J 2019

Cell segmentation methods for label-free contrast microscopy: review and comprehensive comparison

VIČAR, Tomáš, Jan BALVAN, Josef JAROŠ, Florian JUG, Radim KOLAR et. al.

Základní údaje

Originální název

Cell segmentation methods for label-free contrast microscopy: review and comprehensive comparison

Autoři

VIČAR, Tomáš (203 Česká republika, domácí), Jan BALVAN (203 Česká republika, domácí), Josef JAROŠ (203 Česká republika, domácí), Florian JUG (276 Německo), Radim KOLAR (203 Česká republika), Michal MASAŘÍK (203 Česká republika, domácí) a Jaromír GUMULEC (203 Česká republika, garant, domácí)

Vydání

BMC Bioinformatics, London, BioMed Central, 2019, 1471-2105

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

30105 Physiology

Stát vydavatele

Velká Británie a Severní Irsko

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 3.242

Kód RIV

RIV/00216224:14110/19:00107532

Organizační jednotka

Lékařská fakulta

UT WoS

000473132400006

Klíčová slova anglicky

Microscopy; Cell segmentation; Image reconstruction; Methods comparison; Differential contrast image; Quantitative phase imaging; Laplacian of Gaussians

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 31. 1. 2020 16:17, Mgr. Tereza Miškechová

Anotace

V originále

BackgroundBecause of its non-destructive nature, label-free imaging is an important strategy for studying biological processes. However, routine microscopic techniques like phase contrast or DIC suffer from shadow-cast artifacts making automatic segmentation challenging. The aim of this study was to compare the segmentation efficacy of published steps of segmentation work-flow (image reconstruction, foreground segmentation, cell detection (seed-point extraction) and cell (instance) segmentation) on a dataset of the same cells from multiple contrast microscopic modalities.ResultsWe built a collection of routines aimed at image segmentation of viable adherent cells grown on the culture dish acquired by phase contrast, differential interference contrast, Hoffman modulation contrast and quantitative phase imaging, and we performed a comprehensive comparison of available segmentation methods applicable for label-free data. We demonstrated that it is crucial to perform the image reconstruction step, enabling the use of segmentation methods originally not applicable on label-free images. Further we compared foreground segmentation methods (thresholding, feature-extraction, level-set, graph-cut, learning-based), seed-point extraction methods (Laplacian of Gaussians, radial symmetry and distance transform, iterative radial voting, maximally stable extremal region and learning-based) and single cell segmentation methods. We validated suitable set of methods for each microscopy modality and published them online.ConclusionsWe demonstrate that image reconstruction step allows the use of segmentation methods not originally intended for label-free imaging. In addition to the comprehensive comparison of methods, raw and reconstructed annotated data and Matlab codes are provided.

Návaznosti

GA18-24089S, projekt VaV
Název: Kvantitativní fázová mikroskopie pro 3D kvalitativní charakterizaci nádorových buněk
Investor: Grantová agentura ČR, Quantitative phase microscopy for 3D qualitative characterization of cancer cells
MUNI/A/1298/2017, interní kód MU
Název: Zdroje pro tkáňové inženýrství 8 (Akronym: TissueEng 8)
Investor: Masarykova univerzita, Zdroje pro tkáňové inženýrství 8, DO R. 2020_Kategorie A - Specifický výzkum - Studentské výzkumné projekty
MUNI/A/1565/2018, interní kód MU
Název: Zdroje pro tkáňové inženýrství 9 (Akronym: TissueEng 9)
Investor: Masarykova univerzita, Zdroje pro tkáňové inženýrství 9, DO R. 2020_Kategorie A - Specifický výzkum - Studentské výzkumné projekty
ROZV/24/LF/2018, interní kód MU
Název: LF - Příspěvek na IP 2108
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, LF - Příspěvek na IP 2108, Interní rozvojové projekty