连续大尺度组织切片自动成像及三维重建系统研究
The Development of an Automated Imaging and3D Reconstruction System for Large Scale Serial Tissue Sections
对生物组织(或细胞)精细结构的观察和分析是理解其生物学功能的基础.一方面,研究正常组织的结构有助于理解其生理机能;另一方面,分析病变组织的结构,如肿瘤组织结构,能够为理解肿瘤的发生和发展过程提供研究基础.本文讨论并建立了一套计算机辅助的连续大尺度组织切片自动化成像及基于连续切片的三维重建系统.该成像系统能快速实现对二维切片的自动化和高分辨率成像,并基于连续二维切片图像实现三维重建,从而获得组织结构的三维高分辨信息,为研究其功能提供依据和基础.本论文的主要工作包括:1)成功建立了连续大尺度组织切片的自动化成像平台.本文实现了一套由软件控制的海量二维切片自动化成像系统,能够快速完成对连续组织切片的高分辨成像.该系统既可以实现明场成像,也可以实现多种不同波长的荧光成像.论文中对该系统的技术细节和关键技术问题做了详细的说明.2)此外,本文详细研究了大尺度连续切片图像三维重建的整个图像处理过程,对荧光图像与眀场图像,根据各自成像的特点分别进行了不同的处理.并且,本文研究了传统三维重建研究中没有涉及的图像拼接问题,本文利用基于相位相关的算法对大尺度的图像完成了无缝拼接,从而为后续的配准、插值等步骤提供了可靠的数据.3)本文在图像处理与三维重建过程中提出了一种新的图像分割方法.该方法适用于双重标记的免疫组化图像的自动分割,此方法直接从双重标记的两种阳性组织细胞的着色特征对其进行分离.与常用的彩色反卷积方法相比,该方法提高了分割准确度和精确度,并且避免了进行单种抗体标记的步骤,从而减少了切片制作、染色等工作,更加简便、易用.4)本文成功重建出多种生物医学组织的三维结构.既有基于200nm厚度连续树脂切片的多重免疫荧光标记的小鼠大脑组织、人血管平滑肌细胞组织,又有基于1μm厚度连续树脂切片的甲基蓝-洋红染色的小鼠肝脏组织,还有5μm厚度连续石蜡切片的苏木精-伊红染色的人舌鳞癌组织,并在计算机上进行了三维可视化.本文所建立的自动化、高分辨的三维成像与分析技术平台适用于各种组织的空间精细结构研究,能为研究高阶、多细胞体系的功能提供基础的三维空间结构信息,从而推动多细胞系统生物医学的研究.
- 作者：
- 孟军
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 生物医学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 李小卫
- 中图分类号：
- TP391.41
- 关键词：
- 连续切片；三维重建；自动成像；图像处理；图像自动分割
- serial sections；3D reconstruction；automated imaging；image processing；automated image segmentation