PRÍKLADY

Nasledovné príklady sa nesnažia reprezentovať celú škálu typických aplikácií modulov Ellipse, reprezentujú určitý výber aplikácií, ktoré sme považovali za zaujímavé z hľadiska úloh riešených na spolupracujúcich inštitúciách

  1. Detekcia objektov a ich kvantitatívna analýza
  2. Analýza častíc nanometrických rozmerov
  3. Skladanie obrazov predstavujúcich sériové rezy
  4. Meranie dĺžky DNA plazmidov
  5. Stereologická analýza častíc
  6. Vizualizácia a analýza objektov v 3D

1) Objects detection and quantitative analysis

Klasickou úlohou je segmentácia objektov metódou prahovania. Pixely, ktorých hodnota jasu je nižšia ako zvolený prah, vytvárajú súvislé spojité podoblasti. Kontúry takýchto podoblastí sú detekované vhodným algoritmom, transformované do tvaru polygonu a vykreslené do obrazu ako samostatná transparentná vrstva ("overlay"). Detekované objekty sa môžu kombinovať s nakreslenými (úsečka, uhol, lomená úsečka, obdĺžník, polygon , rukou kreslený polygon). Každý objekt (alebo jeho časť) môže byť manuálne editovaný (posuv, vymazanie, zmena tvaru). Pravá strana nižšie uvedeného obrázku predstavuje zoomovanú verziu ľavého obrazu, pričom jeden bod na objekte č. 2 bol presunutý na inú pozíciu.

THRESHOLDING

Pri otvorení okna výsledkov (ResultWindow - viď spodnú časť obrázku) sa automaticky uskutoční kompletná kvantitatívna analýza detekovaných objektov. Viac než 15 parametrov charakterizujúcich objekty je vypočítaných a zobrazených v okne výsledkov a to v kalibrovaných jednotkách (plocha, obvod, okrúhlosť, Ferretov priemer, hodnota hustoty, ťažisko, momenty atď). Medzi aktivovaným (kliknutým) objektom a aktívnym riadkom tabuľky existuje interaktívna väzba (oba sú zobrazené rovnakou farbou - v danom prípade modrou). Každá zmena tvaru aktívneho objektu je okamžite nasledovaná aktualizáciou hodnôt v tabuľke výslekov. Vybrané bunky Results Window (žlté na príslušnom obrázku) môžu byť presunuté do iného programu pomocou obvyklých funkcií typu "clipboard". Alternatívou tohto postupu je uloženie celej tabuľky výsledkov do textového súboru a následný import do požadovaného programu napr. Excelu.

2) Nano-particles analysis

Pri niektorých špeciálnych aplikáciách (ako napr. štúdium nanometrických častíc pomocou "Atomic Force" mikroskopie), je veľkosť častice počítaná ako geometrický priemer rozmerov v smeroch X, Y, Z. Výška častice je získaná ako rozdiel jasových úrovní medzi pozadím a vrcholom častice (prepočítaných podľa kalibračnej krivky). Veľkosti v smeroch X a Y zodpovedajú Ferretovmu priemeru meranému v polovičnej výške. Najprv sa metódou prahovania detekuje počiatočný obrys (viď ľavý obrázok), algoritmus potom hľadá dva obrysy nakreslené na pravom obrázku - prvý z nich (biely) leží tesne pri povrchu podložky a druhý (čierny) je detekovaný v polovičnej výške. Túto úlohu vykonáva špecializovaný modul AFMParticle, ktorý bol vyvinutý na Ústave experimentálnej fyziky SAV, Slovenskej akadémie vied v Košiciach.

NANOPARTICLES

3) Lícovanie sériových rezov

Obvyklým problémom pri analýze sériových rezov získaných mikroskopiou je ich registrácia (zarovnanie vzájomne posunutých a rotovaných obrazov). Automatické algoritmy založené na korelačnej analýze zvyčajne zlyhávajú v prípade málo kvalitných obrazov a preto je užitočným aj jednoduchý polo-automatický program na ich správne uloženie. Modul Align dovoľuje najprv hrubé a potom aj jemné korigovanie posunutia a uhla pootočenia každého obrazu v sérii. Prahovaný červený obraz je porovnávaný so susedným (modrým) pričom prekrývajúce sa oblasti sú znázornené ako čierne. Operátor posúva a rotuje jeden z obrazov a to buď opakovaným zadávaním kalibračných bodov, alebo pomocou navigačných tlačítok, pričom hľadá pozíciu, kde je najväčšia zhoda porovnávaných obrazov.

ALIGN

4)Meranie dĺžok DNA plazmidov

AFM umožňuje štúdium DNA reťazcov. Špeciálny programový modul DNATracker dovoľuje polo-automatické sledovanie jednotlivých DNA reťazcov začínajúc z pozície danej operátorom. V dobre definovaných častiach obrazu algoritmus automaticky sleduje chrbát reprezentujúci DNA, v kritických častiach (prekrížené, dotýkajúce sa a vzajomne prekryté oblasti) operator naviguje algoritmus ukazujúc správny smer myšou. Snímanie a analýza obrazov boli vykonané na Ústave fyziky kondenzovaných látok, Univerzity v Lausanne vo Švajčiarsku. Modul DNATracker spolupracujúci s Ellipse bol vyvinutý na Ústave experimentálnej fyziky SAV v Košiciach.

DNA

5) Modules for the stereological analysis

Stereologia odhaduje vlastnosti častíc v 3D priestore na základe ich 2D rezov. Väčšina stereologických plug-in modulov využívajúcich prostredie Ellipse bola vyvinutá v rámci spolupráce s Oddelením biomatematiky Fyziologického ústavu AVČR v Prahe. Kontaktujte autorov pokiaľ potrebujete získať podrobnejšie informácie o jednotlivých stereologických moduloch

Doleuvedený obrázok ukazuje funkciu modulu PointGrid. Ak krížik reprezentujúci bod mriežky zasiahne vnútro objektu, potom je označebný ako popredie (zobrazený zelenou farbou), inak je to bod pozadia (žltý). Počiatočná konfigurácia bodov je získaná prahovaním hodnoty jasu pixelu v mieste bodu mriežky. Keďže reálne obrazy sú zvyčajne nekvalitné, musi preto byť umožnená v prípade potreby aj manuálna korekcia hodnôt nastavených prahovaním (kliknutím na bod ktorého stav treba zmeniť, alebo ohraničením plochy kde sa má vykonať zmena - nakreslením obdlžníka alebo polygónu).

POINTGRID

6) Vizualizácia a analýza v 3D

Ellipse3D je názov rozšírenej verzie vybavenej 3D modulmi, ktoré umožňujú:

  • vizualizáciu a rendering segmentovaných objektov v stacku
  • rotáciu a zoom rekonštruovaného objektu v 3D (viď obrázok ktorý animuje niekoľko vybraných pozícií)
  • meniť optické vlastnosti zobrazovaného objektu (transparentnosť, farbu atď.)

3D