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Time-Dependent Joint Probability Speed Function for Level-Set Segmentation of Rat-Brain Slices
(2008)
The segmentation of rat brain slices suffers from illumination inhomogeneities and staining effects. State-of-the-art level-set methods model slice and background with intensity mixture densities defining the speed function as difference between the respective probabilites. Nevertheless, the overlap of these distributions causes an inaccurate stopping at the slice border. In this work, we propose the characterisation of the border area with intensity pairs for inside and outside estimating joint intensity probabilities. Method - In contrast to global object and background models, we focus on the object border characterised by a joint mixture density. This specifies the probability of the occurance of an inside and an outside value in direct adjacency. These values are not known beforehand, because inside and outside depend on the level-set evolution and change during time. Therefore, the speed function is computed time-dependently at the position of the current zero level-set. Along this zero level-set curve, the inside and outside values are derived as mean along the curvature normal directing inside and outside the object. Advantage of the joint probability distribution is to resolve the distribution overlaps, because these are assumed to be not located at the same border position. Results - The novel time-dependent joint probability based speed function is compared expermimentally with single probability based speed functions. Two rat brains with about 40 slices are segmented and the results analysed using manual segmentations and the Tanimoto overlap measure. Improved results are recognised for both data sets.
Reduktion von Rissartefakten durch nicht-lineare Registrierung in histologischen Schnittbildern
(2009)
In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das Rissartefakte, die in histologischen Rattenhirnschnitten vorkommen können, durch nicht-lineare Registrierung reduziert. Um die Optimierung in der Rissregion zu leiten, wird der Curvature Registrierungsansatz um eine Metrik basierend auf der Segmentierung der Bilder erweitert. Dabei erzielten Registrierungen mit der ausschließlichen Segmentierung des Risses bessere Ergebnisse als Registrierungen mit einer Segmentierung des gesamten Hirnschnitts. Insgesamt zeigt sich eine deutliche Verbesserung in der Rissregion, wobei der verbleibende reduzierte Riss auf die Glattheitsbedingungen des Regularisierers zurückzuführen ist.
In dieser Arbeit wird die Segmentierung von Gehirngewebe aus Kopfaufnahmen von Ratten mittels Level-Set-Methoden vorgeschlagen. Dazu wird ein zweidimensionaler, kontrastbasierter Ansatz zu einem dreidimensionalen, lokal an die Bildintensität adaptierten Segmentierer erweitert. Es wird gezeigt, dass mit diesem echten 3D-Ansatz die lokalen Bildstrukturen besser berücksichtigt werden können. Insbesondere Magnet-Resonanz-Tomographien (MRTs) mit globalen Helligkeitsgradienten, beispielsweise bedingt durch Oberflächenspulen, können auf diese Weise zuverlässiger und ohne weitere Vorverarbeitungsschritte segmentiert werden. Die Leistungsfähigkeit des Algorithmus wird experimentell an Hand dreier Rattenhirn-MRTs demonstriert.
Evaluierung von Registrierungsstrategien zur multimodalen 3D-Rekonstruktion von Rattenhirnschnitten
(2006)
In dieser Arbeit werden drei Strategien zur 3D Stapelung von multimodalen Schnittbildern vorgestellt. Die Strategien werden experimentell anhand von Dualtracer-Autoradiographien evaluiert. Dazu werden neue Maße zur Beschreibung der Konsistenz innerhalb einer Modalität und der Konsistenz der Modalitäten untereinander entwickelt, die auf bekannten Registrierungsmetriken basieren. Gerade bezüglich der Konsistenz der Modalitäten untereinander zeigen zwei Strategien die besten Resultate: (1) abwechselnde multimodale Registrierung (2) monomodale Rekonstruktion einer Modalität und multimodale 2D Registrierung der zweiten Modalität.
Polarized light imaging (PLI) enables the evaluation of fiber orientations in histological sections of human postmortem brains, with ultra-high spatial resolution. PLI is based on the birefringent properties of the myelin sheath of nerve fibers. As a result, the polarization state of light propagating through a rotating polarimeter is changed in such a way that the detected signal at each measurement unit of a charged-coupled device (CCD) camera describes a sinusoidal signal. Vectors of the fiber orientation defined by inclination and direction angles can then directly be derived from the optical signals employing PLI analysis. However, noise, light scatter and filter inhomogeneities interfere with the original sinusoidal PLI signals. We here introduce a novel method using independent component analysis (ICA) to decompose the PLI images into statistically independent component maps. After decomposition, gray and white matter structures can clearly be distinguished from noise and other artifacts. The signal enhancement after artifact rejection is quantitatively evaluated in 134 histological whole brain sections. Thus, the primary sinusoidal signals from polarized light imaging can be effectively restored after noise and artifact rejection utilizing ICA. Our method therefore contributes to the analysis of nerve fiber orientation in the human brain within a micrometer scale.