УДК 57.012.3; 57.081.23; 616.8
 

Система компьютерной реконструкции 3D-распределений нейронов на основе априорной морфологической информации и серий изображений 2D-срезов головного мозга

 

 Ю. В. Обухов, В. Е. Анциперов, О. В. Евсеев
Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН

 Получена 23 июля 2012 г.

 

Аннотация. Изложены результаты разработки алгоритмов реконструкции пространственных трехмерных распределений нейронов, предварительно распознанных по микроскопическим изображениям срезов головного мозга экспериментальных животных. Рассмотрена адаптация с учетом сложившихся сегодня нейробиологических представлений известного EM-алгоритма кластеризации для выделения в срезах групп нейронов. Предложена полиномиальная межслойная аппроксимация параметров двумерных контуров групп, с помощью которой удается, как минимум, вдвое уменьшить количество срезов для трехмерной реконструкции плотности нейронов. Данные алгоритмы реализованы в разрабатываемом авторами программном комплексе построения 3D-распределений нейронов по серии изображений 2D-срезов головного мозга, который, как предполагается, станет удобным инструментом исследований в современной нейронауке, в частности, при моделировании болезни Паркинсона и позволит существенно снизить расходы на их проведения.

Ключевые слова: 3D реконструкция распределений, 2D кластеризация, EM-алгоритм, B-сплайны.

Abstract. The paper presents results of the development of reconstruction algorithms of three-dimensional distributions of neurons, previously recognized by microscopic images of brain slices of experimental animals. The adaptation of the well-known EM-clustering algorithm to highlight groups of neurons in slices is considered, taking into account the prevailing today neurobiological concepts. Authors propose a polynomial interlayer approximation of the parameters of two-dimensional contours of groups. It provides reduce at least halve the number of slices for the three-dimensional reconstruction of neuronal distributions. Described algorithms are implemented in a software package developed by the authors for constructing neuronal 3D-distributions on a series of 2D-slice images of the brain. It is supposed to be a useful tool for research in present neuroscience, in particular, for problems of the modeling of Parkinson's disease, and will significantly reduce the costs of such researches.

Keywords: 3D distributions reconstruction, 2D clustering, EM-algorithm, B-splines.