低溫電子斷層掃描，圖像分析的新紀元

低溫電子斷層掃描，圖像分析的新紀元

編譯者： Chih-chun J. Lin

低溫電子斷層掃描（electron cyro-tomography; ECT）是一種具有高解析度的三維成像技術，用來觀察細胞內的胞器、大分子、或生物組織等小至2~10奈米之生物結構，解析度比一般光學顯微鏡高出百倍。因此，低溫電子斷層掃描是探究細胞生物學不可或缺的重要技術。其成像原理是利用幾乎平行的電子束穿透極薄的樣品，一部份電子波會因為量子效應被樣品中的原子分布所擾動，透過透鏡聚焦，和另一部份未被擾動的電子波產生干涉效應，成像於底片或電荷耦合相機（Charge-Coupled Device; CCD）上。由於樣品直接在液態氮中被低溫冷凍（< −150 °C），如此免除了化學固定和脫水等步驟，能有效地保留樣品結構和原子分布的本貌。搜集樣品產生的電子訊號分布之後，經由圖像處理技術，便可以看到生物結構的三維影像。

然而，該技術的圖像處理階段，仍然需要人力來辨識影像中每一個細微的細胞結構組成，相當耗費人力和時間，嚴重限制了該技術的應用性。因此，在美國德州休士頓貝勒醫學院，Steven Ludtke教授的研究團隊注入心力思考如何能夠提升低溫電子斷層掃描的圖像處理效率。

他們研發出了一種自動化的圖像分析方法EMAN2.2，可以自動辨識出不同的細胞結構，並且擁有高度的準確性。此外，該軟體技術成功地應用在多種不同的細胞樣品上，像是人類血小板、非洲人類錐蟲、藍綠藻等的低溫電子斷層掃描圖像。利用自動化的圖像分析方法EMAN2.2，讓辨識細胞的時間從一週縮短至一小時，大大地降低影像處理過程中的時間和人力，也讓研究人員有更多時間處理更大量、更多元的影像，對不同的生理健康和疾病做更深入的研究。

（該研究團隊已將 EMAN2.2公開於http://www.EMAN2.org供免費使用。）

資料來源：
1. https://fromthelabs.bcm.edu/2017/11/22/analyzing-cryo-electron-tomography-images-just-got-faster/
2. https://www.nature.com/articles/nmeth.4405
3. http://www.EMAN2.org