с. Веськово
19 ноября 2016г.
Аннотация
Основной целью настоящей работы является изучение и создание средств автоматического выделения и визуализации МСК как эффективных инструментов анализа данных с магнитно-резонансного томографа (МРТ) в арсенале врача-исследователя. Предлагается комплекс алгоритмов, предназначенный для решения задачи автоматической прижизненной визуализации трансплантированных мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в головном мозге реципиентов (крыс). Комплекс основывается на оригинальных решениях авторов. Приемлемое качество выделения стволовых клеток на МРТ снимках получено путем применения последовательности алгоритмов выделения фона, вычитания и фильтрации, а также корреляционного подхода.
Ключевые слова: мезенхимальные стволовые клетки, мозг крысы, МРТ-снимок, хоуминг, когнитивная визуализация.
Введение
Трансплантированные мезенхимальные стволовые клетки (transplanted mesenchymal stem cells) являются эффективными терапевтическими агентами, которые активно применяются при лечении больных с остро выраженной реакцией отторжения трансплантированной ткани [1]. Несмотря на почти полувековую историю исследования предметной области, до настоящего времени остается до конца не изученным точный механизм поведения введенных стволовых клеток и последствий их трансплантации. Проведение фундаментальных исследований с применением МРТ создает реальные условия для анализа путей миграции МСК [3]. В тоже время, имеющихся программных средств пока недостаточно для решения задачи прижизненной визуализации трансплантированных МСК в головном мозге реципиентов на основе МРТ [4]. Решению данной проблемы посвящена настоящая работа.
1. Комбинированный метод выделения стволовых клеток
Общая схема комбинированного алгоритма выделения стволовых клеток включает несколько этапов. На первом применяется волновой алгоритм удаления фона [2] (см. рис 1а, 1б). На втором этапе (см. рис.1в) производятся последовательно операции вычитания и фильтрация по яркости.
На третьем этапе производится фильтрация объектов с помощью маски
специальной формы. Отсеивание выполняется путем оценки отношения площади объекта к площади описанного
вокруг него круга (рис.2).
2. Корреляционный подход к
выделению стволовых клеток
Другим подходом является определение зависимости между двумя снимками (до введения стволовых
клеток и после) с помощью корреляционного анализа. На рис.3 представлены результаты
выделения МСК.
Заключение
Проведенные эксперименты показали, что задача выделения стволовых клеток на
МРТ снимках наталкивается на ряд объективных трудностей. В частности, к ним следует отнести:
– неравномерность освещения разных частей снимка, что относится к особенностям
используемого МРТ;
– наличие несоответствия
между исходным изображением и изображением с трансплантированными МСК;
– низкое разрешение изображений с МРТ, что затрудняет работу по выделению клеток.
Последняя трудность, возможно, преодолевается установкой
другого режима работы МРТ и увеличением времени
сканирования.
Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 16-29-07116-офи_м«Информационно-аналитические
модели и методы когнитивной визуализации процессов миграции и хоуминга трансплантированных мезенхимальных стволовых клеток для
поддержки проведения научных исследований
и разработки подходов к лечению заболеваний
методами клеточной терапии».
Список
литературы
1. Лызиков А.Н.,
Осипов
Б.Б.,
Скуратов
А.Г.,
Призенцов
А.А. Стволовые клетки в регенеративной медицине: достижения и перспективы. – Проблемы здоровья и экологии,№3, 2015, с.4-8
2. НОУ ИНТУИТ |
Лекция |
Выделение
объекта на фоне. URL: http://www.intuit.ru/studies/courses/993/163/lecture/4509?page=1 (дата обращения:24.10.2016).
3. Nejadnik H, Castillo R, Daldrup-Link H.E. Magnetic Resonance Imaging and Tracking of
Stem Cells. –
Methods Mol
Biol., 2013; 1052: 167-176.
DOI:
10.1007/7651_2013_16.
4. Tang Y. et
al.MRI/SPECT/Fluorescent
Tri-Modal Probe for Evaluating the Homing and Therapeutic Efficacy of Transplanted Mesenchymal Stem Cells in a Rat Ischemic Stroke Model.– HHS Public
Access, 2015, 23 p.
