[go: up one dir, main page]

RU2494377C1 - Method of obtaining three-dimensional image of plankton sample - Google Patents

Method of obtaining three-dimensional image of plankton sample Download PDF

Info

Publication number
RU2494377C1
RU2494377C1 RU2012120354/28A RU2012120354A RU2494377C1 RU 2494377 C1 RU2494377 C1 RU 2494377C1 RU 2012120354/28 A RU2012120354/28 A RU 2012120354/28A RU 2012120354 A RU2012120354 A RU 2012120354A RU 2494377 C1 RU2494377 C1 RU 2494377C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
objects
obtaining
dimensional image
tomography
Prior art date
Application number
RU2012120354/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Николаевич Кулагин
Александра Николаевна Ступникова
Сергей Александрович Мошаров
Сергей Владимирович Гонтарев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Priority to RU2012120354/28A priority Critical patent/RU2494377C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2494377C1 publication Critical patent/RU2494377C1/en

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: X-ray micro-computed tomography of the sample is performed. The tomography process is performed over all objects contained in the sample, in which an X-ray contrast liquid is added to the fixing solution.
EFFECT: obtaining a three-dimensional image of a plankton sample, assembled using standard methods, with high refinement of objects.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области гидробиологических исследований и средств экологического мониторинга и может быть использовано для автоматизированной обработки существующих коллекций фиксированных проб зоопланктона.The present invention relates to the field of hydrobiological research and environmental monitoring, and can be used for automated processing of existing collections of fixed samples of zooplankton.

В настоящее время накоплено большое количество проб зоопланктона, полученных по стандартным методикам (1). Биологические объекты, находящиеся в водной пробе, содержат в своем теле большое количество жидкости, по свойствам близкой к воде, что обуславливает их низкую рентгеноконтрастность. После фиксации пробы жидкость внутри биологических объектов заменяется фиксирующим раствором и объекты в пробе остаются рентгенонеконтрастными, что не позволяет получить качественное трехмерное изображение объектов пробы.At present, a large number of zooplankton samples have been accumulated using standard methods (1). Biological objects in an aqueous sample contain a large amount of liquid in their body, similar in properties to water, which leads to their low radiopacity. After fixing the sample, the liquid inside the biological objects is replaced by a fixing solution and the objects in the sample remain non-contrast, which does not allow to obtain a high-quality three-dimensional image of the sample objects.

Известны способы лабораторной обработки фиксированных проб зоопланктона, содержащих множество объектов зоопланктона, включающие получение изображения проб в видимом участке спектра и дальнейшую обработку этого изображения, в том числе выделение и идентификация отдельных объектов пробы, количественный и качественный анализ пробы (SIPPER - Shadowed Image Particle Profiling and Evaluation Recorder (2, 3),Known methods for laboratory processing of fixed samples of zooplankton containing many zooplankton objects, including obtaining images of samples in the visible part of the spectrum and further processing of this image, including the selection and identification of individual sample objects, quantitative and qualitative analysis of the sample (SIPPER - Shadowed Image Particle Profiling and Evaluation Recorder (2, 3),

Известные способы имеют недостатки, которые заключаются в том, что для проведения автоматизированной обработки проба планктона должна быть разведена в большом объеме воды с последующим помещением ее в тонкий плоский слой или капилляр или разведенная проба должна быть пропущена через цилиндрическую камеру небольшого диаметра. В результате происходит механическое воздействие на объекты пробы, которое может приводить к их частичному разрушению. При малом разведении пробы существует высокая вероятность наложения объектов пробы друг на друга, что в последующем существенно затрудняет или делает невозможным их идентификацию. Выполняется оптическое сканирование или фотографирование ограниченного объема пробы. Известные способы имеют ограниченный размерный диапазон объектов, в котором проводится качественный анализ. Этот размерный диапазон различен в разных способах, например: для SIPPER - 0,2-30 мм, для ОРС - 0,25-2,5 мм, Flow CAM - 0,01-1 мм, ZooScan - 0,2-40 мм. При этом, размеры биологических объектов могут превышать глубину резкости используемых объективов. При использовании известных способов формируются двухмерные изображения пробы с содержащимися в ней биологическими объектами, в которых информация во многих случаях недостаточна для достоверной идентификации биологических объектов. В этих случаях успешность идентификации объекта зависит от ракурса, с которого происходит сканирование или фотографирование объектов и получение двумерного изображения, а определять нужный ракурс в существующих способах невозможно.Known methods have drawbacks in that, for automated processing, a plankton sample must be diluted in a large volume of water, followed by its placement in a thin flat layer or capillary, or a diluted sample must be passed through a cylindrical chamber of small diameter. As a result, there is a mechanical effect on the sample objects, which can lead to their partial destruction. With small dilution of the sample, there is a high probability of overlapping sample objects on top of each other, which subsequently significantly complicates or makes impossible their identification. Optical scanning or photographing of a limited sample volume is performed. Known methods have a limited size range of objects in which a qualitative analysis is carried out. This size range is different in different ways, for example: for SIPPER - 0.2-30 mm, for OPC - 0.25-2.5 mm, Flow CAM - 0.01-1 mm, ZooScan - 0.2-40 mm . Moreover, the size of biological objects can exceed the depth of field of the used lenses. Using known methods, two-dimensional images of the sample are formed with the biological objects contained in it, in which the information is in many cases insufficient for reliable identification of biological objects. In these cases, the success of identifying an object depends on the angle from which the objects are scanned or photographed and a two-dimensional image is obtained, and it is impossible to determine the desired angle in existing methods.

Известны способы получения трехмерного изображения индивидуальных объектов зоопланктона методом томографии(4-6).Known methods for obtaining a three-dimensional image of individual objects of zooplankton by tomography (4-6).

Известные способы имеют недостаток, который заключаются в том, что для получения трехмерного изображения объекта, его необходимо предварительно отделить от остальных объектов пробы и затем исследовать индивидуально.Known methods have the disadvantage that in order to obtain a three-dimensional image of an object, it must first be separated from the rest of the sample objects and then examined individually.

Наиболее близким к предлагаемому способу автоматизированной обработки фиксированных проб зоопланктона является способ обработки проб с использованием рентгеновской микрокомпьютерной томографии (6). Этот способ позволяет получать трехмерные изображения нескольких биологических объектов вместе, но только когда эти объекты находятся в рентгеноплотной твердой среде, в частности, этот способ используется для исследования биологических объектов в донных осадках.Closest to the proposed method for automated processing of fixed samples of zooplankton is a method for processing samples using x-ray microcomputer tomography (6). This method allows to obtain three-dimensional images of several biological objects together, but only when these objects are in an x-ray solid medium, in particular, this method is used to study biological objects in bottom sediments.

Предлагаемый способ позволяет применить трехмерную рентгеновскую микрокомпьютерную томографию для пробы зоопланктона, содержащей в том числе рентгенонеконтрастные объекты.The proposed method allows the use of three-dimensional x-ray microcomputer tomography for a sample of zooplankton, including including non-contrast objects.

Целью настоящего предлагаемого изобретения является получение трехмерного образа проб зоопланктона, собранных стандартными методами, с высокой детализацией объектов. (Полученные предлагаемым способом трехмерные образы проб в дальнейшем позволят проводить четкую идентификацию объектов пробы.) Поставленная цель достигается тем, что в известном способе рентгеновской микрокомпьютерной томографии процессу сканирования одновременно подвергается вся совокупность объектов, содержащихся в пробе, в которой к фиксирующему раствору добавляется рентгеноконтрастная жидкость. В варианте способа производится полная замена фиксирующего раствора в пробе на рентгеноконтрастную жидкость.The aim of the present invention is to obtain a three-dimensional image of samples of zooplankton, collected by standard methods, with high detail objects. (The three-dimensional images of the samples obtained by the proposed method will subsequently allow a clear identification of the sample objects.) The goal is achieved by the fact that in the known method of X-ray microcomputer tomography, the entire set of objects contained in the sample is simultaneously subjected to the scanning process in which a radiopaque liquid is added to the fixing solution. In an embodiment of the method, the fixing solution in the sample is completely replaced with a radiopaque liquid.

Возможность практической реализацииPossibility of practical implementation

Для осуществления изобретения необходимо добавить в пробу рентгеноконтрастную жидкость для получения необходимой степени контрастности объектов (или заменить ею фиксирующий раствор) с сохранением биологических объектов в пробе. С подготовленной пробой проводят процедуру стандартной рентгеновской микрокомпьютерной томографии. В результате этой процедуры получается трехмерный цифровой образ совокупности объектов, содержащихся в пробе, представленных в виде трехмерных изображений высокого разрешения внешних контуров объектов, где каждый объект представлен в виде трехмерной фигуры, на которой видны все характерные особенности поверхности конкретного объекта, необходимые для последующего автоматизированного анализа биологических характеристик пробы (достоверной идентификации и биометрии объектов, качественного и количественного анализа). Полученный 3D цифровой образ позволяет осуществлять распознавание объектов и измерение геометрических размеров.To implement the invention, it is necessary to add a radiopaque liquid to the sample to obtain the necessary degree of contrast of the objects (or replace the fixing solution with it) while preserving the biological objects in the sample. With the prepared sample, a standard X-ray microcomputer tomography procedure is performed. As a result of this procedure, a three-dimensional digital image of the set of objects contained in the sample is obtained, presented in the form of high-resolution three-dimensional images of the external contours of objects, where each object is presented in the form of a three-dimensional figure, which shows all the characteristic features of the surface of a particular object, necessary for subsequent automated analysis biological characteristics of the sample (reliable identification and biometry of objects, qualitative and quantitative analysis). The resulting 3D digital image allows the recognition of objects and measurement of geometric dimensions.

Компьютерный анализ трехмерного цифрового образа пробы и получение биологических характеристик пробы (достоверная идентификация и биометрия объектов, качественный и количественный анализ) значительно сокращает объем рутинных работ, повышает качество получаемой информации о биологических объектах, ускоряет обработку проб. Автоматизированный анализ не требует выполнения работ высококвалифицированным экспертом. Эксперт привлекается только для распознавания образов, не поддающихся классификации системой.Computer analysis of a three-dimensional digital image of the sample and obtaining biological characteristics of the sample (reliable identification and biometry of objects, qualitative and quantitative analysis) significantly reduces the amount of routine work, improves the quality of information received about biological objects, and accelerates the processing of samples. Automated analysis does not require work by a highly qualified expert. An expert is only involved in pattern recognition that cannot be classified by the system.

Применение способа позволит получить трехмерный образ пробы зоопланктона, который обеспечивает проведение количественного и качественного анализа пробы по ее цифровому образу, не обращаясь к первичной биологической пробе. Цифровой образ не подвержен деградации. Возможно создание резервных копий пробы, что исключает их потери.The application of the method will allow to obtain a three-dimensional image of the zooplankton sample, which provides a quantitative and qualitative analysis of the sample in its digital image, without resorting to the primary biological sample. The digital image is not subject to degradation. It is possible to create backup copies of the sample, which eliminates their loss.

Источники информацииInformation sources

1. Богоров В.Г. Стандартизация морских планктонных исследований // Труды Института океанологии, 1957. Т.24. С.200-214.1. Bogorov V.G. Standardization of marine planktonic studies // Proceedings of the Institute of Oceanology, 1957. V.24. S.200-214.

2. Samson S., Hopkins T., Remsen A., Langebrake L., Sutton T., Patten J. A system for high-resolution zooplankton imaging // IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2001. Vol.26. P.671-676.2. Samson S., Hopkins T., Remsen A., Langebrake L., Sutton T., Patten J. A system for high-resolution zooplankton imaging // IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2001. Vol. 26. P.671-676.

3. Патент US 2004/0109586 A13. Patent US 2004/0109586 A1

4. Патент US 7082182 B2.4. Patent US 7082182 B2.

5. Mazik K., Curtis N., Fagan M.J., Taft S., Elliott M. Accurate quantification of the influence ofbenthic macro- and meio-fauna on the geometric properties of estuarine muds by micro computer tomography // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2008. Vol.354. P.192-201.5. Mazik K., Curtis N., Fagan MJ, Taft S., Elliott M. Accurate quantification of the influence of benthic macro- and meio-fauna on the geometric properties of estuarine muds by micro computer tomography // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2008. Vol. 354. P.192-201.

6. Dinley J., Hawkins L., Paterson G., Ball A.D., Sinclair I., Sinnett-Jones P., Lanham S. Micro-computed X-ray tomography: a new non-destructive method of assessing sectional, fly-through and 3D imaging of a soft-bodied marine worm // Journal of Microscopy, 2010. Vol.238. P.123-133.6. Dinley J., Hawkins L., Paterson G., Ball AD, Sinclair I., Sinnett-Jones P., Lanham S. Micro-computed X-ray tomography: a new non-destructive method of assessing sectional, fly- through and 3D imaging of a soft-bodied marine worm // Journal of Microscopy, 2010. Vol.238. P.123-133.

Claims (1)

Способ получения трехмерного цифрового образа водной пробы зоопланктона с содержащимися в ней объектами, заключающийся в проведении рентгеновской микрокомпьютерной томографии пробы, отличающийся тем, что процессу томографии одновременно подвергается вся совокупность объектов, содержащихся в пробе, в которой к фиксирующему раствору добавляется рентгеноконтрастная жидкость. A method of obtaining a three-dimensional digital image of an aqueous zooplankton sample with the objects contained in it, which consists in conducting an X-ray microcomputer tomography of the sample, characterized in that the entire set of objects contained in the sample is simultaneously subjected to the tomography process, in which a radiopaque liquid is added to the fixing solution.
RU2012120354/28A 2012-05-17 2012-05-17 Method of obtaining three-dimensional image of plankton sample RU2494377C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012120354/28A RU2494377C1 (en) 2012-05-17 2012-05-17 Method of obtaining three-dimensional image of plankton sample

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012120354/28A RU2494377C1 (en) 2012-05-17 2012-05-17 Method of obtaining three-dimensional image of plankton sample

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2494377C1 true RU2494377C1 (en) 2013-09-27

Family

ID=49254135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012120354/28A RU2494377C1 (en) 2012-05-17 2012-05-17 Method of obtaining three-dimensional image of plankton sample

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2494377C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004053552A (en) * 2002-07-24 2004-02-19 Toray Ind Inc Nondestructive inspection method of liquid fluidization state in liquid flowing device
RU2445609C2 (en) * 2007-10-05 2012-03-20 Цингхуа Унивесити Method and apparatus (versions) for inspecting liquid-containing objects

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004053552A (en) * 2002-07-24 2004-02-19 Toray Ind Inc Nondestructive inspection method of liquid fluidization state in liquid flowing device
RU2445609C2 (en) * 2007-10-05 2012-03-20 Цингхуа Унивесити Method and apparatus (versions) for inspecting liquid-containing objects

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dinley J., Hawkins L., Paterson G., Ball A.D., Sinclair I., Sinnett-Jones P., Lanham S, Micro-computed X-ray tomography: a new non-destructive method of assessing sectional, fly-through and 3D imaging of a soft-bodied marine worm, Journal of Microscopy, 2010, Vol.238, p.123-133. *
Dinley J., Hawkins L., Paterson G., Ball A.D., Sinclair I., Sinnett-Jones P., Lanham S, Micro-computed X-ray tomography: a new non-destructive method of assessing sectional, fly-through and 3D imaging of a soft-bodied marine worm, Journal of Microscopy, 2010, Vol.238, p.123-133. Phil F. Culverhouse, Robert Williams, Mark Benfield, Per R. Flood, Anne F. Sell, Maria Grazia Mazzocchi, Isabella Buttino, Mike Sieracki, Automatic image analysis of plankton: future perspectives, MARINE ECOLOGY PROGRESS SERIES, Vol.312: 297-309, 2006. Hans-Uwe Dahms and Jiang-Shiou Hwang, PERSPECTIVES OF UNDERWATER OPTICS IN BIOLOGICAL OCEANOGRAPHY AND PLANKTON ECOLOGY STUDIES, Journal of Marine Science and Technology, Vol.18, No.1, pp.112-121 (2010). T Ohigashi, Y Terada, A Takeuchi, K Uesugi and K Kubokawa, Observation of iodine in oceanic plankton by scanning x-ray fluorescence micro-tomography, 9th International Conference on X-Ray Microscopy, Journal of Physics: Conference Series 186, 2009, 012093. *
Hans-Uwe Dahms and Jiang-Shiou Hwang, PERSPECTIVES OF UNDERWATER OPTICS IN BIOLOGICAL OCEANOGRAPHY AND PLANKTON ECOLOGY STUDIES, Journal of Marine Science and Technology, Vol.18, No.1, pp.112-121 (2010). *
Phil F. Culverhouse, Robert Williams, Mark Benfield, Per R. Flood, Anne F. Sell, Maria Grazia Mazzocchi, Isabella Buttino, Mike Sieracki, Automatic image analysis of plankton: future perspectives, MARINE ECOLOGY PROGRESS SERIES, Vol.312: 297-309, 2006. *
T Ohigashi, Y Terada, A Takeuchi, K Uesugi and K Kubokawa, Observation of iodine in oceanic plankton by scanning x-ray fluorescence micro-tomography, 9th International Conference on X-Ray Microscopy, Journal of Physics: Conference Series 186, 2009, 012093. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Barsanti et al. Water monitoring by means of digital microscopy identification and classification of microalgae
JP6670757B2 (en) Judgment device, analysis method, and analysis program
Yravedra et al. The use of micro-photogrammetry and geometric morphometrics for identifying carnivore agency in bone assemblages
US10317667B2 (en) Compressive plenoptic microscopy for functional brain imaging
KR102479862B1 (en) Particle Analysis Method
JP6517788B2 (en) System and method for adaptive histopathology image decomposition
EP3124953B1 (en) Evaluation method of spheroid and spheroid evaluation apparatus
CN113227754B (en) Image-based determination using intelligent monitoring structures
JPWO2017073737A1 (en) Analysis equipment
KR102280764B1 (en) Method and apparatus for rapid diagnosis of hematologic malignancy using 3d quantitative phase imaging and deep learning
Van Malderen et al. Three-dimensional reconstruction of the tissue-specific multielemental distribution within Ceriodaphnia dubia via multimodal registration using laser ablation ICP-mass spectrometry and X-ray spectroscopic techniques
JP2011525009A (en) System and method for detecting and removing one or more defocused images or low contrast to noise ratio images
JP6895297B2 (en) Cell mass evaluation method and cell mass state analyzer
CN112514001B (en) Method and system for evaluating fibrosis in tissue samples
JP2023546193A (en) How to classify a sequence of input images representing particles in a sample over time
Ashesh et al. Micro𝕊plit: Semantic Unmixing of Fluorescent Microscopy Data
JP2007020449A (en) Screening method and screening apparatus
CN114463745B (en) Rapid identification and quantification of target proteins
RU2494377C1 (en) Method of obtaining three-dimensional image of plankton sample
Shimoni et al. Normalized polarization ratios for the analysis of cell polarity
JP4728025B2 (en) Cell image analyzer
Surkova et al. Quantitative imaging of gene expression in Drosophila embryos
EP4390376A1 (en) An improved method for performing fluorescence measurement on a sample
Tang et al. Fast post-processing pipeline for optical projection tomography
JP7762363B2 (en) Information processing program, information processing device, information processing method, and microscope system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190518