Metody analýzy obrazu a stereologie pro biology

Sylabus

1. Úvod do kvantitativních metod - morfometrické metody, analýza obrazu, sterologie definice vědního oboru, historie - milníky vývoje počítačové techniky a zpracování a analýzy obrazu, trendy současného vývoje oboru, fraktální geometrie, teorie chaosu, stereologie, analýza obrazu.

2. Tradiční morfometrické metody - měření vzdáleností v 2D, kalibrace měření, měření tloušťky, - měření plochy (metoda bodová a metoda lineární integrace). - měření délky čar v rovině (metoda průsečíková, modifikovaná Buffonova, rozdíl mezi izotropními a anizotropními strukturami), - počítání rovinných částic. - systematické rovnoměrně náhodné vzorkování. Vysvětlení principů použití metod na praktických příkladech (pracovní listy), kalibrace měření ? princip na pracovním listu, v mikroskopu, v analýze obrazu.

3. Stereologické metody I. - Úvod do stereologických metod, geometrický výběr, typy geometrických výběrů. - Cavalieriho estimátor, odhad objemových poměrů bodovou metodou. - Počítání částic v 3D ? prostorové sondy, objem nepravidelných částic (princip disektoru, metoda délkově vážených tětiv). Vysvětlení principů použití metod pro zjištění objemu orgánu, zastoupení tkání, pletiv v orgánu, počet a průměrný objem buněk v orgánu na praktických příkladech (pracovní listy), vysvětlení měření s použitím prostorových sond (mikroskop, softwarový přístup).

4. Stereologické metody II -Odhad obsahu povrchu (metoda vertikálních řezů a orientátoru). Generování izotropních řezů, povrch orgánu, např. vnitřní povrch listu. - Měření délky čar v 3D (metoda totálních vertikálních projekcí)- Moderní metody (nukleátor, selektor, fakír, etc.) a současné trendy vývoje Demonstrace a měření s použitím pracovních listů (metoda vertikálních řezů a orientátoru), práce se softwarem Ellipse.

5. Analýza obrazu - úvod (základní pojmy, lidské vnímání obrazu, základní procesy analýzy obrazu, základní pojmy operací matematické morfologie)- Kvalita obrazu, kontrast, podíl šumu. - Metody filtrace obrazu. - Segmentace obrazu a rozpoznávání objektů. - Měření rozměru objektů (obvod, plocha). - Počítání objektů. - Program ImageJ (freeware NIH).

6. Software a 3D. - Práce s obrazy v programu Lucia (LIM, Praha),- zpracování obrazu pomocí maker. - Práce s programem Ellipse 3D (ViDiTo, Slovensko). - 3D obrazy z konfokálního mikroskopu (i z CT nebo MRI). - Metody povrchového a objemového zobrazení. - Analýza obrazu ve 3D.- Tvorba 3D povrchových modelů.

7. Sériové řezy: konfokální mikroskopie, 3D analýza obrazu Exkurze ke konfokálnímu mikroskopu do FgÚ AV ČR, ukázky aplikací spojení konfokální mikroskopie, stereologických metod a 3D analýzy obrazu - prostorové rekonstrukce.

8. Design pokusu, technické aspekty používání stereologických metod, Obecné požadavky při plánování biologického experimentu. Nevychýlenost odhadů, systematické rovnoměrně náhodné vzorkování, zdroje variability materiálu, statistické míry variability, příklad postupu při aplikaci bodové metody - určení rozložení a hustoty mřížky, počtu vzorkovacích polí, atd., zobecnění pravidel při plánování pokusu. Orientace v literatuře, požadavky ke zkoušce, závěrečná diskuse

Anotace

Přednáška se zabývá praktickým přehledem dostupných metod pro kvantitativní popis biologických (rostlinných či živočišných) anatomických a morfologických struktur s demonstrací příkladů použití v biologickém výzkumu. Kromě teoretického základu bude součástí práce jak s pracovními listy, tak se softwarovými programy Image J a Ellipse.

Budou probrány tradiční morfometrické metody, moderní metody stereologické, postupy analýzy obrazu, plánování pokusu a jeho statistické hodnocení. Praktické cvičení zahrnuje konkrétní příklady použití probraných metod, způsob získávání dat, jejich zpracování, výpočty.