fast SEM imaging, 超快体电子显微镜, 自动超快体成像 • 1 min reading time

工作流程优化:实现高通量可持续大规模电子显微成像

峰值采集速率并不能真实反映电镜的工作效率,因为显微镜绝大部分时间并没有花在数据收集工作,而是大量时间消耗在诸如样品交换,寻找成像兴趣区域(ROI)或调整成像参数之类的工作上。因此,更具现实意义地定义工作流效率的方法是可持续的吞吐量或简称通量

之前,我们曾简要介绍过电子显微镜工作流程的通量概念。工作流程的吞吐量通常被定义为显微镜收集图像数据的峰值采集速率(单位为像素/每秒)。但是,在实际工作过程中,峰值采集速率并不能真实反映电镜的工作效率,因为显微镜绝大部分时间并没有花在数据收集工作,而是大量时间消耗在诸如样品交换,寻找成像兴趣区域(ROI)或调整成像参数之类的工作上。因此,更具现实意义地定义工作流效率的方法是可持续的吞吐量或简称通量。通量的计算,取决于收集成百上千个图像全过程获得的像素和花费的总时间。

我们先了解快速大规模成像的工作过程,并探索如何改进重要环节以提升电镜的平均通量。

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图1:用于体电镜的大规模显微成像工作流程示意图。显示了成像前的准备、数据收集过程、以及图像数据流和后续处理过程。

分析以上成像过程(图1),我们发现通量的优化可以通过以下几个方面改进。 

1. 样品交换准备耗时

常规电镜单次装载样品量少,因此需要频繁更换样品。样品交换需要破真空,非常耗时。最小化每次样品交换时间及降低交换次数是重点。前者可以通过自动加载和卸载样品来实现(1),而后者可以通过最大化或连续的样品架一次加载更多切片数量来实现(2-4)。

2. 电镜持续收集数据时间

首先, 成像前操作员需要调整电镜,花费大量时间调整电镜以期收集到高质量目标数据。当然,电镜调整过程中是无法高效收集有用数据。 

其次,电镜收集数据过程中, 如何让系统连续无中断地工作以此节约维护时间?因此系统的软硬件的鲁棒性尤其重要,如果足够好,系统可以实现几天或几周持续收集数据而无需操作员的干预。

3. 连续大规模成像中的“成像周期”时间

在大规模自动成像过程中, 单个成像周期时间的缩减尤其重要。 每个成像周期通常包括样品台移动和稳定,聚焦,矫正和图像质量确认等。这些是成像周期中必不可少的基础性工作,但又很耗时的部分。每一个成像周期中的各个动作可能重复数千次,部分取决于显微镜的稳定性。因此,对单个成像周期的小小改进,也可以显著提高电镜的总吞吐量。

总而言之,要获得具持续高通量成像不能只关注峰值数据采集率。Delmic通过对电镜工作流全过程全面整体的理解和分析,完善和优化流程中的所有环节,实现了高通量可持续的大规模电子显微成像。

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