August 13th, 2014
蜂窝三维电子显微镜的瓶颈是特征提取(分割)的高度复杂的三维密度图。我们已经制定了一套标准,这对于提供指导的分割方式(手动,半自动或自动)最适合于不同的数据类型,从而提供了一个起点,有效区隔。
以下实验的总体目标是从细胞和组织的复杂 3D 电子显微镜数据集中分割出感兴趣的特征,以分析它们的 3D 组织国家。这是通过收集由单个电子显微镜图像组成的数据集来实现的。然后将原始 2D 数据重建为 3D 体积并过滤以减少噪声并增强感兴趣的特征作为第二步,评估数据的客观和主观特征,以告知分割方法的最佳选择。
接下来,要么手动抽象,要么生成模型,要么手动跟踪感兴趣的特征。执行基于密度的自动分割或定制的自动分割以提取感兴趣的特征。结果显示了基于分类图像特征和个人目标的感兴趣特征的最终 3D 分割模型,以选择最佳分割方法。
针对不同数据集的不同方法之间的比较将有助于选择正确的分割策略。我们演示了提取感兴趣特征的不同方法。鉴于亚细胞电镜体积的复杂性,每种方法都有其优点和局限性。
一般来说,刚接触细分的人可能会很困难,因为确定不同数据集的最佳方法并不总是很清楚。伴随着研究生的发泄。Tai 演示该程序将是 BU 作为汽车博士后。
在我的实验室中,我实验室的研究助理 Amit Hassan 和我实验室的计算机系统工程师 Joaquin Korea 在创建几何模型以进行几何测量的唯一目标是使用手动抽象模型生成。首先,将数据卷导入到合适的程序中。对于手动抽象模型生成,本演示中使用了 kymera 软件。
首先选择文件并打开以打开打开文件对话框,导航到所需地图的文件位置。接下来,拉出体积查看器并选择 features display style 以显示具有不同渲染样式的数据。通过拖动体积查看器窗口中直方图上的垂直条来调整显示的阈值。
在 3D 体积中导航以选择要分割的感兴趣区域,并在必要时裁剪出较小的子体积。在 Volume Viewer 对话框中,选择特征,选择子区域,单击并拖动以在感兴趣区域周围创建一个矩形框。接下来,沿着感兴趣的特征放置标记,并在适当的地方将它们与链接器连接,直到模型完成。
要从体积查看器菜单栏中实现此目的,请选择 tools (工具) 和 volume tracer (音量跟踪器) 对话框。要在此处打开 volume tracer 对话框,请选择 file 和 new marker。设置。在体积跟踪器对话框中,选中鼠标、在高密度上放置标记、在数据上放置标记、平面移动和化标记将新标记链接到所选标记并链接连续选定的标记。
然后在音量跟踪器窗口中,使用鼠标右键选择放置标记,并为标记和链接插入半径。接下来,右键单击体积数据以开始放置标记。标记将在 volume tracer 对话框中自动连接。
选择文件,保存当前标记。设置然后文件关闭标记。设置。打开一个新的标记集,开始将模型构建到第二个所需的感兴趣特征中。
利用标记集之间的对比色来强调特征的差异。当种群密度相对较小且特征提取的准确性至关重要时,使用手动追踪感兴趣的特征是一种耗时的方法。开始将体积数据导入到具有手动跟踪选项的程序中。软件。
具有此功能通常提供基本的画笔工具。在本演示中,Amira 软件用于大型 tomos。选择 open data 并右键单击文件名 rec。
然后点击 格式,选择 raw 作为大光盘数据。好的,加载。从标题信息中选择适当的原始数据参数,然后单击 确定。
切换并另存为新文件名。am 文件。对于 3D 图像序列,选择打开数据,然后选择文件名 tiff 或文件名 dot mrmc。
然后切换,右键单击并选择 另存为文件名 am.在 3D 查看器窗口中,选择正交切片以打开图像文件。然后使用底部的滑块在切片中导航,以裁剪作为大型光盘数据打开的较大数据。
在池窗口中切换文件名,右键单击并选择 lattice access。输入所需的框大小,将框移动到所需的区域,然后单击 Apply。保存新文件。
接下来,通过在池窗口中切换文件来创建分段文件。然后右键单击并选择 labeling label field。将创建一个新文件,并自动加载到 Segmentation Editor 选项卡以及对象池中。
使用画笔工具描摹第一个感兴趣特征的边界。根据需要更改画笔大小,然后使用鼠标指针跟踪感兴趣特征的边界。使用快捷键 F.单击带有加号的按钮添加选择。
在所有切片中跟踪感兴趣的特征,然后重复手动描摹分割。根据对象池选项卡中的软件用户指南说明生成用于可视化和基本定性或定量分析的表面渲染,在池窗口中切换文件名标签。然后右键单击并选择 surface gen。
选择所需的表面属性,然后单击 apply。将在池中创建一个新的文件名 surf。要可视化分段的卷,请在池窗口中切换文件名 surf。
然后右键单击并选择 Surface View。生成用于可视化和定性分析的表面,如 text protocol 中所述。基于密度的自动分割用于具有各种对比度、清晰度或拥挤度的数据集,以提取感兴趣的密度,以开始将体积数据导入配备阈值魔棒或其他基于密度的工具的程序中,以进行自动分割。
与手动跟踪感兴趣特征技术一样,本演示中使用 Amira 软件处理没有明显可区分边缘的特征。通过选择阈值图标来使用阈值工具。调整滑块以在所需范围内调整密度,以便仅遮罩感兴趣的特征。
单击 select 按钮,然后通过单击带有加号或快捷方式的按钮来添加选择。A 生成用于可视化和定性分析的表面,如文本协议中所述。都是第四种方法。
定制的自动分割可用于有效地分割大型数据集,但需要 MATLAB 等程序的知识。请参阅 自定义定制分段 有关此方法的分步说明。按四种方法对六个示例数据集进行了分段。手动抽象模型生成、感兴趣特征的手动追踪、基于密度的自动分割和定制自动分割手动抽象模型生成对填料有效。
立体纤毛的嵌入式染色断层扫描的目的是创建一个用于定量目的的模型,而不是提取植物细胞壁的树脂嵌入染色断层扫描的精确密度。基于密度的自动分割对于快速提取许多切片中的纤维素最有效。手动方法仅对几个数据切片花费更多精力。
手动抽象模型生成在肌纤毛的阶段断层扫描中产生了微管三联体,而两种自动化方法可以更快地提取密度,因此由于聚焦离子束的线粒体形状、乳腺上皮细胞的扫描电子显微镜而成为首选。手动跟踪提供了最干净的结果,并且较低的人口密度允许快速分割。鉴于需要分割的体积很大,定制定制的自动分割被证明是分割连续块面扫描电子显微镜细菌数据的最有效。
虽然很耗时,但提取乳腺上皮细胞膜聚焦离子束扫描电子显微镜的唯一方法是手动示踪。分割方法的开发为结构细胞生物学这一新兴领域的研究人员铺平了道路,以探索和确定各种细胞培养、类器官培养或模式生物中大分子复合物、细胞器和细胞水平的细胞 3D 结构。观看此视频后,您应该对如何为数据集选择和应用最佳分割方法有很好的了解。
本研究针对3D电子显微镜数据中特征提取的挑战。它提出了一套标准,以指导研究人员为不同类型的数据选择最合适的分割方法。
In biopharma R&D, accurate 3D ultrastructural analysis of cellular components is critical for target validation and mechanistic de-risking. This guide provides a decision framework for selecting optimal segmentation strategies based on data characteristics, directly supporting reproducible phenotypic screening and assay development. By enabling precise visualization and quantification of macromolecular complexes and organelles, it enhances predictive confidence in preclinical models and reduces biological ambiguity in early discovery.
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing in early biology to lead identification and preclinical validation, supporting data-driven decisions at each stage based on ultrastructural fidelity.