Трехмерная реконструкция мозга моллюска Lymnaea stagnalis

• Автор: Яковлев, Юрий Юрьевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 113 с. : ил

Оглавление
Введение

1.роблема изучения строения объектов по серийным гистологическим срезам

2. Назначение метода трехмерной реконструкции по серийным срезам

3. Другие методы предполагающие создание трехмерных моделей изучаемых 6 структур

Обзор литературы

1. Краткое описание развития метода трехмерной реконструкции по серийным 8 срезам

2. Общая схема операций в процессе трехмерной реконструкции по серийным гистологическим срезам

3. Приготовление серий срезов

3.1 Проблема искажения срезов

3.1.1 Искажения срезов во время фиксации и проводки

3.1.2 Искажения срезов во время микротомирования
3.1.3 Другие источники искажений
3.2 Проблема восстановления правильной ориентации срезов относительно друг
друга и коррекции искажений
3.2.1 Внесение реперных маркеров
3.2.1.1 Совмещение срезов по внутренним маркерам
3.2.1.2 Внесение внешних реперных маркеров
3.2.2 Виды вносимых внешних реперов
3.2.2.1 Поверхностные реперы
3.2.2.2 Заключенные в блок реперные маркеры
3.2.3 Выравнивание изображений серии срезов по изображению этих же структур на блоке непосредственно перед микротомированием
3.2.4 Проблема эффективности внесения репеных маркеров
4. Обработка изображений срезов
4.1 Сборка панорамного изображения среза из ряда фрагментов
4.2 Улучшение качества изображения
4.3 Выравнивание изображений серии срезов относительно друг друга и коррекция искажений срезов
4.3.1 Интерактивное совмещение изображений под визуальным контролем
4.3.2 Полуавтоматическое выравнивание путем совмещения центров и осей х,у изображений серии срезов, вычисленных по маркерам
4.3.3 Полуавтоматическое выравнивание путем минимизации сумм дистанций между указанными пользователем точками на соседних изображениях
4.3.4 Автоматическое выравнивание соседних изображений без опоры на реперные точки
5. Выделение реконструируемых структур на изображении среза
6. Калибровка
7. Представление информации для построения трехмерной модели
8. Стратегии построения трехмерной модели в программах для трехмерной реконструкции
8.1 Вексельная стратегия
8.2 Векторная стратегия
8.3 Построение модели реконструируемого по серии срезов объекта с помощью неявно заданных поверхностей.
9. Частичная схематизация трехмерной модели
. Способы получения количественных данных в процессе трехмерной реконструкции
. Экспериментальный объект нервная система Ьушпаеа апаЙ5
.1 Состав нервной системы
.2 Строение ганглиев
.3 Нервная система Спттаеа яГааИя, как экспериментальный объект
. Заключение
Материалы н оборудование
1. Серии препаратов
2. Оборудование для получения изображений серий срезов
3. Оборудование для обработки изображения и выполнения трехмерной реконструкции
4. Съемка препаратов
Результаты и их обсуждение
1. Разработанные методики
1.1 Методика внесения реперных маркеров
1.1.1 Изготовление маркерного колодца
1.1.2 Подготовка ткани мозга моллюска
1.1.3 Процедура окончательной заливки материала
1.2 Методика обработки и анализа изображений серийных срезов, используя
программный пакет
1.2.1 Краткое описание программ программного пакета 9, используемых в процессе трехмерной реконструкции
1.2.2 Сборка фрагментов изображения среза
1.2.3 Повышение качества изображения
1.2.4 Выравнивание изображений срезов относительно друг друга
1.2.5 Экспорт контуров объектов из в 3 i X
1.3 Методика построения трехмерной модели по изображениям серийных срезов,
используя программный пакет 3 i МАХ 2.
1.3.1 Оконтуривание реконструируемых объектов
1.3.2 Калибровка и распределение контуров на расстояние отвечающее толщине среза
1.3.3 Построение поверхности реконструируемых объектов
1.3.3.1 Построение поверхности неветвящнхея объектов
1.3.3.2 Построение поверхности ветвящихся объектовпутем экстраполяции но последовательным контурам
1.3.3.3 Построение поверхности ветвящихся объектов с помощью модуля i для 3 i МАХ
2. Исследование мозга i с помощью разработанных методик.
2.1 Краткое описание исследования
2.2 Модели ганглиев полученные с помощью комплекса 3 i X
2.2.1 Модель большого париетального ганглия
2.2.2 Модель части висцерального и малого париетального ганглиев в районе комисуры, соединяющей висцеральный и малый париетальный ганглии
2.2.3 Модель висцерального ганглия
2.2.4 Исследование визикулоподобных структур в нейронах моллюска
2.3 Модели, построенные с помощью разработанной программы АКТ
2.3.1 Модель левой половины мозга i
2.3.2 Реконструкция нейронов большого париетального ганглия
3. Обсуждение
Заключение
Выводы
Список работ по теме
Список литературы


Поиск новых перспективных подходов к трехмерной реконструкции по серийным срезам и анализ возможных путей развития программ для изучения строения биологических объектов по серийным гистологическим срезам. Краткое описание развитии метода трехмерной реконструкции но серийным срезам. История метода трехмерной реконструкции начинается с публикации работ i в году , . Пачка зарисовок рассматривалась на просвет. Описывая историю метода, Туркевич разделяет его на графическую и пластическую реконструкцию. Первая выполняется на плоском листе бумаги, и либо реконструирует вид сбоку по ряду сечений, либо изображает рельеф изучаемого объекта изолиниями, так же как это делается на географических картах. Только в данном случае изолиниями являются контуры последовательных срезов. Вторая подразумевает выполнение объемной модели изучаемого органа. В г. Предварительно изготавливались несколько трафичсских реконструкций, по которым затем от руки лепилась из воска увеличенная модель органа. В и годах опубликовал детальное описание построения моделей органов из восковых пластин, толщина которых соответствовала толщине среза при известном увеличении его изображения. В дальнейшем методика совершенствовалась многими авторами. Основные операции в различных модификациях были следующими а собирался проекционный аппарат наподобие фотоувеличителя, в который вместо пленки вставлялся гистологический препарат б подбиралось нужное увеличение, и оценивалось, какой толщины должны быть пластинки, что бы они соответствовали толщине среза при данном увеличении в изготавливались восковые или из другого материала пластины, на которые затем накладывали листы бумаги с зарисовками серии срезов г нагретым скальпелем вырезали из восковых пластин модели отдельных срезов, причем они могли быть позитивными, т. Кроме воска для создания моделей использовалась широкая гамма материалов картон, желатин, целлулоид, полиакриловые пластинки и т. Большой вклад в повышение точности трехмерной реконструкции внесли Н. Ф. Кащенко введение направляющих плоскостей, т. С.И. Лебедкин выравнивание по комплексу окружающих осевых структур сосудам, нервам. Их способы точного выравнивания срезов относительно друг друга стали впоследствии само собой разумеющимися правилами. В историческом плане очень интересен способ реконструкции на стекле или другом прозрачном материале зарисовки серии срезов делались на стеклянных листах, толщина которых соответствовала толщине среза. Стопку стекол с выполненными на них цветной тушью зарисовками погружали в гвоздичное масло для более комфортного просмотра. Метод получил название Многослойная графическая реконструкция. Трехмерная реконструкция по серии срезов с помощью компьютера, была введена vi и . Как наиболее ранняя г. Единственная трехмерная реконструкция с помощью компьютера, выполненная раньше г. В работе vi стояла задача изучить топологию отростков нервных клеток в нервной системе коловратки ii и рачка i . Эта задача потребовала обработки информации о координатах множества центров профилей нервных волокон на, соответственно, 1 ООО и срезах, с последующим соединением совокупности точек в упорядоченную древовидную структуру. Применение компьютера позволило частично автоматизировать сбор и анализ данных. Модель создавалась полностью автоматически в виде вращающейся на экране компьютера совокупности ломаных линий отражающих распределение в пространстве нервных волокон. Первый опыт оказался столь удачен, что уже к году в обзоре i и др. Однако возможности компьютерной графики на том этапе были крайне ограничены ресурсами компьютеров, что лимитировало сложность моделей. Кроме того, почти каждая программа для трехмерной реконструкции была приспособлена к особой конфигурации вычислительного оборудования см. Vii . Несмотря на достаточно большое количество программ, ни один из описанных проектов не был завершен к моменту написания обзора, и только 3 из них к году были доступны коммерчески Vi i, i I ii, i i. Эти коммерческие программы, согласно i, были далеки от идеала в отношении скорости генерации изображения, форме представления модели и набору функций.