HiD 3D-Rekonstruktion
HistoDigital (HiD) 3D-Rekonstruktion ist aktuell ein Dienstleistungsangebot für die Erstellung von digitalen 3D-Rekonstruktionen anatomischer Gewebestrukturen aus histologischen Objektträgeraufnahmen.
Bei der räumlichen 3D-Rekonstruktion Ihrer Daten mit HiD legen wir besonderen Wert auf die anatomisch exakte Rekonstruktion der Originalgewebe durch iterative Anwendung von speziell für diesen Zweck entwickelten Algorithmen.
Anwendungen
- Digitale Pathologie
- Embryonale und onkologische Forschung
- Ausbildung in Anatomie und Physiologie
Lösungen
- assistierte Sortierung und Ausrichtung
- Korrektur von Färbungsabweichungen
- Ausrichtung starrer und nicht starrer Schnitte
- volumetrische 3D Rekonstruktion
Vorteile
- Untersuchung von Gewebe aus allen Blickwinkeln
- echte 3D Gewebeanalyse
- Ausschluss von anatomischen Strukturen
- Visualisierung der topographischen Gegebenheiten
- atemberaubende Bildqualität
Verstehen Sie die Lage und den Verlauf anatomischer Strukturen im Gewebe und analysieren Sie die Topografie im vollständigen 3D-Kontext.
Technischer Hintergrund der HiD 3D-Rekonstruktion
Bei HiD 3D-Rekonstruktion von anatomischen Schnittdaten legen wir besonderen Wert auf die anatomisch genaue Rekonstruktion der Originalgewebe durch die iterative Anwendung spezieller Algorithmen, um eine sinnvolle Analyse und Interpretation der Strukturen in 3D zu ermöglichen.
Dies ist notwendig, da eine Vielzahl von Verzerrungen auftreten können, z.B. beim Schneiden, der Platzierung auf den Objektträgern oder der Digitalisierung.
Wir korrigieren diese Verzerrungen mit einer Reihe innovativer Technologien, die wir dank jahrelanger Forschung und Entwicklung gemeinsam mit HiD erfolgreich auf 3D-Rekonstruktionen anwenden.
Extraktion der Schichten
Die Auswahl der Objektträger und die Extraktion der Schichten ist der erste Schritt im Arbeitsablauf der Rekonstruktion.
- automatische Erkennung der Schichten auf dem Objektträger
- interaktive Optionen für Sortierung und Korrektur
Intensitätskorrektur
In diesem Schritt korrigieren wir Intensitätsinhomogenitäten zwischen benachbarten Schichten, die durch Beleuchtungseffekte bei der Digitalisierung oder durch Inkonsistenzen bei der Färbung entstehen können.
- Korrektur von Intensitätsinhomogenitäten
- Kontrolle der Intensitätsveränderungskurven entlang des Schichtstapels
Rekonstruktion
In der letzten Phase wird der gesamte Schichtstapel mit Hilfe starrer und nichtstarrer Bildregistrierung rekonstruiert, die die Platzierung und Verformung der Schichten berücksichtigen.
- starre Registrierung zur Korrektur der Schichtplatzierung
- nichtstarre Registrierung zur Kompensation von Schichtverformungen
- Rekonstruktion in ein konsistentes 3D-Volumen (für MPRs, Volumenrendering)
Beispiel für eine 3D-Rekonstruktion
Das folgende Beispiel zeigt einige Ergebnisse einer 3D-Rekonstruktion eines fötalen Nierendatensatzes, der aus etwa 850 Schichten besteht.
Die folgenden Zwischenergebnisse zeigen die Auswirkung der Bildregistrierung auf die Qualität des Querschnittskontextes, was am besten durch MPR-Visualisierungen (multiplanare Reformattierung) senkrecht zum Schichtstapel (die rechten beiden Bilder in jeder Spalte) demonstriert wird.
Rekonstruktion der Schichten durch einfaches Übereinanderlegen (keine Bildregistrierung).
Ergebnis nach der starren Registrierung der Schichten in ihrem jeweiligen Nachbarkontext. Verzerrungen der Schichten bleiben bestehen.
Endgültige Rekonstruktion nach nichtstarrer Registrierung. Die Details sind nun im vollen 3D-Kontext sichtbar.
Originale histologische Schnitte aus einem fötalen Nierendatensatz.
Koronale (links) und sagittale (rechts) MPR-Darstellungen (multiplanare Reformatierung) senkrecht zum Schichtstapel nach 3D-Rekonstruktion.
Visualisierungen der Nierenschnitte als Ergebnis der HiD 3D-Rekonstruktion.
Gewebemorphologie in 3D
Um die Morphologie im Gewebe zu verstehen und die topografische Situation in einem bestimmten Bereich im Detail zu analysieren, ist es notwendig, anatomische Strukturen zu segmentieren.
Die Ergebnisse der HiD 3D-Rekonstruktion können nahtlos in den Chimaera Annotation Client importiert und dort weiterverarbeitet werden.
HiD 3D-Rekonstruktion bietet somit ein breites Spektrum an Möglichkeiten für die 3D-Gewebeanalyse.
Rekonstruktion eines in Paraffin eingebetteten Tränendrüsenflügels vom Schwein (grau) zusammen mit einer Segmentierung von sieben Tränenkanälen (farbig).
Referenzen
Ali, Mohammad; Zetzsche, Maximilian; Scholz, Michael; Hahn, Dieter; Gaffling, Simone; Heichel, Jens; Hammer, Christian; Bräuer, Lars; Paulsen, Friedrich. "New insights into the lacrimal pump", The Ocular Surface, 18, 2020, 10.1016/j.jtos.2020.07.013
Gaffling, Simone; Daum, Volker; Steidl, Stefan; Maier, Andreas; Köstler, Harald; Hornegger, Joachim. "A Gauss-Seidel Iteration Scheme for Reference-Free 3-D Histological Image Reconstruction", IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 34, no. 2, pp. 514-530, 2015
Henker, Robert; Scholz, Michael; Gaffling, Simone; Asano, Nagayoshi; Hampel, Ulrike; Garreis, Fabian; Hornegger, Joachim; Paulsen, Friedrich. "Morphological Features of the Porcine Lacrimal Gland and Its Compatibility for Human Lacrimal Gland Xenografting", PLoS one, vol. 8, no. 9, pp. e74046, 2013
Graffling, Simone; Daum, Volker; Hornegger, Joachim. "Landmark-constrained 3-D Histological Imaging: A Morphology-preserving Approach", VMV 2011: Vision, Modeling & Visualization (16th International Workshop on Vision, Modeling and Visualization 2011), Berlin, 04-06.10.2011, pp. 309-316, 2011, ISBN 978-3-905673-85-2