Zpracování obrazových dat biologických vzorků z mikro CT

Abstract

Zpracování obrazových dat biologických vzorků z mikro-CT Vizualizace měkkých tkání z obrazových dat pořízených technikou výpočetní tomografie je poměrně komplexní a složitá úloha, a to i za asistence dnešních moderních technologií. Cílem této práce bylo navrhnout a ověřit optimální převodní charakteristiku, která by podobnou vizualizaci umožňovala. V práci bylo použito vybraných biologických vzorků kuřat, myší, krysy, králíka a jejich orgánů, které byly vypreparovány v roztocích ethanolu, formaldehydu, jodidu draselného rozpuštěného v roztoku ethanolu, další s kontrastní látkou Aurovist a Omnipaque a pár korozivních preparátů s pryskyřicí Mercox. Vzorky byly naskenovány sestavou Bruker SkyScan 1275 a zpracovány pomocí softwaru CTvox a ORS Dragonfly. V rámci práce byl uskutečněn i experiment s fantomem cévního řečiště naskenovaným sestavou Phywe XR 4.0. K rekonstrukci projekcí z mikro CT byl použit software NRecon a Measure CT. Bylo navrženo 53 převodních charakteristik zdůrazňujících především měkké tkáně. V softwaru Dragonfly byla provedena 3D segmentace kapilár fantomu cévního řečiště, které byly později obarveny. Byly vyzkoušeny různé metody sekvenční filtrace, umožňující odšumění a doostření obrazových dat, včetně využití konvoluční neuronové sítě U-Net k vyhlazování obrazu v prostředí Dragonfly. Kromě dosažení hlavního cíle práce vedlo řešení zadání i k pár jiným zajímavým výsledkům a novým nápadům, které by nás v oblasti vizualizace měkkých tkání výpočetní tomografií mohly do budoucna posunout dál.

Biological specimens image data processing from micro-CT Visualization of soft tissue from computed tomography image data is a relatively complex and complicated task, even with the aid of today's modern technology. The aim of this thesis was to design and verify an optimal transfer function that would allow for such visualisation. In the present thesis, biological samples of chicken, mice, a rat, a rabbit, and their organs were used and prepared in solution of ethanol, formaldehyde, potassium iodide dissolved in ethanol solution, some of them with Aurovist and Omnipaque contrast agent. A few corrosive preparations with Mercox resin were also used. Samples were scanned by a Bruker SkyScan 1275 mikro-CT and processed using CTvox and ORS Dragonfly software. An additional part of the thesis was an experiment with a phantom of the vascular bed, scanned by the Phywe XR 4.0 X-ray unit. To reconstruct the micro CT projections, NRecon and Measure CT software was used. 53 transfer functions were designed, enhancing mostly soft tissue structures. Capillaries of the vascular bed-phantom were 3D-segmented and stained using ORS Dragonfly software. Various sequential filtering methods have also been tested, to reduce the noise and to sharpen the image data, including the use of the U Net convolutional neural network to smooth the image in the Dragonfly environment. In addition to achieving the main goal of the thesis, solving the problem also led to a few other interesting results as well as new ideas that could move us further in the field of soft tissue visualization by computed tomography, in the future.