Tvorba 3D modelu ivch bunk

Tvorba 3D modelu ivch bunkMarie HyblovMagdalna Koutov

Renata RychtrikovNov Hrady, 25.7.2013Dobr den,rdy bychom vs seznmily s vsledky naeho projektu zamenho na tvorbu trojrozmrnho modelu iv buky.1Vyuit 3D modeluMedicnaOnkologieEmbryologie

Vsledky tohoto vzkumu bude mon potenciln vyut v medicn pi zkoumn fyziologickch stav a tdn lidskch embry, dle nap. k zkoumn patologick morfologie rakovinn buky.2Optick mikroskopieve svtlm poli

+:Jednoduch metodaNebarven iv buky

-:Nzk kontrastNzk rozlien

Jako vhodn nstroj ke studiu fyziologie a morfologie iv buky lze pout optickou mikroskopii, a to zejmna mikroskopii ve svtlm poli. Vhodou tohoto typu mikroskopie oproti jinm typm je jej jednoduchost z hlediska konstrukce a principu (tj. vyuv k zobrazen pouze prchodu viditelnho svtla vzorkem). Z hlediska studia stavu buky je dal nespornou vhodnou monost pouit buky neznaen i jinak upraven.

Naopak nevhodou tohoto typu mikroskopie je nzk kontrast pozorovanch objekt, zejmna prv nebarvench biologickch vzork, i nzk rozlien objekt vlivem rozosten.3Cle prceDetekce organely v iv buce3D rekonstrukce organelyVpoet objemu organelyZ tohoto dvodu byla zde v stavu komplexnch systm vyvinuta metoda zaloen na informan teorii umoujc zvraznn hranic objektu pozorovanho optickou mikroskopi.

Clem na prce bhem tto ste bylo pout tuto metodu pro detekci, rekonstrukci a vpoet objemu organel ve vertiklnch skenech iv buky. 4Metodika

Jako prvn biologick model pro studium morfologie organel byla vybrna buka osteosarkomu kmene MG63, kter byla v z-skenu snmna zdejm prototypem nanoskopu vyuvajc jako princip prv optickou mikroskopii ve svtlm poli.

Uniktn vlastnost tohoto pstroje je vybaven kamerou s ipem kinofilmov velikosti, umoujc uloen obrazu v 8- i 12-bitovm rozlien.

Videozeslen, kter zajist detekci objekt i velmi mal velikosti, je zajitno dalm zpracovnm vstupnho obrazu.

Vstupn raw formt obrazu odpovdajc RGB filtrm Bayerovy masky je pepotn na RGB obrzek tvrtinovho rozlien. V ppad 12bitovho obrzku nsleduje konverze na 8 bit. V z-skenu buky byla nsledn pomoc vcerozmrov analzy vybrna v programu Unscrumbler X jej zaosten oblast po extrakci informan entropie srie obrzk softwary Entropic Calculator a PIE Extractor.

Systmovou nevhodou uvedenho nanoskopu je nedouc posun pozorovanho objektu (v naem ppad buky) skenovanho vertikln. Z tohoto dvodu bylo nutn zskanou srii buky MG63 poloautomaticky srovnat algoritmem v programu Matlab. V programu Cell Marker byla buka vyznuta a opt pepotna softwarem Entropic Calculator.

My jsme potali tzv. PDG-obrzky (Point Divergence Gain) pro 13 konstant, tzv. alfa-koeficient Rnyiho entropie. Tento typ zpracovn obrazu je prv vhodn pro studium z-skenov srie.

Zjiuje se zmna informace obrazu, pokud zamnme bod na urit pozici v obrzku za stejn bod v obrzku nsledujcm. Tento pepoet se na vstupnm obrzku projev jako zmna intenzity danho bodu. Tm dojde ke zvraznn hranic pozorovanch objekt.5MetodikaDetekce organel

Funkce algoritmuPoloautomatick detekce konturExport vybranho objektuVpoet objemu vybranho objektu

VstupPDG-1,3-Whole image

PrahovnB kanl, intenzity 10 70

Samotn detekce organel byla provedena v matlabovskm skriptu, umoujcm (peti funkce algoritmu).

My jsme pro prahovn a detekci kontur organel v buce MG63 pouily modr kanl s intenzitami 10-70.6Vsledky

V nsledujcm videu uvidte zaostenou oblast z-skenu lidskho osteosarkomu MG63, na prvn studovan buky. My jsme se pokusily vytvoit 3D model a vypotat objem erven zvraznnho jadrka. Povimnte si, e spousta jinch malch organel se v buce pohybuje. To potom zpsobuje jejich patnou detekci v z-skenu.7Vsledky

Studium vlivu zobrazovac funkce nanoskopuZvislost objemu jadrka na -koefiientu Rnyiho entropie pro nasnmanou a obrcenou srii MG63.Zobrazen objekt optickou mikroskopi je vdy ovlivnno tzv. zobrazovac funkc mikroskopu (PSF, Point Spread Function).

Jej vliv na zobrazen naeho jadrka byl zkoumn jako jeho objemov rozdl, vypotan z PDG sri nasnmanch a obrcench pi 13 alfa-koeficientech Rnyiho entropie. Bylo zjitno, e ke zmn objemu jadrka nedochz pi pouit Rnyiho koeficientu o hodnot 1,3. Zobrazovac funkce nanoskopu je tedy v tomto ppad symetrick.

Po dkladn analze (tj. vpotu rozdlu objemu jadrka pro nasmman a obrcen srie snmk) bylo zjitno, e vhodnou sri pro detekci jadrka v na buce je srie snmk PDG-1,3-Whole image.8Vsledky

Detekce jadrka Intenzitn profily barevnch kanl PDG-1,3-Whole image srie MG63.Tato srie tedy byla pouita pro export organely pomoc skriptu v Matlabu. Zde vidte intenzitn profily tto PDG srie. Jadrko bylo detekovno v prvnch 40 snmcch ze zaosten srie obsahujc 65 snmk. 9Vsledky

Vypotan objem jadrka: 6055 m3Na nsledujcm videu ji vidte n nejdleitj vsledek!!!, a to prbh z-skenu vybranho jadrka. Jeho objem je 6055 um3.10ZvrNutnostoptimalizaceautomatizaceBhem na ste jsme s pouitm nanoskopu naskenovali a zpracovali dal typy ivch savch bunk. Tyto nasnman srie budou pouity pro postupnou optimalizaci a automatizaci celho procesu a ke studiu stavov trajektorie bunnch organel a tedy i cel buky.11

Podkovn

Kevinovi ShiTomi Nhlkovia Honzovi Kohoutovi

Renat RychtrikovDkujeme za pozornost!