Принцип морфинга и его приложение к задаче моделирования движения скоплений трансплантированных стволовых клеток

Рассматривается задача оптимального отображения множеств скоплений точек в сочетании с методами компьютерной визуализации. Решение служит основой для построения алгоритма морфинга и его применения для моделирования движения стволовых клеток между срезами МРТ-данных и разбито на два этапа. На первом решается задача оптимального назначения исходного множества точек (исходной модели) на точки результирующего скопления (результирующей модели). Здесь точки изображения условно представляют, т.е. моделируют, мезенхимальные стволовые клетки, трансплантированные в мозг лабораторного животного (крысы). На втором этапе решается задача морфинга точек в соответствии с полученным решением на первом этапе. Решение здесь сводится к интерполяции траекторий движения и его визуализации в модельном времени. Данные для проведения междисциплинарных исследований, связанные с изготовлением стволовых клеток и проведением экспериментов на томографе, необходимые для решения задачи морфинга, предоставлены ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И.Пирогова Минздрава России. Разработана информационная технология и программа, предназначенные для поддержки деятельности врачей-исследователей, занимающихся проблемами изучения поведения (миграции и хоуминга) мезенхимальных стволовых клеток, трансплантированных в мозг лабораторного животного. Программа решает задачи устойчивого выделения зон ишемического поражения головного мозга, скоплений стволовых клеток на изображениях срезов, полученных в разные моменты времени после трансплантации клеток, подсчёта числа клеток в каждом скоплении и реализации описанного метода морфинга.

The morphic principle and its application to the problem of modelling the motion of clusters of transplanted stem cells

The problem of optimal mapping of sets of points in combination with computer visualization methods is considered. The solution consists of two stages and serves as the basis for the construction of morphing algorithm and its application for simulation of motion of stem cells between slices of MRI data. At the first stage we solve the problem of optimal assignment of the initial set of points (the original model) to the points of the resulting cluster (the resulting model). Here, the image points represent mesenchymal stem cells transplanted into the brain of a laboratory animal (rat). At the second stage we solve the problem of morphing in accordance with the solution obtained at the first stage. The solution here comes down to the interpolation of the trajectories of motion and its visualization. The data for performing interdisciplinary research related to the obtaining stem cells and conducting experiments on the tomograph, that are necessary for solving the problem of morphing, are provided by Pirogov Russian National Research Medical University (RNRMU). An information technology and a program have been developed to support the activities of medical researchers dealing with the problems of studying the behavior (migration and homing) of mesenchymal stem cells transplanted into the brain of a laboratory animal. The program solves the problems of isolation of areas of ischemic brain damage and sets of stem cells in MRI slices obtained at different time points after cell transplantation, counting the number of cells in each set and implementing the described method of morphing.