Detection and segmentation of mitochondria from electron microscope tomography images
Elektron mikroskobu tomografisi görüntülerinden mitokondrilerin saptanması ve bölütlenmesi
- Tez No: 441753
- Danışmanlar: PROF. DR. ÜNAL ERKAN MUMCUOĞLU, YRD. DOÇ. DR. REZA ZARE HASSANPOUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Enformatik Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Sağlık Bilişimi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Güncel çalışmalar, yaşlılığa bağlı olarak nöronların dejenerasyonu nedeniyle ortaya çıkan hastalıklara ilişkin hücresel işlevlerde mitokondrilerin önemli sorumluluk taşımakta olduklarını ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmalar, mitokondri işlevinin ve fiziksel yapısının arasındaki ilişkinin araştırılması açısından mitokondrilerin membran ve krista yapısına dikkat çekilmesi gerektiğini vurgulamaktadır. Elektron mikroskobu tomografisi (EMT), geniş hacimlerde yüksek detayda görsel veri sağlayarak mitokondrinin içyapısının incelenmesine imkân tanımaktadır. Mitokondrilerin el ile harcanan eforun en aza indirilerek bilgisayarla bölütlenmesi, mitokondri yapısı ve işlevi arasındaki bağıntının çalışmasına hız kazandırılması açısından temel bir öneme sahiptir. Hazırlık çalışması olarak, kısıtlı bir veri seti üzerinde Geçirimli Elektron Mikroskobu (GEM) görüntülerinden mitokondrilerin 2B saptanması ve bölütlenmesi gerçekleştirilmiştir. Çift membran özniteliklerini kullanan bir elips uydurma algoritmasını takiben balon yılan çıkarımı ve canlı-tel tabanlı otomatik bölütleme iyileştirme işlemi uygulanmıştır. İlk yöntemin yetersizlikleri göz önünde bulundurularak, bir eğri uydurma yaklaşımı benimsenmiş ve çeşitli veri setleri üzerinde test edilmiştir. Bu amaçla, membran yapılarının çıkarılması için parabolik yay modeli kullanılmıştır. Daha sonra, ana hatlarını kabaca çevreleyen aday mitokondri bölgelerini elde etmek amacıyla eğri enerjisi tabanlı aktif çevritler çalıştırılmıştır. Bir geçerleme fonksiyonu yardımı ile son bölütleme verisi elde edilmiştir. Ayrıca, algoritmaların 3B uyarlanması çalışılmış ve gösterilmiştir. Öne sürülen yöntemin ulaşmış olduğu F-skoru performansı ortalama 0.84'tür. Ortalama Dice benzerliği katsayısı ve sınır hatası sırasıyla 0.87 ve 14 nm olarak ölçülmüştür.
Özet (Çeviri)
Recent studies exhibit that mitochondria have a significant role in cellular functions that are associated to the diseases of aging caused by neuron degeneration. These studies accentuate that the peripheral membrane and crista morphology of a mitochondrion deserves attention in order to reveal the relation between mitochondrial function and its physical structure. The analysis of the inner structures of mitochondria is carried out by electron microscope tomography (EMT) which provides detailed visualization of large volumes. In order to accelerate the studies that investigate the correlation between mitochondrial structure and its function, computerized segmentation of mitochondria with minimum manual effort is required. As a preliminary study, 2D detection and segmentation of mitochondria from transmission electron microcopy (TEM) images were performed on a limited dataset. An ellipse fitting algorithm utilizing double membrane features followed by a balloon snake extraction and a livewire-based automatic segmentation refinement process was applied. By considering the deficiencies of the initial attempt, a curve fitting approach was adopted and tested on a several datasets. For this purpose, a membrane extraction process was performed by utilizing a parabolic arc model. Then, active contour model based on curve energy was used to outline candidate mitochondrial regions. The final segmentation data were obtained by a validator function. Additionally, 3D extension of the algorithms were studied and provided. The proposed method achieved an F-score performance of 0.84 on average. Average Dice similarity coefficient and median boundary error were measured as 0.87 and 14 nm respectively.
Benzer Tezler
- Automatic segmentation of cristae membranes in 3d electron microscopy tomography images using artificial neural networks
Üç boyutlu elektron mikroskopi tomografi görüntülerindeki krista membranlarının yapay sinir ağları kullanılarak bölütlenmesi
MERİH ALPHAN KARADENİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Dokümantasyon ve EnformasyonOrta Doğu Teknik ÜniversitesiSağlık Bilişimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNAL ERKAN MUMCUOĞLU
- Semi-automatic/user-guided segmentation of mitochondria on transmission electron microscopy images
Transmisyon elektron mikroskobu görüntülerinde mitokondrilerin yarı otomatik/kullanıcı güdümlü bölütlenmesi
MUSTAFA ÇÖÇELLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiSağlık Bilişimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNAL ERKAN MUMCUOĞLU
YRD. DOÇ. DR. REZA ZARE HASSANPOUR
- Embedded vision system designed on a heterogeneous computing platform and applied to semen analysis
Heterojen hesaplama platformu üzerinde tasarlanan gömülü görüntü sistemi ve semen analizi uygulanması
OSMAN LEVENT ŞAVKAY
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN
- Semi-automatic segmentation of mitochondria on transmission electron microscopy images using live-wire and surface dragging methods
Elektron mikroskop tomografısı görüntülerınde mıtokondrılerın yüzey sürükleme ve canlı-tel yöntemlerı kullanarak yarı-otomatik bölütlenmesi
MAHDIEH FARZIN ASANJAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiEnformatik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNAL ERKAN MUMCUOĞLU
YRD. DOÇ. DR. REZA ZARE HASSANPOUR
- Automatic segmentation of mitochondria in scanning electron microscopy images
Taramalı elektron mikroskobu görüntülerinde mitokondrilerin otomatik olarak bölütlenmesi
MEHMET ÇAĞRI GÜVEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNAL ERKAN MUMCUOĞLU