August 13th, 2014
Hücresel 3D elektron mikroskobu için darboğaz oldukça karmaşık 3D yoğunluk haritalarında özellik çıkarma (segmentasyon) 'dir. Biz dolayısıyla etkili segmentasyon için bir başlangıç noktası sağlayan, segmentasyon yaklaşımı (manuel, yarı otomatik veya tam otomatik) farklı veri türleri için en uygun olduğu konusunda rehberlik sağlamaktadır kriterleri bir dizi geliştirdik.
Aşağıdaki deneyin genel amacı, 3B organizasyon uluslarının analizi için hücrelerin ve dokuların karmaşık 3B elektron mikroskobu veri setlerinden ilgilenilen özellikleri bölümlere ayırmaktır. Bu, bireysel elektron mikroskobu görüntülerinden oluşan bir veri seti toplanarak elde edilir. Ham 2D veriler daha sonra bir 3D hacim halinde yeniden yapılandırılır ve gürültüyü azaltmak ve ilgilenilen özellikleri geliştirmek için filtrelenir, ikinci adım olarak, verilerin nesnel ve öznel özellikleri, segmentasyon için en iyi yöntem seçimini bilgilendirmek için değerlendirilir.
Daha sonra, ya manuel olarak soyutlanmış, model oluşturma, ilgilenilen özelliklerin manuel olarak izlenmesi. İlgilenilen özellikleri çıkarmak için otomatik yoğunluğa dayalı segmentasyon veya özel olarak uyarlanmış otomatik segmentasyon gerçekleştirilir. Sonuçlar, görüntü özelliklerinin önceliklendirilmesine ve en uygun segmentasyon yaklaşımını seçmek için kişisel hedeflere dayalı olarak ilgilenilen özelliklerin nihai 3B segmente edilmiş modellerini göstermektedir.
Farklı veri seti için farklı yaklaşımlar arasında bir karşılaştırma yapmak, doğru segmentasyon stratejisinin seçilmesine yardımcı olacaktır. İlgilenilen özelliklerin çıkarılması için farklı yöntemler gösteriyoruz. Hücre altı elektromikroskopi hacimlerinin karmaşıklığı göz önüne alındığında, her yaklaşımın avantajları ve sınırlamaları vardır.
Genel olarak, segmentasyona yeni başlayan kişiler, farklı veri kümeleri için en iyi yaklaşımı belirlemek her zaman net olmadığı için mücadele edebilir. Lisansüstü öğrenci havalandırması ile birlikte. Prosedürü gösteren Tai, bir araba postdoc olarak BU olacak.
Laboratuvarımda, laboratuvarımda araştırma görevlisi olan Amit Hassan ve laboratuvarımda bilgisayar sistemleri mühendisi olan Joaquin Korea, tek amaç geometrik ölçümler yapmak için geometrik bir model oluşturmak olduğunda manuel soyutlanmış model oluşturma kullanılır. Başlamak için, veri hacmini uygun bir programa aktarın. Bu gösterimde manuel soyutlanmış model üretimi için kymera yazılımı kullanılmıştır.
Önce dosyayı seçin ve açık dosya iletişim kutusunu açmak için açın, istediğiniz haritanın dosya konumuna gidin. Ardından, ses görüntüleyiciyi yukarı çekin ve verileri farklı işleme stilleriyle görüntülemek için özellikler görüntüleme stilini seçin. Ses düzeyi görüntüleyici penceresindeki histogramdaki dikey çubuğu sürükleyerek ekran eşiğini ayarlayın.
Segmentasyon için bir ilgi alanı seçmek ve gerekirse daha küçük bir alt hacmi kırpmak için 3B ciltte gezinin. Ses görüntüleyici iletişim kutusunda, özellikleri, alt bölge seçimini seçin, ilgilenilen bölgenin etrafında dikdörtgen bir kutu oluşturmak için tıklayın ve sürükleyin. Ardından, işaretçileri ilgilenilen özellik boyunca yerleştirin ve model tamamlanana kadar uygun olduğunda bunları bağlayıcılarla bağlayın.
Bunu ses görüntüleyici menü çubuğundan elde etmek için araçlar, ses izleyici iletişim kutusunu seçin. Orada ses izleyici iletişim kutusunu açmak için dosya, yeni işaretçi'yi seçin. Ayarlamak. Hacim izleyici iletişim kutusunda, fareyi kontrol edin, işaretçileri yüksek yoğunluğa yerleştirin, işaretçileri verilere yerleştirin, düzlemler hareket eder ve işaretçileri ize eder, yeni işaretçiyi seçilen işaretçiye bağlar ve ardışık olarak seçilen işaretçileri bağlar.
Ardından hacim izleyici penceresinde, farenin sağ tuşunu kullanarak işaretçileri yerleştirin ve işaretçiler ve bağlantılar için yarıçaplar ekleyin. Ardından, işaretçileri yerleştirmeye başlamak için birim verilerine sağ tıklayın. İşaretleyiciler, ses izleyici iletişim kutusuna otomatik olarak bağlanacaktır.
Dosyayı seçin, geçerli işaretçiyi kaydedin. Ardından dosya kapatma işaretçisini ayarlayın. Ayarlamak. Bir modeli, istenen ikinci bir ilgi çekici özelliğe dönüştürmeye başlamak için yeni bir işaretçi kümesi açın.
Özelliklerdeki farklılıkları vurgulamak için işaretleyici kümeleri arasında zıt renkler kullanın. İlgilenilen özelliklerin el ile izlenmesi, popülasyon yoğunluğu nispeten küçük olduğunda ve özellik çıkarmanın doğruluğu çok önemli olduğunda kullanılan zaman alıcı bir yaklaşımdır. Birim verilerini el ile izleme seçenekleriyle bir programa aktarmaya başlamak için. Yazılım.
Bu özellik ile genellikle temel bir boya fırçası aracı sunar. Bu gösteride, büyük tomlar için Amira yazılımı kullanılmıştır. Açık verileri seçin ve dosya adına sağ tıklayın.
Ardından formata tıklayın, büyük disk verileri olarak ham'ı seçin. Tamam ve yükle. Başlık bilgilerinden uygun ham veri parametrelerini seçin ve Tamam'a tıklayın.
Geçiş yapın ve yeni bir dosya adı olarak kaydedin. dosyası. 3D görüntü dizisi için açık veriyi seçin ve dosya adı tiff veya dosya adı nokta mrmc'yi seçin.
Ardından geçiş yapın, sağ tıklayın ve dosya adı olarak kaydet'i seçin. 3B görüntüleyici penceresinde, görüntü dosyasını açmak için orto dilimi seçin. Ardından, büyük disk verileri olarak açılan daha büyük verileri kırpmak üzere dilimler arasında gezinmek için alttaki kaydırıcıyı kullanın.
Havuz penceresinde dosya adını değiştirin, sağ tıklayın ve kafes erişimini seçin. İstediğiniz kutu boyutunu girin, kutuyu istediğiniz alana taşıyın ve uygula'yı tıklayın. Yeni dosyayı kaydedin.
Ardından, dosyayı havuz penceresinde değiştirerek bir segmentasyon dosyası oluşturun. Ardından sağ tıklayın ve etiketleme etiketi alanını seçin. Yeni bir dosya oluşturulacak ve segmentasyon düzenleyici sekmesinde ve nesne havuzunda otomatik olarak yüklenecektir.
İlgilendiğiniz ilk özelliğin kenarlığını izlemek için boya fırçası aracını kullanın. Fırça boyutunu istediğiniz gibi değiştirin ve ardından ilgilenilen özelliğin kenarlığını izlemek için fare işaretçisini kullanın. İzlenen alanı kısayolla doldurun F.Artı sembollü düğmeyi tıklatarak seçimi ekleyin.
İlgilenilen özelliği tüm dilimlerde takip edin ve manuel izleme segmentasyonunu tekrarlayın. Nesne havuzu sekmesindeki yazılım kullanıcı kılavuzu talimatına göre görselleştirme ve temel kalitatif veya kantitatif analiz için bir yüzey oluşturma oluşturun, havuz penceresinde dosya adı etiketlerini değiştirin. Ardından sağ tıklayın ve yüzey genini seçin.
İstediğiniz yüzey özelliklerini seçin ve uygula'ya tıklayın. Havuzda surf adlı yeni bir dosya dosyası oluşturulur. Bölümlere ayrılmış birimi görselleştirmek için, havuz penceresinde dosya adı sörfü arasında geçiş yapın.
Ardından sağ tıklayın ve yüzey görünümünü seçin. Metin protokolünde açıklandığı gibi görselleştirme ve nitel analiz için bir yüzey oluşturun. Otomatik yoğunluğa dayalı segmentasyon, her türlü kontrast, netlik veya kalabalıklığa sahip veri kümelerinde, hacim verilerini eşikleme sihirli değneği veya otomatik segmentasyon için diğer yoğunluk tabanlı araçlarla donatılmış bir programa aktarmaya başlamak için ilgilenilen yoğunlukları geri çekmek için kullanılır.
İlgilenilen özelliklerin manuel olarak izlenmesi tekniğinde olduğu gibi, bu gösterimde açıkça ayırt edilebilir kenar boşlukları olmayan özellikler için Amira yazılımı kullanılmıştır. Eşik simgesini seçerek eşik aracını kullanın. Yoğunluğu istenen aralıkta ayarlamak için bir kaydırıcıyı ayarlayın, böylece yalnızca ilgilenilen özellikler maskelenir.
Seç düğmesini tıklayın, ardından artı sembollü veya kısayollu düğmeyi tıklayarak bir seçim ekleyin. A metin protokolünde açıklandığı gibi görselleştirme ve nitel analiz için bir yüzey oluşturun. Hepsi dördüncü bir yaklaşım.
Özel olarak uyarlanmış otomatik segmentasyon, büyük veri kümelerini verimli bir şekilde segmentlere ayırmak için kullanılabilir, ancak matlab gibi programlarda bilgi gerektirir. Bu yöntemle ilgili adım adım talimatlar için lütfen özel olarak uyarlanmış segmentasyon hakkındaki ek videoya bakın: Altı örnek veri seti dört yaklaşımla segmentlere ayrıldı. Manuel soyutlanmış model oluşturma, ilgilenilen özelliklerin manuel olarak izlenmesi, otomatik yoğunluk tabanlı segmentasyon ve özel uyarlanmış otomatik segmentasyon manuel soyutlanmış model oluşturma reçine için etkili olmuştur.
Stereosilia'nın gömülü boyalı tomografisi, bir bitki hücre duvarının reçine gömülü boyanmış tomografisi için kesin yoğunlukları çıkarmak yerine kantitatif amaçlar için bir model oluşturmaktı. Otomatik yoğunluğa dayalı segmentasyon, selülozu birçok dilimden hızlı bir şekilde çıkarmak için en etkili olanıydı. El ile kullanılan yöntemler yalnızca birkaç veri dilimi üzerinde daha fazla çaba gerektiriyordu.
Manuel soyutlanmış model oluşturma, kinocilium'un evre tomografisinde mikrotübül üçlüsünü üretirken, iki otomatik yaklaşım yoğunlukları daha hızlı çıkardı ve bu nedenle, odaklanmış iyon demetlerinden mitokondrinin şekli, meme epitel hücrelerinin taramalı elektron mikroskobu nedeniyle tercih edildi. Manuel izleme en temiz sonucu sağladı ve düşük nüfus yoğunluğu hızlı segmentasyona izin verdi. Segmentlere ayrılması gereken büyük hacim göz önüne alındığında, özel olarak uyarlanmış otomatik segmentasyonun, seri blok yüz taramalı elektron mikroskobu bakteri verilerini segmentlere ayırmak için en verimli olduğu kanıtlandı.
Meme epitel hücre zarının odaklanmış iyon demetini taramalı elektron mikroskobunu çıkarmanın tek yöntemi zaman alıcı olmasına rağmen, manuel izlemeydi. Segmentasyon yaklaşımlarının geliştirilmesi, gelişmekte olan bu yapısal hücre biyolojisi alanındaki araştırmacıların, çok çeşitli hücre kültürü, organoid kültür veya model organizmalardaki makromoleküler kompleksler, organeller ve hücreler düzeyinde hücresel 3D mimariyi keşfetmelerinin ve belirlemelerinin yolunu açmaktadır. Bu videoyu izledikten sonra, veri setiniz için en uygun segmentasyon yaklaşımını nasıl seçeceğinizi ve uygulayacağınızı iyi anlamış olmalısınız.
Bu çalışma, 3D elektron mikroskobu verilerinde özellik çıkarma zorluklarına değinmektedir. Çeşitli veri türleri için araştırmacıların en uygun segmentasyon yöntemini seçmelerine yardımcı olacak bir dizi kriter sunmaktadır.
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.