WIESNER, David, Julian SUK, Sven DUMMER, Tereza NEČASOVÁ, Ulman VLADIMÍR, David SVOBODA a Jelmer WOLTERINK. Generative modeling of living cells with SO(3)-equivariant implicit neural representations. Medical Image Analysis. Netherlands: Elsevier, 2024, roč. 2024, č. 91, s. 102991-103008. ISSN 1361-8415. Dostupné z: https://dx.doi.org/10.1016/j.media.2023.102991.
Další formáty:   BibTeX LaTeX RIS
Základní údaje
Originální název Generative modeling of living cells with SO(3)-equivariant implicit neural representations
Autoři WIESNER, David (203 Česká republika, domácí), Julian SUK (528 Nizozemské království), Sven DUMMER (528 Nizozemské království), Tereza NEČASOVÁ (203 Česká republika, domácí), Ulman VLADIMÍR (203 Česká republika), David SVOBODA (203 Česká republika, garant, domácí) a Jelmer WOLTERINK (528 Nizozemské království).
Vydání Medical Image Analysis, Netherlands, Elsevier, 2024, 1361-8415.
Další údaje
Originální jazyk angličtina
Typ výsledku Článek v odborném periodiku
Obor 10201 Computer sciences, information science, bioinformatics
Stát vydavatele Švýcarsko
Utajení není předmětem státního či obchodního tajemství
WWW URL
Impakt faktor Impact factor: 10.900 v roce 2022
Organizační jednotka Fakulta informatiky
Doi http://dx.doi.org/10.1016/j.media.2023.102991
Klíčová slova anglicky cell shape modeling; neural networks; implicit neural representations; signed distance function; generative model; interpolation
Štítky cbia-web
Příznaky Mezinárodní význam, Recenzováno
Změnil Změnil: RNDr. David Wiesner, Ph.D., učo 255597. Změněno: 24. 10. 2023 10:23.
Anotace
Data-driven cell tracking and segmentation methods in biomedical imaging require diverse and information-rich training data. In cases where the number of training samples is limited, synthetic computer-generated data sets can be used to improve these methods. This requires the synthesis of cell shapes as well as corresponding microscopy images using generative models. To synthesize realistic living cell shapes, the shape representation used by the generative model should be able to accurately represent fine details and changes in topology, which are common in cells. These requirements are not met by 3D voxel masks, which are restricted in resolution, and polygon meshes, which do not easily model processes like cell growth and mitosis. In this work, we propose to represent living cell shapes as level sets of signed distance functions (SDFs) which are estimated by neural networks. We optimize a fully-connected neural network to provide an implicit representation of the SDF value at any point in a 3D+time domain, conditioned on a learned latent code that is disentangled from the rotation of the cell shape. We demonstrate the effectiveness of this approach on cells that exhibit rapid deformations (Platynereis dumerilii), cells that grow and divide (C. elegans), and cells that have growing and branching filopodial protrusions (A549 human lung carcinoma cells). A quantitative evaluation using shape features and Dice similarity coefficients of real and synthetic cell shapes shows that our model can generate topologically plausible complex cell shapes in 3D+time with high similarity to real living cell shapes. Finally, we show how microscopy images of living cells that correspond to our generated cell shapes can be synthesized using an image-to-image model.
Návaznosti
LM2023050, projekt VaVNázev: Národní infrastruktura pro biologické a medicínské zobrazování
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Czech BioImaging: Národní výzkumná infrastruktura pro biologické a medicínské zobrazování
MUNI/A/1081/2022, interní kód MUNázev: Modelování, analýza a verifikace (2023)
Investor: Masarykova univerzita, Modelování, analýza a verifikace (2023)
VytisknoutZobrazeno: 27. 4. 2024 10:59