我們知道，過(guò)去十年，圖像獲取和分析的自動(dòng)化為細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展鋪平了道路。一種更加可靠且高產(chǎn)的方法——高內(nèi)涵分析（High Content Analysis，簡(jiǎn)稱HCA）應(yīng)運(yùn)而生。

在這十幾年的發(fā)展過(guò)程中，市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多高內(nèi)涵儀器，這些儀器可以分為三大類：寬場(chǎng)熒光顯微鏡型高內(nèi)涵、共聚焦熒光顯微鏡型高內(nèi)涵和激光掃描型高內(nèi)涵。

各種類型的高內(nèi)涵儀器舉例

激光掃描型高內(nèi)涵是以激光作為熒光光源，用PMT采集光信號(hào)，通過(guò)預(yù)設(shè)間距點(diǎn)掃描獲得數(shù)據(jù)，沒(méi)有成像的過(guò)程，速度快是其zui大的優(yōu)勢(shì)。分辨率不高，只能提供虛擬圖像是這類儀器的局限性，X軸的分辨率是以預(yù)設(shè)的間隔（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5或5 um）設(shè)定的，而Y軸是用戶自行設(shè)定的，一般在1到10 um。由于不是基于圖像的分析，分析軟件相對(duì)簡(jiǎn)單，適合于比較成熟簡(jiǎn)單的細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)。所以被很多藥物研發(fā)企業(yè)作為初篩平臺(tái)。

基礎(chǔ)研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，很多時(shí)候需要在亞細(xì)胞水平對(duì)細(xì)胞內(nèi)的微細(xì)結(jié)構(gòu)清晰成像，檢測(cè)的指標(biāo)也復(fù)雜多樣，需要有非常強(qiáng)大的圖像分析軟件來(lái)設(shè)定，所以顯微鏡型的高內(nèi)涵更適合科學(xué)研究的需要，藥物研發(fā)機(jī)構(gòu)復(fù)雜的篩選實(shí)驗(yàn)也會(huì)考慮使用顯微鏡型高內(nèi)涵儀器。

如何選擇適合自己的高內(nèi)涵儀器，主要考慮三個(gè)方面：

1、成像速度

高內(nèi)涵儀器是在顯微鏡的基礎(chǔ)上搭建的高速顯微成像的平臺(tái)，從所得圖像中抽出一張和普通顯微鏡拍攝的圖像沒(méi)有區(qū)別，也就是說(shuō)，寬場(chǎng)熒光顯微鏡型高內(nèi)涵提供的是寬場(chǎng)熒光顯微圖像，共聚焦熒光顯微鏡型高內(nèi)涵提供的是共聚焦質(zhì)量的圖像。

高內(nèi)涵儀器和普通顯微鏡zui本質(zhì)的區(qū)別在于成像速度極大提高，如果每個(gè)孔取一個(gè)視野，雙色熒光，Hoechst染細(xì)胞核，EGFP標(biāo)記細(xì)胞器，硬件自動(dòng)聚焦，GE Healthcare的IN Cell 2000可以在約3分鐘內(nèi)對(duì)整塊96孔板成像，在短短幾分鐘內(nèi)得到將近200張照片。IN Cell 2000能夠高速成像是因?yàn)椋?）明亮的光源，和顯微鏡以液體光導(dǎo)纖維相連，光的傳輸效率高，顯著縮短曝光時(shí)間；2）大芯片CCD相機(jī)可選擇，成像視野約是標(biāo)準(zhǔn)芯片相機(jī)成像視野的四倍，大芯片CCD相機(jī)一個(gè)視野就有可能捕捉到足夠的細(xì)胞用于統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，節(jié)省很多時(shí)間；3）在線細(xì)胞計(jì)數(shù)功能：微孔板各個(gè)孔中細(xì)胞的生長(zhǎng)狀態(tài)可能會(huì)不同，在線細(xì)胞計(jì)數(shù)針對(duì)不同的孔自動(dòng)調(diào)整拍攝視野數(shù)量，整體縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間；4）自動(dòng)聚焦：是提高成像速度的關(guān)鍵，IN Cell 2000提供基于激光的硬件自動(dòng)聚焦和基于圖像對(duì)比度的軟件自動(dòng)聚焦，二者可結(jié)合使用。

需要注意的是，寬場(chǎng)熒光顯微鏡型高內(nèi)涵比普通寬場(chǎng)熒光顯微鏡成像速度快，共聚焦型高內(nèi)涵比共聚焦顯微鏡成像速度快，而共聚焦型高內(nèi)涵未必比普通寬場(chǎng)熒光顯微鏡成像速度快，所以用戶需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要來(lái)選擇適合自己的高內(nèi)涵儀器。IN Cell 2000雖然不是共聚焦高內(nèi)涵，但其*的去卷積圖像復(fù)原功能可以顯著提高圖像的對(duì)比度和分辨率，提供可以和共聚焦圖像媲美的高質(zhì)量的圖像。

2、圖像質(zhì)量和成像速度之間的平衡

科研用戶既希望成像速度快，又希望圖像質(zhì)量好，可以考慮GE Healthcare的IN Cell 6000。它是以激光為光源的可變光闌線掃描共聚焦高內(nèi)涵儀器，擁有的光學(xué)系統(tǒng)，成像*可調(diào)：光闌*打開(kāi)時(shí)成像速度zui快，*共聚焦模式去除背景zui有效，光闌打開(kāi)的程度在1-3 AU之間可調(diào)，可以針對(duì)不同的需求調(diào)節(jié)共聚焦程度達(dá)到成像速度和圖像質(zhì)量的優(yōu)化組合。IN Cell 6000感光成像采用550萬(wàn)像素新一代sCMOS相機(jī)，噪音比CCD相機(jī)低五倍，超高靈敏度并縮短曝光時(shí)間，比標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)的視野大四倍。

3、圖像分析軟件

科研用戶檢測(cè)的指標(biāo)復(fù)雜多樣，除了基本的模塊式分析工具，還需要有更強(qiáng)大的分析軟件允許用戶自主定義分析程序。GE Healthcare的高內(nèi)涵平臺(tái)除了基本的分析工具，還提供IN Cell Developer Toolbox 客戶自定義分析軟件，可以分析各種實(shí)驗(yàn)的圖像結(jié)果。針對(duì)特定的實(shí)驗(yàn)，用戶使用一系列的圖像分析工具來(lái)編寫(xiě)自己的分析程序，包括：區(qū)分（segmentation）工具，圖像處理工具，自定義測(cè)量值，宏子程序等。Developer Toolbox曾獲得2006年*生物圖像分析軟件獎(jiǎng)（美國(guó)科學(xué)雜志Scientific Computing頒發(fā)）。

Spotfire是一款用于科學(xué)數(shù)據(jù)分析的可視化分析平臺(tái)，其zui大的特點(diǎn)是通過(guò)多種動(dòng)態(tài)的圖形（點(diǎn)圖、線圖、柱狀圖、餅狀圖、熱圖等）和篩選條件，快速對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并可以做出報(bào)告或與他人分享結(jié)果，做出決策。支持多種客戶端界面和Web界面的訪問(wèn)和顯示。IN Cell 圖像分析軟件內(nèi)嵌和Spotfire DecisionSite Basic軟件連接的圖標(biāo)，輕松使用數(shù)據(jù)可視化分析工具。

IN Cell Miner HCM數(shù)據(jù)管理軟件以經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的 EMC Documentum 軟件為基礎(chǔ)，可以方便地注釋、建檔、檢索、存儲(chǔ)高內(nèi)涵圖像和數(shù)據(jù)。研究機(jī)構(gòu)的所有使用者可以分享和比較數(shù)據(jù)，zui大限度地挖掘和實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的價(jià)值。快速制做精美的數(shù)據(jù)圖，用于工作展示、技術(shù)交流和文章發(fā)表。

IN Cell 2000和IN Cell 6000都可以對(duì)玻片成像，透射光成像有三種模式可選（明場(chǎng)、相差和微分干涉），可以提供溫度、濕度和CO2用于活細(xì)胞的長(zhǎng)時(shí)間觀察，有自動(dòng)移液加樣模塊用于動(dòng)力學(xué)分析。

此外，IN Cell平臺(tái)du有的三種功能為高內(nèi)涵實(shí)驗(yàn)提供更多的幫助：1）預(yù)覽掃描功能：可以在任何放大倍數(shù)下對(duì)任意區(qū)域進(jìn)行預(yù)覽掃描，幫助了解樣品概況，確定感興趣的區(qū)域和視野的分布，如果需要，可以對(duì)整個(gè)微孔板或者整張蓋玻片進(jìn)行預(yù)覽掃描。2）整孔成像功能：低倍物鏡和大芯片CCD結(jié)合使用時(shí)，一張照片就可以快速捕捉整孔細(xì)胞、大面積組織和小生物體的圖像，在用高倍物鏡成像前可以快速確定感興趣區(qū)域的位置，也不會(huì)漏掉偶發(fā)事件。3）手動(dòng)顯微鏡模式：當(dāng)前視野全屏顯示，鼠標(biāo)移動(dòng)到四周可以顯示4組成像工具，分辨率更高，調(diào)整成像參數(shù)后，可以實(shí)時(shí)觀察效果。