定量研究尼氏染色鼠腦內(nèi)細(xì)胞數(shù)量的方法初探.pdf

1、大腦是機(jī)體最復(fù)雜和最重要的器官，機(jī)體各項(xiàng)生命活動(dòng)的正常運(yùn)行離不開(kāi)大腦的調(diào)配和分析。腦基本功能和工作機(jī)制依賴(lài)于內(nèi)部細(xì)胞的協(xié)同作用，腦疾病地發(fā)生經(jīng)常伴隨著細(xì)胞構(gòu)筑改變和細(xì)胞數(shù)量的變化，因此定量研究大腦內(nèi)細(xì)胞數(shù)量分布和構(gòu)筑狀況是理解大腦功能和工作模式的基礎(chǔ)。
　　快速發(fā)展的神經(jīng)細(xì)胞標(biāo)記技術(shù)和顯微成像技術(shù)，為定量研究細(xì)胞數(shù)量奠定了基礎(chǔ)。在神經(jīng)細(xì)胞標(biāo)記領(lǐng)域，堿性染料硫堇和焦油紫可以著色細(xì)胞內(nèi)部的尼氏小體，實(shí)現(xiàn)小鼠全腦組織細(xì)胞地標(biāo)記。在神經(jīng)成

2、像技術(shù)方面，顯微光學(xué)切片斷層成像系統(tǒng)能連續(xù)獲取尼氏染色小鼠全腦細(xì)胞構(gòu)筑圖像數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)總量達(dá)到TB量級(jí)。尼氏染色小鼠全腦圖像中細(xì)胞數(shù)量非常龐大，難以依靠人工識(shí)別的方式進(jìn)行計(jì)數(shù)，需要發(fā)展全自動(dòng)的細(xì)胞檢測(cè)方法，可以極大程度地節(jié)省時(shí)間和人力。
　　為準(zhǔn)確計(jì)數(shù)顯微光學(xué)切片斷層成像系統(tǒng)獲取的尼氏染色鼠腦圖像中的細(xì)胞數(shù)量，本文依據(jù)細(xì)胞灰度分布、形態(tài)和尺度等信息，在灰度線(xiàn)性變換后，使用最小均方誤差準(zhǔn)則計(jì)算門(mén)限閾值，執(zhí)行圖像二值化，分析連通區(qū)域特

3、征參數(shù)，去除錯(cuò)誤識(shí)別區(qū)域，填充細(xì)胞內(nèi)部空洞，保證二值圖像中細(xì)胞形態(tài)完整。檢測(cè)多尺度拉普拉斯高斯濾波器輸出響應(yīng)的局部極大值，作為區(qū)域分割的種子點(diǎn)。局部極大值聚類(lèi)歸并鄰域內(nèi)灰度相似的體素區(qū)域，粗略定位細(xì)胞輪廓邊界線(xiàn)。在基于α膨脹方法，構(gòu)建優(yōu)化準(zhǔn)則，增強(qiáng)聚集粘連細(xì)胞間的邊界線(xiàn)，生成分割平面，實(shí)現(xiàn)三維細(xì)胞分割。濾除細(xì)胞碎片，融合中心點(diǎn)距離過(guò)近的細(xì)胞，消除過(guò)度分割負(fù)效應(yīng)。此外，本文還建立了一種在三維空間，交互式標(biāo)記細(xì)胞中心點(diǎn)的方法，標(biāo)記結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)

4、swc文件輸出?；诮换ナ綐?biāo)記方法輸出的細(xì)胞中心點(diǎn)位置信息，以尼氏染色小鼠腦數(shù)據(jù)為測(cè)試樣本，評(píng)價(jià)三維自動(dòng)細(xì)胞檢測(cè)方法的質(zhì)量和性能，檢測(cè)率為85.7％，精確率為91.2％，在單線(xiàn)程模式下，每處理1GB三維圖像數(shù)據(jù)，大約需要7.8小時(shí)。依據(jù)小鼠腦立體定位圖譜，定位前額葉、杏仁核和運(yùn)動(dòng)皮層的區(qū)域位置，并定量研究目標(biāo)腦區(qū)內(nèi)的細(xì)胞數(shù)量和密度分布狀況。結(jié)果表明，在小鼠前額葉區(qū)域，細(xì)胞平均密度為1.286×105mm-3，杏仁核區(qū)域細(xì)胞平均密度為1.