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粒線體數量與體積分析

教學影片

使用者需求

樣本資訊

• 樣本名稱: NAc_aligned.tif
• 來源: 小鼠腦區 Nucleus Accumbens
• 染色方式: 細胞膜脂質染上重金屬 Osmium tetroxide
• 影像設備: 掃描電子顯微鏡 (SEM)
• 影像資訊:
  • Voxel size: 6.5(x) × 6.5(y) × 60(z) nm
  • 切片數量: 111 slices
  • 已用 SIFT 對齊

分析需求

1. 分割粒線體

   • 目標: 分割出粒線體，並計算各個粒線體的體積。
   • 附圖: (segmentation example) 為粒線體標定範例。
     • 已分割的粒線體: 粉紅色
     • 非粒線體: 紫色
     • 紅箭頭: 尚未分割的粒線體範例
   • 辨認原則:
     • a. 具有黑色框線的圓形或橢圓形，內部似有 cristae 的線條。
     • b. 全黑 (solid black) 的圓形或橢圓形為非粒線體。
     • c. 被更大結構黑框包圍的亦屬粒線體。

2. 3D 呈現

   • 3D rendering 分割出的粒線體。

3. 特徵計算

   • 計算粒線體的數量與各別體積。

流程

影像預處理

1. Image › Stacks › 3D Project...取 min intensity取得具有完整影像的範圍，再套用到原始stack進行crop。

2. 複製出單一slice，進行FFT，測試產生頻譜圖。在頻譜圖上進行處理，將週期性結構去除，並將頻譜圖轉回空間域。

3. 將處理後的頻譜圖，利用Image > Adjust > Threshold...進行二值化處理，目標是阻擋的頻率範圍為黑色，允許通過的頻率為白色。

4. 利用Process › FFT › Custom Filter...套用上述頻譜圖，將原始影像stack中的週期性結構去除。

影像分割

1. 使用 Plugins › Segmentation › Trainable Weka Segmentation 3D進行處理，class1作為背景或非粒線體，class2作為粒線體。

2. 使用freehand line tool標註粒線體與背景。

3. 使用適中寬度的freehand line：設置stroke width為3-5像素，沿著粒線體中心線繪製：這樣可以捕獲粒線體的主要特徵，在多個切片上標註：確保3D結構的完整性。

4. training後，得到的結果影像為二值化影像。

二值化影像的切割

1. 使用Analyze › 3D Objects Counter將二值化影像切割成各個粒線體。每個粒線體都會有一個獨立的ID。且可以得到分析表格，其中包含每個粒線體的體積資訊。

2. 利用Image > Adjust > Threshold...用單一粒線體的ID，並將其轉換為二值化影像。

3. 此二值化影像與原始影像進行Image › Calculator Plus...，選擇AND運算，將原始影像中非粒線體的部分去除。即可得到分割後的粒線體影像。

3D rendering

1. 將上述結果影像crop後，利用Plugins › 3D Viewer進行3D重建。可看到分割後的粒線體的立體影像。