Development of Autoencoder Based Models for High Accuracy Nuclear Segmentation in Fluorescent Microscope Systems

Abstract

Mikroskobik sistemlerde doku veya hücre numunelerinde nükleer morfoloji veya biyolojik belirteçler gibi bölümleri görselleştirmek için hematoksilen ve eozin (Hematoxylin and eosin - H&E) histolojik boyamalar, immünohistokimyasal (immunohistovhemical - IHC) ve immünofloresan (immunofluorescence - IF) boyama yaklaşımları geliştirilmiştir. H&E veya IHC boyamalar ile karşılaştırıldığında, IF boyamaların sayısala aktarılması uzmanlar için daha zorlu ve zaman alıcı olmaktadır. Fakat, IF boyama yaklaşımlarında daha fazla hücresel veya hücre altı belirteç görüntülenebilmektedir. Floresan mikroskoplardan elde edilmiş nükleer segmentasyonunun yüksek doğrulukla otomatik gerçekleştirilmesi IF boyama yaklaşımlarındaki hücreler hakkında daha fazla bilgi elde edilmesini sağlamaktadır. Literatürde diğer mikroskobik sistemlerden elde edilmiş görüntülerde hücre veya doku segmentasyonu için birçok çalışma geliştirilmiş ve yüksek doğruluklu sonuçlar elde edilmiştir. Fakat diğer alanlarda gerçekleştirilen bu başarı, floresan mikroskoplardan elde edilmiş görüntülerdeki nükleer segmentasyonu için elde edilmemiştir. Bu kapsamda, çalışmada floresan mikroskop sistemlerinde nükleer segmentasyonu için yüksek doğruluklu otomatik kodlayıcı modelleri geliştirilmektedir. Geliştirilen otomatik kodlayıcı modellerinin analizi uzman kişiler tarafından işaretlenmiş, floresan mikroskop görüntülerinden oluşan veri seti kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Çalışmada kullanılan performans değerlendirme prosedürleri açısından, gerçekleştirilen otomatik kodlayıcı modellerinin başarılarının otomatik nükleer segmentasyon için tatmin edici olduğu açıkça görülmektedir.