样本收集与芯提取
获取代表不同组织学组成的存档FFPE前列腺芯用于micro-CT成像。
从五个根治性前列腺切除标本中各取一个2 mm直径皮肤活检打孔芯，靶向选定的Gleason模式或良性组织区域。
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一种X射线微型CT方案实现存档石蜡包埋前列腺癌组织中腺体结构的非破坏性三维可视化
An X-ray micro-CT protocol enables non-destructive 3D visualization of glandular architecture in archived paraffin-embedded prostate cancer tissue
实验完整度
中体外FFPE前列腺芯micro-CT成像结合组织学、免疫组化与3D分割，但样本量小、无独立功能或机制验证层级
主要模型
存档FFPE根治性前列腺切除标本来源的前列腺芯活检（n=5） 石蜡包埋前列腺芯（2 mm打孔） 含Gleason模式3、4、5及良性组织的芯样本
重点核对
micro-CT管电压优化：40、50、60、80 kV，最高CNR在50 kV（8.76） 每投影曝光时间优化：25、50、75 s，最终操作曝光为25 s，1600个投影，扫描约11 h 去噪方法比较：7种方法以75 s参考评估，各向异性扩散被选为优选方法 组织学处理：2.5 μm连续切片，H&E染色共42张切片，每芯额外两张用于BASA-AMACR和pan-cytokeratin免疫组化 变形测量：全芯84对组织学-micro-CT比较（168个测量）；腺腔每芯5个轮廓，共25个，每轮廓两个垂直直径
摘要
前列腺以复杂的腺体网络形式组织，而前列腺癌伴随的结构改变并不总能从二维（2D）组织学中推断。在癌组织中从三维（3D）角度研究这些特征很重要，因为腺体特征已显示出在疾病表征和风险分层方面超越单个2D切片的潜在价值。大量经临床注释、保存于石蜡中的材料仍是重要的研究资源。然而，许多3D成像方法需要破坏性或劳动密集型的制备，限制了这些需要重新归档的珍贵材料的获取。在这项概念验证研究中，我们开发了一种X射线微型计算机断层扫描（micro-CT）工作流程，用于以近乎零样本操作直接对存档石蜡包埋前列腺标本进行3D成像。对成像和去噪参数进行了优化，以平衡图像质量与采集时间。来自五个根治性前列腺切除标本的石蜡包埋前列腺芯活检（n = 5）经micro-CT成像，随后进行组织学处理。将数字化组织学切片与相应的micro-CT平面配准以进行定性比较，而切片前的micro-CT数据为探索性评估全芯和腺腔水平上与组织学相关的尺寸变化提供了完整的几何参考。优化后的工作流程获得的micro-CT图像具有可辨识的腺体形态，并与配准的组织学切片存在定性结构对应。探索性测量提示全芯水平尺寸变化较小，而管腔水平变异更大；所有测试的变形指标均未达到常规统计学显著性。示例性3D分割将腺体上皮和管腔呈现为含癌区域内空间连续的结构。这些发现支持X射线micro-CT作为一种非破坏性方法的可行性，可直接从石蜡包埋组织对前列腺腺体结构进行3D表征，为组织学上识别的结构提供体积背景，同时保留标本以供后续组织学评估。
实验结论
提炼研究问题、关键发现与证据，快速把握文章的核心贡献。
- 研究问题
- 能否开发一种X射线micro-CT工作流程，在不进行额外对比染色且最少样本操作的情况下，对存档FFPE前列腺组织中的腺体结构进行非破坏性3D可视化，并与组织学保持兼容？
- 核心机制
- 利用优化的X射线micro-CT采集参数和去噪方法，直接从弱天然X射线对比的FFPE前列腺组织中获取3D体积数据，通过各向异性扩散去噪改善图像质量，并将完整micro-CT体积与组织学切片手动对齐，从而在保留标本的同时提供腺体结构的体积背景。
- 主要证据
- 五个FFPE前列腺芯经优化micro-CT成像并与组织学切片对齐，显示定性结构对应；全芯和腺腔水平的尺寸变化测量显示全芯变化较小、管腔变异较大，但均未达统计学显著性；示例性3D分割展示腺体上皮和管腔在含癌区域内空间连续。
- 研究意义
- 支持X射线micro-CT作为非破坏性方法从存档FFPE前列腺组织直接进行腺体结构3D表征的可行性，为组织学识别的结构提供体积背景，同时保留标本供后续组织学评估或重新归档，为利用病理档案和生物样本库材料研究前列腺癌结构提供补充机会。
研究路径
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
micro-CT成像参数优化
平衡扫描时间与图像质量，确定最佳管电压和曝光时间。
使用一个芯作为试点样本，在40、50、60、80 kV下扫描计算CNR选择管电压；在25、50、75 s每投影下扫描，由泌尿病理学家评估腺体边界、管腔空间和腺体-间质界面的可识别性选择操作曝光时间。
低曝光micro-CT去噪
减轻低曝光采集的噪声，同时保留腺体边界和间质纹理。
在25 s试点数据集上评估七种去噪方法，以75 s曝光数据集为参考。方法包括高斯、中值、各向异性扩散、Kuwahara、双边、非局部均值滤波及U-Net自编码器。
组织学处理与切片数字化
对micro-CT成像后的芯进行组织学处理，用于与micro-CT结构比较。
所有芯重新包埋在子弹形石蜡模具中，长轴平行于块面，2.5 μm连续切片，顶部、中部、底部切片H&E染色，每芯额外两张切片用于BASA-AMACR和pan-cytokeratin免疫组化。
micro-CT与组织学对齐
实现对应micro-CT和组织学平面的并排比较。
在Avizo中手动将micro-CT体积与数字化组织学切片对齐，使用核心几何和组织轮廓等大体解剖标志建立方向，然后交互调整平面深度和角度匹配共享形态特征。
组织学相关组织变形评估
探索性评估组织学处理相对完整micro-CT的尺寸变化。
从匹配的组织学和micro-CT图像获取两类线性测量：全芯水平解剖标志间距离和腺腔直径，沿垂直（X）和平行（Y）切片方向测量。
统计分析
评估变形指标的统计显著性和观察者内重复性。
变形结果以芯为单位汇总，主要分析为描述性，计算每芯均值±SD。次要探索性分析使用双侧精确单样本Wilcoxon符号秩检验对%ΔX、%ΔY和D进行检验。观察者内重复性通过单测量ICC评估。
3D分割与可视化
展示优化micro-CT工作流程的体积三维效用。
对样本1（主要Gleason模式3）的腺体区域在Avizo中使用重建3D数据进行分割，旨在描绘管腔空间和腺体上皮，结合手动注释、体积插值、表面平滑和手动校正。
研究方法
按研究目的归类文中使用的方法，便于定位所需技术。
评估体内效果
数据分析与统计
产品清单
| 实验环节 | 名称 | 品牌 | 货号 |
|---|---|---|---|
| micro-CT成像 | MicroXCT-400系统 | Xradia, Inc.; now Carl Zeiss X-ray Microscopy, Inc. | -- |
| micro-CT图像重建 | XMReconstructor软件8.1.6599版 | Xradia, Inc./Carl Zeiss X-ray Microscopy, Inc. | -- |
| 对比噪声比计算和图像分析 | Avizo 3D 2025.1版 | Thermo Fisher Scientific | -- |
| 图像共配准和去噪 | Dragonfly 2025.1版 | Comet Technologies Canada Inc. | -- |
| 免疫组化 | BASA-AMACR | Ventana Medical Systems, Inc. | -- |
| pan-cytokeratin (AE1/AE3/PCK26) | Ventana Medical Systems, Inc. | -- | |
| 切片数字化 | NanoZoomer S60切片扫描仪 | Hamamatsu Photonics K.K. | -- |
| 组织学测量 | NDP.view2 2.8.24.0版 | Hamamatsu Photonics K.K. | -- |
| micro-CT测量 | Fiji | -- | -- |
| 统计分析 | IBM SPSS Statistics 30.0.0.0版 | IBM Corp. | -- |
关键环节
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| 样本收集与芯提取 | 样本量n=5前列腺，每标本一个2 mm皮肤活检打孔芯，靶向Gleason模式或良性组织区域 阅读提示：Materials and methods中Sample collection部分及Table 1 |
| micro-CT成像参数优化 | 管电压50 kV，每投影曝光时间25 s，1600个投影，360°，10×物镜，2×探测器合并，体素2.47 μm，源-物120 mm，样本-探测器13 mm，无束流过滤 阅读提示：Materials and methods中Micro-CT system and imaging settings及Optimization of micro-CT imaging parameters部分，Figure 2 |
| 去噪方法选择 | 各向异性扩散被选为优选方法，以75 s参考评估SSIM、NRMSE、PSNR，U-Net自编码器训练参数见补充材料Table S1 阅读提示：Materials and methods中Denoising of low-exposure micro-CT scans及Assessment of denoising performance部分，Table 2，Supplementary Table S1 |
| 组织学处理与切片数字化 | 2.5 μm连续切片，H&E染色42张切片，每芯两张用于BASA-AMACR和pan-cytokeratin免疫组化，20×数字化，442 nm/pixel 阅读提示：Materials and methods中Histological processing and slide digitization部分 |
| 变形测量 | 全芯84对比较168个测量；腺腔每芯5个轮廓共25个，每轮廓两个垂直直径；测量沿X（垂直切片方向）和Y（平行切片方向）；统计分析以芯为单位n=5 阅读提示：Materials and methods中Histology-associated tissue deformation assessment、Statistical analyses部分，Figure 5，Table 3 |