3D-Modellierung

HistoStack3D | 3D-Rekonstruktion histologischer Schnittserien

Im Rahmen DFG-geförderter Forschungen (GU566-1 und GU566-2) wurde eine Machbarkeitsstudie zur 3D-Rekonstruktion von histologischen Schnittserien mit gleichzeitiger Korrektur der beim Schneiden auftretenden Stauchungen bzw. Schnittbild-Verzerrungen durchgeführt.

Voraussetzung für die Rekonstruktion sind folgende Arbeitsschritte:

  • normierte Probenvorbereitung
  • normiertes Schneideverfahren
  • normiertes Färbeverfahren
  • normierte Digitalisierung der Einzelschnitte 


Im Anschluss an die Probenbearbeitung erfolgt ausgehend von den digitalisierten Schnitten die 3D-Rekonstruktion und Modellierung.

HistoStack3D - In 3 Schritten zur perfekten 3D-Rekonstruktion

Schritt 1: Bildanpassung und Stapelgenerierung

Bilder einer histologischen Schnittserie benötigen im Gegensatz zu CT- und MRT-Datensätzen eine räumliche Referenzierung und Anpassung. Aber gerade bei der weit verbreiteten Paraffineinbettung stellt die Bildreferenzierung und -alignierung ein großes Problem dar. Nur selten gelingt es, diese mit den für die Bildanpassung notwendigen Referenzmarken zu versehen. Zudem weisen sie im Vergleich zu Kunstoffpräparaten stärkere Deformationen auf. Hier setzt HistoStack3D an. Mit fortgeschrittenen Korrekturverfahren wird es möglich, auch ohne Referenzmarken nahezu vollständig entzerrte Bilderstapel, und damit aussagekräftige Modelle aus Paraffinpräparaten zu erstellen, ohne auf eine aufwändige Kunststoffeinbettung zurückgreifen zu müssen.

 

Schritt 2: Segmentierung und Modellgenerierung

Unterschiedliche Gewebetypen werden anhand ihrer spezifischen Färbung vorselektiert und damit eine Segmentierung des dreidimensionalen Datensatzes vorgenommen. Diese Vorselektion segmentierter Bereiche erlaubt es schließlich, modellrelevante Informationen von Artefakten zu differenzieren. Im endgültigen 3D-Modell werden somit nur die gewünschten Komponenten angezeigt. Neben der Erzeugung von Polygonmodellen kann dies dazu genutzt werden, bereits im Bilderstapel eine Modell-Konfiguration festzulegen, die sich mit unserem Visualisierungsmodul (sowie Analysetools von Drittanbietern) analysieren lassen.

 

Schritt 3: Visualisierung und Auswertung

Vielfältige Interaktionsmöglichkeiten mit Bilderstapeln und Polygonmodellen verbunden mit einer einfachen und intuitiven Steuerung kennzeichnen das Visualisierungsmodul von HistoStack3D. Zu den herausragenden Darstellungsmöglichkeiten gehören Schnittflächen und Schnittwürfel in beliebiger Anzahl, Größe und Orientierung, die beim Einsatz von gängigen 3D-Grafikkarten in Echtzeit manipuliert werden können und dadurch die Orientierung und Navigation im Modell erheblich erleichtern. Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Darstellungsqualität liegt in der individuellen Vergabe von Farbattributen für jedes Einzelobjekt. Zur Wahl stehen Falschfarben, Originalfarben sowie benutzerdefinierte Farben. Frei definierbare Transparenzeigenschaften ergänzen die Darstellungsmöglichkeiten.

 

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