網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

首張木衛一全球地質圖

臺北天文館_96
・2012/04/03 ・1299字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

木衛一 (埃歐,Io)是著名天文學家伽利略發現的第一顆月球以外的其他衛星之一,這顆木星4大衛星中最靠近木星的衛星,也是第一個在地球以外的發現活火山的天體世界,讓科學家們充滿驚奇。美國亞利桑納州立大學(Arizona State University)科學家David Williams等人耗費6年的時間,製作出第一張完整的木衛一全球地質圖,並由美國地質調查所(U. S. Geological Survey)出版,從這張地質圖可見太陽系中最獨特而活躍的火山與熔岩流活動的特性和相對年齡等性質,可以作為後續木衛一科學研究的工具,也可提供給未來木衛一太空任務計畫作為挑選觀測目標的工具。

自伽利略於1610年1月發現木衛一後,科學家便不斷持續以望遠鏡和人造衛星觀察這顆獨特的木星月亮,結果顯示這顆木星月亮的軌道和重力場,連同另2顆伽利略4大衛星—木衛二(歐羅巴,Europa)和木衛三(加尼米德,Ganymede)以及木星本身,都有關連,導致這顆衛星的岩質地殼有大規模而快速的彎曲變形現象。這些潮汐彎曲(tidal flexure)使木衛一內部產生極大量的熱能,融化內部岩石而向外噴發,這便是木衛一表面之所以遍佈火山作用的來源。

這幅地質圖呈現許多形狀、大小與顏色各異的火山特徵,包括類火口湖凹地的不規則火山口(patera)、熔岩流地(lava flow field)、火山穹丘(tholus,volcanic dome)和火山灰沈積物(plume deposit),此外還有高聳的山脈和富含硫或二氧化硫成分的大面積平原。在這張圖中,總共包含了425個不規則火山口和單獨的火山中心(volcanic center)。

在這張圖上唯一不會看到的地質特徵就是隕石撞擊坑(impact crater),而且木衛一還是太陽系中唯一找不到撞擊坑的天體。這是因為木衛一表面的火山源有數百個之多,其火山活動頻率是地球的25倍之多,實在是太活躍了,使得木衛一的表面不斷被火山活動更新,即使曾有撞擊坑也都不復見。然而有趣的是,雖然木衛一火山活動如此頻繁而活躍,但木衛一受到火山活動而有長期地貌改變的部分約僅佔木衛一地表的15%,其中絕大部分是在熔岩流地和不規則火山口之內。

Williams表示:木衛一活躍火山作用發生的熱點(hot spot)絕大部分位在不規則火山口,約佔了3%以下的木衛一地表。熔岩流地則覆蓋了約28%的地表,但只有31%的熱點位在熔岩流地上。了解這些特徵和熱點的分佈狀況,科學家進一步要做的是便是藉此研究木衛一的內部結構與熱能產生機制,比較或篩選各種不同理論正確與否。

Williams等人製作這張木衛一全球地質圖的資料,來自美國航太總署(NASA)航海家1號和2號任務(Voyager,1979年),以及伽利略號軌道探測器(Galileo,1995~2003年)的觀測資料予以拼貼結合的結果。Williams等人並將木衛一整個地表區分為19種不同的表面物質型態,測定他們的位置和面積大小,再找出這些資料和所有已知熱點位置的關係,如此一來,可讓科學家們對木衛一上的各式火山作用分佈概況一目瞭然。

除了紙本印刷圖之外,Williams等人也提供相關的線上資料庫,預定2012年底前便可將資料庫建置完成,未來更計畫將各地面望遠鏡和新視界號(New Horizons)於2007年飛掠的資料也加進資料庫中,方便使用者追蹤各種木衛一地表火山活動的改變歷史。此地質圖與相關資料可至美國地質調查所網站下載:http://pubs.usgs.gov/sim/3168

資料來源:Geologic map of Jupiter’s moon Io details an otherworldly volcanic surface[2012.03.19]

轉載自台北天文館之網路天文館網站


 

文章難易度
臺北天文館_96
478 篇文章 ・ 14 位粉絲
臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!


0

1
1

文字

分享

0
1
1

天文影像工具也能找腫瘤?——臺灣首創 3D 數位病理影像暨 AI 分析平臺

科技大觀園_96
・2022/01/23 ・2878字 ・閱讀時間約 5 分鐘

攝影師運用影像,留存許多珍貴的記錄,講述不少精彩的故事。但影像的力量,可不僅限於此。科學家和醫生也拍照錄像,只不過對象不是一般人事物,而是遙遠的星辰,或微小的組織細胞。而臺灣的科研團隊,更成功讓傳統病理影像突破 2D 平面限制,完整展現 3D 全貌,幫助我們看清病魔的真面目,奪得搶救性命的機會。

為什麽癌症大魔王如此棘手?

在臺灣十大死因排行榜上,癌症已蟬聯榜首將近四十年。原本安分工作的人體細胞,可能受到細菌或病毒的感染、環境中的重金屬、放射線等致癌因子的影響,走上叛變、不正常增生一途,變成惡性腫瘤——也就是癌症。癌細胞會破壞各種重要臟器,掠奪體内大部分營養,最終可能造成人體因器官衰竭、營養不良、併發症而死亡。

十大死因
109 年國人十大死因。(資料來源:衛生福利部

癌症療法中,化療是以化學藥物來毒殺癌細胞,卻因為專一性低,讓病患往往傷敵一千,自損八百。後來發展出的標靶藥物療法,雖然不會無差別攻擊,但治療效果有限,有些種類的癌症更可能出現抗藥性。狡猾的癌細胞,還會產生抑制免疫細胞活性的蛋白質,來避開免疫系統的偵察和追擊。而 2018 年獲得諾貝爾生理醫學獎的「免疫療法」,就是以投放癌細胞表現的蛋白質之阻斷劑,來維持免疫細胞的戰鬥力的突破性療法。

然而,癌細胞也不是省油的燈。它們會與周圍細胞,如血管、纖維母細胞、免疫細胞等打成一片,藉由分泌各式細胞因子,創造利於自己生長的小天地,即腫瘤微環境(Tumor microenvironment)。例如,癌細胞會在微環境促進血管新生,且具備免疫抑制能力,讓免疫細胞鎩羽而歸。這麽一來,即使是副作用較低的免疫療法,也可能無用武之地。

當醫學邂逅天文學,跨領域碰撞出新解方

目前,癌症的診斷與療程的決定,主要還是仰賴切片檢測所得到的影像。所謂的切片檢測,就像到腫瘤細胞大本營去刺探敵情,醫生藉由手術開刀、内視鏡或針筒取得檢體組織,透過這第一手的情報,來判識腫瘤型態和病情嚴重程度,才能擬定對抗癌細胞的有效戰略。

麻煩的是,顯微鏡下的切片樣本只能看見同一平面上的細胞間交互作用,組織上還有用來標示特定蛋白質活細胞的螢光染劑。要把有著會互相干擾螢光訊號的樣本影像,拼接成可以觀察細胞交互作用的三維影像,可讓腫瘤學家傷透了腦筋。不過這個難題的解方,就剛好掌握在以望遠鏡觀察無數星星的天文學家手中!

有著不同特徵的衆多天體,就像是組織中發出不同螢光訊號、數百萬計的細胞。天體在宇宙中的相對位置與相互關係,也類比於細胞間的交互作用。這般異曲同工之妙,讓美國約翰 · 霍普金斯大學的腫瘤學家和天文學家決定並肩作戰,利用天文學的影像處理工具,來建立分析腫瘤切片影像的模型,這個跨領域碰撞的研究成果——AstroPath,更在今年 6 月登上 Science 期刊。

天體
有著不同特徵的衆多天體,就像是組織中發出不同螢光訊號、數百萬計的細胞。圖/pixabaywikipedia

臺灣打造全球第一個 3D 數位病理檢驗暨 AI 分析平臺!

腫瘤學家和天文學家的跨界合作,大大提高了組織切片影像分析的效率,表現令人贊嘆。不過臺灣研究團隊跑得更前面,直接突破傳統薄切片的限制,以獨家專利取得組織完整的立體影像,還進一步藉助人工智能之力,創立全世界首個 3D 數位病理檢驗暨 AI 分析平臺!

這個實現 Taiwan No.1 的團隊,緣起於國立清華大學生科系的楊嘉鈴教授研究團隊,邀請清華大學腦科學中心江安世院士團隊、分子與細胞生物所張大慈教授團隊及清華大學腦科學中心林彥穎研究員,携手合作克服過去 3D 組織影像的技術瓶頸。透過科技部價創計劃的輔導,承接了光電、生醫、影像及 AI 各領域最先進技術的捷絡生物科技股份有限公司 (JelloX Biotech Inc.) 在 2018 年成立。

捷絡生技獨步全球的病理檢驗平臺,包含了關鍵的三大部分:(1)快速組織澄清、(2)高速影像擷取及(3)3D 人工影像智慧分析。

流程示意圖
3D 人工智慧影像分析流程示意圖。圖/捷絡生技公司

過去 3D 組織影像無法實現,最大的難點,在於無法突破組織的透光障礙。捷絡生技專利化的光學組織澄清技術,最厲害之處是讓檢體樣本不被破壞就可以「變透明」,達到清水般的穿透率。傳統樣本處理,會經過物理切片及脫水,組織結構發生形變無可避免,讓病理全貌難以被量化和標準化來進行評估。但這項獨家的組織澄清處理技術,可最大程度保存樣本原來的面貌,還能讓樣本進行重複染色,再利用於各式生物檢驗。更重要的是,不再是單一切面的樣本,讓全自動影像掃描擷取,從不可能變得可能。

把檢體樣本透明化之後,研究團隊接著以高速鐳射顯微鏡,對樣本進行全身掃描後,數位縫合平行多叠影像。只要搭配適當的染色技術,就可迅速取得比傳統檢測還多百倍資訊量的高精度 3D 腫瘤影像。這些病理組織樣本的全景 3D 細節,讓醫生可以更清楚判別癌細胞的型態、分佈與周圍細胞的交互作用。

研究團隊也沒有停留在 3D 影像產製的完善,更抓緊大數據、巨量分析的趨勢,目標是要提供 AI 自動化病理組織影像分析。研究團隊建立不同癌症的 3D 數位病理影像資料庫,讓電腦進行機器學習,透過癌組織的特徵辨識訓練,目前已可得到超過 90 % 的準確度。AI 自動化分析能克服傳統人工判讀模式潛藏的誤差(如不同判讀者的差異、視覺疲勞與檢體採樣量不足等問題),大大減輕臨床病理醫師的工作負擔,加快診斷的效率。癌症的治療,就像與死神賽跑,所以盡速決定對風險最小、成效最佳的療法,對提高病患的存活率至關重要。

未來,捷絡生技這個領先全球的 3D 數位病理檢驗暨 AI 分析平臺,預期可實際應用在檢測藥物的穿透性、篩選適合免疫療法的病患、分析腫瘤微環境等方向。不管是從美國或是臺灣的例子,都讓我們看見不同領域相互激蕩的成果,並非止步於學術象牙塔的研究,而是可以被實際應用在日常生活中的技術。

參考資料


 

科技大觀園_96
141 篇文章 ・ 21 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。