Fast Approximations of Implicit Active Contours in Fluorescence Microscopy

Mgr. Martin Maška, Ph.D.

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Po úspěšném rozluštění lidského genomu je jedním z nejnáročnějších problémů současné molekulární biologie úplné porozumění prostorovému uspořádání genetického materiálu uvnitř buněčného jádra. Přesná lokalizace chromozómů, proteinů a genů uvnitř jádra je nezbytná pro snadnější pochopení jejich funkcí a úloh během buněčného cyklu. Tyto poznatky by navíc mohly umožnit snadnější rozpoznávání a následnou léčbu buněčných abnormalit, které způsobují závažná onemocnění celého organismu (např. rakovina). Výzkum v této oblasti převážně využívá prostředků fluorescenční mikroskopie a požaduje spolehlivé, přesné a rychlé segmentační metody pro analýzu pořízených obrazových dat. V současné době je zásadním problémem zejména detekce hranic buněk a buněčných jader, které jsou součástí buněčných shluků a tkání. Cílem této práce je navrhnout, implementovat a zhodnotit segmentační metody použitelné pro detekci hranic buněk a buněčných jader v obrazových datech pořízených fluorescenčním mikroskopem. Navržené metody budou založeny na modelech implicitních aktivních kontur a budou schopny úspěšně detekovat jednotlivé buňky buněčných shluků a tkání. Současně budou tyto metody co nejvíce automatické a dostatečně rychlé, aby je bylo možné efektivně používat na běžných pracovních stanicích v biologických laboratořích.

Abstract:

Since the human genome was completely revealed, a full understanding of the spatial organization of the genetic material inside the cell nuclei has become one of the most challenging issues of the modern molecular biology. An accurate localization of the nuclear chromosomes, proteins and genes is inevitable for better understanding of their functions and roles during the cell cycle. In addition, this knowledge could lead to better detection and subsequent treatment of cell abnormalities causing severe diseases of the whole organism (e.g. cancer). The research in this field mainly exploits a potential of fluorescence microscopy and demands on reliable, accurate and fast segmentation methods to analyze acquired image data. At present, the crucial task is, in particular, boundary detection of individual cells forming cell clusters and tissues. The aim of this work is to design, implement and evaluate segmentation methods suitable for the boundary extraction of the cells and cell nuclei in the fluorescence microscope images. The proposed methods will be based on the implicit active contour models and be capable to accurately identify individual cells of cell clusters and tissues. Furthermore, they will be as automatic as possible and fast enough to be reasonably executable on common workstations in biological laboratories.

Keywords

boundary extraction, implicit active contours, fluorescence microscopy

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 2. 2009

Thesis defence

• Date of defence: 13. 1. 2009

Masaryk University

Faculty of Informatics

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Informatics / Informatics