Characterization of structures in confocal images datasets obtained from Bile Ducts

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Beltrán, Lizeth Andrea Castellanos
• Orientador(a): Freitas, Carla Maria Dal Sasso
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Microscopia confocal; Analise fractal; Visualização : 3D; Ductos biliares; Processamento de imagens
• Palavras-chave em Inglês: Clustering; DBSCAN; Fractal dimension
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/213296

A microscopia confocal é uma ferramenta útil para adquirir dados 3D de amostras fluorescentes. Na hepatologia, pesquisadores vêm usando microscopia confocal para investigar a microanatomia dos ductos biliares. Como as imagens confocais são difíceis de segmentar devido ao ruído introduzido durante a preparação das amostras, as análises quantitativas tradicionais, em geral, são difíceis de serem executadas e requerem extensa intervenção do usuario. Assim, a análise dos ductos biliares representam um desafio na pesquisa em hepatologia, exigindo diferentes métodos. Nesta tese, são propostos métodos para caracterizar estruturas em imagens confocais de ductos biliares. No estudo de caso motivador, supõe-se que a caracterização dessas estruturas ajudará os hepatologistas a distinguir amostras afetadas por atresia biliar, uma doença que requer transplante de fígado para evitar a morte prematura. Nossos dados consistem em volumes de imagens de ductos biliares de camundongos organizados em dois subconjuntos, um para cada canal de fluorescência. O canal vermelho contém uma rede de pequenos vasos denominados Plexo Vascular Peribiliar (PVP), e o canal verde representa o ducto biliar interno com as Glândulas Peribiliárias (PBGs). Nossa abordagem para caracterizar as estruturas dos ductos biliares inclui um processo de três estágios: um estágio para melhorar a visualização 3D dos ductos biliares, um estágio para extrair estruturas importantes e um estágio para quantificar estruturas específicas de interesse. Na primeira etapa, propusemos uma abordagem para realçar as imagens confocais dos ductos biliares, aplicando difusão anisotrópica. O resultado significativo nesta etapa foi a visualização volumétrica aprimorada da microanatomia do ducto biliar, que permitiu a visualização de detalhes que dificilmente são vistos nos dados originais. No segundo estágio, exploramos o agrupamento espacial baseado no método conhecido como Density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN), usando, porém, informações de gradiente para orientar o agrupamento. Como resultado, descobrimos um cluster representativo para cada conjunto de dados que contém os vasos mais representativos (para o canal vermelho) e estruturas internas (para o canal verde). Por fim, exploramos os conceitos de dimensão fractal e dimensão fractal multiescala aplicados às estruturas obtidas do agrupamento, que consideramos úteis para extrair informações quantitativas com o objetivo de caracterizar estruturas relevantes. Nossas análises nos dão algumas evidências de que a dimensão fractal é uma medida que pode ser usada para quantificação e caracterização dos ductos biliares.