Course deals with practical review of available methods for quantitative description of biological anatomical and morphological structures with demonstration of their application in biological research. Traditional morphometric and stereological methods, introduction to image analysis, experimental design, principles of statistical evaluation of data. Practical training includes hand-on examples of methods, way of data acquiring and processing, calculations. Image analysis is demonstrated on J-image and Ellipse software programs.
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (22.09.2011)
Přednáška se zabývá praktickým přehledem dostupných metod pro kvantitativní popis biologických (rostlinných či živočišných) anatomických a morfologických struktur s demonstrací příkladů použití v biologickém výzkumu. Kromě teoretického základu bude součástí práce jak s pracovními listy, tak se softwarovými programy Image J a Ellipse. Budou probrány tradiční morfometrické metody, moderní metody stereologické, postupy analýzy obrazu, plánování pokusu a jeho statistické hodnocení. Praktické cvičení zahrnuje konkrétní příklady použití probraných metod, způsob získávání dat, jejich zpracování, výpočty.
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (22.09.2011)
Literature -
Kubínová L., Albrechtová J. 1999. Stereology in Plant Anatomy. Textbook to the adjoining course to the international conference S4G. http://kfrserver.natur.cuni.cz/lide/albrecht/pdf/1999_Kubinova,Albrechtova-stereology.pdfHoward CV, Reed MG. 1998. Unbiased Stereology. BIOS Scientific Publishers - Oxford. Weibel ER. 1979. Stereological methods, Vol 1. Practical methods for biological morphometry. Academic Press. Svoboda T., Kybic J., Hlavac V.: Image Processing, Analysis, and Machine Vision, A MATLAB Companion, Thomson Learning, Toronto, ISBN 0495295957, Sep 2007, 265 p.
Web page: http://kfrserver.natur.cuni.cz/stereo/
Sonka M., Hlavac V. , Boyle R.: Image Processing, Analysis, and Machine Vision, 3rd edition, Thomson Learning, Toronto, April 2007, 821 p, ISBN 049508252X (2nd edition Brooks/Cole, Pacific Grove, CA, 1999, 1st edition Chapman & Hall, London 1993, ).
Last update: Konrádová Hana, RNDr., Ph.D. (29.10.2019)
Kubínová L., Albrechtová J. 1999. Stereology in Plant Anatomy. Textbook to the adjoining course to the international conference S4G. http://kfrserver.natur.cuni.cz/lide/albrecht/pdf/1999_Kubinova,Albrechtova-stereology.pdfHoward CV, Reed MG. 1998. Unbiased Stereology. BIOS Scientific Publishers - Oxford.
Sonka M., Hlavac V. , Boyle R.: Image Processing, Analysis, and Machine Vision, 3rd edition, Thomson Learning, Toronto, April 2007, 821 p, ISBN 049508252X (2nd edition Brooks/Cole, Pacific Grove, CA, 1999, 1st edition Chapman & Hall, London 1993, ).
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (22.09.2011)
Requirements to the exam - Czech
Zkouška probíhá ústní formou. U zkoušky je kladen důraz na znalost dostupných metod pro řešení kvantifikace struktur, analýzy obrazu, znalost jejich principu a použití, nikolivěk na matematické odvození.
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (12.11.2011)
Syllabus -
1. Introduction to quantitative plant anatomy
definition of scientific field, historical milestones, tradition in the Department of Plant Physiology, trends in current development of the field, fractal geometry, theory of Chaos, stereology, image analysis, application of quantitative plant anatomy in research
2. Traditional morphometric methods I.
Length measurements in 2D, calibration of measurements, thickness measurements, area estimation (point-counting method and method of linear integration). Examples - leaf thickness, diameter of root metaxylem vessels, stomatal density, etc.
3. Traditional morphometric methods II.
Measurements of 2D curve (line-intercept method, modified Buffon method, difference between isotrpic and anisotropic structures), counting of particles in 2D. Systematic uniform random sampling. Examples - measurement of length of leaf venation, stamatal density, Salisbury's index.
4. Stereological methods I.
Introduction to stereological methods, geometrical selection, types of geometrical selection.
5. Stereological methods II.
Cavalieri´s estimator, estimation of object volume and volumetric proportions by point-counting method. Examples: organ volume, e.g. leaf volume, proportion of tissues in an organ)
6. Stereological methods III.
Particle counting in 3D, volume of irregularly shaped particles, (disector principle). Examples - estimation of the cell number and the mean cell volume of leaf mesophyll cells.
7. Stereological methods IV.
Estimation of surface area (method of vertical sections and orientator). Examples - generation of isotropic sections, organ surface, inner leaf surface.
8. Stereological methods VI.
Modern methods (nukleator, selector, fakir, etc.) and current trends of development.
9. Measurement of root length
Curve measurement in 3D (method of total vertical projections, comparison with image analysis). Examples -measurement of root length by image analysis, line-intercept method and method of total vertical projection.
10. Introduction to image analysis
Basic terms, human image perception, historical milestones in development of computer technology and image processing and analysis, basic processes of image analysis, basic terms of operations of methematical morphology.
Excursion to confocal microscopy in Physiological Institute of CAS, demonstration of applications using confocal microscopy, stereological methods and 3D image analysis - space reconstructions.
12. Design of experiment, technical aspects of usage of stereological methods
General requirements during plannig of biological experiment. Unbiasedness of estimators, systematical uniform random sampling, sources of material variability, statistical measures of variability, example during application of point-counting method - determination of density and distribution of test system, number of sampling fields, etc., generalization of directions applied when planning experimental design.
Orientation in literature, requirements for examination, final discussion
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (22.09.2011)
1. Úvod do kvantitativních metod - morfometrické metody, analýza obrazu, sterologie definice vědního oboru, historie - milníky vývoje počítačové techniky a zpracování a analýzy obrazu, trendy současného vývoje oboru, fraktální geometrie, teorie chaosu, stereologie, analýza obrazu.
2. Tradiční morfometrické metody - měření vzdáleností v 2D, kalibrace měření, měření tloušťky, - měření plochy (metoda bodová a metoda lineární integrace). - měření délky čar v rovině (metoda průsečíková, modifikovaná Buffonova, rozdíl mezi izotropními a anizotropními strukturami), - počítání rovinných částic. - systematické rovnoměrně náhodné vzorkování. Vysvětlení principů použití metod na praktických příkladech (pracovní listy), kalibrace měření ? princip na pracovním listu, v mikroskopu, v analýze obrazu.
3. Stereologické metody I. - Úvod do stereologických metod, geometrický výběr, typy geometrických výběrů. - Cavalieriho estimátor, odhad objemových poměrů bodovou metodou. - Počítání částic v 3D ? prostorové sondy, objem nepravidelných částic (princip disektoru, metoda délkově vážených tětiv). Vysvětlení principů použití metod pro zjištění objemu orgánu, zastoupení tkání, pletiv v orgánu, počet a průměrný objem buněk v orgánu na praktických příkladech (pracovní listy), vysvětlení měření s použitím prostorových sond (mikroskop, softwarový přístup).
4. Stereologické metody II -Odhad obsahu povrchu (metoda vertikálních řezů a orientátoru). Generování izotropních řezů, povrch orgánu, např. vnitřní povrch listu. - Měření délky čar v 3D (metoda totálních vertikálních projekcí)- Moderní metody (nukleátor, selektor, fakír, etc.) a současné trendy vývoje Demonstrace a měření s použitím pracovních listů (metoda vertikálních řezů a orientátoru), práce se softwarem Ellipse.
5. Analýza obrazu - úvod (základní pojmy, lidské vnímání obrazu, základní procesy analýzy obrazu, základní pojmy operací matematické morfologie)- Kvalita obrazu, kontrast, podíl šumu. - Metody filtrace obrazu. - Segmentace obrazu a rozpoznávání objektů. - Měření rozměru objektů (obvod, plocha). - Počítání objektů. - Program ImageJ (freeware NIH).
6. Software a 3D. - Práce s obrazy v programu Lucia (LIM, Praha),- zpracování obrazu pomocí maker. - Práce s programem Ellipse 3D (ViDiTo, Slovensko). - 3D obrazy z konfokálního mikroskopu (i z CT nebo MRI). - Metody povrchového a objemového zobrazení. - Analýza obrazu ve 3D.- Tvorba 3D povrchových modelů.
7. Sériové řezy: konfokální mikroskopie, 3D analýza obrazu Exkurze ke konfokálnímu mikroskopu do FgÚ AV ČR, ukázky aplikací spojení konfokální mikroskopie, stereologických metod a 3D analýzy obrazu - prostorové rekonstrukce.
8. Design pokusu, technické aspekty používání stereologických metod, Obecné požadavky při plánování biologického experimentu. Nevychýlenost odhadů, systematické rovnoměrně náhodné vzorkování, zdroje variability materiálu, statistické míry variability, příklad postupu při aplikaci bodové metody - určení rozložení a hustoty mřížky, počtu vzorkovacích polí, atd., zobecnění pravidel při plánování pokusu. Orientace v literatuře, požadavky ke zkoušce, závěrečná diskuse
Last update: Albrechtová Jana, prof. RNDr., Ph.D. (22.09.2011)
