一个聚类工具,用于生成生物几何形状,用于放射生物学的计算建模

科学领域:

• 计算生物学是一种计算生物学.
• 放射生物学的放射生物学
• 医学成像医学成像

背景情况:

• 在放射生物学中,准确的计算建模需要现实的生物几何.
• 现有的工具缺乏将生物图像转换为与辐射传输和生物响应模拟软件兼容的格式的能力.

研究的目的:

• 开发一种用于将生物图像转换为适合蒙特卡罗辐射传输 (TOPAS) 和生物组织反应 (CompuCell3D) 模拟的几何形状的计算工具.
• 为了使单个生物实体在计算放射生物模型中的使用.

主要方法:

• 该工具预处理图像 (切割,调整大小) 并使用基于voxel邻近性和强度值的聚类算法.
• 单独的标识符被分配给属于同一集群的voxel,代表单个生物实体.
• 通过对神经母细胞细胞,细胞核和小鼠大脑血管结构的细分图像进行验证,通过子相似系数 (DSC) 和实体计数进行评估.

主要成果:

• 该工具在所有测试图像中实现了1.0的DSC,证实了相同的原始和生成的几何形状.
• 原始和生成几何体中的单个实体数量匹配,证明了有效的voxel集群.
• 该工具的实用性通过在细胞培养模型中模拟DNA双链断裂后的微光束照射来证明.

结论:

• 开发的工具成功地将生物图像转换为兼容的几何形状,用于先进的放射生物模拟.
• 这有助于将现实的生物结构集成到计算模型中,提高辐射效应预测的准确性.
• 该工具通过使用详细的图像衍生生物几何形状来显著推进计算放射生物学.