显微镜支架

血管内支架取栓治疗是急性缺血性中风（AIS）护理标准的一大进步。机械血栓切除术（MTB）后血栓随支架回收器嵌入的方式尚未明确。瑞士研究人员利用扫描电子显微镜（SEM）分析了AIS患者机械血栓切除术后植入支架回收器后回收血栓的外观。研究人员观察到，组成不同的血栓，其组织和结构致密性也不同。支架的附着方式因血栓成分和组织而异。急性缺血性中风（AIS）是西方世界获得性缺陷的第一大原因，也是第二大死亡原因。临床实践中引入血管内治疗后，AIS的护理标准发生了革命性的变化。机械血栓切除术（MTB）策略允许通过提取阻塞大脑动脉的血栓来恢复脑血流。尤其是，带支架回收器的血栓切除术非常有效，它仅在血栓抽吸不能提供必要的再通时使用。血栓附着在支架回收器上的方式仍有待阐明。了解血栓主要成分、红细胞和纤维蛋白的变形性和摩擦特性，使科学家能够设计血管模型的参数研究，并预测各种血栓切除技术的有效性。然而，与体外人工生成的血栓相比，从患者身上提取的血栓在成分、形态和机械性能方面本质上更为复杂和多样。最近一项专注于血管内技术恢复的人类中风血栓力学特性的研究报告称，与富含红细胞的血栓相比，纤维蛋白/血小板含量增加的血栓硬度增加。后者也被认为更容易被MTB萃取。虽然血栓切除术后患者血栓如何嵌入支架回收器中的可视化可以提供有用的信息，但这仍然是一个未充分探讨的话题。在体外表征技术中，扫描电子显微镜（SEM）可以呈现血栓细胞含量和纤维蛋白组织的形态学信息，是唯一能够提供血栓结构与支架附着相关的高分辨相关细节的技术。在这方面，迄今为止进行的体外研究很少，仅限于血栓的外部观察，指出了机械性夹闭和粘附是血栓合并的主要手段。在这项研究中，研究人员用显微镜图像分析了从AIS患者身上取出的不同成分血栓被纳入支架的方式，并强调了它们的潜在结构特征、共同点以及锚定在支架上时的差异。富含红细胞的血栓合并到支架回收器上。（a） 光学显微照片。（b） SEM显微照片拼贴。（c） 血栓段的横截面，显示致密的核心、多孔的外围和纤维蛋白外层。血栓表面可见血管组织残余物（箭头）。（d） 由多面体组成的致密核心的高倍视图。（e） 血栓段之间存在纤维蛋白串。（f） 白细胞和血小板附着在纤维蛋白串上（放大图（e），区域用箭头标记）。富含红细胞的血栓附着在支架上的方式。（a） 支架支柱穿过血栓突出。（b） （a）的高倍视图（虚线矩形），显示血小板帽和双凹红细胞。（c） 血栓符合支架支柱。（d） c（箭头所示区域）的高倍视图，显示血栓与支架的接触面积。（e） 相邻支架支柱之间的纤维蛋白桥。（f） （e）的高倍视图（箭头所示区域）。中间血栓并入支架回收器。（a） 光学显微照片。（b，c）支架上血栓的SEM图。插入（c）视图中的血栓切片和锚定部位的支架支柱。（d） 润湿支架表面的纤维蛋白串（由a、d中的箭头指示）。（e） 血栓附着在支架支柱上。（f） 切开致密血栓，显示与支架支柱的接触区域（箭头所示）。（g） 与支架接触处血栓表面的高倍视图（箭头所示）。中间血栓的紧密结构。（a） 扫描电镜下血栓横截面图。（b） 血栓周围的致密结构，红细胞簇包裹在血小板和纤维蛋白的致密基质中。（c） 血栓的致密核心，显示多角体聚集在纤维蛋白和血小板的致密基质中。（d） （c）的高倍视图，显示纤维蛋白血小板基质。支架回收器中整合的富含纤维蛋白的血栓。（a） 光学显微照片。（b） 低倍SEM视图。（c） 血栓支架界面的近距离SEM视图（支架支柱被切割，以便更好地观察）。血栓和支架支柱之间没有粘连（箭头所示）。富含纤维蛋白的血栓分析。（a） 血栓的横截面。（b） 血栓较大部分（a中标记为“1”）上可见骨折的近景，以及虚线椭圆形标记区域的高倍放大图。（c） ，（d）在（a）中标记为“2”的区域的近距离视图。（c） 横切面进入细胞壁，空腔内散在红细胞和白细胞。（d） 空腔内的广阔视野。（e，f）包裹在支架支柱周围的血栓段的横截面（a中标记为“3”）。（e） 松散堆积的纤维蛋白区。（f） 致密区域有多面体红细胞，纤维蛋白之间有白细胞。瑞士研究人员对富含纤维蛋白的血栓的研究结果总结如下。富含纤维蛋白的血栓呈片状，有两种不同的结构组织。其中一个构成血栓体积的大部分，结构紧凑，由纤维蛋白束组成，纤维蛋白束相互连接，均匀排列，聚集在高纵横比（100–200µm厚，几百微米宽）的聚集体中。在纤维蛋白束方向，血栓片的弯曲角度较大，这表明其具有抗变形能力。在纤维蛋白束以外的其他方向，纤维蛋白片表现出更大的柔韧性，因为它会以较小的角度弯曲和扭转变形。另一种类型的结构组织由多孔和随机取向的纤维蛋白微区组成，大小为数十微米，有/无细胞成分。整体孔隙率、随机性和不均匀微区的大小允许多个方向的变形和血栓包裹支架支柱。由于孔隙率增加或成分充足，沿支架回收器合并的血栓与可变形的血栓区域结合。当血栓浸湿支架时，捕获物可以是粘着的，当血栓在支架支柱周围折叠而不紧密接触时，捕获物可以是非粘着的。在富含红细胞的血栓中，支架支柱可以通过非致密体积区域突出。颅内血栓中致密和非致密区域的范围、血栓的组成以及对支架表面的粘附亲和力是血栓被捕获到支架中的重要特征。

现如今，全球跨国际性的合作已很常见，而有效促进合作更便利的工具就显得尤为重要。为此，Octonus开发了3DDM，这是一款高度精确且灵活的3D数字显微镜，能够让身处不同位置的团队成员在虚拟会议室中同时查看3D物体。而且3DDM还提供各种图像增强选项，使查看者可以使用单个系统快速查看更详细和完整的物体图片。Octonus凭借超过20年生产工业图像处理和分析系统的经验，已为许多项目提供硬件和软件。该公司是重构半透明物体内部结构的光学方法开发以及2-50毫米尺寸物体的精确3D模型开发方面的先驱者。3DDM的含义及工作原理Octonus 3DDM是以Leica Microsystems 的（Wetzlar，德国）M205a立体显微镜为基础。3DDM由一个标准的Leica平台和以下附件组成：一个安装在电动精密滑台上的物体支架，一个定制的LED照明系统以及一对FLIR Grasshopper3 相机。FLIR Grasshopper3相机FLIR Grasshopper® 3 相机系列将新的CCD和CMOS技术与Point Grey的专利技术相结合，实现了高性能、高质量的成像。其中Grasshopper® 3 GigE相机系列主要使用Sony CCD传感器和Sony Pregius IMX174传感器。为了创建图像，操作者在3DDM的物体支架上安装了一个样本。操作者可以使用鼠标、键盘或3D操纵杆等标准设备在相机的视野下旋转样本。同时，根据相机和系统的光学孔径调整聚焦驱动装置，从而捕获清晰的3D视频图像。随着被照明的样本在物体支架上旋转，两个FLIR Grasshopper GS3- U3-23S6C-C彩色相机会捕获实时的高质量视频流。PC以压缩视频格式将相机捕获的数据存储为3D视频流或3D/2D图像。它还在图像或视频序列的基础上存储每帧的完整数据集（光学孔径、光照系统和支架的所有数字设置），这使处理实时或录制数据成为可能。在PC上运行的图像分析软件以高十微米的精度测量物体特性。合并的2D/3D模式允许在3D空间中和沿穿透物体的投影面进行测量。3DDM的物体照明和数字增强选项凭借显微镜的多功能LED光源，可通过多种方式照明样本。光源可以同轴提供可见的近红外或紫外照明，到样品的背面，或到侧面，具体取决于其编程。暗视野照明是一种非常适用于捕获天然活体生物样本图片序列的技术，可增强所收集图片的对比度。3DDM还提供各种数字增强选项，使操作者能够捕获细节。这些选项的示例包括：★ 高动态范围成像 (HDRI) 可在原本曝光不佳的区域增强正确捕获的图像细节；★ 12位色调映射在标准显示器上支持精确的HDR图像显示；★ 扩展景深 (EDF) 技术用显示整个聚焦物体的单张照片的分析替代照片序列的分析；★ 自动提高图片分辨率和视野的图像切换算法。3DDM的更多功能虚拟会议室3DDM使用3D电视和立体眼镜来创建虚拟会议室，从而促进全球团队合作。演讲者可以添加经过标注的图像，或通过使用鼠标光标、切换图像、放大和缩小、更改FPS或者添加和删除图层来将同事的注意力引导到重要的细节上。还可以通过3D模型、测量工具和增强现实等计算机生成的输入，对现实世界的元素进行补充。定制3DDM为客户和开发人员提供C++ SDK（软件开发工具包）。该SDK可用于控制系统的光照、光学单元和支架，它还允许对现有图像处理算法进行扩展或添加。后续步骤在不久的将来，Octonus将通过把其相机从2.3 MP 升级到5-12 MP，提高3DDM所捕获的3D视频图像的分辨率。Octonus开发的3DDM中最核心的要素就是FLIR Grasshopper相机它让图像细节捕获的更加清晰让全球各地的团队合作更加紧密

日前，“双校记：透过显微镜看哈佛与清华”线上展览正式开幕，该展览由清华大学科学史系、清华大学科学博物馆与哈佛大学科学史系、哈佛历史科学仪器收藏馆联合举办，是清华大学科学博物馆与国外著名大学博物馆合作举办的线上系列展览之一。显微镜是近代科学的标志仪器。1665年，伦敦大瘟疫暴发，胡克出版了《显微图谱》一书，他使用的显微镜可以把标本放大30多倍，此后，荷兰的列文虎克研制了独具风格的、可放大200多倍的单式显微镜。18世纪之后，显微镜逐渐流通到世界各地，满足了人们的好奇心，揭开了自然界隐藏的奥秘，极大地促进了现代科学的进步。显微镜也进入了大学的课堂、实验室和博物馆。该线上展览展示了哈佛大学与清华大学所使用、制造和收藏的众多类型的显微镜，从一个侧面折射了这两所世界著名大学在科学教育、科学研究以及历史收藏等方面的发展轨迹。两代哈佛人的显微镜本次展览展出了一套生产于1720年前后的威尔逊螺旋筒型和圆规型单式显微镜，开发这类仪器的初衷是为了满足人们对小型便携式仪器日益增长的需求。这套显微镜原属于哈佛大学第9任校长爱德华霍利奥克。他在任期间，加强了哈佛大学（当时还是哈佛学院）在数学和科学方面的学术课程，并进行了一系列的学术改革，将学术成就作为哈佛大学的录取标准。此外，他还建立了北美第一个物理学实验室。哈佛大学在他长达32年的任期内得到了蓬勃发展。1730年前后，英国科学仪器制造商、工匠埃德蒙卡尔佩珀设计和制造了一种安装在三角支架上的显微镜，此款显微镜很快成为18世纪上半叶最流行的复式显微镜，并且持续生产了大约一百年。此外，展览还展出了一台卡尔佩珀型显微镜，生产于18世纪50年代， 其所有者和使用者是爱德华奥古斯都霍利奥克。他是爱德华霍利奥克的儿子，1746年毕业于哈佛大学，后来投身医疗事业，成为美国治疗天花的先驱，为成百上千的人接种了天花疫苗。霍利奥克活了100岁，在他漫长而辉煌的职业生涯中，为人看病达25万次。他也是马萨诸塞州医学会和美国艺术与科学院的创始成员，并担任过美国艺术与科学院的主席。马克吐温与留美幼童展览还展出了美国著名作家马克吐温的一台单目复式显微镜。马克吐温1835年出生于美国密苏里州佛罗里达，他的原名是塞缪尔兰霍恩克莱门斯。马克吐温字面意思是指十二英尺水深，是当时密西西比河安全水上航行的最低深度。马克吐温因旅行叙事小说享誉国际，尤其是《傻子出国记》《苦行记》《密西西比河上的生活》，以及他关于童年的冒险故事，如《汤姆索亚历险记》和《哈克贝利费恩历险记》。1868年，马克吐温从巴法罗迁到康涅狄格州哈特福德。当时耶鲁大学毕业生、投身洋务运动的容闳也在四处奔走，倡议清廷实行留学计划，最终清政府在1872—1876年派遣4批共120名幼童赴美留学，他们主要住在哈特福德，所以马克吐温与这些幼童成为了邻居，有的幼童还与马克吐温的女儿成为同学，并一起跳过舞。马克吐温住在哈特福德时，把显微镜交给了他的秘书富兰克林惠特莫尔保管。惠特莫尔在马克吐温去世后，又将显微镜交给了他的孙子约翰富兰克林恩德斯。恩德斯于1922年获得哈佛大学博士学位，1939年，恩德斯把这台显微镜捐赠给哈佛大学。1954年，在波士顿儿童医院工作的恩德斯因“发现了脊髓灰质炎病毒在多种类型组织中培育生长的能力”，获得了当年的诺贝尔生理学或医学奖。这台显微镜在近80年的时间里，从与中国留美幼童交往过的一代文豪传至著名的科学家，最后回到哈佛大学，完成了一段传奇之旅。“新”“老”显微镜的接力20世纪50年代购自其他国家的显微镜工具，如苏联产的МИМ-7型显微镜和民主德国产的耶拿蔡司牌大型工具显微镜，也是展览展出的一部分。这些显微镜在清华大学“服役”超过50年，为机械、材料和精密仪器学科的科研教学发挥了重要作用。展览以新型冠状病毒SARS-CoV-2的三维结构高分辨率渲染图结尾，这是清华大学和浙江大学的研究人员在2020年利用高分辨冷冻电镜断层成像方法首次解析出的。遥想1665年伦敦暴发鼠疫时，列文虎克还未开始对显微镜的研究；而到2020年，新型冠状病毒感染疫情防控形势严峻，科学家则利用电子显微镜等现代科学仪器，迅速查明了病毒的真面目。从哈佛大学和清华大学所使用、制造和收藏的显微镜中，我们可以一瞥几百年来科技的迅猛发展，并且通过展览我们也能感受到，不同文明之间的交流互鉴、不同国家的沟通合作，会带来更大的希望与福祉。（作者系清华大学科学史系助理教授、“双校记：透过显微镜看哈佛与清华”展览策展人）