Virtual histology by laboratory x-ray phase-contrast tomography

• Detailed imaging of biological samples is central to different fields of research, as well as for clinical pathology. Classical histology, using light- orelectron microscopy, can generate high-resolution images but is destructive and only gives two-dimensional information. With virtual histology, athree-dimensional reconstruction of the sample is instead generated, whichcan be virtually sectioned in arbitrary directions. This Thesis presents developments of x-ray phase-contrast computed tomography (CT) as a tool forvirtual histological analysis. In particular, the focus is imaging with laboratory systems as opposed to at large-scale synchrotron facilities, and usingphase-contrast imaging as an alternative to chemical contrast agents.A broad range of imaging applications are demonstrated, from archaeology to clinical pathology, where acquisition and data processing have beenoptimised for each sample. A micro-CT system based on a liquid-metaljet x-ray source was used for imaging centimetre-sized samples. Threedimensional imaging of mummified remains was demonstrated, with sufficient contrast and resolution within the soft tissue to capture microanatomical details; blood vessels, skin layers, fingerprints and remains of adiposecells were visualised in the hand of an ancient Egyptian mummy. Virtualhistology was also performed on paraffin-embedded excised tumours foranalysis of the resection margin, and on rat bones for mapping the vascularcanals.For imaging with micrometre resolution, a nano-CT system was builtand characterised. Photoreceptor imaging in unstained compound eyes ofbumblebees was demonstrated, and light- and electron microscopy wereused to verify the results. Comparisons with conventional attenuationmicro-CT and synchrotron radiation tomography, with both unstained andstained samples, showed the advantage of using phase contrast instead ofstaining the samples

• Detaljerad avbildning av biologiska prover är viktigt för olika forskningsområden såväl som för klinisk patologi. Klassisk histologi, genom ljus- ellerelektronmikroskopi, ger högupplösta bilder men är destruktiv och kan endast ge tvådimensionell information. Med virtuell histologi genereras istället en tredimensionell rekonstruktion av provet, vilken kan analyseras genom snittning i godtyckliga riktningar. Den här Avhandlingen presenterarvidareutvecklingar av faskontrast-baserad röntgentomografi (CT), som ettverktyg för virtuell histologi. I synnerhet ligger fokus på avbildning medlabbaserade system, i motsats till storskaliga synkrotronljusanläggningar,och på faskontrastavbildning som ett alternativ till kemiska kontrastmedel.En bredd av olika tillämpningar presenteras, från arkeologi till kliniskpatologi, med datainsamling och databehandling anpassade för varje prov.Ett mikro-CT-system baserat på en metallstråle-röntgenkälla användes föravbildning av centimeterstora prover. Tredimensionell avbildning av mumifierade kvarlevor demonstrerades, med tillräcklig kontrast och upplösning i mjukvävnader för att fånga mikroanatomiska detaljer; blodkärl, hudlager, fingeravtryck och rester av fettceller kunde visualiseras i en egyptiskmumiehand. Virtuell histologi tillämpades också på paraffininbäddade tumörer för analys av resektionsmarginal, och på råttben för avbildning avvaskulära kanaler.För avbildning med mikrometerupplösning byggdes ett nano-CTsystem. Efter karaktärisering av systemet demonstrerades avbildning avfotoreceptorer i ofärgade facettögon från humlor. Ljus- och elektronmikroskopi användes för att verifiera resultaten. Jämförelser med konventionellattenuationsbaserad mikro-CT samt synkrotronljustomografi, både medofärgade och färgade prover, visade på fördelarna med användning avfaskontrast istället för att färga proverna.

Ämnesord

MEDICIN OCH HÄLSOVETENSKAP  -- Klinisk medicin -- Radiologi och bildbehandling (hsv//swe)

MEDICAL AND HEALTH SCIENCES  -- Clinical Medicine -- Radiology, Nuclear Medicine and Medical Imaging (hsv//eng)

Nyckelord

Biological and Biomedical Physics

Biologisk och biomedicinsk fysik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)