3-Boyutlu Histoloji hacmi ve Fare meme bezlerinin Eğitim için onun Uygulama İmar
Summary
We present an image registration approach for 3-dimensional (3D) histology volume reconstruction, which facilitates the study of the changes of an organ at the level of macrostructures made up of cells . Using this approach, we studied the 3D changes between wild-type and Igfbp7-null mammary glands.
Abstract
Histoloji hacmi yeniden şekil 3B ve hücrelerden oluşur ölçekli yapılar düzeyinde bir organın hacim değişikliği üzerinde çalışmayı kolaylaştırmaktadır. Ayrıca, hacimsel tıbbi görüntüleme ve terapilerde yeni teknikleri ve algoritmalar araştırmak ve doğrulamak için kullanılabilir. Farklı organlarda 1,2,3 3D yüksek çözünürlüklü atlas oluşturma histoloji hacim rekonstrüksiyonu başka bir uygulamadır. Bu doku yapıları ve çeşitli hücresel özellikler arasındaki mekansal ilişkinin araştırmak için bir kaynak sağlar. Biz optik blockface görüntüleri kümesi kullanır histoloji hacim oluşturulması için bir görüntü kaydı yaklaşım sunuyoruz. Yeniden inşa histoloji cilt no bitkiler, post-processing kayıt hatası ile işlenmiş numune güvenilir bir şekli temsil eder. Iki fare meme bezlerinin Hematoksilen ve Eosin (H & E) boyanan kesitler ed çıkarılan sınır noktalarını kullanarak karşılık gelen blockface görüntülere tescil edildihistoloji ve blockface görüntülerde numunenin Ges. Kayıt doğruluğu görsel olarak değerlendirilmiştir. Meme bezlerinin makro yapılar uyumu da görsel olarak yüksek çözünürlükte değerlendirildi.
Bu çalışma, meme bezinin eksizyonu 3D histoloji hacim rekonstrüksiyonu kadar değişen, bu görüntü kayıt boru hattının farklı adımlar çizer. 2D histoloji görsel bölümlerin çiftleri arasındaki yapısal farkların ortaya koymakla birlikte, 3 boyutlu hacim histoloji şekli ve meme bezlerinin hacim farklılıkları görselleştirmek için olanağı sağlar.
Introduction
IGFBP7 (7 bağlayıcı protein insülin benzeri büyüme faktörü), IGF-bağlayıcı protein ailesinin bir üyesidir ve IGF1 4 reseptörüne bağlandığı gösterilmiştir. Ksenograft tümör modellerinde IGFBP7 arasında büyük ölçüde yeniden yerleştirilmesi apoptoz ve hücre yaşlanması 7 endüksiyonu yoluyla 6 büyüme tümör inhibe ederken IGFBP7 arasında aşağı-düzenleme, meme kanseri 5 kötü prognoz ile ilişkili olduğu bilinmektedir. IGFPB7 etkilerini incelemek amacıyla, bir Igfbp7 null fare 5 (yayınlanmamış veri) oluşturuldu. Bu fareler tümörler gelişir yok ederken, onlar yumurtalık, kas ve karaciğer histolojik değişiklikleri yanı sıra meme bezi gelişim desenleme (yayınlanmamış veri) kusurları gösterir. Null fareler daha küçük çöp boyutları vardır ve birden fazla büyük ibrelerin (yayınlanmamış veri) sürdürmek edemiyoruz gibi kusurlu fenotip ilk belirtilmiştir.
3D histoloji hacimleri yararlı informat sağlamak potansiyeline sahiphacimsel Tıbbi görüntülerde patolojik bulguların sayısal ve karşılaştırmalı analizler ve değerlendirme için iyon. Üç boyutlu konfokal, iki-foton mikroskopi yerel ölçüde 14 de bezinin yüksek çözünürlüklü hücre morfolojik bilgi sağlayabilir, ancak bu bakış ve derinlik sınırlı bir alanı vardır. Histoloji hacim rekonstrüksiyonu çok daha büyük bir mekansal ölçüde üzerinde daha fazla bilgi sağlar. Bazı bozulması, büzülme, genişleme, gözyaşı ve kıvrımlar gibi histolojik kesitler, hazırlanması sırasında öngörülmektedir geleneksel yaklaşımları kullanma. Bu bozulmalar zor bir 3D hacmini yeniden bir 3D yığını içine seri histolojik görüntüleri kayıt olun. Defektli ardışık bölümlerin sayısı sağlam bölümler arasındaki benzerlikleri arttıkça azalır ve sonuç olarak kayıt işlemi daha karmaşık hale getirir.
Farklı yöntemler histolojik kesitler kayıt ve sürekli bir histoloji vo yaratmak için ileri sürülmüştürlume. Bazı teknikler yoğunluk değişmeleri 8 bağlıdır ve diğer bölümleri 9 şekline dayanmaktadır. Bazı örnekler için anatomik yapılar dönüm tabanlı kayıt yöntemleri 12,13 ile birlikte görülecek 10,11 olarak kullanılabilir. Ancak bu iç yapıların bütün hacmi boyunca ve güvenilir bir anatomik yapıların tespit edilebilir bir numune için tespit olmayabilir. Bazı gruplar bir çift-bilge kayıt yaklaşım kullanılmış ve ardışık histoloji görüntüleri hatlarını ya da anatomik yapıları 16-18 kullanarak başka bir kayıt var. Referans resim kullanılmadan birbirine seri histoloji kısımlarının kayıt tarihi hata yaymak ve histoloji birimin gerçek şekli değişebilir. Pair-bilge kayıt yaklaşım görüntülerin yığını boyunca histoloji bölümlerinde ve iç yapılarının şekli tutarlılık dayanır; bu nedenle numunenin yoğun örnekleme gerektirenklinik örnekler için, örneğin belki her zaman mümkün değildir.
Bu boru hattı biz histoloji hacim rekonstrüksiyonu 19 için referans görüntülerin bir dizi olarak blockface görüntüleri kullanın. Blockface görsel mikrotomu monte edildikten sonra parafin doku blokları alınır ve her bir bölüm kesilmeden önce. Böylece, bireysel seri bölümleri kesmek için hasar seri bölümleri 8,11,15 tesciline engel değildir. Biz, diğer gruplardan farklı bir şekilde blockface çekim. Optik blok yüz görüntüleri optik düzenli lens kullanırken genellikle oluşur varil ve perspektif bozulmalarını ortadan kaldırmak veya en aza indirmek için bir Telesentrik lens ile elde edilir. Bu normal bir lens kullanarak blockface görüntüleme gerçekleştirmek yayınlanan diğer yöntemlere göre önerilen yaklaşımın avantajlarından biridir. Görüntüler Tiss arasındaki kontrast, bloğun yüzeyi yansımasını kullanmak için hafif eğik bir açı ile alınırue ve parafin yüzeyi ve parafin yüzeyinin altında, derinlemesine doku gölge ortadan kaldırmak için. Bir fotoğrafik filtre, aynı zamanda blok yüzeyi ile kontrast 19 dengelemek için dokudan gelen ışığı polarize etmek için kullanılır. Döner mikrotom üzerindeki bloğun değiştirmesi için düzeltmek için, 2-3 delik blockface görüntülerde kolaylıkla saptanabilen bloğun köşelerinde, delinir. Bu deliklerin sentroidler blockface görüntüleri hizalamak için dönüm noktası tabanlı katı kaydı ile birlikte kullanılır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, doku deforme olabilir dokusu içinde iç rastgele seçilmiş işaretlerini veya implante fiducial işaretleri, gerektirmeyen seri 2B histoloji görüntüleri, bir 3D histoloji cildini yeniden bir görüntü kaydı iş akışını geliştirdik. Tarif edilen yönteme göre, optik blockface görsel kendilerini önce kesit için, referans resim olarak kullanılır. Biz blockface görüntüleri hizalama yardımcı olmak üzere ve kameranın önüne parafin bloğun 2B çapraz hareketi için gidermesi parafin …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank the Biomarker Imaging Research Laboratory (BIRL) at Sunnybrook Research Institute for their histology services. Support for this work was provided by the Terry Fox Foundation, the Canadian Breast Cancer Foundation‐the Prairie‐NWT as well as a CIHR grant, #MOP-97996.
Materials
| 16% PFA | VWR International | 15710 | 16% Paraformaldehyde solution |
| Small tissue processing cassettes | VWR International | CA95029-956 | |
| Leica ASP300 Automated Tissue processor | Leica | 14047643515 | |
| 100% ethanol | Fisher Scientific | S25307B | |
| Xylene | VWR International | CA95057-822 | |
| Paraffin | Thermo Fisher | 39501006 | Paraplast Tissue Embedding Medium |
| Leica EG 1160 Embedding Centre | Leica | ||
| Leica rotary microtome | Leica | ||
| Milling machine | Argo | ||
| Microscope slides | VWR International | CA48312-015 | |
| H&E stain | VWR International | ||
| Automatic stainer | |||
| Coverslips | VWR International | 48404-452 | |
| MEDITE RCM 7000 Glass Coverslipper | MEDITE | ||
| Leica SCN400 slide scanner | Leica | ||
| MATLAB | MathWorks Inc | MATLAB 2007b | Development software |
| MeVisLab | MeVis Medical Solutions AG | MeVisLab 2.1 | 3D visualization software |
References
- Sunkin, S. M., et al. Brain Atlas: An integrated spatiotemporal port for exploring the central nervous system. Nucleic Acids Research. 41, 996-1008 (2012).
- Shen, E. H., Overly, C. C., Jones, A. R. The Allen Human Brain Atlas: Comprehensive gene expression mapping of the human brain. Trends in Neurosciences. 35 (12), 711-714 (2012).
- Trifunović, D., Karali, M., Camposampiero, D., Ponzin, D., Banfi, S., Marigo, V. A high-resolution RNA expression atlas of retinitis pigmentosa genes in human and mouse retinas. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49 (6), 2330-2336 (2008).
- Evdokimova, V., et al. IGFBP7 binds to the IGF-1 receptor and blocks its activation by insulin-like growth factors. Science Signaling. 5 (255), 92 (2012).
- Burger, A., Leyland-Jones, B., Banerjee, K., Spyropoulos, D., Seth, A. Essential roles for IGFBP-3 and IGFBP-rP1 in breast cancer. European J. Cancer. 41 (11), 1515-1527 (2005).
- Amemiya, Y., et al. Insulin like growth factor binding protein-7 reduces growth of human breast cancer cells and xenografted tumors. Breast Cancer Res Treat. 126 (2), 373-384 (2011).
- Benatar, T., et al. IGFBP7 reduces breast tumor growth by induction of senescence and apoptosis pathways. Breast Cancer Res Treat. 133 (2), 563-573 (2012).
- Bardinet, E., et al. Co-registration of histological, optical and MR data of the human brain. Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention-Part I. , 548-555 (2002).
- Jacobs, M. A., Windham, J. P., Soltanian-Zadeh, H., Peck, D. J., Knight, R. A. Registration and warping of magnetic resonance images to histological sections. Medical Physics. 26 (8), 1568-1578 (1999).
- Zhan, Y., Ou, Y., Feldman, M., Tomaszeweski, J., Davatzikos, C., Shen, D. Registering histologic and MR images of prostate for image-based cancer detection. Academic radiology. 14 (11), 1367-1381 (2007).
- Dauguet, J., et al. Three-dimensional reconstruction of stained histological slices and 3D non-linear registration with in vivo MRI for whole baboon brain. Journal of Neuroscience Methods. 164 (1), 191-204 (2007).
- Lazebnik, R. S., Lancaster, T. L., Breen, M. S., Lewin, J. S., Wilson, D. L. Volume registration using needle paths and point landmarks for evaluation of interventional MRI treatments. IEEE Transactions on Medical Imaging. 22 (5), 653-660 (2003).
- Breen, M. S., Lazebnik, R. S., Wilson, D. L. Three-dimensional registration of magnetic resonance image data to histological sections with model-based evaluation. Annals of Biomedical Engineering. 33 (8), 1100-1112 (2005).
- Mori, H., Borowsky, A. D., Bhat, R., Ghajar, C. M., Seiki, M., Bissell, M. J. . The American Journal of Pathology. 180 (6), 2249-2256 (2012).
- Gibb, M., Gilbert, D., Heiner, M., et al. Resolving the three-dimensional histology of the heart. Computational Methods in Systems Biology. , 2-16 (2012).
- Wu, M. L., et al. Three-dimensional virtual microscopy of colorectal biopsies. Archives of Pathology & Laboratory Medicine. 129 (4), 507-510 (2005).
- Arganda-Carreras, I., et al. 3D Reconstruction of histological sections: Application to mammary gland tissue. Microscopy Research and Technique. 73 (11), 1019-1029 (2010).
- Song, Y., Treanor, D., Bulpitt, A. J., Magee, D. R. 3D reconstruction of multiple stained histology images. Journal of Pathology Informatics. 4 (2), 7 (2013).
- Shojaii, R., Karavardanyan, T., Yaffe, M., Martel, A. L. Validation of histology image registration. SPIE Medical Imaging. 7962, 79621E, doi:10.1117/12.878762. 7962 (7962E), (2011).
- Ridler, T. W., Calvard, S. Picture thresholding using an iterative selection method. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. 8 (8), 630-632 (1978).
- Freeman, H. Computer processing of line-drawing images. ACM Computing Surveys (CSUR. 6 (1), 57-97 (1974).
- Giardina, C. Accuracy of curve approximation by harmonically related vectors with elliptical loci). Computer Graphics and Image Processing. 6 (3), 277-285 (1977).
- Shojaii, R., Martel, A. L. A novel edge point selection method for registration of histology images. Optical Tissue Image analysis in Microscopy, Histopathology and Endoscopy. (OPTIMHisE) Workshop, MICCAI. , (2009).
- Besl, P., McKay, N. A method for registration of 3-D shapes. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 14 (2), 239-256 (1992).
- Chatterjee, S., et al. Loss of Igfbp7 causes precocious involution in lactating mouse mammary gland. PLoS ONE. 9 (2), e87858 (2013).
- Manjunath, B. S., Chellappa, R. Unsupervised texture segmentation using Markov random field models. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 13 (5), 478-482 (1991).
- Krishnamachari, S., Chellappa, R. Multiresolution Gauss-Markov random field models for texture segmentation. IEEE Transactions on Image Processing: a publication of the IEEE Signal Processing Society. 6 (2), 251-267 (1997).
