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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

?

Confidential

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