Программное обеспечение анализа и распознавания изображений нейронов

Авторами главы для автоматизации анализа микроскопических изображений нейронов и их отростков было разработано ПО анализа и распознавания изображений нейронов (ПО АРИН).

Проектирование и разработка архитектуры программы велась в соответствии с общепринятым унифицированным итеративным процессом проектирования UP программной системы, включающим: анализ требований, объектно-ориентированный анализ, проектирование и реализацию разработанных компонентов.

Были выявлены следующие требования к разрабатываемой системе:

1. Алгоритмы автоматического выделения объектов-нейронов должны обеспечивать анализ и распознавание изображений нейронов на двухмерных срезах головного мозга экспериментальных животных.

2. Алгоритмы автоматического выделения объектов-нейронов должны выполняться как на всем изображении, так и на выделенной пользователем области изображения.

3. Автоматизированный анализ изображений нейронов должен проводиться с точностью, соизмеримой с точностью визуального анализа изображений нейронов, проводимого при скрининговом анализе без использования средств автоматизации анализа изображений.

4. В результате работы ПО АРИН должен осуществляться подсчет количества выделенных объектов, выделение их контуров, определение координат центров выделенных объектов, подсчет морфофункциональных характеристик объектов и сохранение этих данных на жестком диске.

На этапе анализа требований к системе было выявлено, что ПО АРИН должна реализовывать следующие процессы предметной области: 1) загрузка исходного изображения; 2) изменение масштаба исходного изображения; 3) запуск алгоритма автоматического выделения нейронов, включающего в том числе коррекцию результатов выполнения алгоритма и сохранение результатов выполнения алгоритма и выделение интересующей области на изображении.

Программа может быть использована при решении задачи оценки степени дегенерации ДА-ергических нейронов в КЧС по разнице в количестве у экспериментальных животных после введения специфического нейротоксина и в контрольной группе.

Программа функционирует на компьютерах типа IBM PC со следующими характеристиками: 1) процессор Intel Pentium III или Intel Core 2c тактовой частотой не менее 2.5 ГГц; 2) объем оперативной памяти — не менее 4 Гб; 3) объем необходимого пространства на жестком диске — не менее 40 Мб; 4) операционная система

— Windows 2000 и выше. Программа позволяет работать с изображениями, представленными в виде файлов следующих форматов: BMP, GIF, JPG, JPEG, PNG и TIFF. Оптимальный размер изображения — 2040×1536.

В состав программы входят:

— ядро, обеспечивающее базовые функции работы с изображениями и матрицами;

— графический интерфейс пользователя, позволяющий использовать функциональные возможности программы и поддерживающий ряд вспомогательных функций;

— пользовательские библиотеки алгоритмов обработки и анализа изображений, необходимые для эксплуатации программы в тестовом режиме;

— модуль генерации отчетов, обеспечивающий вывод, хранение и накопление результатов анализа изображений нейронов в тестовом режиме.

Функциональная схема программы представлена на рис. 14.