (permite un “enfoque virtual”)
• Opción de fluorescencia disponible
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Gracias por su atención!
NanoZoomer Information
www.nanozoomer.com
NanoZoomer Demo Site
www.nanozoomer.jp
Hamamatsu Photonics Web Site