Учёные из компании Smart Engines вместе с коллегами из России, Италии и Германии впервые произвели автоматическую сегментацию 3D-снимка обонятельной луковицы человека при помощи нейросетей. Это поможет в исследованиях нейродегенеративных состояний и в установлении причин ухудшения обоняния при коронавирусе. Результаты исследования опубликованы в журнале Tomography.
Обонятельная луковица человека — это небольшой (около 0,5 см) участок мозга, имеющий сложную слоистую структуру. До недавнего времени эта и ей подобные микроструктуры мозга исследовались либо в низком разрешении методом МРТ, либо с разрушением образца по результатам гистологии. Теперь же коллективу учёных и специалистов по искусственному интеллекту удалось построить 3D модель обонятельной луковицы в высоком разрешении без разрушения образца. Для этого учёные провели многоэтапную обработку фазоконтрастных рентгеновских изображений, полученных на синхротронном источнике.
Для исследования был использован неживой биологический образец. Фазоконтрастные снимки были выполнены на немецком синхротроне DESY PETRA III в Гамбурге. Методом томографической реконструкции было создано цифровое 3D изображение обонятельной луковицы человека в высоком разрешении (4 000 сечений). Для построения 3D модели специалистами компании Smart Engines совместно с другими участниками проекта были созданы нейросетевые модели, обеспечивающие распознавание отдельных слоёв обонятельной луковицы на каждом из цифровых сечений.
«Мы впервые в мире обучили нейросеть, которая автоматически сегментирует изображение биологической структуры мозга такой сложности на столь малом масштабе. Результаты эксперимента будут востребованы у биологов и врачей, которые занимаются изучением причин функциональных и морфологических нарушений обонятельной луковицы у людей, страдающих нейродегенеративными расстройствами, а также у людей, потерявших обоняние вследствие заражения COVID-19», — рассказала соавтор исследования, начальник отдела компьютерной томографии компании Smart Engines, к.ф.-м.н Марина Чукалина.
В своей публикации учёные описали единый цикл этого исследования, включающий в себя измерение рентгеновских проекций обонятельной луковицы, обработку данных, включая томографическую реконструкцию, локализацию луковицы и, наконец, автоматическую сегментацию отдельных слоёв этой структуры. Последние исследования механизмов дегенерации обонятельной луковицы человека при старении, а также при болезни Альцгеймера и COVID-19 указывают на необходимость использования высококачественных изображений микроструктурных тканей этого участка мозга.