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蔡司Axio Scan.Z1全自动数字玻片扫描系统的应用_图文
2024年3月21日发(作者：接硕)
第
37
卷第
4
期
2019
年
7
月
影像科学与光化学
Imaging
Science
and
Photochemistry
Vol.
37
No.
4
July,
2019
http
:
//
www.
yxkxyghx.
org
综述与论文
蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动数字玻片
扫描系统的应用
尹
伟
】
，
刘双双
】
，
郑艳榕
2
,
张翔南
2
*
（
1.
浙江大学医学院公共技术平台
，
浙江杭州
310058
；
2.
浙江大学药学院
，
浙江杭州
310058
）
摘要
：
全自动切片扫描技术优势大
，
应用范围广
，
已逐步成为形态学和病理学研究的一种变革
性辅助手段
。
本文介绍了蔡司
Axio
Scan.
Z1
切片扫描系统的配置参数
（
光学系统
、
物镜
、
分辨
率
、
扫描速度
、
相机等
）
和成像特点
，
阐述了蔡司
Axio
Scan.
Z1
在大批量全组织扫描
、
组织病理
学
、
神经生物学等研究领域的重要应用
。
总结了仪器在使用过程中遇到的问题
，
分析了原因并
提出解决方案
，
为科研工作提供更好的共享服务
。
关键词
：
全自动数字玻片扫描技术
；
蔡司
Axio
Scan.
Z1
;
大批量全组织扫描
doi
：
10.
7517/issn
1674-0475.
190302
随着生命科学研究的深入
，
对高通量
、
大视
野
、
大面积样品分析的需求越来越强烈
。
玻片扫
描系统是利用全自动显微镜扫描系统
，
结合虚拟
切片软件
，
将传统玻璃切片进行扫描和无缝拼接,
任意部位任意倍数
（
1
〜
400
倍
）
的观察和图片截
取;一次成像永久保存
，
减少玻片物理损坏或丢
失
，
荧光猝灭等造成切片的信息缺失
。
蔡司的
Axio
Scan.
Z1
是研究级全自动数字
玻片扫描系统
，
是一款集切片自动进样
、
装载
、
扫
最终生成一整张全视野的数字切片
1
,
该文件包
含了组织切片上所有的组织信息
，
使传统物质化
描
、
图像处理
、
图像保存为一体的自动化仪器
。样
品夹采用
“
托盘
”
设计,
Axio
Scan.
Z1
能够做到扫
的载玻片变成新一代数字化病理切片
，
这是对病
理诊断技术划时代的变革
。
配合自动进样
，
可对
大量切片进行明场和荧光图像的分析
。
优势:数
描载玻片上的全部标本区域
，
包括玻片的边缘部
分
。
具有操作自动化
、
运行智能化等特点
，
质量稳
定
、
使用寿命长
、
操作简便,并可对图片进行长期
保存
。
仅需几分钟时间
，
自动校正切片扫描
仪系统便可获得高质量的数字虚拟玻片图像
。
具
字切片系统对切片上组织全景扫描
，
信息全;减少
拍照时视野局限性;扫描速度快，
图片清晰;科研
人员可脱离显微镜,在电脑上即可实现组织切片
2019-03-27
，
2019-04-24
2019
年度浙江省分析测试项目
(LGC19H090001
)
*
通讯作者
，
E-mail
:
xiangnan_zhang@
324
第
4
期
尹
伟等:蔡司
AxioScanZl
全自动数字玻片扫描系统的应用
325
有全自动明场
、
荧光及偏振光玻片扫描功能
，
快速
1.6
软件
又可靠
，
一次可扫描多达
100
张常规玻片
。
下面
介绍该系统的配置参数及成像特点
。
ZEN
slidescan
软件模块专用于拍摄虚拟切
片
，
同时
ZEN
软件图像分析工具为研究人员提供
精准数据
。
ZEN
Lite
软件包括编辑和浏览虚拟切
1
配置参数
1.1
自动玻片进样系统
单次装载数量不小于
100
片
，
可连续追加自
片图像的功能
，
可使用总览图导航到感兴趣的区
域,追踪任何看过的地方
。
使用圆形
、
矩形
、
线条
、
箭头
、
文本
、
轮廓图等对图像进行标注
。
可处理
CZI
、
TIFF
、
JPEG
、
PNG
和
GIF
等格式的图片
，
实
动扫描
。
托盘式样品夹
（
可适用于
3
种玻片规格:
26
mmY76
mm
，
52
mmY76
mm
，
102
mm
Y
76
mm
）
。
适应各种不同标本
，
包括人脑
、
猴脑等
超大尺寸玻片
。
12
主机采用箱体式设计
，
结构紧凑
，
箱式结构对
玻片起较好的保护作用
，
系统校准简单
、
易操作
。
1.3
物镜
Plan-Apochromat
复消色差物镜
10
X
，
数值
孔径
NA=
0.
45,
分辨率
0.
44
$
m/pixel
；
20
X
,
数
值孔径
NA=0.
8,
分辨率
0.
22
$
m/pixel
；
40X
,
数
径
NA
=0
95
，
率
0
11
$
m
/
pixel
，
Fluar
（
25X
，
5X
）
）
1.4
照明
透射光光源:
LED
（
波长范围
400
〜
700
nm
，
最高亮度
460
nm
）
；
荧光光源
：
365
、
385
、
420
、
445
、
470
、
505
、
530
、
590
、
615
、
625
nm
等
。
利用斜照明
查找焦平面的位置
，
环形光阑照明方式
，
显著降低
光漂白
，
确保对样本提供最大限度的保护
。
滤片
转盘:
10
位带
ACR
（
自动组件识别功能
）的滤片或
6
位高速激发滤片转盘;
6
位高速分光滤片转盘;
6
位高速发射滤片转盘
。
1.
5
双相机
明场扫描用高色彩还原
3
芯片
CCD
相机
（
型
号
：
Hitachi
HV
F202SCL
）
,
1600
X
1200
像素有更
好的色彩还原
。
荧光扫描用高灵敏
SCOMS
单色
照相机
（
型号:
Hamamatsu
Flash
4.
0
）
,
可提供高
速度
（
4MP
）
高灵敏度高动态范围图像扫描
（
16
bit,
100
fps
）
。
现更大兼容性及共享虚拟显微图像
。
从视图菜单
中或图库中选择
2D
模式和直方图模式
，
还可以对
单个或批量图像进行锐化
、
模糊
、
几何函数和颜色
调整处理
。
2
成像特点
21
明
以
20X
物镜
，
标准
26
mm
X
76
mm
玻片为
例
，
在薄片样品尺寸为
15
mmX
15
mm,
分辨率
0.
22
$
m/pixel
条件下
，
扫描得到薄片的概览图和
明场图像的时间约为
4
min
。
2.2
荧光成像
对于多通道荧光成像来说
，
速度和光照柔和
是最重要的
。
使用
Axio
Scan.
Z1
的标准荧光滤
色块,可获取最多达
9
个荧光通道的样本图像
。
或可使用
3
个同步高速运转的滤片转轮用于激
发
、
分光和发射。
荧光通道之间切换为
50
ms,
无
需使用三通或四通发射滤色片
。
具有独特的
Ring
aperture
contrast
成像模式,在荧光扫描时可以快
速进行聚焦地形图设置
。
2.
3
LED
光源
Colibri2LED
光
光
柔和
，
本的
降至更低
。
2.4
层扫及景深扩展
具有
z-stack
及景深扩展功能
，
且无层数限
制
。
25
可在毫秒内转换激发的波长
,
当使用三通或
326
影像科学与光化学
第
37
卷
四通滤片时,光路中不会有任何机械部件的移动
。
究
，
将不同的显微技术进行优化
,
节省大量时间和
2.6
自动识别和校准
自动识别扫描区域并校准
，
从几何校准到色
资源'
516
(
。
在实际使用中
，
我们用蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫描系统
，
拍摄到荧光脑片
、
荧光肠切片
、
明场肾脏组织切片
、
明场尼氏染色脑
切片的完整成像图片及细节放大图片
，
如图
1
〜
5
差校准
，
数字虚拟玻片图像可以在任何时间准确
地重现
。
2.7
批量扫描
可批量设置扫描条件
(profile)
，
真正为高通量
所示
。
31
荧光脑片
扫描设计
。
样本类型:荧光脑片
。
通过脑立体定位注射
技术,在小鼠下丘脑腹内侧核区和前脑内侧束区
3
蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫
同时注射带绿色荧光蛋白和红色荧光蛋白的
的应用
目前
，
蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫描系
统应用广泛
，
如阿尔茨海默病的发病机
2
、
神经科
AAV
腺相关蛋白
。
灌流取脑
，
冰冻切
30
$皿脑
片
，
复染
DAPI
标记细胞核后
！
占片观察
。
物
镜:
Plan-Apochromat
10
X
物镜
(NA
=
0.
45)
；
拍
摄参数:
FL
Red-30
ms
、
FL
Green-50
ms
、
FL
Blue-
学
、
植物生物学
、
发育生物学
、
免疫学
、
毒理学
，
以
及荧光原位杂交
、
偏振扫描等应用'
12
(
。
Dyment
5
ms
。
利用
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫描系统
及多色成像功能获得整张脑片的大视野拼图
！
吉
等将其应用于矿化组织的高通量
，
多图像冷
冻组织学研究
，还可用于高通量研究及预实验研
合病毒示踪技术
，
感染不同类型的神经元,实现某
特定脑区的功能性研究
。
具体效果见图
1
)
81
縮
Axio
Plan-Apochromat
10x/0.45
M27
Channel
1
Channel
2
Fluorescence
Fluorescence
100D0%
10000%
Alexa
Fluor488
Channel
3
Fluorescence
100.00%
Rhodamine
■
go
长
就时间
353
558
575
Orca
Flash
4.0
Orca
Flash
4.0
Orca
Flash
4.0
lx
Camera
Adapter
lx
Camera
Adapter
lx
Camera
Adapter
50
ms
U1,1
1,1
图
1
荧光脑片图
(10X
)
Fluorescence
brain
slice
(10
X)
第
4
期
尹
伟等:蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动数字玻片扫描系统的应用
327
3.2
荧光肠切片
样本类型
：
荧光肠切片
。
拍摄物镜
：
Pan-
33
光
本
：
光
）
镜
：
Plan
Apochromat
20X
物镜
（
NA=0.
8
）
；
拍摄参数
：
FL
Red-
10
ms
、
FL
Green-10ms
、
FL
Blue-5
ms
。
用
全自动切片扫描系统及多色成像功能
，
获得小肠
Apochromat
20X
物镜
（
NA=0.
8
）
,
拍摄参数:
FL
Red-1
ms
、
FL
Green-5
ms
、
FL
Blue-5
ms
。
用全
自动切片扫描系统获得荧光脑切片的大视野拼
切片的大视野拼图
，
并就感兴趣的区域进行放大!
具体效果见图
2
。
图,并就感兴趣的区域海马区放大拍摄
!
具体效果
3
）
图
2
荧光肠切片图
(20X
)
Fluorescenceintestinalsection
$20X
)
图
3
光
(
20X
)
Fluorescencebrainslice
(
20X
)
328
影像科学与光化学
第
37
卷
3.4
明场肾脏组织切片
数:
TL
曝光时间
200
$
s
。
利用全自动切片扫描系
统明场拍摄
，
获得
样本类型
：
明场肾脏组织切片
。
拍摄物镜
：
组织切片的大视野拼图及
Plan-Apochromat
20X
物镜
（
NA=0.
8
）
；
拍摄参
感兴趣区域细节图
，
具体效果见图
4
。
图
4
明场肾脏组织切片
(20X
)
Bright
field
renal
tissue
section
(20
X)
3.5
明场尼氏染色脑切片
数:
TL
曝光时间
200
$s
；
利用全自动切片扫描系
统明场拍摄,获得尼氏染色脑切片的大视野拼图
样本类型
：
明场尼氏染色脑切片
。
拍摄物镜:
Plan-Apochromat
20
X
物镜
（
NA=
0.
8
）
；
拍摄参
及感兴趣区域细节图
，
具体效果见图
5
。
图
5
场
氏
(20X
)
BrightfieldFrannaNisslbrainslice
(
20X
)
第
4
期
尹
伟等:蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动数字玻片扫描系统的应用
lOx/O.45
20x/0.8
329
4
仪器使用过程中的常见问题.原因
分析及解决方案
4.
1
问题
一
明场下
，
无法准确找到焦距
。
54
张明场片子!
总共
285
张脑片
，
有
83
张脑片无法找到正确的焦
平面
，
找焦准确度只有
71%
。
原因可能是:经测试
后发现在玻璃片上有一层用于固定脑片的明胶
(图
6
%
明胶层在粗调焦时被检测到
，
并被系统认
为是信号进行扫描
。
而明胶层和脑片信号的距离
约为
100
$
m
。
解决方案
：
因无法避免明胶层和不
同厚度的
影响
，
需要针对每张片子调整粗调
范围
。
图
6
明胶层
Gelatin
layer
4.
2
问题二
20X
(NA=0.
8)
物镜成像效果没有
10X
(NA
=
0.45)
物镜效果好(图
7
)
。
原因可能是
10X
物
镜的焦深比
20X
的更大
。
解决方案:使用
10X
的
物镜
。
43
问题
40X/0.
95
物镜拍摄效果不佳(图
8
%
原因
可能是
40
X
物镜对于封片剂的折射率和玻片的厚
度较为敏感
。
解决方案
：
尝试使用
20X/0.
8
物
镜
。
图
7
10X
物镜与
20X
物镜的成像对比图
Imaging
contrast
picture
of
10
X
objective
lens
and
20
X
objective
lens
图
8
40X
物镜
(NA=0.
95)
成像效果图
40
Xobjective
lens
(NA=0.
95
)
imaging
figure
5
结语
全自动切片扫描技术优势巨大,应用范围广,
已逐步成为形态学研究和病理学的一种变革性辅
助手段
。
蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫描系
统使用频率较高
，
能实现全自动化扫描
。
对于样
本数量较大的用户
，
极大地节省了时间成本和人
力
。
仪器的机箱式设计能保证整个系统的稳定
性
，
避免因外界环境引起的扫描问题
。
拍摄同批
次的玻片
，
因均设置相同的
“
Profile
”
,
能保证所有
样本的参数一致性
。
但是,使用过程中存在一个
较大的问题:对于制片较脏或不佳的样本
，
找不到
330
影
像
科
学
与
光
化
学
ports
!
2017
!
7
：
40573
第
37
卷
正确的焦平面
。
这是因为该仪器是全自动化的扫
描方式
，
不存在手动对焦的策略
，
不能人为地调整
[
7
(
ChaM
!
UmS
W
!
Kwon
M
!
Nam
TS
!
LeeB
H
Repetitive
焦平面
。
此外
，
由于玻片的厚度及样本均存在差
motorcortexstimulationreinforcesthepain
modulationcir-
异
，
使用相同的参数设置不利于系统准确找到焦
平面
。
根据拍摄经验
，
针对一些不容易找到焦平
cuitsofperipheralneuropathicpain
[
J
(
ScientificReports
!
2017
!
7
(
1
)
7986
[
8
(
RousseauD
!
WidiezT
!
TommasoSD
!
RositiH
!
AdrienJ
!
面的样本
，
我们建议通过控制粗调焦的范围
，
采取
MaireE
!
Langer
M
!
OlivierC
!
Peyrin
F
!
Rogowsky
P
FastvirtualhistologyusingX-rayin-linephasetomography
：
增加聚焦点个数
，
进行调整拍摄
)
参考文献
：
张国荣
，
李丽
，
王文奇.数字切片在组织学实验教学中的应
用实验室研究与探索
,2017
,
36(6
)
：
216-218.
Zhang
G
R
，
Li
L,
Wang
W
Q
Applications
of
digital
slices
in
histology
experiment
teaching]
J(.
Laboratory
Research
and
Exploration
，
2017
，
36(
6)
：
216-21
&
[2(
Aya
M
，
Thrasivoulou
C,
Henrique
R
，
Millar
M
，
Hamblin
R
，
Davda
R
，
Aare
K
,
Masters
J
R
，
Thomson
C
，
Muneer
A
，
Patel
HRH
，
Ahmed A.
Targets
of
Wnt/B-catenin
tran
scription
in
penile
carcinoma
[J],
Pios
One
，
2015,
10(
4)
：
e0124395.
[3
(
Tian
L
,
Goldstein
A
,
Wang
H
,
Ching
Lo
H
,
Sun
Kim
I
,
Welte
T
,
Sheng
K
,
Dobrolecki
LE
,
Zhang
X
,
Putlmi
N
,
Phung
T
L
,
Mani
S
A
,
Stossi
F
,
Sreekumar
A
,
Mancini
M
A
,
Decker
W
K
,
Zong
C,Lewis
M
T
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Zhang
X
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Mutual
regulation
of
tumour
vessel
normalization
and
immunostimu
latory
reprogramming[J(.
Nature,
2017,
544(
13)
：
250
-
254'
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SaulL
,
IlievaK
M
,
BaxHJ
,
KaragiannisP
,
CorreaI
,
Ro-
driguez-Hernandez
I
,
Josephs
D
H
,
Tosi
I
,
Egbuniwe
I
U
,
LombardiS
!
CrescioliS
!
HobbsC
!
Vi
l
anovaF
!
CheungA
!
GehJLC
!
HealyC
!
HarriesM
!
Sanz-MorenoV
!
FearDJ
!
Spicer
J
F
,
Lacy
K
E
,
Nestle
F
O
,
Karagiannisa
S
N.
IgG
subclassswitchingandclonalexpansionincutaneous
mela
noma
and
normal
skin[J(.
Scientifcc
ReporSs
,
2016,
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29736
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5
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DoyleWI
!
DinserJA
!
CanslerHL
!
ZhangXJ
!
DinhDD
!
BrowderNS
!
RiddingtonIM
!
MeeksJP
Faecalbileacids
arenaturalligandsofthemouseaccessoryolfactorysystem
[J
(
.
Nature
Communications
,
2016
,
7
:
11936.
[
6
(
AdilM
M
!
RodriguesG
M
!
KulkarniR
U
!
RaoAT
!
Cher-
navskyNE
!
Mi
l
erE
W
!
Scha
f
erD
V
E
f
icientgeneration
ofhPSC-derivedmidbraindopaminergicneuronsinafu
l
yde-
fined,
scalable,
3D
biomaterial
platform'].
Scientific
Re-
applicationtothe3Danatomyofmaizedevelopingseeds
[
J
(
Plant
Methods
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2015
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11
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55.
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9
(
BinBH
!
BhinJ
!
TakaishiM
!
ToyoshimaKE
!
KawamataS
!
Ito
K
,
Hara
T
,
Watanabe
T
,
Irie
T
,
Takagishi
T
,
Lee
S
H
!
JungH
S
!
RhoS
!
SeoJ
!
ChoiD
H
!
HwangD
!
Koseki
H
,
Ohara
O
,
Sano
S
,
Tsuji
T
,
Mishima
K
,
Fukada
T.
Re
quirement
of
zinc
transporter
ZIP
10
for
epidermal
develop-
ment
：
ImplicationoftheZIP10-p63axisinepithelialhomeo-
stasis[J(,
Proc
Natl
Acad
Sci
USA
,
2017
,
114(
46)
:
12243
-
12248'
[10
(
Bjarnadottir
K,
Benkhoucha
M,
Merkler
D
,
Weber
M
S
,
Payne
N
L
!
Bernard
C
C
A
!
MolnarfiN
!
LaliveP
H'B
cell-derived
transforming
growth
factor-%1
expression
lim-
itstheinductionphaseofautoimmuneneuroinfammation
[
J
(
.
ScientificReports
!
2016
!
6
：
34594.
[11
(
Sacchetti
C
,
Bai
Y
,
Stanford
S
M
,
Di
Benedetto
P
,
Cipri
ani
P,
Santelli
E,
Piera-Velazquez
S,
Chernitskiy
V,
KiossesW
B
!
CeponisA
!
Kaes9nerK
H
!
BoinF
!
Jimenez
SA
!
Giacome
l
iR
!
ZhangZ
Y
!
Bo
4A1pro-
motes
TGF%
signaling
and
fibrosis
in
systemic
sclerosis[J(.
Nature
Communications
,
2017,
8
:
1060.
[
12
(
Be
l
LCK
!
Po
l
araG
!
PascoeM
!
TomlinsonGS
!
Lehloe-
nyaRJ
!
RoeJ
!
MeldauR
!
Mi
l
erRF
!
RamsayA
!
Chain
B
M
!
DhedaK
!
NoursadeghiM'InvivoMolecularDissec-
tionofthe
E
f
ectsof
HIV-1inactivetuberculosis
[
J
(
'
PLOS
Pathogens
,
2016
,
12(
3
)
：
e1005469,
[
13
(
DymentN
A
!
BreidenbachAP
!
SchwartzA
G
!
Russe
l
R
P
!
AschbacherS
!
Liu
H
!
HagiwaraY
!
JiangR
L
!
Tho-
mopoulosS
!
Butler
D
L
!
Rowe
D
W'Gdf5progenitors
give
rise
to
fibrocartilage
cells
that
mineralize
ia
hedgehog
signaling
to
form
the
zonal
enthesis[J(.
De-eelopmental
B--
ology
!
2015
!
405
(
1
):
96-107.
[
14
(
DymentN
A
!
JiangX
!
ChenL
!
HongS
H
!
AdamsDJ
!
Ackert-Bickne
l
C
!
ShinD
G
!
RoweD
-through-
put
!
multi-imagecryohistologyofmineralizedtissues
[
J
(
.
第
4
期
尹
伟等:蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动数字玻片扫描系统的应用
331
Journal
of
Visualized
Experiments
Jove
,
2016
,
115
：
bly
require
EHDl/EHD3-dependent
ciliary
vesicle
forma-
tion[J],
Nature
Cell
Biology
,
2015
,
17(
3)
：
228-240,
e54468'
[15
(
Lu
Q
L
,
Insinna
C
,
Ott
C
,
Stauffer
J
,
Pintado
P
A
,
Ra-
[16
(
Zingue
D
,
Weber
P
,
Soltani
F
,
Raoult
D
,
Drancourt
M.
hajeng
J
,
Baxa
U
,
Walia
V
,
Cuenca
A
,
Hwang
Y
S
,
Daar
I
O
,
Lopes
S
,
Lippincott-Schwartz
J
,
Jackson
P
K
,
Cap
lan
S
,
Westlake
C
J.
Early
steps
in
primary
cilium
assem
Automatic
microscopicdetection
of
mycobacteriainspu-
tum
：
a
proof-of-concept
[J
(
.
Scientific
ReporSs
,
2018
,
8
(
1
)
：
11308
The
Applications
of
Zeiss
Axio
Scan.
Z1
Automatic
Digital
Slide
Scanning
System
YIN
Wei
1
,
LIU
Shuangshuang
,
ZHENG
Yanrong
,
ZHANG
Xiangnan"
(1.
The
Core
Facilitiss
,
Zhejiang
University
School
of
Medicine
,
Zhejiang
University
,
Hangzhou
310058
,
Zhejiang
,
P.
R.
China
,
2.
College
of
Pharmaceutical
Sciences
,
Zhejiang
University
,
Hangzhou
310058
,
Zhejiang
,
P.
R.
China
)
Abstract
:
The
full-automatic
slice
scanning
technology
has
great
advantages
and
wide
application
scope
,
and
gradua
l
ybecome:a
revolutionaryauxiliarymean:for
morphological
andpathological
re:
thi:paper
the
configuration
parameters
(optical
system
,
objective
lens
,
resolution
,
scanning
speed
,
camera
,
etc.
)
and
imaging
characteristics
of
Zeiss
Axio
Scan.
Z1
slice
scanning
system
are
introduced
,
and
the
important
applicationsofZeissAxioScan)Z1inlarge-scalewholetissuescanning
histopathology
neurobiologyandother
research
fields
are
expounded)This
paper
summarizes
the
problems
encountered
during
the
use
ofthe
nstrument
analyzesthepossiblecauses
andputsforwardthesolutionstoensurethattheinstrumentprovides
be
t
ersharingservicesforscientificresearch)
Key
words
:
full-automatic
slice
scanning
technology
；
Zeiss
Axio
Scan.
Z1
；
large-scale
whole
tissue
scanning
Corresponding
author
,
E-mail
:
xiangnan_zhang@zju,
edu.
cn
2024年3月21日发(作者：接硕)
第
37
卷第
4
期
2019
年
7
月
影像科学与光化学
Imaging
Science
and
Photochemistry
Vol.
37
No.
4
July,
2019
http
:
//
www.
yxkxyghx.
org
综述与论文
蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动数字玻片
扫描系统的应用
尹
伟
】
，
刘双双
】
，
郑艳榕
2
,
张翔南
2
*
（
1.
浙江大学医学院公共技术平台
，
浙江杭州
310058
；
2.
浙江大学药学院
，
浙江杭州
310058
）
摘要
：
全自动切片扫描技术优势大
，
应用范围广
，
已逐步成为形态学和病理学研究的一种变革
性辅助手段
。
本文介绍了蔡司
Axio
Scan.
Z1
切片扫描系统的配置参数
（
光学系统
、
物镜
、
分辨
率
、
扫描速度
、
相机等
）
和成像特点
，
阐述了蔡司
Axio
Scan.
Z1
在大批量全组织扫描
、
组织病理
学
、
神经生物学等研究领域的重要应用
。
总结了仪器在使用过程中遇到的问题
，
分析了原因并
提出解决方案
，
为科研工作提供更好的共享服务
。
关键词
：
全自动数字玻片扫描技术
；
蔡司
Axio
Scan.
Z1
;
大批量全组织扫描
doi
：
10.
7517/issn
1674-0475.
190302
随着生命科学研究的深入
，
对高通量
、
大视
野
、
大面积样品分析的需求越来越强烈
。
玻片扫
描系统是利用全自动显微镜扫描系统
，
结合虚拟
切片软件
，
将传统玻璃切片进行扫描和无缝拼接,
任意部位任意倍数
（
1
〜
400
倍
）
的观察和图片截
取;一次成像永久保存
，
减少玻片物理损坏或丢
失
，
荧光猝灭等造成切片的信息缺失
。
蔡司的
Axio
Scan.
Z1
是研究级全自动数字
玻片扫描系统
，
是一款集切片自动进样
、
装载
、
扫
最终生成一整张全视野的数字切片
1
,
该文件包
含了组织切片上所有的组织信息
，
使传统物质化
描
、
图像处理
、
图像保存为一体的自动化仪器
。样
品夹采用
“
托盘
”
设计,
Axio
Scan.
Z1
能够做到扫
的载玻片变成新一代数字化病理切片
，
这是对病
理诊断技术划时代的变革
。
配合自动进样
，
可对
大量切片进行明场和荧光图像的分析
。
优势:数
描载玻片上的全部标本区域
，
包括玻片的边缘部
分
。
具有操作自动化
、
运行智能化等特点
，
质量稳
定
、
使用寿命长
、
操作简便,并可对图片进行长期
保存
。
仅需几分钟时间
，
自动校正切片扫描
仪系统便可获得高质量的数字虚拟玻片图像
。
具
字切片系统对切片上组织全景扫描
，
信息全;减少
拍照时视野局限性;扫描速度快，
图片清晰;科研
人员可脱离显微镜,在电脑上即可实现组织切片
2019-03-27
，
2019-04-24
2019
年度浙江省分析测试项目
(LGC19H090001
)
*
通讯作者
，
E-mail
:
xiangnan_zhang@
324
第
4
期
尹
伟等:蔡司
AxioScanZl
全自动数字玻片扫描系统的应用
325
有全自动明场
、
荧光及偏振光玻片扫描功能
，
快速
1.6
软件
又可靠
，
一次可扫描多达
100
张常规玻片
。
下面
介绍该系统的配置参数及成像特点
。
ZEN
slidescan
软件模块专用于拍摄虚拟切
片
，
同时
ZEN
软件图像分析工具为研究人员提供
精准数据
。
ZEN
Lite
软件包括编辑和浏览虚拟切
1
配置参数
1.1
自动玻片进样系统
单次装载数量不小于
100
片
，
可连续追加自
片图像的功能
，
可使用总览图导航到感兴趣的区
域,追踪任何看过的地方
。
使用圆形
、
矩形
、
线条
、
箭头
、
文本
、
轮廓图等对图像进行标注
。
可处理
CZI
、
TIFF
、
JPEG
、
PNG
和
GIF
等格式的图片
，
实
动扫描
。
托盘式样品夹
（
可适用于
3
种玻片规格:
26
mmY76
mm
，
52
mmY76
mm
，
102
mm
Y
76
mm
）
。
适应各种不同标本
，
包括人脑
、
猴脑等
超大尺寸玻片
。
12
主机采用箱体式设计
，
结构紧凑
，
箱式结构对
玻片起较好的保护作用
，
系统校准简单
、
易操作
。
1.3
物镜
Plan-Apochromat
复消色差物镜
10
X
，
数值
孔径
NA=
0.
45,
分辨率
0.
44
$
m/pixel
；
20
X
,
数
值孔径
NA=0.
8,
分辨率
0.
22
$
m/pixel
；
40X
,
数
径
NA
=0
95
，
率
0
11
$
m
/
pixel
，
Fluar
（
25X
，
5X
）
）
1.4
照明
透射光光源:
LED
（
波长范围
400
〜
700
nm
，
最高亮度
460
nm
）
；
荧光光源
：
365
、
385
、
420
、
445
、
470
、
505
、
530
、
590
、
615
、
625
nm
等
。
利用斜照明
查找焦平面的位置
，
环形光阑照明方式
，
显著降低
光漂白
，
确保对样本提供最大限度的保护
。
滤片
转盘:
10
位带
ACR
（
自动组件识别功能
）的滤片或
6
位高速激发滤片转盘;
6
位高速分光滤片转盘;
6
位高速发射滤片转盘
。
1.
5
双相机
明场扫描用高色彩还原
3
芯片
CCD
相机
（
型
号
：
Hitachi
HV
F202SCL
）
,
1600
X
1200
像素有更
好的色彩还原
。
荧光扫描用高灵敏
SCOMS
单色
照相机
（
型号:
Hamamatsu
Flash
4.
0
）
,
可提供高
速度
（
4MP
）
高灵敏度高动态范围图像扫描
（
16
bit,
100
fps
）
。
现更大兼容性及共享虚拟显微图像
。
从视图菜单
中或图库中选择
2D
模式和直方图模式
，
还可以对
单个或批量图像进行锐化
、
模糊
、
几何函数和颜色
调整处理
。
2
成像特点
21
明
以
20X
物镜
，
标准
26
mm
X
76
mm
玻片为
例
，
在薄片样品尺寸为
15
mmX
15
mm,
分辨率
0.
22
$
m/pixel
条件下
，
扫描得到薄片的概览图和
明场图像的时间约为
4
min
。
2.2
荧光成像
对于多通道荧光成像来说
，
速度和光照柔和
是最重要的
。
使用
Axio
Scan.
Z1
的标准荧光滤
色块,可获取最多达
9
个荧光通道的样本图像
。
或可使用
3
个同步高速运转的滤片转轮用于激
发
、
分光和发射。
荧光通道之间切换为
50
ms,
无
需使用三通或四通发射滤色片
。
具有独特的
Ring
aperture
contrast
成像模式,在荧光扫描时可以快
速进行聚焦地形图设置
。
2.
3
LED
光源
Colibri2LED
光
光
柔和
，
本的
降至更低
。
2.4
层扫及景深扩展
具有
z-stack
及景深扩展功能
，
且无层数限
制
。
25
可在毫秒内转换激发的波长
,
当使用三通或
326
影像科学与光化学
第
37
卷
四通滤片时,光路中不会有任何机械部件的移动
。
究
，
将不同的显微技术进行优化
,
节省大量时间和
2.6
自动识别和校准
自动识别扫描区域并校准
，
从几何校准到色
资源'
516
(
。
在实际使用中
，
我们用蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫描系统
，
拍摄到荧光脑片
、
荧光肠切片
、
明场肾脏组织切片
、
明场尼氏染色脑
切片的完整成像图片及细节放大图片
，
如图
1
〜
5
差校准
，
数字虚拟玻片图像可以在任何时间准确
地重现
。
2.7
批量扫描
可批量设置扫描条件
(profile)
，
真正为高通量
所示
。
31
荧光脑片
扫描设计
。
样本类型:荧光脑片
。
通过脑立体定位注射
技术,在小鼠下丘脑腹内侧核区和前脑内侧束区
3
蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫
同时注射带绿色荧光蛋白和红色荧光蛋白的
的应用
目前
，
蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫描系
统应用广泛
，
如阿尔茨海默病的发病机
2
、
神经科
AAV
腺相关蛋白
。
灌流取脑
，
冰冻切
30
$皿脑
片
，
复染
DAPI
标记细胞核后
！
占片观察
。
物
镜:
Plan-Apochromat
10
X
物镜
(NA
=
0.
45)
；
拍
摄参数:
FL
Red-30
ms
、
FL
Green-50
ms
、
FL
Blue-
学
、
植物生物学
、
发育生物学
、
免疫学
、
毒理学
，
以
及荧光原位杂交
、
偏振扫描等应用'
12
(
。
Dyment
5
ms
。
利用
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫描系统
及多色成像功能获得整张脑片的大视野拼图
！
吉
等将其应用于矿化组织的高通量
，
多图像冷
冻组织学研究
，还可用于高通量研究及预实验研
合病毒示踪技术
，
感染不同类型的神经元,实现某
特定脑区的功能性研究
。
具体效果见图
1
)
81
縮
Axio
Plan-Apochromat
10x/0.45
M27
Channel
1
Channel
2
Fluorescence
Fluorescence
100D0%
10000%
Alexa
Fluor488
Channel
3
Fluorescence
100.00%
Rhodamine
■
go
长
就时间
353
558
575
Orca
Flash
4.0
Orca
Flash
4.0
Orca
Flash
4.0
lx
Camera
Adapter
lx
Camera
Adapter
lx
Camera
Adapter
50
ms
U1,1
1,1
图
1
荧光脑片图
(10X
)
Fluorescence
brain
slice
(10
X)
第
4
期
尹
伟等:蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动数字玻片扫描系统的应用
327
3.2
荧光肠切片
样本类型
：
荧光肠切片
。
拍摄物镜
：
Pan-
33
光
本
：
光
）
镜
：
Plan
Apochromat
20X
物镜
（
NA=0.
8
）
；
拍摄参数
：
FL
Red-
10
ms
、
FL
Green-10ms
、
FL
Blue-5
ms
。
用
全自动切片扫描系统及多色成像功能
，
获得小肠
Apochromat
20X
物镜
（
NA=0.
8
）
,
拍摄参数:
FL
Red-1
ms
、
FL
Green-5
ms
、
FL
Blue-5
ms
。
用全
自动切片扫描系统获得荧光脑切片的大视野拼
切片的大视野拼图
，
并就感兴趣的区域进行放大!
具体效果见图
2
。
图,并就感兴趣的区域海马区放大拍摄
!
具体效果
3
）
图
2
荧光肠切片图
(20X
)
Fluorescenceintestinalsection
$20X
)
图
3
光
(
20X
)
Fluorescencebrainslice
(
20X
)
328
影像科学与光化学
第
37
卷
3.4
明场肾脏组织切片
数:
TL
曝光时间
200
$
s
。
利用全自动切片扫描系
统明场拍摄
，
获得
样本类型
：
明场肾脏组织切片
。
拍摄物镜
：
组织切片的大视野拼图及
Plan-Apochromat
20X
物镜
（
NA=0.
8
）
；
拍摄参
感兴趣区域细节图
，
具体效果见图
4
。
图
4
明场肾脏组织切片
(20X
)
Bright
field
renal
tissue
section
(20
X)
3.5
明场尼氏染色脑切片
数:
TL
曝光时间
200
$s
；
利用全自动切片扫描系
统明场拍摄,获得尼氏染色脑切片的大视野拼图
样本类型
：
明场尼氏染色脑切片
。
拍摄物镜:
Plan-Apochromat
20
X
物镜
（
NA=
0.
8
）
；
拍摄参
及感兴趣区域细节图
，
具体效果见图
5
。
图
5
场
氏
(20X
)
BrightfieldFrannaNisslbrainslice
(
20X
)
第
4
期
尹
伟等:蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动数字玻片扫描系统的应用
lOx/O.45
20x/0.8
329
4
仪器使用过程中的常见问题.原因
分析及解决方案
4.
1
问题
一
明场下
，
无法准确找到焦距
。
54
张明场片子!
总共
285
张脑片
，
有
83
张脑片无法找到正确的焦
平面
，
找焦准确度只有
71%
。
原因可能是:经测试
后发现在玻璃片上有一层用于固定脑片的明胶
(图
6
%
明胶层在粗调焦时被检测到
，
并被系统认
为是信号进行扫描
。
而明胶层和脑片信号的距离
约为
100
$
m
。
解决方案
：
因无法避免明胶层和不
同厚度的
影响
，
需要针对每张片子调整粗调
范围
。
图
6
明胶层
Gelatin
layer
4.
2
问题二
20X
(NA=0.
8)
物镜成像效果没有
10X
(NA
=
0.45)
物镜效果好(图
7
)
。
原因可能是
10X
物
镜的焦深比
20X
的更大
。
解决方案:使用
10X
的
物镜
。
43
问题
40X/0.
95
物镜拍摄效果不佳(图
8
%
原因
可能是
40
X
物镜对于封片剂的折射率和玻片的厚
度较为敏感
。
解决方案
：
尝试使用
20X/0.
8
物
镜
。
图
7
10X
物镜与
20X
物镜的成像对比图
Imaging
contrast
picture
of
10
X
objective
lens
and
20
X
objective
lens
图
8
40X
物镜
(NA=0.
95)
成像效果图
40
Xobjective
lens
(NA=0.
95
)
imaging
figure
5
结语
全自动切片扫描技术优势巨大,应用范围广,
已逐步成为形态学研究和病理学的一种变革性辅
助手段
。
蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动切片扫描系
统使用频率较高
，
能实现全自动化扫描
。
对于样
本数量较大的用户
，
极大地节省了时间成本和人
力
。
仪器的机箱式设计能保证整个系统的稳定
性
，
避免因外界环境引起的扫描问题
。
拍摄同批
次的玻片
，
因均设置相同的
“
Profile
”
,
能保证所有
样本的参数一致性
。
但是,使用过程中存在一个
较大的问题:对于制片较脏或不佳的样本
，
找不到
330
影
像
科
学
与
光
化
学
ports
!
2017
!
7
：
40573
第
37
卷
正确的焦平面
。
这是因为该仪器是全自动化的扫
描方式
，
不存在手动对焦的策略
，
不能人为地调整
[
7
(
ChaM
!
UmS
W
!
Kwon
M
!
Nam
TS
!
LeeB
H
Repetitive
焦平面
。
此外
，
由于玻片的厚度及样本均存在差
motorcortexstimulationreinforcesthepain
modulationcir-
异
，
使用相同的参数设置不利于系统准确找到焦
平面
。
根据拍摄经验
，
针对一些不容易找到焦平
cuitsofperipheralneuropathicpain
[
J
(
ScientificReports
!
2017
!
7
(
1
)
7986
[
8
(
RousseauD
!
WidiezT
!
TommasoSD
!
RositiH
!
AdrienJ
!
面的样本
，
我们建议通过控制粗调焦的范围
，
采取
MaireE
!
Langer
M
!
OlivierC
!
Peyrin
F
!
Rogowsky
P
FastvirtualhistologyusingX-rayin-linephasetomography
：
增加聚焦点个数
，
进行调整拍摄
)
参考文献
：
张国荣
，
李丽
，
王文奇.数字切片在组织学实验教学中的应
用实验室研究与探索
,2017
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36(6
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216-218.
Zhang
G
R
，
Li
L,
Wang
W
Q
Applications
of
digital
slices
in
histology
experiment
teaching]
J(.
Laboratory
Research
and
Exploration
，
2017
，
36(
6)
：
216-21
&
[2(
Aya
M
，
Thrasivoulou
C,
Henrique
R
，
Millar
M
，
Hamblin
R
，
Davda
R
，
Aare
K
,
Masters
J
R
，
Thomson
C
，
Muneer
A
，
Patel
HRH
，
Ahmed A.
Targets
of
Wnt/B-catenin
tran
scription
in
penile
carcinoma
[J],
Pios
One
，
2015,
10(
4)
：
e0124395.
[3
(
Tian
L
,
Goldstein
A
,
Wang
H
,
Ching
Lo
H
,
Sun
Kim
I
,
Welte
T
,
Sheng
K
,
Dobrolecki
LE
,
Zhang
X
,
Putlmi
N
,
Phung
T
L
,
Mani
S
A
,
Stossi
F
,
Sreekumar
A
,
Mancini
M
A
,
Decker
W
K
,
Zong
C,Lewis
M
T
,
Zhang
X
H.
Mutual
regulation
of
tumour
vessel
normalization
and
immunostimu
latory
reprogramming[J(.
Nature,
2017,
544(
13)
：
250
-
254'
[
4
(
SaulL
,
IlievaK
M
,
BaxHJ
,
KaragiannisP
,
CorreaI
,
Ro-
driguez-Hernandez
I
,
Josephs
D
H
,
Tosi
I
,
Egbuniwe
I
U
,
LombardiS
!
CrescioliS
!
HobbsC
!
Vi
l
anovaF
!
CheungA
!
GehJLC
!
HealyC
!
HarriesM
!
Sanz-MorenoV
!
FearDJ
!
Spicer
J
F
,
Lacy
K
E
,
Nestle
F
O
,
Karagiannisa
S
N.
IgG
subclassswitchingandclonalexpansionincutaneous
mela
noma
and
normal
skin[J(.
Scientifcc
ReporSs
,
2016,
6
：
29736
[
5
(
DoyleWI
!
DinserJA
!
CanslerHL
!
ZhangXJ
!
DinhDD
!
BrowderNS
!
RiddingtonIM
!
MeeksJP
Faecalbileacids
arenaturalligandsofthemouseaccessoryolfactorysystem
[J
(
.
Nature
Communications
,
2016
,
7
:
11936.
[
6
(
AdilM
M
!
RodriguesG
M
!
KulkarniR
U
!
RaoAT
!
Cher-
navskyNE
!
Mi
l
erE
W
!
Scha
f
erD
V
E
f
icientgeneration
ofhPSC-derivedmidbraindopaminergicneuronsinafu
l
yde-
fined,
scalable,
3D
biomaterial
platform'].
Scientific
Re-
applicationtothe3Danatomyofmaizedevelopingseeds
[
J
(
Plant
Methods
,
2015
,
11
:
55.
[
9
(
BinBH
!
BhinJ
!
TakaishiM
!
ToyoshimaKE
!
KawamataS
!
Ito
K
,
Hara
T
,
Watanabe
T
,
Irie
T
,
Takagishi
T
,
Lee
S
H
!
JungH
S
!
RhoS
!
SeoJ
!
ChoiD
H
!
HwangD
!
Koseki
H
,
Ohara
O
,
Sano
S
,
Tsuji
T
,
Mishima
K
,
Fukada
T.
Re
quirement
of
zinc
transporter
ZIP
10
for
epidermal
develop-
ment
：
ImplicationoftheZIP10-p63axisinepithelialhomeo-
stasis[J(,
Proc
Natl
Acad
Sci
USA
,
2017
,
114(
46)
:
12243
-
12248'
[10
(
Bjarnadottir
K,
Benkhoucha
M,
Merkler
D
,
Weber
M
S
,
Payne
N
L
!
Bernard
C
C
A
!
MolnarfiN
!
LaliveP
H'B
cell-derived
transforming
growth
factor-%1
expression
lim-
itstheinductionphaseofautoimmuneneuroinfammation
[
J
(
.
ScientificReports
!
2016
!
6
：
34594.
[11
(
Sacchetti
C
,
Bai
Y
,
Stanford
S
M
,
Di
Benedetto
P
,
Cipri
ani
P,
Santelli
E,
Piera-Velazquez
S,
Chernitskiy
V,
KiossesW
B
!
CeponisA
!
Kaes9nerK
H
!
BoinF
!
Jimenez
SA
!
Giacome
l
iR
!
ZhangZ
Y
!
Bo
4A1pro-
motes
TGF%
signaling
and
fibrosis
in
systemic
sclerosis[J(.
Nature
Communications
,
2017,
8
:
1060.
[
12
(
Be
l
LCK
!
Po
l
araG
!
PascoeM
!
TomlinsonGS
!
Lehloe-
nyaRJ
!
RoeJ
!
MeldauR
!
Mi
l
erRF
!
RamsayA
!
Chain
B
M
!
DhedaK
!
NoursadeghiM'InvivoMolecularDissec-
tionofthe
E
f
ectsof
HIV-1inactivetuberculosis
[
J
(
'
PLOS
Pathogens
,
2016
,
12(
3
)
：
e1005469,
[
13
(
DymentN
A
!
BreidenbachAP
!
SchwartzA
G
!
Russe
l
R
P
!
AschbacherS
!
Liu
H
!
HagiwaraY
!
JiangR
L
!
Tho-
mopoulosS
!
Butler
D
L
!
Rowe
D
W'Gdf5progenitors
give
rise
to
fibrocartilage
cells
that
mineralize
ia
hedgehog
signaling
to
form
the
zonal
enthesis[J(.
De-eelopmental
B--
ology
!
2015
!
405
(
1
):
96-107.
[
14
(
DymentN
A
!
JiangX
!
ChenL
!
HongS
H
!
AdamsDJ
!
Ackert-Bickne
l
C
!
ShinD
G
!
RoweD
-through-
put
!
multi-imagecryohistologyofmineralizedtissues
[
J
(
.
第
4
期
尹
伟等:蔡司
Axio
Scan.
Z1
全自动数字玻片扫描系统的应用
331
Journal
of
Visualized
Experiments
Jove
,
2016
,
115
：
bly
require
EHDl/EHD3-dependent
ciliary
vesicle
forma-
tion[J],
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Biology
,
2015
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17(
3)
：
228-240,
e54468'
[15
(
Lu
Q
L
,
Insinna
C
,
Ott
C
,
Stauffer
J
,
Pintado
P
A
,
Ra-
[16
(
Zingue
D
,
Weber
P
,
Soltani
F
,
Raoult
D
,
Drancourt
M.
hajeng
J
,
Baxa
U
,
Walia
V
,
Cuenca
A
,
Hwang
Y
S
,
Daar
I
O
,
Lopes
S
,
Lippincott-Schwartz
J
,
Jackson
P
K
,
Cap
lan
S
,
Westlake
C
J.
Early
steps
in
primary
cilium
assem
Automatic
microscopicdetection
of
mycobacteriainspu-
tum
：
a
proof-of-concept
[J
(
.
Scientific
ReporSs
,
2018
,
8
(
1
)
：
11308
The
Applications
of
Zeiss
Axio
Scan.
Z1
Automatic
Digital
Slide
Scanning
System
YIN
Wei
1
,
LIU
Shuangshuang
,
ZHENG
Yanrong
,
ZHANG
Xiangnan"
(1.
The
Core
Facilitiss
,
Zhejiang
University
School
of
Medicine
,
Zhejiang
University
,
Hangzhou
310058
,
Zhejiang
,
P.
R.
China
,
2.
College
of
Pharmaceutical
Sciences
,
Zhejiang
University
,
Hangzhou
310058
,
Zhejiang
,
P.
R.
China
)
Abstract
:
The
full-automatic
slice
scanning
technology
has
great
advantages
and
wide
application
scope
,
and
gradua
l
ybecome:a
revolutionaryauxiliarymean:for
morphological
andpathological
re:
thi:paper
the
configuration
parameters
(optical
system
,
objective
lens
,
resolution
,
scanning
speed
,
camera
,
etc.
)
and
imaging
characteristics
of
Zeiss
Axio
Scan.
Z1
slice
scanning
system
are
introduced
,
and
the
important
applicationsofZeissAxioScan)Z1inlarge-scalewholetissuescanning
histopathology
neurobiologyandother
research
fields
are
expounded)This
paper
summarizes
the
problems
encountered
during
the
use
ofthe
nstrument
analyzesthepossiblecauses
andputsforwardthesolutionstoensurethattheinstrumentprovides
be
t
ersharingservicesforscientificresearch)
Key
words
:
full-automatic
slice
scanning
technology
；
Zeiss
Axio
Scan.
Z1
；
large-scale
whole
tissue
scanning
Corresponding
author
,
E-mail
:
xiangnan_zhang@zju,
edu.
cn