Eine zytotoxikologische Prüfmethode unter Anwendung moderner Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
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V
Inhaltsverzeichnis
Formelhinweise VIII
1 Einleitung 1
2 Zellbiologische Grundlagen S
2.1 Zellbiologische Modelle und Grundbegriffe 5
2.1.1 Aufbau und Funktion einer Zelle 5
2.1.2 Zellzyklus und Zellteilung 6
2.1.3 Zelltod 7
2.1.4 Zellbewegung 7
2.2 Die Zellinie V79 8
2.3 Dokumentation des Zellverhaltens 9
2.4 Versuchsablauf 11
2.5 Erfassung des Zeil Verhaltens 11
3 Problemstellung 13
3.1 Stand der Technik 13
3.2 Konzeption einer automatisierten Versuchsanlage 15
4 Der vollautomatisierte Meßplatz 17
4.1 Beschreibung des Versuchsaufbaus 17
4.1.1 Mikroskopie 18
4.1.2 Bewertung der Systemvoraussetzungen 19
4.2 Automatisierter Versuchsablauf 20
4.2.1 Medienwechsel 22
4.2.2 Korrektur von Intensitätsschwankungen 23
4.2.3 Driftkorrektur 24
4.2.4 Autofokussierung 24
4.2.4.1 Einführung in die Autofokussierung 25
4.2.4.2 Bestimmung der Fokussierungsfunktion 26
4.2.4.3 Auswahl einer Suchstrategie 29
4.2.4.4 Implementierung des Fokussierungsalgorithmus 32
5 Zellsegmentation 33
5.1 Konzept der automatisierten Auswertung 33
5.2 Schwellwertverfahren 35
5.2.1 Globale Schwellwertverfahren 35
5.2.2 Lokale Schwellwertverfahren 36
5.2.3 Ergebnisse der Schwellwertverfahren 36
5.3 Klassifikation 39
5.3.1 Iteratives Konzept zur Auslegung eines Klassifikationssystems 41
5.3.2 Anzahl der benötigten Klassen 44
5.3.3 Bestimmung des Stichprobenumfangs 46
5.3.4 Einstellung der Fenstergrößen 49
VI
5.3.5 Merkmalsnormierung 51
5.3.5.1 Bereichsaufweitung 51
5.3.5.2 Wahl einer Normierungsstrategie 51
5.3.6 Merkmalsselektion 52
5.3.6.1 Anzahl benötigter Merkmale 53
5.3.6.2 Gütekriterien 55
5.3.6.3 Suchstrategien 58
5.3.6.4 Ergebnisse der Merkmalsselektion 60
5.3.7 Klassifikatorauswahl 63
5.3.7.1 /t-Nächste-Nachbam-Klassifikator 63
5.3.7.2 Minimum-Distance-KiassiftkaXor 63
5.3.7.3 A4r£S-Klassifikator 64
5.3.7.4 Mwcimum-Likelihood-KlassifikaXor 65
5.3.7.5 Geometrischer Klassifikator 65
5.3.7.6 Backpropagation-Neural-Network-Klassifikator 65
5.3.7.7 Ergebnisse der Klassifikatorauswahl 67
5.3.8 Ergebnisse der iterativen Auswahl 68
6 Automatisierte Auswertung 70
6.1 Bildvorverarbeitung 71
6.2 Tochterzellklassifikation 72
6.3 Erweitertes MafcAmg-Verfahren 77
6.4 Segmentation der Zellränder 80
6.5 Zellbildklassifikation 82
6.5.1 Ergebnisse der Zellbildklassifikation 82
6.5.2 Abgleich der Segmentationsergebnisse 84
6.6 Watershed-Segmentation 85
6.7 Ergebnis der automatisierten Auswertung 90
6.7.1 Abschließendes Matching 90
6.7.2 Bewertung der Auswertungsergebnisse 91
7 Möglichkeiten der Beschreibung des Zellverhaltens 94
7.1 Zellproliferation 94
7.2 Zellmigration 99
7.2.1 Parameter zur Beschreibung der Motilität 99
7.2.2 Modell der Zellbewegung 105
7.3 Zellmorphologie und-densitometrie 109
8 Zusammenfassung und Ausblick 119
Anhang A Begriffsdefinitionen 123
Anhang B Globale Schwellwertverfahren 125
Anhang B.l Schwellwertbestimmung nach OTSU 125
Anhang B.2 Schwellwertbestimmung nach K1TTLER/ILLINGWORTH 126
Anhang B.3 Schwellwertbestimmung nach LI/LEE 127
VII
Anhang B.4 Schwellwertbestimmung nach YOU/COHEN 127
Anhang B.5 Schwellwertbestimmung nach TAO/BURKHARDT 129
Anhang C Merkmalspool 131
AnhangC.2 Lokale (statistische) Merkmale 131
Anhang C.2 Merkmale aus gefilterten Bildern 132
Anhang C.3 Zeitlich-lokale Merkmale 132
Anhang C.4 Textur-Merkmale 133
Anhang C.5 Fourier-Merkmale 133
AnhangC.6 Fraktale-Merkmale 134
Anhang C.7 Morphologische Merkmale 134
Anhang C.8 Objekt-Merkmale 134
Anhang C.8.1 Nächste-Nachbar-Konzepte 134
AnhangC.8.2 Berechnung der Objektmerkmale 135
Literaturverzeichnis 137 |
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