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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24105| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Microtomografia por luz síncrotron usando recuperação de fase aplicada ao estudo morfológico do Aedes aegypti |
| Título(s) alternativo(s): | Synchrotron microtomography using phase retrieval applied to the morphological study of Aedes aegypti |
| Autor: | Ribeiro, Thaina Christyne de Alvarenga ![]() |
| Primeiro orientador: | Gonçalves, Marcos Vinicius Colaço |
| Primeiro coorientador: | Souza, Gabriela Sena |
| Primeiro membro da banca: | Barroso, Regina Cély Rodrigues |
| Segundo membro da banca: | Angelo, Isabele da Costa |
| Terceiro membro da banca: | Almeida, André Pereira de |
| Resumo: | A microtomografia de raios X por radiação síncrotron é uma técnica capaz de gerar imagens com alta resolução e contraste, permitindo o estudo de estruturas externas e internas de diversos tipos de amostras. Quando empregada a amostras biológicas, o uso do contraste de fase é utilizado como ferramenta de melhoria do contraste na imagem. No presente trabalho, foi utilizado um espécime macho da espécie Aedes aegypti como objeto de estudo, a fim de determinar o impacto do parâmetro de recuperação de fase (δ/β) proposto pelo algoritmo de Paganin et al. (2002) sobre a imagem do mosquito. O espécime foi analisado dentro de uma proposta de comissionamento científico da linha de luz MOGNO no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron do Brasil, na fonte SIRIUS. Foi escaneado em meio líquido (isopropanol) com distância amostra-detector de 1,7 m e tamanho de pixel de 1,142 μm. Durante o processo de recuperação da fase foram utilizadas seis diferentes razões (δ/β = 1000, 250, 100, 10, 5 e 1) e o cérebro foi escolhido como a região de interesse (ROI). Para quantificar a diferença entre as imagens foram utilizados dois métodos: perfis de intensidade e segmentação. Testes preliminares descartaram as três maiores razões devido ao desfoque da imagem, o que impossibilitava a visualização com nitidez de estruturas internas da ROI. Para o esboço dos perfis de intensidade foram definidas três sub-regiões, contendo estruturas internas do cérebro. Em ambas as sub-regiões a razão 10 apresentou melhor contraste entre as estruturas analisadas. A ferramenta de deep learning foi utilizada para a segmentação do cérebro através da rede U-net e foram avaliados seis modelos com diferentes conjuntos de frames (contendo 12, 24, 36, 36 – retreinado, 48 e 72 frames). A comparação entre as segmentações obtidas foi realizada a partir do coeficiente de similaridade de DICE (DSC) e teste ANOVA com Tukey. O modelo composto de 12 frames (para as três razões avaliadas), a razão 1 (para os modelos contendo 12, 36 – retreinado, 72 frames) e a razão 10 (para o modelo de 24 frames) foram as configurações que apresentaram os menores DSCs. Além disso, verificou-se que se normalizados os dados previamente, um modelo treinado em uma razão pode ser aplicado na segmentação de outra, simulando a segmentação das mesmas estruturas em amostras diferentes. |
| Abstract: | Synchrotron X-ray microtomography is a technique capable of generating high-resolution and high-contrast images, enabling the study of both external and internal structures of various types of samples. When applied to biological samples, phase contrast is used as a tool to enhance image contrast. In the present study, a male specimen of Aedes aegypti was employed as the object of study to determine the impact of the phase recovery parameter (δ/β) proposed by Paganin et al. (2002) on the image of the mosquito. The specimen was analyzed as part of a scientific commissioning proposal for the MOGNO beamline at the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS), using the SIRIUS source. It was scanned in a liquid medium (isopropanol) with a sample-to-detector distance of 1.7 meters and a pixel size of 1.142 μm. During the phase recovery process, six different ratios (δ/β = 1000, 250, 100, 10, 5, and 1) were used, and the brain was chosen as the region of interest (ROI). To quantify the differences between the images, two methods were employed: intensity profiles and segmentation. Preliminary tests excluded the three highest ratios due to image blurring, which impaired the sharp visualization of internal structures within the ROI. For the intensity profiles, three sub-regions of interest containing internal brain structures were defined. In both sub-regions, the ratio 10 showed better contrast between the analyzed structures. Deep learning tools were utilized for brain segmentation using the U-net network, and six models with different frame sets (containing 12, 24, 36, 36 – retrained, 48, and 72 frames) were evaluated. A comparison between the segmentations obtained was performed using the Dice Similarity Coefficient (DSC) and ANOVA with Tukey’s post-hoc test. The model consisting of 12 frames (for the three evaluated ratios), ratio 1 (for the models containing 12, 36 – retrained, and 72 frames), and ratio 10 (for the 24-frame model) exhibited the lowest DSC values. Additionally, it was observed that if the data are normalized beforehand, a model trained on one ratio can be applied to the segmentation of another, simulating the segmentation of the same structures in different samples. |
| Palavras-chave: | Microtomografia por raio-X - Radiação sincrotronica Processamento de imagens – Algoritmos Aedes aegypti – Processamento de imagens Radiação síncrotron Micro-CT Recuperação de fase Amostra biológica Segmentação X-Ray microtomography - Synchrotron radiation Image processing - Algorithms Aedes aegypti - Image processing Synchrotron radiation Micro-CT Phase retrieval Biological sample Segmentation |
| Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
| Sigla da instituição: | UERJ |
| Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Física Armando Dias Tavares |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Física |
| Citação: | RIBEIRO, Thaina Christyne de Alvarenga. Microtomografia por luz síncrotron usando recuperação de fase aplicada ao estudo morfológico do Aedes aegypti. 2024. 88 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24105 |
| Data de defesa: | 30-Set-2024 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Física |
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| Dissertação - Thaina Christyne de Alvarenga Ribeiro - 2024 - Completa.pdf | 6,29 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar | |
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